不同計(jì)算方法對巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的分析

張 潔

(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)， 山西 太原 030024)

滑坡地質(zhì)災(zāi)害對其威脅范圍內(nèi)的人員和財(cái)產(chǎn)危害程度較大，要進(jìn)行有效的治理，必須通過合理的勘查手段了解滑坡的基本特征，并通過適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以確定治理措施，降低其危害性?；路€(wěn)定性計(jì)算方法很多，目前在工程中廣為應(yīng)用的是傳統(tǒng)的極限平衡理論。極限平衡分析法的優(yōu)點(diǎn)是在不研究滑體結(jié)構(gòu)變形情況下，能對滑體的穩(wěn)定性給出定量的結(jié)論[1]. 以山西省陵川縣某巖質(zhì)滑坡為研究對象，研究其滑動(dòng)特征，并選用極限平衡法中的3種方法對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，比較不同計(jì)算方法所得穩(wěn)定系數(shù)的差異，針對不同方法的計(jì)算結(jié)果分析其計(jì)算時(shí)的保險(xiǎn)系數(shù)，以根據(jù)邊坡的防治等級(jí)選取不同的計(jì)算方法。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

該滑坡所處地貌單元屬褶皺斷塊侵蝕低中山區(qū)，滑坡微地貌形態(tài)為階梯式緩坡。整個(gè)坡形由南向北階梯式下降，形成5～6級(jí)陡坎，陡坎高度0.5～4.5 m，陡坎處坡度50°～70°，局部陡坎近直立?；孪鄬Ω卟罴s42 m，滑坡整體坡度約17°.

研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度?；聟^(qū)無地表徑流，主要接受大氣降雨補(bǔ)給，滑坡坡體范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水，雨季時(shí)，滑坡前緣地面1 m以下可見雨水滲出水，平時(shí)無水。在滑坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，主要考慮雨水入滲而造成的巖體含水量增大對坡體的影響。研究區(qū)對邊坡產(chǎn)生影響的人類工程活動(dòng)主要為修建房屋、道路，植被種植，對坡體的不合理開挖、整平等。

2 滑坡勘查

滑坡勘查是滑坡治理中必不可少的一步，該滑坡勘查采用工程測繪、野外調(diào)查、鉆探、探井和水文勘查等方法綜合進(jìn)行。

1) 野外調(diào)查與工程測繪。

通過野外調(diào)查與工程測繪，確定該滑坡平面形態(tài)呈頂窄下寬的簸箕形，長約147 m，寬約199 m，滑移方向NE17°，滑坡整體坡度約17°，地層整體傾向約355°，傾角7°～10°，為順層滑坡。滑坡后緣與坡腳處天然高差約32 m，小區(qū)居民區(qū)與滑坡前緣距離約7.5 m.

該滑坡前緣高陡臨空，擋墻和車庫墻體、柱子都存在裂縫、鼓脹等變形跡象，且車庫鼓脹最大部位位于地面向上1.8～2.5 m處，擋墻鼓脹最大部位位于地面向上約1.4 m(滑體剪出面)；前緣車庫墻體、柱子處非常潮濕，墻體、柱子底部出現(xiàn)掉皮現(xiàn)象?；潞缶壋驶⌒危缶墝捈s135 m，坡向NE17°，后緣陡坎高約2.0 m，陡坎坡度約80°. 滑坡周界東側(cè)陡坎處石炭系中統(tǒng)本溪組泥巖出露，出露處滑帶明顯，泥巖存在地層錯(cuò)斷、拉張裂縫和滑動(dòng)痕跡，見圖1. 由圖1可以看出，此區(qū)域泥巖已經(jīng)發(fā)生滑動(dòng)，判斷其為泥巖層間發(fā)生淺層滑動(dòng)造成的。

圖1 滑坡東側(cè)滑帶滑動(dòng)跡象圖

綜上可知，許多滑坡基本特征和要素的確定都是通過最初的野外踏勘調(diào)查與測繪得到的。

2) 鉆探。

鉆探是滑坡勘查中最常見的手段，一般沿滑坡主滑斷面、輔助斷面布設(shè)，在滑坡后緣、中部及前緣，沿滑動(dòng)最大的方向分別布設(shè)鉆孔。用來確定滑坡體的范圍、厚度和物質(zhì)組成，查明地下水的分布、層位、水的來源及各個(gè)含水層之間的相互聯(lián)系，并采集巖土樣進(jìn)行物理力測試等。該項(xiàng)目共布設(shè)鉆孔15個(gè)，總進(jìn)尺299 m.

3) 井(槽)探。

用人工或機(jī)械設(shè)備挖掘巖土，形成井(槽)狀地質(zhì)斷面，如探井、探槽。對于滑坡勘查而言，該方法的揭露面較大，易于區(qū)分滑體、滑帶和滑床，可以直接觀測地質(zhì)現(xiàn)象，取得資料真實(shí)可靠，并具有取樣準(zhǔn)確、方便的優(yōu)勢。探井和探槽是查找滑帶最直觀且主要的手段。

鉆探和井(槽)探是相輔相成的兩種手段，配合使用可以起到很好的效果。該滑坡施工探井7個(gè)，總進(jìn)尺31 m，確定滑坡體巖性為石炭系中統(tǒng)本溪組黃色、灰黃色泥巖，厚2.0～13.8 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體多數(shù)呈碎塊狀或軟柱狀，含水量較大；泥巖上覆薄層第四系上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土，厚0.5～10.5 m；坡體下伏奧陶系中統(tǒng)峰峰組石灰?guī)r、泥灰?guī)r。該滑坡滑體厚度3.5～12 m，后部厚，前部薄，滑體體積約22.63×104m3，屬中型滑坡。

4) 水文勘查。主要查明滑坡地下水的水位情況、分布范圍和動(dòng)態(tài)變化；測定含水層的涌水量和滲透系數(shù)，地下水的流速、方向和相互聯(lián)系；進(jìn)行水質(zhì)分析，用滑坡體內(nèi)、外水質(zhì)對比和體內(nèi)分層對比，判斷水的補(bǔ)給來源和含水層數(shù)。

該次勘查最大深度為27.0 m，最深揭露到奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r，在勘查深度范圍內(nèi)未見穩(wěn)定的地下水位。據(jù)調(diào)查雨季時(shí)，滑坡前緣地面1 m以下可見雨水滲出水，平時(shí)無水。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性。

通過各種勘查手段所得結(jié)果分析可知，該滑坡為泥巖層間滑動(dòng)的順層、牽引式巖質(zhì)滑坡，滑動(dòng)面(帶)為泥巖層間發(fā)生滑動(dòng)，滑面為折線形，巖性為石炭系中統(tǒng)本溪組泥巖?；矠槭肯抵薪y(tǒng)本溪組泥巖。

3 滑坡穩(wěn)定性分析探討

3.1 計(jì)算模型(計(jì)算剖面)

計(jì)算剖面與滑坡滑向平行，與地形等高線垂直，其中以位于滑坡中部、破壞最嚴(yán)重處的剖面為主剖面，即1-1′剖面。該次主要對不同計(jì)算方法所得的滑坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行比較，因此以1-1′剖面作為研究對象，計(jì)算模型見圖2.

圖2 1-1′剖面滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型圖

3.2 計(jì)算工況

坡腳開挖、連續(xù)降雨是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，并考慮坡體飽水情況、地震工況下的穩(wěn)定系數(shù)，因此計(jì)算工況考慮“自重”、“自重+暴雨”和“自重+地震”3種。

3.3 計(jì)算參數(shù)的確定

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)主要有滑體重度、滑帶土黏聚力(c)及內(nèi)摩擦角(φ)，其中滑帶力學(xué)指標(biāo)取值的準(zhǔn)確性直接影響滑坡穩(wěn)定性分析、計(jì)算的可靠性。計(jì)算參數(shù)的選取在統(tǒng)計(jì)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)土層物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合坡體變形破壞特征進(jìn)行參數(shù)反演分析，綜合確定[2].

據(jù)野外調(diào)查，滑坡前緣擋墻及車庫裂縫變形在逐漸加劇，說明目前坡體仍處于蠕變階段。反演時(shí)以1-1′剖面進(jìn)行，滑坡新發(fā)生過滑動(dòng)，采用應(yīng)急措施治理后，目前暫時(shí)穩(wěn)定，根據(jù)規(guī)范，則反演時(shí)“自重+暴雨”工況穩(wěn)定系數(shù)取0.965，采用傳遞系數(shù)法[3]進(jìn)行。綜合分析得出計(jì)算參數(shù)建議取值，見表1.

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)建議取值表

3.4 滑坡穩(wěn)定性分析探討

滑坡穩(wěn)定性分析方法分極限平衡分析法和彈塑性理論分析法，目前常用的為極限平衡分析法，其基本方法就是條分法。目前針對已知滑動(dòng)面為折線形的巖質(zhì)滑坡，以條分法為基礎(chǔ)的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算方法主要有：傳遞系數(shù)法、摩根斯頓-普賴斯(Morgenstern-Price)法、簡布(Janbu)法又稱普遍條分法、沙爾瑪(Sarma)法、美國陸軍師團(tuán)法、羅厄法[1]等。

由于該滑坡為折線形滑動(dòng)面，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864-2016)規(guī)定，針對此次研究對象，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，采用Morgenstern-Price法和Janbu法進(jìn)行校核，用理正巖土工程計(jì)算分析軟件進(jìn)行計(jì)算，穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2，系數(shù)對比曲線見圖3.

表2 滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果取值表

圖3 不同計(jì)算方法滑坡穩(wěn)定系數(shù)對比圖

由表2和圖3可以看出：

1) 對于滑坡穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算，3種方法在3種不同工況條件下所得結(jié)果曲線形狀相似，證明其計(jì)算偏差方向一致。

2) 對3種計(jì)算方法所得結(jié)果進(jìn)行對比可知，相對而言，傳遞系數(shù)法所得結(jié)果數(shù)值居中，Morgenstern-Price法所得結(jié)果數(shù)值偏大，Janbu法所得結(jié)果數(shù)值過于偏小。對于工程治理來說，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算比較合理，通過安全系數(shù)的調(diào)整，基本不影響在工程方面的應(yīng)用。

3) 通過計(jì)算對比可知，“自重+暴雨”工況的穩(wěn)定系數(shù)一定小于“自重”工況；而對于地震基本烈度為Ⅶ度的地區(qū)，“自重+地震”工況的穩(wěn)定系數(shù)不一定比“自重+暴雨”工況小，尤其是對于Janbu法，更加充分說明了滑帶的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對計(jì)算結(jié)果的較大影響。

4 結(jié) 語

山西省陵川縣滑坡具有典型山區(qū)巖質(zhì)滑坡的特征，選用極限平衡法中的傳遞系數(shù)法、摩根斯頓-普賴斯法、簡布法對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算比較，得出采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算比較合理。