云南樓臺坡滑坡成因及穩(wěn)定性分析評價

禹 智，李 強，張杰花

(1.云南云嶺地質(zhì)勘查有限公司；2.云南省地質(zhì)工程勘察總公司)

樓臺坡滑坡所處區(qū)域?qū)儆诘刭|(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，區(qū)內(nèi)居民多聚居于山脊或斜坡寬緩地帶，近年來由于村莊建設(shè)規(guī)模不斷擴大，人類工程活動不斷增強，加之受極端暴雨等影響，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。樓臺坡滑坡2002年6月發(fā)現(xiàn)變形跡象，目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此滑坡已嚴重危害周邊居民的生命財產(chǎn)安全和居住環(huán)境安全，目前已被當?shù)卣袨橹攸c防治區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 滑坡區(qū)氣象、水文條件

樓臺坡滑坡地處烏蒙山脊部區(qū)，屬亞熱帶高原季風氣候，冬半年陰雨寡照、夏半年炎熱多雨。年平均降水量1046.0mm，雨季集中在5月～10月，降水量842.3mm，占全年降水量的81.3%，多年平均最大24h暴雨量為83.4mm。多年平均相對濕度84.3%。區(qū)域光熱資源豐富，年平均日照時數(shù)1033.6小時。多年平均風速0.9m/s，多年平均最大風速7m/s。

滑坡區(qū)域?qū)匍L江流域白水江水系，主要河流有馬河及斑鳩溝，其中馬河屬于白水江一級支流，斑鳩溝為馬河右岸支流，樓臺坡滑坡位于馬河上游的左岸斜坡中上部。

1.2 滑坡區(qū)地形地貌

滑坡地處楊子準地臺滇東臺褶帶的東北臺褶束東部，新華夏系第三沉降帶南端。是四川盆地向云貴高原抬升過渡帶，境內(nèi)山脈屬烏蒙山北支。根據(jù)地貌形成的主要原因、切割形態(tài)、剝夷面及巖性組合關(guān)系，區(qū)域上地貌可分為構(gòu)造侵蝕中山地貌(Ⅰ)、構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山地貌(Ⅱ)和構(gòu)造溶蝕地貌(Ⅲ)。

滑坡區(qū)屬于深切割構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山峽谷地貌(Ⅱ1)，區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，河谷深切，加上降雨量大，出露的砂巖、頁巖、灰?guī)r和白云巖互層，為斜坡變形滑坡的產(chǎn)生提供了有利條件，屬滑坡、崩塌及不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害相對發(fā)育區(qū)。

1.3 地層巖性

(3)三迭系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)：為下伏基巖，巖性灰綠色砂巖，塊狀結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造。根據(jù)鉆孔揭露巖石風化程度可分為全～強風化層和中風化層。前者巖芯多呈砂狀、碎塊狀，巖芯采取率約為30%～40%，巖石質(zhì)量差，鉆孔揭露厚度3.3m～6.9m；后者巖芯多呈碎塊狀、餅狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理裂隙間多為泥質(zhì)成分充填，RQD約為10%～30%，巖石質(zhì)量差。鉆孔揭露厚度3.5m～20.5m。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)域位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶和川黔經(jīng)向構(gòu)造帶之間，南與南嶺緯向構(gòu)造體系西段最北邊的鶴慶-東川-黔中復(fù)背斜帶接壤，北同中國新華夏系構(gòu)造體系第三個一級沉降帶的四川盆地毗連。長期的應(yīng)力作用和各種邊界條件在一定程度上對沉積作用、火山活動、構(gòu)造變動作用起了明顯的控制和影響，使區(qū)內(nèi)形成了比較復(fù)雜的應(yīng)變圖象。區(qū)內(nèi)構(gòu)造對全區(qū)的地形地貌、水系分布、構(gòu)造演化、水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育等均起著控制作用。

滑坡區(qū)周邊無明顯的構(gòu)造痕跡，其正南方向直距約1.2km處發(fā)育廟溝斷層，滑坡區(qū)即位于該斷層北盤。

1.5 新構(gòu)造活動和地震

滑坡區(qū)所在地新構(gòu)造運動類型屬間歇性抬升區(qū)但相比周邊區(qū)域，其抬升相對平緩，表現(xiàn)為沿馬河河谷殘留有一級至二級階地，以及馬河兩岸的河底下、樓臺坡西側(cè)等地帶，陡崖地貌發(fā)育。

地震活動是影響區(qū)域穩(wěn)定的重要因素之一。滑坡地處滇東北，從云南省1∶50萬震中分布圖分析，區(qū)內(nèi)屬地震穩(wěn)定地區(qū)，地震不頻繁。離滑坡區(qū)最近的、震級較大的一次地震發(fā)生于1973年8月2日，震級5.4級。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)資料，滑坡所在地地震動峰值加速度值為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)《云南省區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖》，滑坡區(qū)地殼穩(wěn)定性屬穩(wěn)定區(qū)。

2 滑坡概況

2.1 滑坡形態(tài)特征

滑坡位于樓臺坡南東部的鄉(xiāng)村道路切坡地段上方的坡體上，所處原始地形為山體斜坡中部，地形坡度15°～35°，局部陡立?；履_高程1123.0m，后緣高程1150.5m，相對高差約27.5m，總體地形起伏變化較小，坡體上植被以小型喬木為主，后緣分布居民住宅(圖1、圖2、圖3)。

樓臺坡滑坡平面呈“舌”型，其中滑坡左、右兩側(cè)可見明顯的裂縫和地面變形，前沿(剪出口)位于公路切坡的陡緩交界處。其主滑方向303°，沿主滑方向長約40m～50m，前沿寬約35m，后緣寬約40m，滑坡平面積約2185m2，根據(jù)勘查鉆孔顯示，滑體厚3.5m～7.5m，平均厚6.0m，滑坡體積約1.31×104m3，屬小型淺層土質(zhì)滑坡。

2.2 滑坡變形跡象特征

樓臺坡滑坡現(xiàn)狀活動跡象明顯，主要表現(xiàn)為造成房屋及農(nóng)田受損。

滑坡于2002年6月發(fā)現(xiàn)變形跡象，主要表現(xiàn)為后緣一帶的房屋開裂，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計滑坡區(qū)共發(fā)育3條裂縫(表1)，局部地段有小規(guī)模坍塌。據(jù)監(jiān)測統(tǒng)計，近年來，裂縫依然處于不斷變寬的狀態(tài)，雖然變化量不大，但已對房屋的安全使用造成了較大影響。

圖1 樓臺坡滑坡平面示意圖

圖2 樓臺坡滑坡1-1′工程地質(zhì)剖面示意圖

圖3 樓臺坡滑坡2-2′工程地質(zhì)剖面示意圖

表1 樓臺坡滑坡裂縫特征一覽表

3 滑坡成因分析

滑坡區(qū)屬亞熱帶高原季風氣候區(qū)，雨季雨量集中，且降雨量大，所處地形坡度大，坡體巖性組合工程地質(zhì)性質(zhì)差等因素，樓臺坡滑坡形成受自然因素和人為因素疊加控制：

(1)地形地貌：區(qū)域上屬于深切割構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山峽谷地貌?；麦w位于坡向北西的山體斜坡，地形較連續(xù)，坡面較平順，起伏變化不大，地形坡度20°～25°，滑坡坡腳公路建設(shè)開挖形成幾近陡立的挖方邊坡，坡體所處地形不利于殘坡積層土體穩(wěn)定。

(2)地層巖性：坡體以第四系殘坡積層含角礫粉質(zhì)粘土為主，結(jié)構(gòu)松散，地表降水及生活用污水容易下滲，土體飽水軟化后強度降低，下伏基巖為三迭系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)灰?guī)r。坡體上土體與下伏基巖強度相差較大，為軟硬接觸帶，且?guī)r體透水性弱，地表水下滲至土石界面上受阻，并沿界面向下滲流，形成軟弱帶，為滑坡的形成提供了基礎(chǔ)條件。

(3)地表水與地下水因素：滑坡地處亞熱帶高原季風氣候區(qū)，雨季集中在5月～10月，降水量842.3mm，占全年降水量的81.3%，多年平均最大24h暴雨量為83.4mm。大氣降水下滲，一方面造成滑坡土體飽水后容重增大，增加中下滑力分量，另一方面滑帶土體浸水后土體軟化，呈軟塑狀，力學指標下降，抗剪強度降低，抗滑力減少，同時地下水向坡腳徑流產(chǎn)生的滲透壓力及水頭壓力均成為下滑力的增量。

(4)人類生產(chǎn)生活影響：長期以來，居民生活用水隨意沿道路地面及斜坡向下無序排放，生活用水沿裂縫下滲、順坡漫流，造成土體浸泡，飽水而軟化，強度降低，是形成滑坡的一個主要原因；區(qū)內(nèi)居民建筑等滑坡體上，建筑加載也是造成滑坡的一個重要原因，受建筑荷載的影響較大。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

樓臺坡滑坡為小型淺層推移式土質(zhì)滑坡，2002年6月開始出現(xiàn)拉裂變形，主要表現(xiàn)為房屋墻體及地面開裂，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，近年來，裂縫不斷加寬，故判斷樓臺坡滑坡在天然工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)

4.1 計算方法及公式

根據(jù)勘查成果，樓臺坡滑坡滑面呈折線型。故采用傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性計算。按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的有關(guān)要求，對滑坡的穩(wěn)定性進行計算。將滑面視為折線型，簡化為二維問題進行計算。

滑坡穩(wěn)定性計算公式：

其中：TDi=NWisinβisin(αi-βi)

RDi=NWisinβisin(αi-βi)

Rn=(Wn((1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+cnLn

Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+RDn)+TDn

NWi=γWhiWLicosαi

式中：

Fs—穩(wěn)定系數(shù)；

Wi—第i計算條塊的重量(kN/m)；

rU—孔隙壓力比，滑體水下面積×水的容重/滑體總體積≈滑體水下面積/滑坡總面積×2；

αi—第i計算條塊滑面傾角(°)，反傾時取負值；

A—地震加速度(單位：重力加速度g)；

RDi—滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力；

ci—第i計算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強度標準值(kPa)；

Li—第i計算條塊滑動面長度(m)；

ψj—第i計算條塊的剩余下滑力傳遞至i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)，即

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1；

Rn—滑坡抗滑力；

TDi—滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力；

Tn—滑坡下滑力；

NWi—孔隙水壓力，即近似等于浸潤面以下土體的面積 乘以水的容重 (kN/m3)；

Ti—作用于第i計算條塊重量滑動面切線方向上滑動分力(kN/m)，出現(xiàn)與滑動方向相反的滑動分力時，應(yīng)取負值；

φi—第i計算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標準值(°)；

βi—第i計算條塊地下水流向(°)；

γW—水的容重(kN/m3)；

4.2 設(shè)計工況

因樓臺坡滑動面位于地下水位以上，故采用天然工況進行設(shè)計計算，并利用暴雨和地震工況進行校核。

天然工況(工況Ⅰ)：自重荷載。

校核工況：暴雨工況(工況Ⅱ)：自重荷載+地下水+暴雨。

地震工況(工況Ⅲ)：自重荷載+地下水+地震。

4.3 參數(shù)取值

根據(jù)滑坡勘查報告成果，相關(guān)參數(shù)的取值如下：

(1)滑體重度(γ)：天然重度及飽和重度取試驗容重平均值。

(2)滑帶土抗剪強度指標：本次計算參數(shù)的選取基礎(chǔ)為現(xiàn)場勘探取樣的試驗成果數(shù)據(jù)，通過篩選分析確定災(zāi)害體穩(wěn)定性計算的參數(shù)。但根據(jù)建立的滑坡模型，采用殘余剪參數(shù)計算結(jié)果與滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定狀態(tài)不符合，經(jīng)分析認為，當前滑帶土的抗剪強度試驗仍采用傳統(tǒng)的快剪、慢剪等方法，其試驗過程與滑帶土的破壞過程并不一致；另一方面，巖土試驗取樣具有較大的隨機性，而且受取樣條件、試驗條件的限制，很難給出與實際情況完全相符的強度指標，故滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)擬采用反算С，Ф值。結(jié)合鉆孔揭露地層巖性、工程地質(zhì)條件、滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性及類似工程經(jīng)驗，滑坡內(nèi)摩擦角較穩(wěn)定，故假定φ值，反演c值。假定的φ值根據(jù)土工試驗成果進行折減并多次試算；滑坡上滑面滑體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，故穩(wěn)定系數(shù)假定為1進行反演，土體參數(shù)實驗數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)勘查報告，滑坡滑面抗剪強度取值根據(jù)反演與殘余剪強度對比綜合取值見表3。

表2 樓臺坡滑坡計算參數(shù)實驗室數(shù)據(jù)一覽表

表3 樓臺坡滑坡計算參數(shù)選取一覽表

(3)滑動面長度(L)與傾角(γ)和滑塊面積(A)：在計算剖面上量取和計算。

(4)地下水面積及浸潤線坡度：在計算剖面上量取。

(5)暴雨校核：結(jié)合區(qū)內(nèi)土體地下水位埋深，暴雨按滑坡土體全飽和進行校核，按水土合算的方法進行計算，考慮孔隙水壓力的影響，取用浮容重。

(6)地震校核：滑坡區(qū)地震基本烈度為6度，峰值加速度為0.05g。

(7)滑體荷載：滑坡上分布有道路、建筑，計算時考慮建筑物荷重按單寬每層10kN/m，公路過往車輛的荷按單寬25kg計算。

計算參數(shù)采用表3反算參數(shù)，暴雨工況按滑體全飽水考慮，利用水土合算的方法計算，對相應(yīng)的滑動面進行了穩(wěn)定性計算分析。本次穩(wěn)定性計算樓臺坡滑坡選取了剖面1-1′、2-2′，滑坡計算結(jié)果見表4。

表4 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果一覽表

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》第9.4.6條的規(guī)定，滑坡穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)根據(jù)其穩(wěn)定系數(shù)確定，劃分標準見表5。

表5 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

注：Fs為滑坡穩(wěn)定系數(shù)。

4.4 計算結(jié)果

根據(jù)前文計算結(jié)果可知：樓臺坡滑坡計算剖面在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)在1.00～1.01之間，為欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)0.96～0.97，為不穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下穩(wěn)定系數(shù)0.97～0.98，為不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論及滑坡治理建議

滑坡于2002年6月發(fā)現(xiàn)變形跡象，主要表現(xiàn)為后緣一帶的房屋開裂，調(diào)查統(tǒng)計滑坡區(qū)共發(fā)育3條裂縫，局部地段有小規(guī)模坍塌。監(jiān)測統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，近年來，裂縫依然處于不斷變寬的狀態(tài)，該滑坡嚴重影響了周圍居民的生命財產(chǎn)安全和居住環(huán)境安全。

(1)樓臺坡滑坡地處云南省境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)。區(qū)域地貌類型為深切割構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山峽谷地貌，微地貌為斜坡地貌，地形坡度15°～35°，局部陡立，滑坡滑動面平均埋深約6.0m，滑坡體積1.31×104m3，屬于小型淺層推移式土質(zhì)滑坡。

(3)據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)資料，滑坡所在地地震動峰值加速度值為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度；根據(jù)“云南省區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖”，滑坡區(qū)地殼穩(wěn)定性屬穩(wěn)定區(qū)。

(4)通過野外實地踏勘結(jié)合室內(nèi)穩(wěn)定性驗算，天然工況下，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生繼續(xù)變形的可能性極大。

(5)根據(jù)滑坡勘查成果，根據(jù)滑坡成因、穩(wěn)定性分析評價及其發(fā)展趨勢，建議對滑坡設(shè)置抗滑樁，防治其繼續(xù)蠕滑，并在外圍設(shè)置、完善截排水工程，防止生活用水、地表水等直接對其沖刷，防止滑坡進一步擴張，以保障其周邊居民的生命財產(chǎn)安全和居住環(huán)境安全。