基于工程實(shí)例的滑坡穩(wěn)定性分析

周艷坤

（國投工程檢驗(yàn)檢測有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

滑坡作為全球性三大地質(zhì)災(zāi)害之一，我國也是滑坡災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)，滑坡一旦發(fā)生，將會(huì)給生態(tài)環(huán)境以及人們的正常生活，造成重大威脅。近年來，隨著工程建設(shè)的不斷加快，加之自然因素的影響，我國滑坡頻率有逐年增加趨勢(shì)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。目前，全國范圍內(nèi)，西南山區(qū)山體滑坡最為嚴(yán)重，由于滑坡的危害性極大，國家亦加大了對(duì)滑坡的防治力度。因滑坡災(zāi)害給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成大量損失，滑坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)顯得尤為重要，此外滑坡防治工作也必須以準(zhǔn)確可靠的穩(wěn)定性分析為前提。

作為巖土工程領(lǐng)域的重要課題之一，目前，滑坡穩(wěn)定性分析方法主要分為定性和定量兩大類［1］，其中定性分析主要是在工程地質(zhì)勘察和測繪基礎(chǔ)上，對(duì)滑坡各項(xiàng)力學(xué)、破壞形式以及不利因素等進(jìn)行分析，從而對(duì)滑坡穩(wěn)定性做出綜合評(píng)價(jià)。目前，定性分析法主要包括歷史分析法、地質(zhì)類比法、圖解法等。定量分析方法有數(shù)值分析法、理論分析法。我國現(xiàn)行國家規(guī)范 GB 50021－2001（2009 版）《巖土工程勘察規(guī)范》［2］、GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》［3］、《工程地質(zhì)手冊(cè)》［4］等均介紹了一些滑坡穩(wěn)定性分析的方法，包括瑞典條分法、簡化畢肖普法（Bishop 法）、簡布法（Janbu 法）等。然而無論定性分析方法，還是定量分析方法，均存在其局限性。在進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析時(shí)，尤其天然滑坡，由于地質(zhì)條件紛繁復(fù)雜，土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取、計(jì)算模型的合理性、潛在滑動(dòng)面選取的準(zhǔn)確性，都對(duì)最終穩(wěn)定性分析的結(jié)論有較大影響?，F(xiàn)階段，絕大多數(shù)穩(wěn)定性分析均建立在室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取計(jì)算參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，然而試驗(yàn)參數(shù)與實(shí)際土體的參數(shù)均存在差異。因此從工程實(shí)例中，吸取參數(shù)選取和模型優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，對(duì)滑坡穩(wěn)定性分析非常有必要。

本文根據(jù)云南省境內(nèi)的某滑坡實(shí)例，結(jié)合完整的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)、地質(zhì)條件補(bǔ)充勘察報(bào)告以及滑坡產(chǎn)生后現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，利用理正巖土邊坡穩(wěn)定性分析軟件以及規(guī)范推薦的理論分析方法，綜合分析了該滑坡發(fā)生的原因，并對(duì)前期滑坡穩(wěn)定性分析工作中存在的不足進(jìn)行剖析，同時(shí)對(duì)滑坡變形監(jiān)測方案亦提出了分析建議，為以后類似滑坡穩(wěn)定性分析監(jiān)測提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

該滑坡場地位于云南省紅河州的某小區(qū)內(nèi)，該小區(qū)共 11 棟建筑物，均位于滑坡頂部。其中有 4 棟距離滑坡頂邊緣線較近，最近處僅 2.4 m。在滑坡發(fā)生時(shí)，這 4 棟建筑物均隨著滑坡發(fā)生而滑移倒塌。小區(qū)北面，即滑坡臨空面為凹陡斜坡，斜坡高度約 350 m，傾角約 50°，坡面有植被覆蓋。小區(qū)建筑物在建成后第 6 年，緊臨斜坡臨空面的 2 棟建筑物墻體開始出現(xiàn)裂縫，并伴隨有不同程度發(fā)展，室外局部地坪及房屋前、后兩側(cè)散水沿平行于斜坡頂方向開裂。2017 年初，其中 1 棟北側(cè)地梁與墻連接處、承臺(tái)與上部結(jié)構(gòu)連接處均存在較大裂縫，且承臺(tái)與地面相對(duì)于上部主體結(jié)構(gòu)有外移的趨勢(shì)，地面與建筑物連接處亦存在拉裂現(xiàn)象。此外，西側(cè)回填場地凹凸起伏較大，該片場地共經(jīng)過 3 次回填，臨近擋墻外立面存在較寬豎向裂縫，擋墻西側(cè)于幾年前形成較大沖溝。為了解該片區(qū)域及建筑物的變形發(fā)展情況，2017 年 2 月開始對(duì)該小區(qū)場地和建筑物進(jìn)行了變形監(jiān)測。2018 年底北側(cè)斜坡發(fā)生深層滑坡，4 棟建筑物倒塌場地剖面示意圖如圖1 所示。

圖1 場地剖面示意圖

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，建筑場地位于一北東向南西延伸的中山山頂斜坡地段，出露地層主要為新生界上第三系礫巖、含礫粗砂巖層，地表覆蓋一定厚度的第四系殘坡積層，局部為第四系人工填土層。地層情況如下所述。

素填土①1（Qml）：由碎石、塊石混含少量黏性土組成，回填時(shí)間小于 10 年，系新近填土，結(jié)構(gòu)松散，稍濕。

黏土②：紅褐或黃褐色，局部含 5 %～20 % 圓礫及卵石，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土，以硬塑狀態(tài)為主，局部可塑狀態(tài)，稍濕；無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等。

全風(fēng)化礫巖③1：灰褐、灰白或黃灰色，礫狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造；泥質(zhì)松散狀～弱膠結(jié)，全風(fēng)化半成巖；礫石成分主要為強(qiáng)風(fēng)化片麻巖及砂巖；鉆探巖芯多呈松散～稍密碎石土狀及稍密粉土、砂土狀；干鉆可鉆進(jìn)，用鎬可挖據(jù)。

強(qiáng)風(fēng)化礫巖③2：灰褐、灰白或黃灰色，礫狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造；泥質(zhì)弱膠結(jié)～中等膠結(jié)，強(qiáng)風(fēng)化半成巖；礫石成分主要為強(qiáng)～中等風(fēng)化片麻巖及砂巖，呈亞圓形，礫徑 2～25 mm，大者 50 mm，含量達(dá) 40 %～65 %。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡穩(wěn)定性初步分析

在滑坡發(fā)展期，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與測繪結(jié)果，對(duì)該場地進(jìn)行了滑坡穩(wěn)定性初步分析，經(jīng)初步分析認(rèn)為，該場地潛在滑動(dòng)面主要存在 3 個(gè)，分別如下：滑動(dòng)面①：素填土層與黏土層土層界面處；滑動(dòng)面②：黏土層與全風(fēng)化礫巖層交界面處；滑動(dòng)面③：全風(fēng)化礫巖層與強(qiáng)風(fēng)化礫巖層交界面處。各潛在滑動(dòng)面如圖2 所示。

圖2 初判潛在滑動(dòng)面示意圖

運(yùn)用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件對(duì) 3 個(gè)滑動(dòng)面分別進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算其安全系數(shù)如表1 所示。

表1 初判滑動(dòng)面穩(wěn)定性安全系數(shù)

根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果及 GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，一般工況下潛在滑動(dòng)面①基本穩(wěn)定，潛在滑動(dòng)面②、③穩(wěn)定；在暴雨工況下，潛在滑動(dòng)面①不穩(wěn)定，潛在滑動(dòng)面②穩(wěn)定，潛在滑動(dòng)面③基本穩(wěn)定。

2.2 實(shí)際滑動(dòng)面分析

2018 年底，該場地出現(xiàn)了深層滑坡，滑動(dòng)面如圖3 所示。

圖3 實(shí)際滑動(dòng)面示意圖

通過理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件對(duì)實(shí)際滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如表2 所示。

表2 實(shí)際滑動(dòng)面穩(wěn)定性安全系數(shù)

根據(jù)軟件結(jié)算結(jié)果及 GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，一般工況下，實(shí)際滑動(dòng)面為基本穩(wěn)定；在暴雨工況下，實(shí)際滑動(dòng)面為不穩(wěn)定，且具有較大安全隱患。

2.3 邊坡穩(wěn)定性分析

由第 2.1 和第 2.2 節(jié)計(jì)算分析結(jié)果可以看出，在進(jìn)行滑坡初期穩(wěn)定性分析時(shí)，判定潛在滑動(dòng)面為各巖土層界面處，總共 3 個(gè)。用理正軟件分別對(duì)這 3 個(gè)潛在滑動(dòng)面采用了簡化 Bishop 法和 Janbu 法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果除了暴雨工況下的第①滑動(dòng)面，其余滑動(dòng)面均為穩(wěn)定。這與現(xiàn)場實(shí)際情況比較吻合，由于素填土層在雨水作用下，穩(wěn)定性降低，下滑力增加，西側(cè)臨近擋墻外立面出現(xiàn)了較寬豎向裂縫，回填區(qū)域變形較大，表現(xiàn)出了朝滑坡臨空面變形的趨勢(shì)。在監(jiān)測期間，潛在滑動(dòng)面②、③未表現(xiàn)出明顯的滑動(dòng)跡象，與前期初判結(jié)果吻合。但根據(jù)本次滑坡事實(shí)分析，本次滑坡實(shí)際滑動(dòng)面為深層巖內(nèi)部。由后續(xù)補(bǔ)充鉆孔分析（孔深 80 m），在該場地地面50 m 以下為中風(fēng)化花崗巖，其中部分孔位發(fā)現(xiàn)花崗巖存在軟弱夾泥層。由現(xiàn)場實(shí)際滑動(dòng)面巖土分析可知，此次滑動(dòng)面貫穿了黏土層和礫巖層，并于深層中風(fēng)化花崗巖中的軟弱夾層面發(fā)展滑動(dòng)，實(shí)際滑動(dòng)面安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

綜上分析，此次滑坡產(chǎn)生的原因，主要是由于深層花崗巖軟夾層在長期雨水滲透作用下，抗剪強(qiáng)度降低，滑面抗滑力減少，下滑力增加，最終導(dǎo)致本次滑坡的發(fā)生。從本次滑坡事故也可以看出，前期滑坡穩(wěn)定性分析時(shí)，未考慮深層滑動(dòng)面的影響，地質(zhì)條件補(bǔ)充勘察深度不夠，未探明花崗巖層及其軟弱夾層的性狀和分布。這也直接導(dǎo)致了后期監(jiān)測方案的不足。

3 監(jiān)測方案評(píng)價(jià)分析

3.1 監(jiān)測方案

為及時(shí)掌握建筑物及場地的變形情況，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施測條件，監(jiān)測項(xiàng)目包括場地地面沉降、場地地面水平位移、擋土墻水平位移、建筑物沉降、建筑物水平位移、建筑物傾斜、場地土體深層水平位移。其中場地土體深層水平位移監(jiān)測孔深為 30 m，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化礫巖層約 10 m。

各監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測頻率為 1 次/月，雨季調(diào)整為 1 次/兩周；當(dāng)變化速率超過 3 mm/d，則監(jiān)測頻率調(diào)整為 1 次/d。

3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1 建筑物變形監(jiān)測結(jié)果

1）建筑物累計(jì)沉降量最大為 39.69 mm，沉降速率最大為 0.231 mm/d。根據(jù)建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果，各棟建筑物沉降變形均未進(jìn)入穩(wěn)定階段。

2）建筑物各傾斜觀測點(diǎn)斜率最大為 6.38 ‰，傾斜方向朝斜坡臨空面方向。由基礎(chǔ)不均勻沉降計(jì)算各棟建筑物整體傾斜最大為 1.273 ‰。

3）根據(jù)建筑物水平間距監(jiān)測結(jié)果，建筑物間距水平位移最大累計(jì)值為 4.1 mm，位移方向?yàn)槌吰屡R空面方向位移，水平間距變化速率為 0.11 mm/d。

4）擋墻水平位移監(jiān)測。根據(jù)擋墻與建筑物間距監(jiān)測結(jié)果，北側(cè)擋墻段，相對(duì)于建筑物沒有發(fā)生明顯水平位移。西側(cè)擋墻豎向裂縫左右兩側(cè)擋墻存在錯(cuò)動(dòng)，結(jié)合建筑物與擋墻間距監(jiān)測結(jié)果，場地西側(cè)擋墻段相對(duì)于北側(cè)擋墻段有外移趨勢(shì)。

3.2.2 場地變形監(jiān)測結(jié)果

1）地面沉降累計(jì)最大為 180.18 mm（見圖4），最近一期最大沉降速率為 2.061 mm/d。

2）地面水平位移累計(jì)最大值為 229.8 mm，方向朝斜坡臨空面，近一期最大水平位移速率為 2.39 mm/d，坡頂?shù)孛胬塾?jì)沉降曲線如圖4 所示。

圖4 坡頂?shù)孛娉两登€圖

3）土體深層水平位移監(jiān)測。

根據(jù)土體深層水平位移監(jiān)測結(jié)果，斜坡頂土體深層水平位移均表現(xiàn)為朝斜坡臨空面方向偏移。第二級(jí)臺(tái)階上各監(jiān)測孔土體深層水平位移表現(xiàn)為朝背離方向偏移。

綜合本次各變形監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測結(jié)果，該小區(qū)內(nèi)北側(cè)鄰近斜坡區(qū)域土體，以現(xiàn)場連通裂縫為界，有朝邊坡臨空面方向水平位移的趨勢(shì)，且場地和建筑物沉降變形未進(jìn)入穩(wěn)定階段。

3.3 監(jiān)測方案評(píng)價(jià)分析

根據(jù)滑坡前期相關(guān)監(jiān)測方案內(nèi)容來看，各監(jiān)測項(xiàng)目基本能滿足滑坡變形監(jiān)測和預(yù)警的作用。2017 年進(jìn)場監(jiān)測后，由于監(jiān)測過程中，水平和豎向位移值均發(fā)生較大變化，且地面裂縫也發(fā)展較快，在綜合分析各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)后，給出了滑坡預(yù)警，相關(guān)單位及時(shí)組織小區(qū)內(nèi)滑坡變形范圍內(nèi)的居民撤離，成功避免了滑坡帶來的重大人員財(cái)產(chǎn)損失。

但在后續(xù)滑坡穩(wěn)定性分析過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)卻存在明顯的不足，尤其是坡頂水平位移和深層土體水平位移，分析原因如下。

1）針對(duì)坡頂水平位移，由于未引進(jìn)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測頻率較低，對(duì)現(xiàn)場變形發(fā)展掌握不夠及時(shí)。此外，限于傳統(tǒng)水平位移監(jiān)測方法的原理，該場地范圍廣，地勢(shì)起伏較大，不易找到基準(zhǔn)參考點(diǎn)，故在水平位移監(jiān)測精度方面存在一定問題。本次預(yù)警也是主要依據(jù)場地及建筑物豎向位移提供的數(shù)據(jù)分析。但對(duì)于滑坡監(jiān)測，地面水平位移往往更具有代表性，且數(shù)據(jù)在預(yù)警方面的靈敏度更強(qiáng)。

2）關(guān)于監(jiān)測方案報(bào)警值的確定，原監(jiān)測方案中沉降變形累計(jì)報(bào)警值為 200 mm，變形速率為 3 mm/d。根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果及現(xiàn)場實(shí)際情況，上述報(bào)警值和變形速率的確定明顯不合理。根據(jù)檢測結(jié)果，滑坡發(fā)生時(shí)，最大點(diǎn)的沉降累計(jì)值為 180.18 mm，最后一期最大變形速率為 2.061 mm/d。

3）針對(duì)深層水平位移，本次監(jiān)測數(shù)據(jù)，基本不能反映滑坡跡象。主要原因在測斜孔深度，未進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖，尚未穿過滑動(dòng)面，測斜管整體隨著滑坡體一起滑動(dòng)，故從深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，各監(jiān)測孔基本沒有變化，測斜管布置如圖5 所示。

4 結(jié)語

在本次滑坡事故中，充分暴露了前期滑坡穩(wěn)定性分析和變形監(jiān)測中存在的不足。進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析時(shí)，應(yīng)對(duì)場地進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)測繪和調(diào)查，了解滑坡場地的地質(zhì)條件及可能存在的潛在滑動(dòng)面，尤其對(duì)于高陡斜坡，深層滑動(dòng)面的確定是必不可少的工作。此外，在選取土體參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)的實(shí)際情況選??；對(duì)于滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，建議取 φ（土體內(nèi)摩擦角）值較小的土層作為滑動(dòng)面所在土層；若計(jì)算條件允許，可選擇多個(gè)滑動(dòng)面位置，選擇最不利位置。通過計(jì)算分析，對(duì)于土巖結(jié)合邊坡，圓弧滑動(dòng)法計(jì)算的安全系數(shù)普遍偏大，不太符合實(shí)際，此類邊坡建議采用折線滑動(dòng)法，并考慮飽水工況。

圖5 測斜管布置示意圖

在進(jìn)行滑坡變形監(jiān)測時(shí)，應(yīng)根據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，合理調(diào)整監(jiān)測頻率。滑坡發(fā)展跡象較明顯的場地，可引進(jìn)自動(dòng)化監(jiān)測，24 h 實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便及時(shí)掌握變形情況，及時(shí)預(yù)警。另外，滑坡變形監(jiān)測應(yīng)更重視地表水平位移的監(jiān)測，因水平位移對(duì)滑坡變形的敏感度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于豎向位移，尤其對(duì)于深層滑坡。若布置了深層水平位移，則測斜管需穿過所有潛在滑動(dòng)面并進(jìn)入穩(wěn)定巖土層，否則可能導(dǎo)致無法正確反映滑坡體的深層土體變形。