畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)某滑坡穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

艾燦偉

（貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)）

關(guān)于滑坡成因及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，穆鵬等［1］通過對(duì)隴南紅土坡滑坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究了形成滑坡的主要因素，并做出了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；劉德平等［2］通過對(duì)滑坡區(qū)詳細(xì)地勘察，分析了滑坡成因，并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行了定量分析；魏昌利等［3］采用工程地質(zhì)分析、定量計(jì)算和數(shù)值模擬方法對(duì)滑坡堆積體穩(wěn)定性及變形破壞機(jī)制做了研究，并對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)；杜巖等［4］以重慶開縣桌子石滑坡為案例，基于最新的研究成果和現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，對(duì)滑坡的成因機(jī)制進(jìn)行分析，并對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算公式進(jìn)行修正；郭寧［5］通過分析普格縣姚家山滑坡的基本特征及影響因素，研究了滑坡成因機(jī)制，并進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算；李海軍等［6］通過對(duì)貴州發(fā)耳煤礦尖山營(yíng)的地形、地貌特征詳細(xì)調(diào)查，研究了滑坡的變形破壞特征及成因機(jī)制；馬平等［7］通過對(duì)甕馬高速公路順層邊坡現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)的調(diào)研，研究了順層邊坡的失穩(wěn)機(jī)理。滑坡地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全［8-10］。因此，通過對(duì)貴州七星關(guān)區(qū)某滑坡穩(wěn)定性的分析及評(píng)價(jià)，為滑坡的治理提供科學(xué)的依據(jù)。

1 環(huán)境地質(zhì)背景

1.1 地理位置

滑坡區(qū)位于畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)西北方向，隸屬畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)野角鄉(xiāng)。

1.2 地形地貌

滑坡區(qū)位于寬緩的溝谷處，為附近地表水匯集處，總體地勢(shì)東高西低，坡角2～10°，屬平坦—緩坡地形，后緣高程1 731 m，前緣高程1 688 m，相對(duì)高差43 m，屬低中山山地地形，侵蝕溶蝕地貌。

1.3 氣象水文

滑坡發(fā)生期間，該區(qū)域處于頻繁降雨季節(jié)，最大降雨量26.4 m。

1.4 地層巖性

滑坡內(nèi)地層由老到新發(fā)育有茅口組（P2m）石灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P2-3em）巖漿巖、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）粉砂巖、泥巖，第四系（Q4el+dl）殘坡積層。其中第四系殘坡積層與上述巖組均有接觸，接觸關(guān)系為不整合接觸。

1.5 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)位于可樂向斜北東段南西翼，整體呈一單斜構(gòu)造，地層傾向?yàn)镹W325～345°，傾角為27～40°，巖層產(chǎn)狀變化不大。未發(fā)現(xiàn)斷層現(xiàn)象及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。總體地質(zhì)條件中等。

1.6 人類工程活動(dòng)

某公路改擴(kuò)建工程對(duì)滑坡區(qū)前緣進(jìn)行開挖，人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈。

2 滑坡體概況

滑坡區(qū)地表地層屬第四系殘積坡積層，厚度平均為10.89 m，下伏基巖為龍?zhí)督M粉砂巖、泥巖、峨眉山玄武巖組巖漿巖及茅口組石灰?guī)r。該滑坡區(qū)坡向?yàn)槟衔?46°，坡角為2～10°，屬平坦—緩坡地形，主滑方向也是斜坡坡向，即南西246°，整體平面形態(tài)為“舌”形，后緣較窄、中部及前緣較寬，前緣臨空高度較高，約有11 m?；乱?guī)模18.6萬m3，為中型土質(zhì)淺層牽引式滑坡。該滑坡地質(zhì)災(zāi)害造成居民房屋不同程度的開裂，給居民生命帶來威脅，從地質(zhì)調(diào)查宏觀分析，目前處于蠕變階段，整體欠穩(wěn)定（圖1）。

3 滑坡體現(xiàn)狀特征

3.1 滑體現(xiàn)狀特征

滑體最大縱長(zhǎng)242 m，平均寬78 m，平均厚度為9.86 m，滑體體積為18.6萬m3?；w物質(zhì)為碎石土、砂土、粉土及黏性土為主?？v向上，滑體中下部較厚，一般為12 m，上部較薄，一般為6 m；橫向上，滑體兩邊薄、中間厚，中間最厚可達(dá)14.1m。坡體總體結(jié)構(gòu)松散。

3.2 滑帶現(xiàn)狀特征

地表無明顯滑帶土露頭，據(jù)鉆探工程揭露情況分析，該滑坡滑帶位于殘坡積層底部，鉆孔揭露的最大厚度為1.9 m，最小厚度為0.3 m，平均為0.95 m，距強(qiáng)風(fēng)化基巖層0～4.0 m，平均為1.05 m，土體性質(zhì)為灰色黏土，具強(qiáng)塑性，強(qiáng)含水性、密實(shí)等特點(diǎn)。

3.3 滑床現(xiàn)狀特征

滑床主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖；峨眉山玄武巖組（P2-3em）及茅口組（P2m）石灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀325°∠30°。巖層傾向與坡面斜交。

3.4 水文地質(zhì)現(xiàn)狀特征

在滑坡前緣臨空面底部出露泉點(diǎn)Q1，為下降泉，季節(jié)性泉水，大氣降水補(bǔ)給為主；形成原因是臨空面較高，為第四系孔隙水提供很好的排泄條件，孔隙水以面狀形式從臨空面溢處?；路秶牡叵滤a(bǔ)給主要為大氣降水補(bǔ)給，徑流方向沿著滑坡坡向，即西南236°方向，在滑坡前緣臨空面底部以泉點(diǎn)形式進(jìn)行排泄。根據(jù)鉆孔終孔混合靜止水位觀測(cè)，地下水水位平均在2.70 m左右，其平均標(biāo)高為1 701.43 m。

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4 滑坡影響因數(shù)分析

4.1 自然因數(shù)

（1）大氣降水。根據(jù)氣象資料，滑坡發(fā)生期間處于頻繁降雨季節(jié)，滑坡所處位置為本區(qū)地表水匯水區(qū)域，大氣降水沿著孔隙及裂縫進(jìn)入地下，加大了滑體的質(zhì)量，使土體軟化，上覆土體沿著滑帶軟弱面發(fā)生蠕變現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致地面及房屋開裂，說明大氣降水對(duì)滑坡有一定的影響。

（2）地下水。大氣降水沿著裂縫進(jìn)入地下后，由于下伏龍?zhí)督M砂泥巖及峨眉山玄武巖的阻水作用，使得坡體達(dá)到飽和狀態(tài)，致使土體軟化，抗剪力減弱，導(dǎo)致下滑力增大，從而降低了坡體的穩(wěn)定性，進(jìn)而形成滑坡。

4.2 人類工程活動(dòng)

某公路改擴(kuò)建工程對(duì)滑坡前緣進(jìn)行開挖，使土體失去支擋，破壞了土體原有的平衡結(jié)構(gòu)；使坡腳土體形成臨空面，滑帶受地下水的影響，會(huì)發(fā)生軟化，形成軟弱面，其抗剪強(qiáng)度大大減弱，為土體滑動(dòng)提供自由空間。

綜上，滑坡是由于上覆土體沿著滑帶軟弱面發(fā)生蠕變進(jìn)而形成。

5 滑坡體土樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5.1 滑體土樣試驗(yàn)

滑體主要物理成分為砂土、粉土及黏土，根據(jù)在滑坡區(qū)采集的6件滑體土樣作室內(nèi)重塑土常規(guī)項(xiàng)試驗(yàn)，其中，天然密度及飽和密度試驗(yàn)成果及數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

5.2 滑帶土樣物理力學(xué)性質(zhì)

鉆探時(shí)采集擾動(dòng)樣作為樣本（做重塑試驗(yàn)），共采取5組滑帶土樣做了飽和力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

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6 滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)

6.1 計(jì)算模型與工況

根據(jù)鉆探及地質(zhì)調(diào)查資料，結(jié)合滑坡的變形情況，更能有效反映滑坡的變形發(fā)展現(xiàn)狀。本次選取主滑方向的A剖面計(jì)算滑坡穩(wěn)定性。選取剖面工況模型見圖2。計(jì)算主要考慮降雨因素。穩(wěn)定性分析計(jì)算的荷載主要有滑坡坡體及地下水自重力，本次計(jì)算選擇工況為現(xiàn)狀條件下的自重力+建筑荷載+地下水，滑體及滑帶參數(shù)取飽和參數(shù)。

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6.2 穩(wěn)定性計(jì)算方法及結(jié)果

基本假定：沿?cái)嗝娣较蛉? m寬的滑體作為檢驗(yàn)單元，不考慮單元體兩側(cè)的摩阻力影響；滑體的每一分條假定為整體滑動(dòng)，滑面為折線形；各滑塊的推力方向平行于各塊體的滑面。

6.2.1 滑帶抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)反演分析

本次采取的滑帶土樣均在鉆孔中采取，其鉆孔在鉆進(jìn)過程中已對(duì)滑帶土樣進(jìn)行了擾動(dòng)，未能準(zhǔn)確地對(duì)其采集，導(dǎo)致試驗(yàn)后的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)與現(xiàn)實(shí)有差異，滑帶土抗剪力學(xué)參數(shù)（C值、φ值）通過反演計(jì)算而得。本次采用《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864—2016）13.3中的公式對(duì)C、φ值進(jìn)行反演。公式如下：

式中，F(xiàn)為穩(wěn)定系數(shù)；ωi為第i塊段滑體重度，kN/m3；αi為第i塊段傾角，（°）；L為滑帶長(zhǎng)度，m。

（1）穩(wěn)定系數(shù)。目前滑坡處于局部變形階段，根據(jù)坡面形態(tài)、地下水位、滑帶賦存條件和外荷載等因素，本次取臨界基本穩(wěn)定狀態(tài)的穩(wěn)定系數(shù)為1.05。

（2）滑體重度。結(jié)合野外鉆探，揭露地下水埋深平均為2.7 m，滑坡土由砂土、粉土組成，綜合確定，滑體土重度取飽和重度，根據(jù)鉆孔采集后原狀樣室內(nèi)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)分析，滑體容重為19.2 kN/m3。

（3）各條塊相關(guān)參數(shù)。本次根據(jù)滑體厚度、物質(zhì)組成及滑帶基本特征等綜合考慮，在主滑方向?qū)崪y(cè)地質(zhì)剖面上劃分計(jì)算條塊，并在CAD軟件量取相關(guān)數(shù)值。

（4）滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)分析及優(yōu)化取值［2］。

6.2.1.1 敏感性分析

選擇參數(shù)變化，黏聚力（C）和內(nèi)摩擦角（φ）在同一方差內(nèi)對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響程度比值ηc:ηφ=1∶3.5。

6.2.1.2 滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演及優(yōu)化取值

通過上述參數(shù)，對(duì)本次反算得到的一系列抗剪強(qiáng)度參數(shù)值與統(tǒng)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，選擇最優(yōu)的參數(shù)作為滑坡穩(wěn)定性計(jì)算強(qiáng)度參數(shù)［11］。用于比較的計(jì)算公式如下。

式中，S為優(yōu)化系數(shù)；假定ηc為1，則ηφ為3.5；μC為C值平均值；μφ為φ值平均值；σC為C值方差；σφ為φ值方差。

S中最小值所對(duì)應(yīng)的C和φ即為最優(yōu)的滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)。反演結(jié)果：C值為17.55 MPa，φ值為4.4°。反演計(jì)算結(jié)果見表4。

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6.2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

6.2.2.1 計(jì)算方法

滑坡滑面呈折線形，本研究采用傳遞系數(shù)法計(jì)算公式滑坡的穩(wěn)定性，其計(jì)算公式如下。

其中，

式中，F(xiàn)s為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψj為傳遞系數(shù)；Ri為第i計(jì)算條塊滑體抗滑力，kN/m；Ti為第i計(jì)算條塊滑體下滑力，kN/m；Ni為第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的反力，kN/m；Pi為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；φi為第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，（°）；li為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度，m；αi為第i計(jì)算條塊地下水流線平均傾角，一般情況下取浸潤(rùn)線傾角與滑面傾角平均值，（°），反傾時(shí)取負(fù)值；Wi為第i計(jì)算條塊自重力與建筑等地面荷載之和，kN/m；θi為第i計(jì)算條塊底面傾角，（°），反傾時(shí)取負(fù)值；PWi為第i計(jì)算條塊單位寬度的滲透壓力，kN/m；I為地下水滲透坡降；γW為水的容重，kN/m3，取10；Viu為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以上體積，m3/m；Vid為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以下體積，m3/m；γ為巖土體的天然容重，kN/m3；γ′為巖土體的浮容重，kN/m3；γsat為巖土體的飽和容重，kN/m3；Fi為第i計(jì)算條塊所受地面荷載，kN。

6.2.2.2 計(jì)算參數(shù)的分選

計(jì)算參數(shù)主要包括滑體土重度及滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)（C、φ值）。針對(duì)滑坡目前的變形破壞現(xiàn)象以及其所處狀態(tài)分析，對(duì)滑體進(jìn)行參數(shù)反演分析具備條件，同時(shí)也是符合實(shí)際的。為此，本次滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)采用室內(nèi)土工試驗(yàn)成果、工程經(jīng)驗(yàn)判斷與滑帶土參數(shù)合理反演相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合確定。

（1）滑體容重。結(jié)合野外鉆探揭露地下水埋深平均為2.7 m，滑坡土由砂土、粉土組成，綜合確定，滑體土重度取飽和重度，根據(jù)鉆孔采集后原狀樣室內(nèi)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)分析，滑體容重為19.2 kN/m3。

（2）滑帶參與計(jì)算的參數(shù)C、φ值。本次采用反演分析后的滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)，即C值為17.55 MPa，φ值為4.4°。

（3）各條塊相關(guān)參數(shù)。本次根據(jù)滑體厚度及物質(zhì)組成，滑帶基本特征等綜合考慮，在主滑方向?qū)崪y(cè)地質(zhì)剖面上劃分計(jì)算條塊，并在CAD軟件量取相關(guān)數(shù)值。

6.2.2.3 計(jì)算結(jié)果與評(píng)價(jià)

經(jīng)計(jì)算，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.02。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864—2016）13.3.4，滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5，滑坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

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7 結(jié)論

（1）地質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查宏觀分析，滑坡整體處于蠕滑階段，屬欠穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）在大氣降水及地下水作用下，使滑坡體含水達(dá)到飽和狀態(tài)，暴雨季節(jié)，加大了滑體的質(zhì)量，使滑帶土體軟化，抗剪力減弱，導(dǎo)致下滑力增大，上覆土體沿著滑帶軟弱面發(fā)生蠕變現(xiàn)象。公路的開挖，使滑坡體前緣產(chǎn)生臨空面，使土體失去支擋，破壞了土體原有的平衡結(jié)構(gòu)，為土體滑動(dòng)提供自由空間，進(jìn)一步加劇了滑坡的形成。

（3）經(jīng)過反演計(jì)算，滑帶土抗剪強(qiáng)度C值為17.55 MPa，φ值為4.4°。

（4）經(jīng)過穩(wěn)定性計(jì)算，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.02，屬欠穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查分析，其計(jì)算結(jié)果與滑坡變形的地質(zhì)分析結(jié)果基本吻合。

（5）在持續(xù)暴雨影響下，滑坡體變形會(huì)進(jìn)一步加劇，最后可能導(dǎo)致整體失穩(wěn)下滑。