地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)分析

趙俁鈞

（湖南省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測(cè)所，湖南 衡陽 421200）

0 引言

2019 年汛期，尤其是7 月6—8 日的連續(xù)強(qiáng)降雨，雨水從祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體護(hù)坡坡面及后緣大量滲入地下，導(dǎo)致地下水位升高，同時(shí)對(duì)土體形成長期沖刷和浸蝕，大量松軟土體向下滑移，7 月9 日晚祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體發(fā)生滑坡（數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一編號(hào)為430426011254），導(dǎo)致坡體前緣長約65 m 擋土墻被損毀、寬約60 m 的混凝土拱形格構(gòu)變形。該滑坡現(xiàn)已威脅到祁東縣委政府大院內(nèi)工作人員及機(jī)關(guān)食堂的安全，發(fā)生災(zāi)險(xiǎn)情后，我單位有關(guān)專家及技術(shù)人員于7 月10 日立即趕赴現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，與祁東縣政府、縣自然資源局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)商討應(yīng)急處置方案，并委派技術(shù)人員指導(dǎo)進(jìn)行應(yīng)急處置。

1 治理區(qū)自然地理與區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然地理?xiàng)l件

1.1.1 位置與交通

擬治理滑坡區(qū)位于祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體南側(cè)山坡，其中心地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°05′48.3″，北緯26°48′00.2″，場(chǎng)區(qū)位于祁東縣縣城內(nèi)，交通十分便利。

1.1.2 氣象、水文

祁東縣地處亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，四季分明，季節(jié)變化較大。大氣降雨充沛，雨量集中，每年5—8 月是祁東縣的雷雨大風(fēng)期。據(jù)祁東縣氣象站1981—2014 年資料，一般年降雨量1048mm～1450mm，多年平均降雨量1267.9mm，最大年降雨量1787.5mm，最小年降雨量996.0mm，月最大降雨量397.8mm，月最小降雨量0.1mm；最大日降雨量163.0mm。20 年一遇最大小時(shí)降雨量為40.6mm，50 年一遇最大小時(shí)降雨量為93.0mm。

1.2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

1.2.1 地形地貌

場(chǎng)區(qū)內(nèi)原地貌類型屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，地勢(shì)總體是北高南低。護(hù)坡區(qū)海拔標(biāo)173.60～202.0m，相對(duì)高差28.40m，坡比1 ∶1.25～1 ∶1.5，邊坡下方為祁東縣委政府辦公樓及機(jī)關(guān)食堂。

1.2.2 地層巖性

根據(jù)地表調(diào)查和鉆探揭露以及淺井、探槽揭露情況，場(chǎng)區(qū)內(nèi)上覆土層主要據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)出露的地層巖性主要為第四系人工堆積層（Q4ml）、殘坡積土（Q4el+dl）、泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組（）石灰?guī)r，各地層特征如下。

1.2.2.1 第四系土層

素填土（Q4ml）：褐紅色、灰白色，軟塑、松散，土質(zhì)不均勻，主要為黏性土夾少量碎石，局部為混凝土碎塊。該層主要分布于邊坡格構(gòu)區(qū)域，為格構(gòu)施工回填平整邊坡新近填土，層厚1.0～2.5 m，物理力學(xué)性質(zhì)差。

粉質(zhì)黏土（Qel+dl）（滑體土）：褐黃色，可塑，土質(zhì)不均勻，含大量碎石及角礫，該層為滑坡堆積土。厚度2.20～8.00m，土體本身濕度較大，物理力學(xué)性質(zhì)較差。

粉質(zhì)黏土（Qdel）：灰褐色，軟塑，土質(zhì)不均勻。該層為滑帶土，厚度0.2～0.30 m，土體本身濕度較大，物理力學(xué)性質(zhì)差，鉆探巖芯觀察未見明顯滑動(dòng)痕跡或擦痕。

黏土（Qel+dl）：褐紅色，軟塑～可塑，土質(zhì)較均勻。厚度1.40～6.20 m，土體本身濕度較大，物理力學(xué)性質(zhì)差，局部可塑狀黏土為滑床。

1.2.2.2 泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組（D2q）

中風(fēng)化石灰?guī)r：灰褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，以柱狀為主，柱長為10 cm～30 cm，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆。全部鉆孔揭示，該層未揭穿，揭露層厚3.20 m～7.90 m。此層石灰?guī)r，可識(shí)別結(jié)構(gòu)及構(gòu)造，巖芯完整，這次勘探2 個(gè)鉆孔鉆遇溶洞，全充填，充填軟塑狀黏土，其他鉆孔見溶蝕現(xiàn)象以及小溶孔。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

據(jù)《1 ∶20 萬邵陽幅區(qū)域地質(zhì)報(bào)告》，勘查區(qū)位于新華夏構(gòu)造體系中，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合資料，未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性斷裂構(gòu)造跡象。

根據(jù)衡陽地震史和近期資料記載，場(chǎng)區(qū)從未發(fā)生過大于Ⅵ級(jí)的地震，屬弱震區(qū)。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），場(chǎng)區(qū)地震設(shè)防烈度為等于Ⅵ度區(qū)，地震動(dòng)峰加速度值a=0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期Ts=0.35s。

1.2.4 水文地質(zhì)條件

1.2.4.1 地下水類型

場(chǎng)區(qū)地下水類型主要為第四系土層中的上層滯水與巖溶裂隙水。第四系上層滯水主要賦存于第四系土層中，其水量季節(jié)變化大，雨季時(shí)水量較大，旱季時(shí)干涸。巖溶裂隙水賦存于下伏基巖巖溶裂隙中，埋藏較深，滑坡后緣鉆孔均未見水位，中部鉆孔以及前緣鉆孔地下水位埋深2.6～15.6 m，水位年變幅2～4 m。

1.2.4.2 地下水的腐蝕性評(píng)價(jià)

這次勘探采取鉆孔水樣進(jìn)行化驗(yàn)與分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，判定場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)類型屬HCO3--SO42-/K++Na+-Ca2+型，按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009 年版）[1]，可判定場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

1.2.5 不良地質(zhì)現(xiàn)象及特殊性巖土

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)鉆探以及調(diào)查，場(chǎng)區(qū)巖溶稍發(fā)育，2 個(gè)鉆孔鉆遇溶洞，溶洞內(nèi)全充填粉質(zhì)黏土，厚度0.50～0.60 m，其他鉆孔見溶蝕現(xiàn)象以及小溶孔。

區(qū)內(nèi)特殊性巖土主要為素填土，呈紅褐色、灰白色，軟塑，主要成分為黏性土夾少量碎石組成，局部為混凝土塊，厚度1.0～2.5 m，未完成自重固結(jié)，系新近填土。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016 年版）和《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），場(chǎng)區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅵ度[2]，地震動(dòng)峰加速度值a=0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期Ts=0.35s。

20 年一遇最大小時(shí)降雨量為40.6 mm，50 年一遇最大小時(shí)降雨量為93.0 mm。

截排水溝采用20 年一遇小時(shí)暴雨強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，50年一遇小時(shí)暴雨強(qiáng)度校核。

截排水溝設(shè)計(jì)流速最小為0.4 m/s；排水溝超高標(biāo)準(zhǔn)：超高20 cm。滑坡治理工程等級(jí)為II 級(jí)，一般工況下安全系數(shù)取1.25，自重+降雨（飽和）工況下安全系數(shù)取1.05，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。

3 地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)

3.1 確定計(jì)算剖面

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算選取1-1'、2-2'、3-3'、4-4'共4 條剖面進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)可能的滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3.2 確定計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體滑坡重大地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)勘查報(bào)告》提出的滑坡體重度、c、?值，在這次設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核[3]?；聟^(qū)內(nèi)巖土體力學(xué)參數(shù)詳見0.3 勘查主要結(jié)論中表0-1 以及表0-2。

3.3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

滑坡使用滑坡推力核算，旨在為滑坡在各種施工環(huán)境下的穩(wěn)定水平評(píng)估和預(yù)防提供參考。計(jì)算負(fù)載需要考量地下水、降雨、滑坡體自身質(zhì)量等要素。

3.3.1 自重

滑體自身質(zhì)量施加在條塊位置的最核心的作用力。自然施工環(huán)境下，地下水位下方與上方分別采用飽和重度與天然重度；暴雨施工情況下，參照《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DB 50/143—2003）第12.1.6 條，降雨級(jí)別達(dá)到暴雨時(shí)應(yīng)充分重視降水對(duì)滑坡體自身質(zhì)量的作用，降水滲透區(qū)域按照飽和重度核算，降水滲透區(qū)域與地下水位之間的區(qū)域依舊使用天然重度，降水滲透深度根據(jù)降雨力度、土地滲透水平等一同評(píng)估，鑒于滑體土不夠緊實(shí)、降水容易滲透，可以將整個(gè)滑體都劃歸為滲透范圍，滑體使用飽和重度，滑體表面使用飽和重度。

3.3.2 水壓力

水壓力通常是由浮托力、動(dòng)水與靜水壓力3 個(gè)部分組成的。

暴雨施工情況下，降水順著裂縫進(jìn)入滑帶周圍，構(gòu)成地下水滲流，會(huì)形成動(dòng)水壓力，另外，地下水滲流也導(dǎo)致浮托力出現(xiàn)，使滑床抗力減少，進(jìn)而導(dǎo)致抗滑力下降，動(dòng)水壓力和浮托力為影響滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。

地震荷載：根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）的規(guī)定，場(chǎng)地位于抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度區(qū)，不計(jì)地震荷載。

應(yīng)根據(jù)其危害水平和有可能導(dǎo)致的物質(zhì)損失、荷載組合、穩(wěn)定性核算、施工情況等進(jìn)行滑坡治理，見表1。具體計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算工況、荷載組合

表2 祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

這次設(shè)計(jì)對(duì)祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體滑坡穩(wěn)定性計(jì)算選取4 條剖面對(duì)滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，可得出如下結(jié)論：在天然工況下，祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體滑坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

在暴雨工況下，祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體滑坡整體均處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 滑坡參數(shù)敏感性分析

滑坡選取2-2'剖面作為分析剖面，見表3。根據(jù)表3 滑坡2-2'剖面（暴雨工況）參數(shù)反演表數(shù)據(jù)，畫出滑坡2-2'剖面參數(shù)反演成果C-?關(guān)系（F=1.0）曲線、F-?關(guān)系曲線及F-C關(guān)系曲線，如圖1～圖3 所示。

圖1 滑坡2-2'剖面參數(shù)反演成果C-?/關(guān)系（F=1.0）曲線

圖2 滑坡2-2'剖面參數(shù)反演成果F-?/關(guān)系曲線

圖3 滑坡2-2'剖面參數(shù)反演成果F-C 關(guān)系曲線

表3 滑坡2-2'剖面（暴雨工況）參數(shù)反演表

由圖2 可見，F(xiàn)-?關(guān)系曲線中的直線簇傾角為15°，圖3F-C關(guān)系曲線中的直線簇傾角為23°，因此表明暫時(shí)穩(wěn)定系數(shù)F對(duì)黏聚力的反應(yīng)比對(duì)的內(nèi)摩擦角反應(yīng)靈敏。

3.5 穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

由穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可知：天然狀態(tài)下，滑坡體處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，但是在暴雨或強(qiáng)降水狀態(tài)下，滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，計(jì)算結(jié)果與滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定、在暴雨（飽和）狀況下滑坡裂縫擴(kuò)展，滑坡進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)論是相吻合的，從而也驗(yàn)證了穩(wěn)定性定性判斷的正確性和調(diào)查結(jié)果的可靠性。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，目前坡體已經(jīng)發(fā)生過滑動(dòng)，但是大部分滑體仍堆積于原滑動(dòng)面上，且原有格構(gòu)、擋土墻已失效，且滑坡后緣已經(jīng)形成新的臨空面，如果遇到連續(xù)降水或強(qiáng)降水，滑體將繼續(xù)下滑并且?guī)?dòng)滑坡后壁以上土體下滑。雖然現(xiàn)在已經(jīng)采取了緊急除險(xiǎn)措施，但是為了徹底消除滑坡的威脅，必須采取相應(yīng)的工程支擋措施，因此必須盡快對(duì)該處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行治理，以免造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

4 結(jié)語

綜上所述，通過勘查可知，祁東縣玉合街道祁豐社區(qū)九塘組山體滑坡重大地質(zhì)災(zāi)害能治可治，只要設(shè)計(jì)合理，施工得當(dāng)，完全可以達(dá)到消除滑坡隱患的目的，保證當(dāng)?shù)鼐用癜簿訕窐I(yè)，減災(zāi)效益明顯。項(xiàng)目的實(shí)施還可為區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供良好的外部條件，所創(chuàng)造的社會(huì)效益顯而易見。