云陽(yáng)西城古滑坡穩(wěn)定性影響因素分析

宋文平

(南充水利電力建筑勘察設(shè)計(jì)研究院,四川南充,637400)

一般而言,天然斜坡或人工邊坡的穩(wěn)定性主要由兩大類影響因素決定。一是內(nèi)在地質(zhì)特征,包括地質(zhì)構(gòu)造、初始地應(yīng)力、地形地貌、巖土體物理力學(xué)性質(zhì);二是外部環(huán)境因素,包括水的作用、地震影響、人類活動(dòng)。就庫(kù)區(qū)邊坡而言,水的作用包括大氣降雨,特別是暴雨,庫(kù)水位驟升和庫(kù)水位驟降。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì),49%的庫(kù)區(qū)滑坡發(fā)生在水位上升期間,30%的滑坡發(fā)生在水位下降期間[1]。內(nèi)在地質(zhì)特征是控制性因素,外部環(huán)境因素是誘發(fā)因素。天然斜坡和人工邊坡所處的內(nèi)、外部環(huán)境不同。影響其穩(wěn)定性的最主要因素是不同的。只有計(jì)算分析出對(duì)坡體穩(wěn)定性程度最大的影響因素,才能采取針對(duì)性的監(jiān)測(cè)預(yù)警方案和針對(duì)性的有效防治措施。

1 內(nèi)在地質(zhì)特征對(duì)坡體穩(wěn)定性影響

在高初始地應(yīng)力、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜、褶皺發(fā)育強(qiáng)烈、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍的地區(qū),邊坡的穩(wěn)定性是較差的。

另外,邊坡的巖土類型、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙切割發(fā)育特征、軟弱夾層性狀、巖溶發(fā)育情況也是決定邊坡變形破壞的主要因素。

邊坡坡體的地形地貌特征也是邊坡穩(wěn)定性變化發(fā)展過(guò)程的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。不同的地形地貌特征對(duì)應(yīng)的坡體穩(wěn)定性是不同的。坡體地形的起伏、坡面的陡緩、坡體前緣的臨空條件、坡體側(cè)面沖溝切割等,這些地形地貌特征均對(duì)坡體穩(wěn)定性有重要影響。

2 外部環(huán)境因素對(duì)坡體穩(wěn)定性影響

水的作用是影響坡體穩(wěn)定性的最常見的外部誘發(fā)因素。水的作用又可以分為靜水作用和動(dòng)水作用。靜水作用,一則改變巖土體的重度,導(dǎo)致下滑力增大,抗滑力減小,穩(wěn)定性降低;二則水對(duì)滑動(dòng)帶或滑動(dòng)面的軟化作用,導(dǎo)致滑動(dòng)面的巖土體強(qiáng)度降低,引起穩(wěn)定性下降。動(dòng)水作用則是通過(guò)滲流力使坡體產(chǎn)生滲透破壞,進(jìn)而降低坡體的穩(wěn)定性。

地震作用對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響是通過(guò)水平地震力使下滑力增大和抗滑力減小,從而引起斜坡失穩(wěn)滑動(dòng)。另外,地震作用會(huì)引起沙土、粉土液化,降低有效應(yīng)力促使坡體產(chǎn)生滑動(dòng)。

人類活動(dòng)對(duì)坡體的影響主要表現(xiàn)在坡體上土方開挖或堆填。在坡體的下滑段削方減重,在坡體的抗滑段填方堆載,在坡體前緣剪出口堆載壓腳均有利于坡體穩(wěn)定。反之,則不利于坡體穩(wěn)定。在坡體的中部開挖則有可能產(chǎn)生次級(jí)滑動(dòng)。

3 云陽(yáng)西城古滑坡地質(zhì)概況

云陽(yáng)縣西城古滑坡地處重慶市三峽庫(kù)區(qū)云陽(yáng)縣舊城區(qū),位于長(zhǎng)江左岸。滑坡后緣較陡直,前部稍緩,平面形態(tài)呈“圈椅狀”,整體坡度約30°?；麦w前緣臨近長(zhǎng)江,剪出口位于水面以下,剪出口高程約為95m,后緣高程約為320m,滑坡體南北縱向長(zhǎng)約1000m,東西橫向?qū)捈s850m。該滑坡體為第四系全新統(tǒng)崩坡積的粘性土夾碎塊石組成,滑坡體后緣厚度3.5m左右,中部厚度14.5m左右,前緣厚度27m左右?；矌r體為侏羅系中統(tǒng)紫紅色砂泥巖互層,巖層產(chǎn)狀167∠42°?；瑒?dòng)面(帶)沿基覆界面,由堆積體與下覆紫紅色砂巖、泥巖的接觸界面控制,滑帶土為可塑狀粉質(zhì)黏土,厚度0.5m～0.8m?；碌湫推拭嬉妶D1、圖2。

圖1 滑坡典型剖面Ⅰ-Ⅰ

圖2 滑坡典型剖面Ⅱ-Ⅱ

滑坡體的物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、反演計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合取值見表1。

表1 滑坡物理力學(xué)參數(shù)

4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

4.1 計(jì)算模型及理論方法

由于滑帶土厚度不足1m,與滑坡堆積體的厚度相較而言較薄,故滑坡滲流和穩(wěn)定性計(jì)算模型可以簡(jiǎn)化為兩層:堆積體和下覆基巖,滑床基巖的滲透系數(shù)值很小,可視為不透水體。根據(jù)云陽(yáng)縣氣象資料,當(dāng)?shù)赜|發(fā)滑坡大規(guī)模發(fā)生的暴雨強(qiáng)度為140mm/d～150mm/d,累積降雨量280mm～420mm,本次計(jì)算暴雨強(qiáng)度取值150mm/d,累積降雨量450mm。依據(jù)三峽水庫(kù)調(diào)度情況,本次計(jì)算水位從145m下降到175m,下降速度2m/d,水位從156m上升到175m,上升速度1m/d。

在工程實(shí)踐中考慮地下水滲流作用影響的常用方法主要有:(1)容重代替法,對(duì)于水位以下土體計(jì)算滑動(dòng)力時(shí)取飽和重度,計(jì)算抗滑力時(shí)取有效重度;(2)靜水壓力法,對(duì)于透水性好的巖土體則假定地下水位以下的水壓力沿深度呈直線分布。

容重代替法和靜水壓力法是等效的,但在某些工況下會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。前一種是以土骨架作為研究對(duì)象,采用土的有效重度和水的滲透壓力來(lái)計(jì)算滲流作用對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響;后一種是以土體作為研究對(duì)象,考慮滑裂面上的孔隙水壓與(在外坡面上有靜水時(shí))坡體表面上的靜水壓力。李廣信、陳祖煜等認(rèn)為在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)考慮計(jì)算地下水的滲透壓力趨向于把問題復(fù)雜化,實(shí)際上只需考慮孔隙水壓力的影響即可[2-3]。也就是在計(jì)算坡內(nèi)有滲流、坡外有水情況的邊坡穩(wěn)定性時(shí),采用等效置換的方法,即坡外水位以下的土體采用有效重度,不計(jì)坡外的靜水壓力,孔隙水壓力采用超靜孔壓。

目前滲流計(jì)算是以數(shù)值模擬為主,常用的數(shù)值模擬計(jì)算方法主要有邊界元法、有限單元法和有限差分法[4]。本文采用Geo-studio軟件SEEP模塊對(duì)相應(yīng)工況下滑坡體地下水浸潤(rùn)線進(jìn)行有限元計(jì)算分析。

邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算的方法有極限平衡法、數(shù)值計(jì)算法和不確定性分析法。在工程實(shí)踐中計(jì)算邊坡穩(wěn)定性時(shí)極限平衡法使用的最多[5]。本文使用Geo-studio軟件中的SLOPE/W模塊采用Morgenstem-Prince法計(jì)算滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)。該法屬于極限平衡法中的嚴(yán)格條分法,對(duì)于任意滑動(dòng)面均滿足力和力矩的平衡[6]。

4.2 計(jì)算結(jié)果與分析

在計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)首先使用Geo-studio軟件SEEP模塊對(duì)暴雨工況、庫(kù)水位變動(dòng)工況下的滑坡體內(nèi)浸潤(rùn)線進(jìn)行計(jì)算,然后直接導(dǎo)入SLOPE/W模塊進(jìn)行相應(yīng)工況下的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算[7],其結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

根據(jù)表2中的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,可得出:在各種情況下,剖面Ⅱ的穩(wěn)定性系數(shù)比剖面Ⅰ的穩(wěn)定性系數(shù)大很多,約30%,說(shuō)明即使同一坡體,不同部位的穩(wěn)定性是不同的,充分表明地形地貌對(duì)穩(wěn)定性的顯著影響,邊坡的穩(wěn)定性受內(nèi)在地質(zhì)特征決定控制。暴雨工況下滑坡的穩(wěn)定性下降幅度3.5%～13.7%;庫(kù)水位下降工況下的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)下降幅度2.4%～12%;庫(kù)水位上升工況下的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)上升幅度8.3%～11.5%。由此可見,暴雨、庫(kù)水位下降和庫(kù)水位上升三種工況對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性影響明顯,但在坡體不同部位影響程度差異較大。其中暴雨對(duì)該滑坡的影響程度相對(duì)較大;坡外庫(kù)水位下降對(duì)該滑坡的影響程度相對(duì)較小;坡外庫(kù)水位上升工況下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)不降反而上升,這是因?yàn)槠峦馑簧仙龝r(shí),下滑力減少的幅度比抗滑力減少的幅度更大,且在本次計(jì)算時(shí)未能考慮水對(duì)巖土體強(qiáng)度降低作用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)云陽(yáng)西城古滑坡的計(jì)算分析,表明坡體的內(nèi)在地質(zhì)特征起決定性影響。暴雨是誘發(fā)該古滑坡體再次發(fā)生滑動(dòng)的相對(duì)較大外部影響因素,坡外庫(kù)水位是相對(duì)較小外部影響因素,兩者對(duì)坡體穩(wěn)定性都有顯著影響。

本文計(jì)算分析的欠缺之處:(1)沒有計(jì)入水的軟化作用引起巖土體強(qiáng)度的降低;(2)未考慮邊坡非飽和區(qū)的基質(zhì)吸力對(duì)巖土體的抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn);(3)未對(duì)地震作用和人類活動(dòng)對(duì)坡體穩(wěn)定性影響程度進(jìn)行計(jì)算分析,且只進(jìn)行了單因素分析,未考慮多因素同時(shí)作用的影響。后續(xù)分析中,可以針對(duì)上述欠缺之處進(jìn)行更深入的研究。