復雜地質滑坡特征及穩定性分析

徐國強，喬 蘭，劉 兵，羅建林

(1.北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083；2.河北理工大學建筑工程學院,河北 唐山 063009；3.江西省煤田地質局江西華昌工勘院，江西 南昌 330001；4.核工業贛州工程勘查院，江西 贛州 341000)

近年來，隨著工程建設數量的增多和規模的加大，復雜地區高邊坡滑坡災害頻繁發生造成的損失與危害也逐年增加[1-6]。例如，據對變質巖系分布面積較大地方的地質災害的統計(截至2002年)，共發現滑坡災害及隱患共267處，其中玄武巖臺地型滑坡共104處(已經發生的滑坡86處，存在滑坡隱患的斜坡18處)，占總災害數的39%。本文主要研究在復雜地質條件下，對露天轉地下邊坡的滑坡帶基本特征進行分析，并對邊坡的穩定性進行了研究。

1 滑坡帶地質特征概況

1.1 地形地貌與水文氣象

礦區位于華北地臺北緣燕山沉降帶中部遷安隆起西緣的褶皺帶南部杏山復向斜構造中，山體坡面坡度25～30°。滑坡南側坡面中部平緩地帶，中上部未有植被，出露全風化基巖面，植被覆蓋率10%；滑坡北側坡面小陡坎較多，陡坎高多為1m，目前滑坡體前緣山坡上植被發育一般，中下部為開采的廢礦石等，雜草叢生，植被覆蓋率60%。滑坡坡面延展性較好，此種地貌特征，在形成較大臨空面后，加上誘發因素(地表水的浸潤，沖刷作用)，易促進形成山體滑坡。

1.2 地質構造及區域穩定性

滑坡體區域具有F9斷裂。該斷裂走向20～50°，傾向NW，傾角83°；走向長500m，寬8～10m，傾向延伸可達700～800m，屬正斷層。為研究滑坡巖體結構面的發育狀況，測量和統計了出露于滑坡前緣露頭及坡面的結構面，得出裂隙解理面產狀范圍，該滑坡巖體發育4組節理裂隙結構面，如表1所示。

表1 結構面產狀及范圍

上述節理裂隙面中第一組節理面與滑坡形成順向結構對滑坡的穩定性有一定的影響。其他節理裂隙面總體上與滑坡形成逆向結構或逆向斜向結構，第二組、第三組傾角陡，第四組傾角較陡，相對第一組節理面而言這三組結構面對滑坡的穩定性影響較小。

2 滑坡帶特征

山體滑坡前緣總寬度約112m，后緣總寬度107m，斜坡長55～80m，坡度20～50°，前后緣地形高差30～35m，滑動方向273～319°，近似一“箱型”，滑體坡面面積約8468m2，根據滑坡坡形態及工程地質特征，將滑坡體分為Ⅰ段(南側)、Ⅱ段(北側)。南側滑坡基巖結構面基本特征見表2，北側滑坡基巖結構面基本特征見表3。

3 穩定性計算分析

3.1 穩定性計算模型

設計參數根據《地勘報告》及《初步設計》選取，并結合地區經驗,特別是根據目前該滑坡所處的狀態進行反演算分析及查閱相關技術資料，綜合確定如表4所示。

表2 南側滑坡基巖結構面基本特征表

表3 北側滑坡基巖結構面基本特征表

表4 滑體及滑帶物理理學參數表

根據《地勘報告》及《補充地勘報告》，滑床基巖飽和重度取21.00 kN/m3；飽和抗壓強度取5000kPa；橫向承載力特征值取2000kPa；水平抗力系數KH取60MN/m3。

根據滑坡體變形特征，對滑坡在飽水自重情況下進行穩定性分析。滑坡后緣邊界以滑坡后緣拉裂縫為邊界，并假定滑動面基本一致，且巖土體參數亦一致。應用極限不平衡條分法建立如下計算模型，如圖1所示。

3.2 計算結果分析

依據《建筑邊坡工程技術規范》和《地質災害防治工程設計規范》的相關規定，采用傳遞系數法(推力傳遞法)來計算邊坡穩定性。

圖1 滑坡帶穩定計算模型

ψi= cos(θi-θi + 1)-sin(θi-θi + 1)tanφi + 1

Ri=Nitanφi+cili

Ti=Wisinθi+Pwicos(αi-θi)

Ni=Wicosθi+Pwisin(αi-θi)

Wi=Viuγ+Vidγ' +Fi

Pwi=γwiVid

γ' =γsat-γw

式中：FS為滑坡穩定性系數；ψi為傳遞系數；Ri為第i塊滑體抗滑力(kN/m)；Ti為第i塊滑體下滑力(kN/m)；Ni為第i塊滑面上的法向反力(kN/m)；ci、φi為第i塊滑面上的內凝聚力(kPa)及摩擦角(°)；li為滑面長度(m)；αi為地下水流線的平均傾角(°)；θi為滑面傾角(°)；Pwi為單位寬度的滲透壓力(kN/m)；i為地下水滲透坡降；Viu、Vid為浸潤線以上體積、以下體積(m3)。

采用剩余推力法，按設計標準，進行整體和局部滑移的推力計算。按《建筑物地基基礎設計規范》(GBJ27—89)的相關規定，采用傳遞系數法(推力傳遞法)計算邊坡推力，計算公式如下：

Fi=(Wisinαi+Qicosαi)+[ciLi+(Wicosαi-Qisinαi)fi]/Ks+Fi-1ψi-1

式中：Fi為第i條間推力(kN/m)；Wi為單元豎直力(條塊自重)(kN/m)；αi為條塊滑動底面傾角(°)；Qi為單元水平力(kN/m)；Ks為抗滑安全系數；ci為條塊滑動底面處巖土體內聚力(kPa)；Li為條塊滑動底面長度(m)；Fi-1為第i-1條塊的剩余下滑力(kN/m)；fi為條塊滑動底面處巖土摩擦系數，fi=tgφi；φi為巖土體內摩擦角(°)；ψi-1為傳遞系數，ψi-1=cos(αi-1-αi)-fisin(αi-1-αi)/Ks；αi-1為第i-1條塊所在滑面的傾角(°)。

邊坡穩定性計算結果如表5～表8所示。

由穩定性計算結果可知：該滑坡在天然狀況下處于欠穩定～穩定狀態，而 A-A′剖面在飽和狀態下(暴雨工況)下，穩定系數K=0.869；處于失穩狀態。這與現場該滑坡的宏觀變形是一致的，B-B′剖面在天然狀態下穩定系數K=1.566，在飽和狀態下穩定系數K=0.984，說明Ⅱ段(北側)滑坡在飽和狀態下處于一種極限的平衡的狀態，穩定系數小于《建筑邊坡工程技術規范》中二級邊坡的K=1.30安全系數，需要對其進行治理。A-A′和B-B′剖面在暴雨工況下均處于不穩定狀態，極易發生滑坡災害，并鑒于Ⅰ段(南側)滑坡千枚巖風化較嚴重，且地表沖溝發育，需要對其進行治理。

表5 A-A′ 剖面折線法滑坡穩定性及剩余推力計算表

表6 A-A′ 剖面折線法滑坡穩定性及剩余推力計算表

表7 B-B′ 剖面折線法滑坡穩定性及剩余推力計算表

表8 B-B′ 剖面折線法滑坡穩定性及剩余推力計算表

4 結 論

通過對滑坡帶的地質勘查和對滑坡帶穩定性分析，得出結論為：

(1)該滑坡為順向巖土質滑坡，安全等級為二級。

(2)滑坡體現狀變形破壞方式以崩塌、滑坡為主。

(3)穩定性分析與計算結果表明，滑坡在天然工況下處于基本穩定狀態，在暴雨工況下滑坡整體處于不穩定狀態，需要盡快進行治理。

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