基于Geo-Slope的土質滑坡穩定性分析

童建波，何 坤

(成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

0 引 言

蘆山地震后，地震區滑坡、泥石流與崩塌等地質災害加劇，加之震區降雨集中，導致地質災害時有發生，嚴重影響了該地區人民的生命財產安全及當地的經濟建設.本研究以震區某土質滑坡為例，運用Geo-Studio 中的Slop/W 模塊，結合該滑坡地質環境條件，分析評價了該滑坡體在天然、暴雨與地震3 種工況下的穩定性［1－5］.

1 地質環境條件

1.1 地形地貌

研究區處于川西高原與四川盆地的過渡帶，地跨揚子陸塊區與羌塘—三江造山系2 大一級構造單元.地形上嚴格受構造控制，為典型的高山峽谷地貌，地形特點為西高東低，境內大渡河由北向南流動.區內平均海拔在2 000 m 左右，最高點為大雪山主峰貢嘎山，海拔7 556 m.沿大渡河兩岸支溝發育，與大渡河呈正交分布，在其交匯處多形成泥石流扇或沖洪堆積地貌，河谷或溝谷均呈“V”字型，谷緣到谷底的相對高差較大，一般在2 000 ～3 000 m 之間.

研究對象的滑坡區屬高山緩脊峽谷地貌，主要以斜坡、陡坎與緩坡平臺地貌為主，地形一般在28 °左右.不穩定斜坡為村民聚居區，以階梯狀旱地與居民民房為主，部分地方為灌木叢，在斜坡底部和中上部有村道經過.滑坡前緣高程為1 913 m，后緣高程為2 002 m，最大高差約89 m.

1.2 地層巖性

研究區出露地層主要為第四系殘坡積層(Q4el+dl)，基巖為三疊系上統須家河組(T3xj).從上至下大致分為:

1)第四系殘坡積層(Q4el+dl).碎石土，厚度約為3 ～12 m，灰黑色，松散～稍密，干燥～稍濕，碎石石質成分為強風化～中風化砂巖和頁巖，棱角狀，粒徑多2 ～10 cm，表層為耕植土.

2)三疊系上統須家河組(T3xj).海陸交互相含煤沉積，以灰色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主，夾泥巖、煤層及透鏡狀菱鐵礦層，厚約600 m.

滑坡區出露均為灰色砂巖與頁巖，產狀為285°∠42°.

1.3 地質構造及地震

研究區經歷了晉寧運動、澄江運動、海西運動、印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動等多期次構造運動，形成了川滇南北向構造帶、北東向龍門山構造帶及北西向構造帶.

該區地處青藏高原地震區的鮮水河地震帶、安寧河地震帶及龍門山地震帶交匯部位，其中，鮮水河地震帶地震活動最強烈，對本區的波及和影響較大，其他2 個地震帶的影響相對較弱.根據地震資料統計，研究區外圍300 km 范圍內自1216年以來，共記載7.0 ～7.9 級地震7 次，6.0 ～6.9 級地震21 次，5.0 ～5.9 級地震71 次.

根據國家標準GB18306－2001《中國地震動參數區劃圖》，該區地震基本烈度調整為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.15 g，地震動反應譜特征周期為0.3 s.

1.4 水文地質條件

研究區地下水主要以松散層孔隙水與基巖裂隙水的形式賦存.孔隙水主要賦存于第四系殘坡積體碎石土覆蓋層中，直接接受大氣降水補給，并向地勢低洼和基巖裂隙處運移，在斜坡底部有下降泉出露;基巖裂隙水賦存于三疊系上統須家河組(T3xj)裂隙中，補給來源主要是大氣降水和第四系孔隙水.地下水徑流與區內氣象、水文關系密切，同時又受地形地貌、地層巖性及地質構造等控制，一般以淺部或谷坡地帶徑流、運移，途徑短，循環深度淺，在含水層被割的溝谷，以下降泉形式排泄，轉化為地表水為其主要特征.

1.5 氣象水文

研究區屬大陸性季風高原型氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，年平均氣溫16.5 ℃.5月至10月受西南季風氣流控制，空氣暖濕，雨量逐漸增多，降雨量占全年的90%以上.在豐雨期，大量降雨是滑坡的主要誘發因素，特別是歷時長、強度高的降雨過程.雨水滲入地下后，使巖土體水分飽和、軟化，降低了巖土體的抗剪強度并增強了巖土體的容重.同時，地下水的動水壓力和靜水壓力，隨著地下水位的升高及流速加大而增大，很容易誘發滑坡.

1.6 人類工程活動

據現場實際調查，滑坡區人類工程活動主要為村民農耕、修筑民房和鄉村公路.其中，用塊石堆積的階梯狀旱地，土體結構松散，透水性強;修筑民房和鄉村公路開挖斷面大，工程棄方隨地堆積等.這些工程活動均不利于滑坡區的穩定性.

2 滑坡區基本特征

2.1 滑坡區邊界、規模與形態特征

滑坡區全貌圖如圖1 所示.滑坡平面呈長條狀，主滑動方向為338 °，地形坡度約23 °，滑坡前緣以公路開挖形成的陡坎斷面為界，其高程為1 913 m，左側以出露的頁巖和砂巖為界，右側以頁巖出露形成的山脊為界，后緣以陡坎為界，其高程為2 002 m，前后緣相對高差約89 m，橫向寬約75 m，縱向長約210 m，面積約為1.2 ×104m2，平均厚度為7.8 m，體積約為9.4 ×104m3，為小型土質滑坡.

2.2 滑體特征

圖1 滑坡區全貌示意圖

滑坡區的滑體為第四系殘坡積層(Q4el +dl)，位于2 個山脊之間，左右兩側均有基巖出露，平面呈長條狀.根據地質鉆探揭露，滑坡前部為碎石土，厚約5.5 m，黃褐色，稍濕，松散，石質成分以中風化的砂巖為主，棱角狀，粒徑主要集中在2 ～12 cm，最大粒徑約30 cm，剩余為粉質黏土，表層1 m 左右為耕植土，結構松散;滑坡的中后部1 m 左右為耕植土，黃褐色，干燥～稍濕，硬塑～可塑，含植物根系，2 ～9.2 m 為碎石土，灰色，干燥～稍濕，松散，石質成分以中風化的砂巖為主，棱角狀，粒徑主要集中在4 ～15 cm.

整個滑坡體覆蓋層厚度縱向看主要集中在5.5～9.2 m 區間，其中，表層0 ～1 m 為耕植土，為人工用塊石堆積形成的階梯狀旱地，結構松散，1 m 以下為雜亂堆積的碎石土，易于地下水的滲入.可見，滑坡體為居民居住區和耕地，人工改造對坡表地貌影響較大，使坡體呈階梯狀臺地地貌.坡體上多處地下水出露水，對坡體的穩定性影響較大，尤其在底部與基巖接觸帶含水量高，強度較低，易形成軟弱帶，產生壓縮變形和側向擠壓變形，穩定性差，在不利條件作用下極易產生滑動.

2.3 滑動帶及滑床特征

滑動帶主要分布于滑坡體底部與基巖接觸帶，根據鉆探巖芯揭露滑帶土為軟弱帶，厚度0.1 ～0.2 m，埋深5.4 ～9.2 m，巖芯軟，含水量高，呈軟塑～可塑狀，手捏有較強的滑感.軟弱帶土體的強度較低，尤其是受地下水浸泡影響，其抗剪強度低，穩定性差，在不利條件的作用下容易產生滑移變形.

滑坡區滑床為三疊系上統須家河組(T3xj)頁巖與砂巖，滑坡區右側山脊出露大面積頁巖，滑坡區左側和后緣砂巖出露，巖層產狀為285 °∠42 °，層面與坡體斜交，對滑坡穩定性影響不大.

2.4 滑坡變形特征

滑坡區前緣較緩，中部坡度較陡，后緣較緩.在2008年汶川地震以前，該地區房屋就有開裂跡象，汶川地震后，房屋裂縫擴大，特別是在雨季之后，房屋裂縫變形跡象明顯.2013年蘆山地震后，許多新修磚瓦房經歷過一次雨季之后，其地面和墻面出現拉裂縫，甚至有的墻面出現傾斜.整體上來看，滑坡后緣房屋裂隙較多，其變形較其他地方強烈，整個滑坡體都有緩慢蠕動變形的跡象，據此推測該滑坡區處于蠕動變形階段.

3 滑坡穩定性分析

3.1 計算模型

圖2 滑坡體剖面圖

Slop/W 模塊以極限平衡理論為基礎，利用力和力矩平衡計算邊坡失穩的安全系數.極限平衡理論假設為:對滑面包含的所有土的強度參數的內聚力和內摩擦角的折減是同一安全系數，所有條塊的安全系數相同.該滑坡橫向寬約75 m，縱向長約210 m，巖土體性質變化小，故通過實驗數據，工程地質類比與反演，綜合取值確定的平均容重、平均內聚力、平均內摩擦角作為整個滑坡穩定計算的強度參數.

根據鉆孔資料和滑坡邊界特征在Slop/W 模塊中建立該滑坡穩定性計算模型.該滑坡區滑坡地質剖面如圖2 所示.模型中滑面為指定的折線形滑面，巖土體本構模型采用Mohr-Coulomb 模型，采用摩根斯坦—普瑞斯(Morgenstern-Price)法、畢肖普(Bishop)法、簡布(Janbu)法、一般方法(Ordinary)計算穩定性.

3.2 計算工況

根據滑坡區的地質環境背景及形成機制，計算中主要考慮暴雨與地震因素，穩定性計算評價采用以下3 種工況類型:①工況1，自重;②工況2，自重+暴雨;③工況3，自重+地震.

3.3 計算參數

根據實驗數據及相關工程類比，綜合確定了該滑坡體的物理力學參數表1 所示.

表1 滑坡體穩定性計算值

3.4 穩定性計算

根據穩定性計算模型、工況及計算參數，利用Slop/W 模塊計算了該滑坡體在3 種工況下的穩定性，其滑坡安全系數如表2 所示.

表2 滑坡安全系數結果

由表2 可見，4 種計算方法中:Bishop 法計算的安全系數最大，偏安全;Janbu 法計算的安全系數最小，偏不安全［1］.通常，Bishop 法適用于圓弧形滑面的滑坡，Janbu 法適用于復合型滑面的滑坡.由于該滑坡區為沿基覆界面滑動的土質滑坡，因此采用Janbu 法計算較符合實際情況［2］.從計算結果中可以看出，該滑坡體在天然及地震工況下，處于基本穩定狀態;在暴雨工況下，處于欠穩定狀態.這與滑坡穩定性受降雨影響大致吻合.

4 結 論

通過對滑坡區基本特征的分析，定性和定量的穩定性評價，可以得出以下結論:

1)該滑坡區為一小型土質滑坡，坡體變形主要為拉張裂縫，整體穩定性受降雨影響大.滑體為碎石土，透水性好，滑帶為可塑～軟塑黏土.在雨季，雨水易沿著坡體下滲到基覆界面，并向坡腳滲流，在水的軟化作用、沿滑面向下的動水作用、垂直滑面向上的靜水壓力作用下，滑帶土抗剪強度減小，滑體的下滑力增大，滑坡的穩定性降低，滑坡可能由蠕滑變形發展成為整體的失穩破壞.

2)由滑坡區的穩定性計算可知，在天然及地震工況下，滑坡區處于基本穩定狀態;在暴雨工況下，滑坡區處于欠穩定狀態.可見，該滑坡區受降雨的影響較大，需要采取相應的防治措施，如修建截排水溝與抗滑樁等.

［1］鄭濤，張玉燈，毛新生.基于Geo-Slope 軟件的土質邊坡穩定性分析［J］.水利與建筑工程學報，2008，6(1):6－8.

［2］張克恭，劉松玉，等.土力學(第二版)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

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