基于某工程實踐的花栗樹包滑坡Ⅰ穩(wěn)定性分析與評價

魯玉芬，方從嚴(yán)，吳貴琴，開 明

1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑系，安徽蕪湖，241003； 2.湖北省地質(zhì)勘查基礎(chǔ)工程公司，湖北武漢，430000； 3.蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究責(zé)任有限公司，安徽蕪湖，241003

基于某工程實踐的花栗樹包滑坡Ⅰ穩(wěn)定性分析與評價

魯玉芬1，方從嚴(yán)1，吳貴琴2，開 明3

1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑系，安徽蕪湖，241003； 2.湖北省地質(zhì)勘查基礎(chǔ)工程公司，湖北武漢，430000； 3.蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究責(zé)任有限公司，安徽蕪湖，241003

以花栗樹包滑坡Ⅰ的工程實踐為例，通過整理相關(guān)勘察資料、巖土試驗等資料，分析了該滑坡的基本情況、滑坡體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征及物理力學(xué)性質(zhì)；探討了該滑坡的破壞機(jī)理；用極限平衡法對該滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行了計算，并對它在不同工況條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析、評價與預(yù)測。

花栗樹包滑坡Ⅰ；穩(wěn)定性；分析與評價

本文研究的花栗樹包滑坡由三個獨(dú)立的滑坡Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組成，位于湖北省興山縣香溪河左岸峽口新集鎮(zhèn)游峽路，復(fù)建興(山)秭(歸)公路在滑坡Ⅰ前緣、滑坡Ⅲ后緣通過。該花栗樹包滑坡為一經(jīng)過多次變形而形成的老滑坡，目前處于局部復(fù)活變形階段。在暴雨狀態(tài)下處欠穩(wěn)定狀態(tài)，一旦失穩(wěn)，危及對象多，災(zāi)情極為嚴(yán)重。尤其是其中的花栗樹包滑坡Ⅰ，面積(4.5×104) m2，為中型土質(zhì)滑坡。已有資料顯示，每逢暴雨，花栗樹包滑坡Ⅰ多次出現(xiàn)滾石傷人事件，并影響到滑坡外圍村莊居民的安全出行。根據(jù)危害對象和直接經(jīng)濟(jì)損失情況，確定花栗樹包滑坡Ⅰ防治工程等級為Ⅲ級。本文主要研究花栗樹包滑坡Ⅰ的穩(wěn)定性。

1 滑坡基本情況

1.1 地形地貌

花栗樹包滑坡Ⅰ總體呈凸形緩坡，平均坡度約27°；滑坡區(qū)內(nèi)微地貌較明顯，有次級沖溝，陡坎發(fā)育。后緣呈圈椅狀，陡壁不明顯，主滑方向為159°，滑坡地形呈前陡后緩形態(tài)，滑舌有較明顯的外凸現(xiàn)象。滑坡體前緣直抵螃蟹溝及游峽路，高程為194～215 m，坡角為30°～40°；后緣高程為290～295 m，坡角為22°～25°。滑坡體前陡后緩，前緣坡度變化大，后緣為坎高1～2 m的人工梯田，滑坡坡堆積體后側(cè)為基巖逆向坡，地形坡度25°～35°。

1.2 滑坡體的物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)1.2.1 滑體

花栗樹包滑坡Ⅰ滑體主要包括含碎石粉質(zhì)粘土、碎塊石土，現(xiàn)分別描述如下。

(1)含碎石粉質(zhì)粘土：呈灰黃色或紅褐色，飽和、可塑-硬塑狀態(tài)，切面光滑，干強(qiáng)度高，高韌性。夾30%～45%的碎塊石，碎塊石的成分為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，粒徑一般為4～5 cm，最大塊徑超過1 m，滑坡體內(nèi)大部分地段均有分布，土石比為7∶3～6∶4。

(2)碎塊石土：碎塊石土為雜色、稍濕、密實狀態(tài)，成分主要為長石砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。塊徑一般為20～30 cm，最大超過1 m，呈中-微風(fēng)化狀態(tài)。夾15%左右的粉質(zhì)粘土，呈飽和、軟-可塑狀態(tài)，切面光滑，干強(qiáng)度高，高韌性。滑坡體內(nèi)大部分地段均有分布，土石比為2∶8～4∶6。

花栗樹包滑坡Ⅰ滑體物質(zhì)包括粉質(zhì)粘土、含碎石礫石粉質(zhì)粘土、碎塊石等，滑體物質(zhì)組成粗細(xì)顆粒含量、粒徑變化范圍極大，結(jié)構(gòu)不均一，且土體密實度不一，因而土體的物理力學(xué)性質(zhì)變化較大。

1.2.2 滑帶

滑帶土主要為粉質(zhì)粘土，呈灰褐色，切面光滑，含10%～15%左右的角礫，角礫粒徑一般為0.2～2 cm。角礫有機(jī)械磨圓的痕跡，具有明顯的剪切擠壓和滑動特征，局部可見礫石的定向排列，在探井中的土體內(nèi)可見摩擦鏡面和擦痕。勘察階段,對滑帶原狀土樣進(jìn)行了常規(guī)物理力學(xué)試驗、抗剪強(qiáng)度試驗和顆粒分析試驗，試驗結(jié)果見表1。

表1 滑帶土主要物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計表

表1顯示，由含水量、孔隙比以及塑、液相關(guān)指標(biāo)說明該滑帶土為飽和、可塑、局部軟塑狀態(tài)，壓縮系數(shù)與壓縮模量說明該滑帶土的壓縮性較高，由抗剪強(qiáng)度指標(biāo)說明干強(qiáng)度高、韌性高。

根據(jù)滑帶土顆粒分析試驗可知，滑帶土主要由粉質(zhì)粘土、礫、砂等物質(zhì)組成，其中，小于0.075 mm細(xì)粒含量為30.9%～57.9%，小于1 mm的砂粒含量為7.02%～27.95%，大于2 mm細(xì)礫級含量為25.11%～56.18%，基本不含大于60 mm的卵石顆粒，室內(nèi)分別定名為含礫、砂粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土。這種物質(zhì)組成決定其具弱透水性。

1.2.3 滑床

滑床為長石砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，一般與滑帶直接接觸的滑床主要為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，呈薄層-中厚層狀，風(fēng)化較為強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般為0.4～2.9 m；砂巖呈灰黃色，中厚層-巨厚層狀，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)化層厚度較薄。

勘察階段,對滑床巖樣進(jìn)行了常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗，具體物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 滑床物理力學(xué)參數(shù)成果表

表2顯示，該滑床土的孔隙率、吸水率比較大，說明巖石力學(xué)性質(zhì)較差，滲透性較大，抗風(fēng)化能力較差；軟化系數(shù)較小(<0.75)，說明巖石吸水飽和后，抗壓強(qiáng)度降低越多，巖石軟化性越強(qiáng)；粉砂質(zhì)泥巖屬極易軟化巖石，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級；長石砂巖屬較硬巖，但其裂隙較發(fā)育，基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

2 影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素

影響花栗樹包滑坡Ⅰ穩(wěn)定性的內(nèi)因是滑坡的地形、地貌、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)環(huán)境、滑坡體物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其空間分布等，外因是暴雨及暴雨期間坡腳的沖刷等。

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)處于中等切割丘陵溝谷區(qū)，局部斜坡坡度大，由于雨水沖刷侵蝕，局部形成陡坡地形，加上后期人工改造，滑坡區(qū)具備較大的高差，為滑坡失穩(wěn)提供了條件。

2.2 滑坡體的工程地質(zhì)環(huán)境

滑坡區(qū)滑體巖性為含碎塊石粉質(zhì)粘土和碎塊石層，下部滑床主要為粉質(zhì)粘土，總體上呈滑體硬、滑面軟的上硬下軟結(jié)構(gòu)，在多種因素誘發(fā)下，滑帶土易產(chǎn)生局部、整體的流塑變形，從而導(dǎo)致堆積體沿軟弱帶失穩(wěn)、下滑變形。

2.3 暴雨

滑坡所在地興山縣屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季酷熱與暴雨頻繁等變化性氣候。暴雨多，降雨時間長，豐富的雨量成為地下水的主要補(bǔ)給源。降雨入滲，使得土體水飽和，增加了巖體重力和下滑力；再加上碎塊石土碎石含量高，塊徑大，局部還有架空現(xiàn)象，地表水易沿孔隙下滲，地下水在垂直循環(huán)時受滑帶土相對隔水層的阻隔，使地下水沿滑帶表面向坡下流動，從而使?jié)撛诨泼骘査瑥?qiáng)度降低。隨著軟弱結(jié)構(gòu)面的貫通，最終可能發(fā)展為沿滑帶的整體滑動。暴雨是斜坡失穩(wěn)的主要觸發(fā)因素。

2.4 洪水沖刷

滑坡前緣坡度均較陡，且都緊鄰沖溝，在暴雨時期，洪峰流量大，因而在行洪時沖刷淘蝕作用極強(qiáng)。從現(xiàn)場看，局部塊石、漂石間的細(xì)粒土被掏空，呈塊石架空結(jié)構(gòu)的潛在不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體。這種直接的沖刷淘蝕作用，將使滑坡體前緣的土體穩(wěn)定性大為降低，對整個滑坡體的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

3 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

3.1 滑坡穩(wěn)定性分析

滑坡穩(wěn)定性分析方法主要有極限平衡法、數(shù)值分析法、工程地質(zhì)類比法以及模糊綜合判別法等。由于極限平衡法簡化假設(shè)條件，分析計算工作得以大大簡化，在工程實踐中被廣泛應(yīng)用[1-14]。因此，本次滑坡穩(wěn)定性分析也采用極限平衡法。

分析時，將該滑坡按186°方向Ⅰ-Ⅰ剖面和159°方向Ⅵ-Ⅵ剖面建立模型，進(jìn)行計算(圖1、圖2)。

圖1 Ⅰ-Ⅰ剖面分析條塊圖

圖2 Ⅵ-Ⅵ剖面分析條塊圖

在滑坡分析與計算中，滑面的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ是非常重要的計算參數(shù)，參數(shù)選擇合理與否，是評價穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。本文采用地質(zhì)勘測分析、反演分析以及參考類似工程經(jīng)驗等方法，進(jìn)行參數(shù)取值。

3.1.1 地質(zhì)勘測

根據(jù)滑體土現(xiàn)場試驗結(jié)果，花栗樹包滑坡Ⅰ滑體天然重度變化較大，試驗值為20.5～21.0KN/m3，飽和重度為21.4～21.7KN/m3，考慮到滑體堆積物主要由碎塊石土組成，局部夾有大塊石，因此，重度建議值為：天然狀態(tài)為21.0KN/m3，飽和狀態(tài)為21.5KN/m3。

滑帶土抗剪參數(shù)的取值以室內(nèi)試驗為基礎(chǔ)，參考反演分析結(jié)果等進(jìn)行確定(表3)。

表3顯示，由天然狀態(tài)到飽和狀態(tài)，該滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)值均減小，說明隨著巖石含水率的增加，其抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，說明水對巖石抗剪強(qiáng)度有明顯的弱化作用，因此水是導(dǎo)致該花栗樹包滑坡Ⅰ產(chǎn)生破壞的直接原因之一。

表3 滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計表

3.1.2 反演分析

根據(jù)勘察分析，該滑坡目前沒有整體滑動，但變形明顯。花栗樹包滑坡Ⅰ局部出現(xiàn)小型溜滑，處于極限平衡狀態(tài)。按《巖土工程勘察規(guī)范》中推薦的極限平衡剩余推力法進(jìn)行抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演計算(表4)[5]。

表4 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計表參數(shù)反演分析成果表/Ks值

由于該滑坡目前處于蠕變狀態(tài)，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，綜合分析花栗樹包滑坡體的地質(zhì)條件、滑體及滑帶土的物理力學(xué)參數(shù)、試驗及反演分析結(jié)果，并類比相似工程實踐經(jīng)驗，確定滑坡穩(wěn)定系數(shù)可取Ks=1.00，滑帶土體力學(xué)參數(shù)C=24 kPa，φ=18°。

3.2 滑坡穩(wěn)定性評價3.2.1 計算工況

該滑坡為不涉水滑坡, 根據(jù)水文觀測，在無雨季節(jié)，地下水接近滑帶位置，在遭遇降雨后水位上升較快，可達(dá)到滑體厚度一半的位置。計算時，取天然工況地下水位為滑帶滑體交界面，10年一遇暴雨工況取水位為滑體厚度一半位置。計算工況如下:

工況1 自重+地表荷載；

工況2 自重+地表荷載+10年一遇暴雨。

3.2.2 計算結(jié)果

運(yùn)用理正軟件，采用傳遞系數(shù)法，計算Fst和Ks，計算結(jié)果見表5。

由表5可知，花栗樹包Ⅰ滑坡在沿186°方向穩(wěn)定系數(shù)較大，無論是工況1還是工況2都不會產(chǎn)生整體的滑移破壞(沿186°方向主要的破壞模式為崩塌)。沿159°方向在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)較低，說明目前是欠穩(wěn)定的，安全儲備很低。

在遭遇年暴雨狀況下，穩(wěn)定系數(shù)為0.998，滑坡Ⅰ將處于失穩(wěn)狀態(tài)。

表5 滑坡穩(wěn)定性計算成果表

3.2.3 敏感度分析

該滑坡為非涉水滑坡，影響其穩(wěn)定性的因素主要是降雨和其自身的土體物理力學(xué)性質(zhì)。降雨入滲，改變了地下滲流場，導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低。根據(jù)整體穩(wěn)定性計算，遭遇20%暴雨時，坡體穩(wěn)定系數(shù)下降達(dá)0.08～0.1，對整體穩(wěn)定影響極大。φ值對坡體穩(wěn)定性影響較C值敏感：滑坡的C值提高1 kPa時，穩(wěn)定系數(shù)提高0.013；φ提高1°，穩(wěn)定性系數(shù)提高0.036。φ值對滑體的穩(wěn)定性影響是C值的2.77倍。

4 結(jié)束語

通過以上分析，取得如下幾點認(rèn)識：

(1)沖溝的沖刷形成的陡坡地形、上硬下軟結(jié)構(gòu)的滑體巖性特征以及暴雨和洪水的沖刷是導(dǎo)致花栗樹包滑坡Ⅰ失去穩(wěn)定性的主要因素。

(2)極限平衡分析顯示，花栗樹包滑坡Ⅰ在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨狀態(tài)下沿159°方向滑坡將整體失穩(wěn)，并伴有表層土體滑塌現(xiàn)象，說明降雨對該滑坡的形成起到了至關(guān)重要的作用。

(3)分析滑坡穩(wěn)定性的方法有多種，宜選擇多種不同的方法對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析與評價。

(4)對滑坡的穩(wěn)定性作出評價，旨在為后續(xù)的滑坡防治工程的安全有效性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性等進(jìn)行科學(xué)的論證，并提出具有針對性、系統(tǒng)性的最優(yōu)綜合防治方案。

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社出版,2002：1-95

[2]劉超,徐繼維.極限平衡法在滑坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J].科技探索，2012，39(9):249

[3]蘇永超,黃文潔,王玉夜.西南某滑坡穩(wěn)定性分析與評價[J].甘肅科技，2011,27(3)：43-45

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[5]中華人民共和國國土資源部.DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘查規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006：1-40

(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.11.026

2014-09-10

安徽省質(zhì)量工程項目“建筑工程實驗實訓(xùn)中心”(20101254)。

魯玉芬(1977-)，女，安徽桐城人，碩士，講師、工程師，主要研究方向：巖土工程。

P642.22

A

1673-2006(2014)11-0090-04