反算法在某滑坡穩定性評價中的應用

李 劍 偉， 楊 堉 果， 陳 清 泉

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院，四川 成都 610017)

1 概 述

文中所研究的滑坡工程位于四川省渠縣境內，發育于渠江某段航道的州河右岸,滑坡面積約為108 000 m2。該滑坡于2012年7月12日10～16時發生滑動變形, 滑坡前緣滑至州河中間，滑坡體侵占了州河的河道，嚴重影響到渠江某段航道的運營安全，引起了當地政府和省航務局的高度重視。

2 工程地質條件

2.1 自然地理及地形條件

渠縣屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫17 ℃，年平均降水量為1 014～1 281 mm，氣溫與降水趨于一致。

滑坡區整體地勢為北高、南低，地形較平緩，自然坡度為10°～20°，絕對高程為240～340 m，后緣局部可見基巖出露的陡崖。

2.2 地層巖性

工程區域主要出露的地層有: 第四系全新統殘積層(Q4el)含碎石粉質粘土、第四系全新統滑坡堆積體(Q4del)滑坡碎裂巖體、三疊系中統雷口坡組(T2l)泥灰巖，局部夾泥巖。

2.3 地質構造及地震

滑坡區位于華鎣山背斜北段東翼木頭石附近與鐵山背斜斜鞍的連接處, 附近發育了一系列扭性斷層，滑坡區位于華鎣山斷裂的北段南東側，距華鎣山斷裂約5 km，華鎣山斷裂地震活動性弱。巖層產狀為:走向257°～268°,傾向SE，傾角17°～26°。斜坡巖體裂隙發育,主要為 三 組 裂 隙:

(1)走向20°,傾向NW，傾角61°，可見延伸長度1～3.5 m，占統計總數的58%；(2)走向305°,傾向NE，傾角77°，可見延伸長度1～1.7 m，占統計總數的30%；(3)走向230°,傾向SE，傾角90°，可見延伸長度大，占統計總數的12%。工程區屬相對穩定的弱震環境,地震基本烈度為Ⅵ度。

2.4 水文地質條件

滑坡區主要賦存裂隙水和孔隙水兩類地下水,其中裂隙水賦存于泥灰巖的裂隙中；孔隙水主要埋藏于松散堆積物中,埋深3.1～5.4 m。根據取樣試驗結果，滑坡區內的地表水對混凝土具微腐蝕性。

3 滑坡體基本特征研究

3.1 滑坡體的空間形態

根據現場實測及鉆探揭露,滑坡體前后緣縱向長約450 m，橫向寬約150～330 m，滑坡體規模約為130萬m3，滑坡體厚度一般在5.6～22.3 m之間,平均厚度為12 m。該滑坡為基巖滑坡，滑體為碎裂巖體，主要成分為全風化～強風化泥灰巖。依據現場勘察資料得知,該滑坡體的滑面為基巖頂界面,前緣滑面傾角為1°～5°,中部滑面傾角為12°～14°，后緣受羽狀裂縫控制,滑面傾角較大,整體滑面呈折線形。

3.2 滑坡體的變形特征

由于州河的自然侵蝕切割作用，使得原有邊坡具備了產生滑坡的臨空條件。滑坡發生前，某地質隊在滑坡體上使用地震勘探法找礦，于滑坡體15 m深度處放炮，此行為使得結構面逐漸貫通，抗剪強度指標降低；在此之后，滑坡區域內連續出現多次強降雨天氣過程，日降雨量最大達197.8 mm，雨水沿風化裂隙和構造裂隙大量滲入，使得含角礫粉質粘土逐漸飽和，抗剪強度急劇下降，上覆巖體沿軟弱夾層突然下滑，進而形成滑坡。

4 滑帶土抗剪強度的反算分析

在進行邊坡穩定性定量評價時,常用的分析方法有:剩余推力法(Spush)、Sarma法、Janbu法、Bishop法等,這些方法的共同特點是需要輸入準確的計算參數以保證其計算精度。然而, 僅僅依靠試驗資料是很難達到以上要求的；而依據滑坡反演分析原理,基于滑坡現狀反算滑移面(滑帶土)的抗剪強度參數則能有效地滿足上述要求。[1]

4.1 滑坡反算法的基本前提

基于土體極限平衡理論,滑坡反演分析遵循以下三項基本前提[2]:

(1)了解當時坡體的穩定性系數。當滑坡處于臨界穩定階段，此時滑坡處于極限平衡狀態，因而可以認為滑坡的穩定性系數為1或稍小于1，如0.99～1；當滑坡處于劇烈滑動階段，可以將穩定系數假定為0.95～0.98；當滑坡處于擠壓變形或強變形階段，可以將一般穩定系數取為1.01～1.05。

(2)清楚滑面的確切位置，包括后緣拉裂縫以及前緣剪出口等。

(3)查清滑坡劇烈滑動前的雨情、震情、水位升降、斜坡棄土等生成劇烈滑動破壞的外力因素。

只有掌握了以上三個反算的前提，滑坡體抗剪強度參數的反算才是方為可信的。

4.2 抗剪強度參數的反算

該滑坡在經歷了前期的劇烈滑動之后，大部分勢能已經被釋放，在再次經歷暴雨之后僅有裂縫拉張現象出現，說明該滑坡在暴雨工況下處于欠穩定狀態，其穩定系數為1～1.01；而天然工況下應屬基本穩定狀態，其穩定系數為1.05～1.1。

勘察過程中，查明了滑坡體的基本特征以及劇烈滑動之前的雨情、外力震動破壞等情況，基于這幾點，對于滑坡滑帶土抗剪強度參數的反算應該是可以進行的。

基于當前邊坡處于暴雨工況下、天然工況下的現狀,筆者應用上述反演分析原理,采用傳遞系數法,選取滑坡的主滑剖面進行了滑帶土抗剪強度參數的反算。

依據試驗參數和現場實際情況,筆者對滑坡體的天然重度取24 kN/m3,飽和重度取24.5 kN/m3。為了避免反算的盲目性，根據滑帶土體為含角礫粉質粘土的具體情況以及滑坡體的平均厚度約12 m，選取了c值為12左右進行了φ值的反算[3]。對于c、φ值形成的不同的組合序列,將其代入程序計算對應的穩定系數。天然及暴雨工況下的計算成果見圖1、2、3。

圖1 參數反算成果——Fs-c-φ關系曲線(天然)圖

圖2 參數反算成果——Fs-c-φ關系曲線(暴雨) 圖

圖3 參數反算成果——Fs-φ-c關系曲線(暴雨) 圖

對圖1、2、3進行分析后可知,滑動帶的c、φ值對穩定系數的影響均較顯著；但同樣工況下的圖3的曲線斜率大于圖2,表明就該滑坡體而言,φ值對穩定系數的影響較c更為顯著。比如在φ=7°,c=12 kPa處,φ升高0.5°,穩定系數Fs約提高5.59%； 若c提高1 kPa,則穩定系數Fs僅增加約1.92%。圖2、3的對比較好地說明了二者對穩定系數的影響。

4.3 強度參數的取值

筆者依據試驗資料提供的強度參數指標計算了邊坡的穩定系數，并基于當前坡體在天然以及暴雨工況下的現狀進行了反算分析。計算結果見表1。

表1 強度指標計算成果表

由表1可以看出，由試驗參數計算出來的穩定系數偏大；反算得出來的滑帶土的抗剪強度參數在進行滑坡穩定系數計算分析時是符合滑坡現狀的，因而反算出來的滑帶土抗剪強度參數是可信的。

綜上所述,當前該滑坡在天然工況下屬于基本穩定狀態，在暴雨工況下處于欠穩定狀態。但在州河的進一步沖刷之下,將加劇該邊坡的滑動破壞，進而影響航道運營的安全。因此,需及時采取必要的工程措施加以治理。

5 結 語

(1)該滑坡為一基巖滑坡，滑體為碎裂巖體,滑坡所處區域地殼相對穩定,地震烈度為Ⅵ度。

(2)誘發邊坡失穩的主要因素為:人為爆破、連續強降雨等。

(3)反演分析結果表明:滑帶土的抗剪強度參數c、φ對邊坡穩定性的影響均較顯著,其中φ的顯著性強于c；最后得出的建議值為：天然工況下φ= 7°,c= 12 kPa；暴雨工況下φ= 6.5°,c= 11 kPa。

(4)鑒于反算得出的滑帶土c、φ結果是可信的，筆者建議：在進行航道治理、對滑坡處理時可以使用以上參數。

參考文獻：

[1] 張 彬.三峽庫區某滑坡的穩定性分析與評價[J].人民長江，2003， 34(4)： 14-16.

[2] 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理[M]. 北京：人民交通出版社， 2010.

[3] 矢野義男，等著，周順行，李良義，譯. 泥石流、滑坡、陡坡崩坍防治工程手冊[M]. 南京：河海大學出版社， 1994.