青島市嶗山區北九水滑坡穩定性評價

黃銳 陳勇

摘要 通過對青島市嶗山區北九水滑坡的工程現場地質調查，根據收集的各種地質資料及巖土勘察數據，在定性分析的基礎上，采用《巖土工程勘察規范》中的折線型滑動面的推力傳遞系數法，通過定量計算對青島市嶗山北九水滑坡的穩定性進行了評價。結果表明，北九水滑坡在天然狀態條件下于穩定狀態，暴雨狀態下處于不穩定狀態。

關鍵詞 滑坡;穩定性評價;系數傳遞法

中圖分類號 S181.3;TU411.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）33-11816-03

基金項目 國家自然科學基金項目（41072203）。

作者簡介 黃銳（1989- ），男，陜西漢中人，碩士研究生，研究方向：巖石特性及其本構方程、巖質邊坡的穩定性評價。

收稿日期 2014-10-20

青島市嶗山區北九水滑坡位于北宅街道辦事處我樂社區東南，白沙河東岸，其上方為北九水風景區售票處及進出景區的公路，該區處于地質災害易發區。地質災害一旦發生，將會給當地居民和過往車輛及游客造成嚴重威脅。因此，針對嶗山區北宅街道辦事處北九水滑坡目前存在的問題，對其進行地質災害治理是十分迫切和必要的。

1 工程地質調查

1.1 地層特征

覆蓋層主要為第四系全新統坡洪積層（Qal+pl4），以礫石、砂土、巖屑及大量漂石為主（約占60%），稍密，厚度大，均勻性較差。回填固結時間約200年。該層在擬建場地范圍內分布廣泛，揭露厚度1.20～18.00 m，平均厚度10.62 m;層底埋深1.20～18.00 m;層底標高110.73～136.82 m。

基巖層主要為花崗巖，淺肉紅色，主要礦物成分為石英、長石。中粗粒結構，塊狀構造，構造節理和風化裂隙不發育。該層在擬建場地分布廣泛，性質穩定。在勘察期間未揭穿該層，最大揭露厚度18.50 m。

1.2 地貌特征

北九水滑坡隱患位于白沙河東岸，屬于構造侵蝕河谷岸坡地貌。

滑坡隱患體范圍內地形起伏較大，地面標高116.66～229.91 m，西側被白沙河沖刷切割成高度為5～13 m高的陡坡，坡度30°～90°不等，局部大于90°。滑坡坡體前緣下方為白沙河河道，河道內為粒徑大小不一的卵礫石，見礫石最大直徑>10 m。坡體上方多為農田，植被發育。滑坡體東側為

山前坡地，滑坡體平臺為進出嶗山北九水風景區的公路，人

類工程活動強烈。

1.3 滑坡體形態特征

北九水滑坡平面呈上窄下寬的不規則狀，其前緣位于白沙河的東岸，前緣高程120.31～127.16 m，寬度140 m，后緣位于山坡上，最后緣高程為160.05 m，寬度82 m，滑坡體縱長25～91 m，橫寬60～140 m，平面面積約7 378.54 m2。滑坡體揭露厚度1.20～18.00 m，平均厚度10.62 m，根據測算，滑坡體的體積約78 360 m3。

1.4 水文地質條件

北九水滑坡總體坡度較陡，坡體上無大的地表水體分布，僅零星分布有供農田灌溉用的小蓄水池。地下水類型以第四系孔隙潛水和塊狀巖類基巖裂隙水為主，單井涌水量50～100 m3/d。區內地下水接受大氣降水及河流入滲補給。研究期間，實測穩定水位埋深2.0～11.0 m，穩定水位標高118.33～132.86 m，平均127.46 m。根據區域水文地質資料，研究區地下水位年變化幅度約2 m。根據注水試驗結果確定滑坡體屬中等透水-弱透水地層。

1.5 滑坡體物理力學性質

滑體土層天然重度為19.0 kN/m3，飽和重度20.3 kN/m3。天然直接抗剪強度c=10 kPa，=35°，飽和直接抗剪強度c=8 kPa，=30°。

滑床巖石飽和單軸抗壓強度Rc標準值為73.147 MPa，定量判斷為堅硬巖。巖體完整性指數Kv按公式計算Kv=（Vpm/Vpr）2=0.76，定量判斷巖體完整程度屬于完整。

巖體基本質量指標BQ=90+3Rc+250Kv=499.441，定量判別巖體基本質量級別屬Ⅱ級。各巖體工程特性指標建議值見表1。

表1 巖體工程特性指標

注：Max為最大值;Min為最小值;Φm為平均值;γ為重度;c為粘聚力;φ為內摩擦角（“*”為等效內摩擦角）;模量中E為彈性模量。

2 滑坡穩定性分析

根據邊坡的地形地貌形態、地質條件和滑坡變形破壞的基本規律，追溯滑坡演變的全過程，預測滑坡穩定性發展的總趨勢及其破壞方式。

2.1 滑坡變形特征及發育史

根據現場調查，現今活動的跡象主要發生在滑坡體前緣，主要為一些小規模的滑塌。最近發生的時間為：2010年7月發生兩次小規模的滑塌，滑塌總方量約3 m3;2011年6月25日，在暴雨的沖刷下再次發生小規模的滑塌，滑塌總方量約5 m3。另外，在收費站附近的公路上有3～4組裂縫，裂縫走向81°～94°。

由此可知該滑坡處于不穩定的狀態，在暴雨及外力震動作用的影響下，易再次產生滑塌，甚至更大規模的滑坡。

2.2 滑坡類型及變形破壞模式

根據上文可知該滑坡屬于二級小型淺層-中層滑坡，變形方式為自前緣向后部牽引—推移式滑塌，對地表破壞主要表現為差異性垂直和水平位移，對地表設施破壞性強。

2.3 滑坡影響因素及成因機制分析

從北九水滑坡產生、發展的過程分析，滑坡體巖土類型、地形地貌、大氣降水、外力震動以及河流沖刷是其產生的主導因素。

巖土體類型：厚度較大的第四系坡洪積層的存在，為滑坡的形成提供了物質基礎。滑坡區域內，第四系堆積體平均厚度大于10 m，其巖性以礫、卵石及粘性土為主，這種地層結構為易滑坡地層。

地形地貌：滑坡后部為斜坡，坡度一般30°～40°，地形坡角條件為滑坡形成與位移提供了條件。

大氣降水：該區為溫帶海洋性氣候，降水多集中在6～9月，約占全年降水量的65%～80%，區域內降雨量大且集中，雨水下滲，不但降低土體的抗剪強度，還提高滑體重量，使滑坡體極易產生滑動，降雨尤其是大暴雨，是引發嶗山區地質災害的主要因素之一。

外力的震動：滑坡體上方即為進出北九水風景區的公路，每天都有很多的車輛、游客及當地村民從此經過，由此產生的震動會對滑坡體的穩定性造成很大的影響。

河流沖刷：滑坡體下方即為白沙河，暴雨期間，在其強烈的沖刷作用下，使坡體前緣形成的臨空面高度5～13 m，易產生滑塌。

研究表明，滑坡體的前緣發生多次小規模的滑塌，并且在滑坡體上方前緣收費站處有多組平行于坡體前緣的裂縫，目前未產生過較大規模的滑坡。根據綜合情況分析判斷，北九水滑坡處于不穩定的狀態。

3 定量分析

在前述定性分析的基礎上，通過運用極限平衡法——傳遞系數法，計算滑動面的剩余推力，從而對邊坡的穩定性進行定量分析。

3.1 計算剖面

選擇對應滑坡主滑方向的1-1′、2-2′工程地質剖面進行計算。計算模型見圖1、2。

3.2 計算方法及計算公式

傳遞系數法最早是在新建寶

圖1 1-1′剖面滑坡穩定性計算條分示意

圖2 2-2′剖面滑坡穩定性計算條分示意

雞—成都鐵路時的1954年由我國最著名的滑坡專家徐邦棟提出的[1]。該方法可用于3個方面：一是計算穩定系數，判斷滑坡處于穩定、不穩定還是極限狀態;二是計算滑坡體推力，為滑坡治理設計提供依據;三是用于反分析，反算土的強度指標。除用于反分析外，其他兩方面都被列入了規范。根據《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001），巖土工作人員通常采用基于極限平衡理論的折線型滑動面的推力傳遞系數法對滑坡進行穩定性分析及計算[2]。

用于計算穩定系數方面，1977年首次列入《工業與民用建筑工程地質勘察規范》（TJ21-77），后列入《巖土工程勘察規范》（GB 50021-94）和GB 50021-2001的《條文說明》[3]。公式的形式是：

Fs=n-1i=1（Rin-1j=iψi）+Rn

n-1i=1（Tin-1j=iψj）+Tn

ψi=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tani+1

n-1j=iψj=ψi×ψi+1×ψi+2×……×ψn-1

Ri=Nitani+ciLi

Ti=Wisinθi

Ni=Wicosθi

Wi=Viuγ+Vidγ′+Fi

式中，Fs為滑坡穩定性系數;

ψj為傳遞系數，第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數（j=i）;

Ri為作用于第i塊的抗滑力（kN/m）;

Ti為作用于第i條塊滑動面上的下滑分力（kN/m）;

Ni為第i條塊滑動面的法向分力（kN/m）;

ci為第i條塊的粘聚力（kPa）;

i為第i條塊的內摩擦角（°）;

Li為第i條塊滑動面的長度（m）;

θi為第i條塊底面傾角（°），反傾時取負值;

Wi為第i條塊自重與建筑等地面荷載之和（kN/m）;

γ為巖土體的天然容重（kN/m3）;

γsat為巖土體的飽和容重（kN/m3）;

Fi為第i條塊所受地面荷載（kN/m）[4]。

3.3 計算工況

工況一：自重+地表荷載+天然狀態。

工況二：自重+地表荷載+20年一遇暴雨（連續降雨）。

3.4 計算條件及參數選取

主滑體土中含有約60%的礫石、砂土、巖屑及大塊漂石，滑坡體的力學指標根據當地經驗值確定。天然狀態下粘聚力經驗值為5 kPa，內摩擦角35°;飽和狀態粘聚力經驗值為4 kPa，內磨擦角為14°。

現滑坡體上方為農田、售票亭、公路以及過往的行人車

輛，在穩定性計算分析時地表荷載在建筑范圍內按5 kN/m

取值。

3.5 滑坡穩定性設計標準的確定

滑坡地質災害危害性等級為二級，滑坡剩余下滑力安全系數在暴雨工況最小不得小于1.15，據滑坡實際情況，該滑坡取1.15。

4 滑坡穩定性綜合評價

按照上述計算工況對北九水滑坡穩定性進行了計算，計算結果如表2所示。依據《滑坡防治工程勘查規范》DZ/T0218-2006規定[5]，其判別標準見表3。

滑坡穩定性計算結果表明，北九水滑坡在天然狀態條件下處于穩定狀態，暴雨狀態下處于欠穩定狀態。

滑坡在天然狀態下，利用1-1′剖面，根據前面的公式，可計算出主滑面抗剪強度變化對滑坡穩定性影響程度，結果見表4。計算結果顯示，當滑帶土內聚力c值每增加1 kPa，滑坡穩定系數提高0.027～0.029，當滑面強度內摩擦角值每增加1°，滑坡穩定系數提高0.101～0.126，表明滑帶土內摩擦角的變化對滑坡穩定性影響更為顯著。

表2 滑坡穩定性計算結果

表3 滑坡穩定狀態劃分

表4 主滑面抗剪強度對滑坡穩定系數影響的敏感性分析

5 結論

（1）根據滑坡體的物質組成和結構形式等主要因素可知滑坡類型為堆積層（土質）滑坡，屬殘坡積層滑坡亞類;按滑坡體的規模屬淺-中層滑坡，運動形式為牽引式滑坡，按其發生的原因屬自然滑坡，根據測算，滑坡體的體積約78 360 m3，屬小型滑坡地質災害隱患。

（2）滑坡穩定性計算結果表明，北九水滑坡在天然狀態條件下處于穩定狀態，暴雨狀態下處于不穩定狀態。

（3）滑坡穩定性分析的可靠性，除計算方法外，地質條件是否清楚，參數選用是否適當，常常更加重要。計算條件與現場條件之間（包括地質條件和地下水條件），有時存在很大差異。無論傳遞系數法還是別的方法，必須把條件簡化，包括現場條件的簡化和計算條件的簡化，否則無法建立通用的計算方法。因此，不宜過分依賴計算，應特別注意定性分析與定量分析相結合，進行綜合分析。

參考文獻

[1] 沈堯亮，侯殿英.傳遞系數法的原型與衍生[J].工程勘察，2010，12（1）：477-486.

[2] 雷建強.堆積層滑坡穩定性分析[J].城市道橋與防洪，2012，2（3）：19-21.

[3] 顧寶和，毛尚之.滑坡穩定性分析傳遞系數法的討論[J].工程勘察，2006，12（3）：8-11.

[4] 顧寶和，高大釗，朱小林，等.GB 50021- 2001，巖土工程勘察規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[5] 中國地質調查局.DZ/T0218-2006，滑坡防治工程勘查規范[S].北京：中國標準出版社，2006.