劍閣縣迎水鄉(xiāng)迎水小學(xué)滑坡穩(wěn)定性分析

李成志

（四川省一三五勘察設(shè)計有限公司，四川瀘州 646000）

劍閣縣迎水鄉(xiāng)迎水小學(xué)滑坡是位于迎水河左岸的一條帶狀滑坡，滑坡的穩(wěn)定性受迎水河河水位變化影響較大，特別是河水的上漲和消落，往往容易導(dǎo)致滑坡變形失穩(wěn)。分析滑坡的工程地質(zhì)條件，針對滑坡形成機(jī)制，采用反演進(jìn)行穩(wěn)定性評價，是對該滑坡穩(wěn)定性評價較適用的方法。

1 滑坡基本特征和工程地質(zhì)條件

迎水小學(xué)滑坡位于迎水河左岸岸坡，迎水小學(xué)西南側(cè)上，滑坡地面高程 405～412m。據(jù)地表地質(zhì)測繪，滑坡體長約130m，寬10～15m，厚6～8m，體積約1.09×104m3。滑坡體平面上呈一長“條帶”形，兩側(cè)邊界不明顯，以保護(hù)對象為圈定范圍，滑坡潛在剪出口為迎水河河床，滑動面為潛在最危險滑裂面。滑坡所處地形坡度20°～40°，后緣迎水小學(xué)食堂內(nèi)發(fā)現(xiàn)有張開5～15cm寬的拉裂縫；滑坡前緣為迎水河侵蝕切割形成的陡峭臨空面，滑坡體總體主滑方向約為217°，滑坡基本特征如圖1。

圖1 劍閣縣迎水鄉(xiāng)迎水小學(xué)滑坡特征圖

滑坡區(qū)出露的地層主要有：

1）第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4el+dl）

①粉質(zhì)粘土：分布于整個勘查范圍內(nèi)的滑坡坡表，褐黃色，為河流沖洪積而成，呈可塑～硬塑狀，主要成份為粘粒，含少量碎石，碎石含量約占10%～20%，粒徑一般在2～5cm，最大可達(dá)12cm。刀切面稍具光澤，手可搓成條，韌性中～高等，干強(qiáng)度中～高等，不均勻，據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查及工程地質(zhì)鉆探揭示，該層鉆孔揭露厚度在3.0～6.5m。

②粉砂土：淺灰色，軟塑～可塑，主要成份為粘粒，含較多粉砂，粉砂含量約占 20%～40%，級配不良，為亞圓形，輕微膠結(jié)，母巖成分主要為石英、長石等礦物，為第四系河流沖洪積層形成。

2）白堊系下統(tǒng)白龍組（K1b）：

③灰白色，中厚層狀，層狀結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為長石、石英，含少量粘土礦物，含量約占 10%～20%，該層受風(fēng)化剝蝕，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎，巖芯多呈碎塊狀或短節(jié)柱狀，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆。該層在整個場地內(nèi)分布不均，厚度變化大。

④中風(fēng)化砂巖:灰白色，中厚層狀，層狀結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為長石、石英，含少量粘土礦物，含量約占 10%～20%，該層巖芯較完整，巖芯多呈短節(jié)柱狀，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆。該層在整個場地內(nèi)分布不均，厚度變化大，鉆孔揭示未見底。

⑤強(qiáng)風(fēng)化泥巖:褐紅色，中厚層狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為粘土礦物，含少量石英和長石，含量約占 20%～30%，該層受風(fēng)化剝蝕，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎，巖芯多呈碎塊狀，巖質(zhì)極軟，用手可折斷，巖石水穩(wěn)性差，失水易開裂崩解。該層在整個場地內(nèi)均有分布，由于差異性風(fēng)化作用影響，該層厚度變化大。

⑥中風(fēng)化泥巖:褐紅色，中厚層狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為粘土礦物，含少量石英和長石，含量約占 20%～30%，該層受風(fēng)化剝蝕較弱，巖芯較完整，巖芯多呈長節(jié)柱狀，巖質(zhì)相對較硬，巖石水穩(wěn)性差，失水易開裂崩解，滑坡區(qū)地形及巖土工程條件見下頁（圖2）。

2 滑坡的成因及形成機(jī)制分析

迎水小學(xué)滑坡所處坡體主要由第四系沖洪積層粉質(zhì)粘土①和粉砂土②組成，下伏基巖則為白堊系下統(tǒng)白龍組（K1b）泥巖組成，區(qū)內(nèi)巖體受多期構(gòu)造運(yùn)動作用，淺部巖體破碎，裂隙發(fā)育，這些堆積層和破碎巖體為滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；同時，滑坡坡體下伏基覆面坡度相對較大，這又為坡體潛在滑動帶（面）的形成創(chuàng)造了一定的條件；劍閣縣迎水鄉(xiāng)迎水小學(xué)滑坡為一滑坡低山地貌，坡度較陡，前緣為迎水河庫岸形成的臨空面，近年來，特別是2009年迎水河洪災(zāi)對庫岸滑坡區(qū)的沖刷和侵蝕，進(jìn)一步破壞了滑坡的原始狀態(tài)，為滑坡的發(fā)生，發(fā)展提供了變形空間條件。

圖2 滑坡平面及工程地質(zhì)圖

據(jù)鉆孔揭露土層為沖洪積粉質(zhì)粘土，勘探鉆進(jìn)過程中沖洗液漏失嚴(yán)重，土層結(jié)構(gòu)松散，空隙較大，且滑坡坡體局部裂縫發(fā)育，為地表水的滲透提供了便利條件。受09年迎水河洪水沖刷庫岸的影響，坡體局部出現(xiàn)土體溜塌現(xiàn)象，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，加上每至降雨季節(jié)，雨后大量雨水順著松散堆積層或原有地表裂縫下滲后，長期在基覆界面處積聚，對其浸泡軟化，增加了動水壓力，使土的抗剪強(qiáng)度降低，減小了滑坡的抗滑力；滑坡前緣迎水河在洪水期河水位的上升和洪水后河水位的逐漸消退，影響地下水位的升降，從而改變著滑坡土體的滲透條件，地下水的增加，浸濕范圍加大，浸濕程度加劇，使滑坡巖土體的含水量增大，土體重力增加，滑面抗剪強(qiáng)度降低，而地下水位的下降引起滑坡坡體外靜水壓力的消失，則容易引起滑坡土體內(nèi)外壓力的不平衡從而導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)；在這些因素的共同作用下，將導(dǎo)致坡體向下發(fā)生滑移變形。

3 穩(wěn)定性驗算及評價

3.1 計算荷載及工況

根據(jù)滑坡發(fā)生的地質(zhì)背景和形成機(jī)制，由于滑坡坡頂上存在 2層教學(xué)樓，故考慮建筑荷載的作用，取建筑靜荷載4KN/m2，其穩(wěn)定性計算分以下五種工況：

工況Ⅰ：天然工況，考慮坡體在現(xiàn)狀條件下不受外界因素的影響。

工況Ⅱ：暴雨工況，考慮今后在滑坡區(qū)遭遇暴雨時地表無排水工程造成降雨下滲使?jié)撛诨w重量增加，飽和浸水平均高度按1/3滑體厚度考慮。

工況Ⅲ：自重+地震。

工況IV：迎水河漲水+暴雨工況，河水位水位值由405.58m上漲至409.95m，考慮1/3暴雨地下水位線。

圖3 傳遞系數(shù)法計算條分示意圖

工況V：迎水河落水+暴雨工況，河水位水位值由409.95m下降至405.58m，考慮1/3暴雨地下水位線。

3.2 計算方法

3.2.1 滑坡穩(wěn)定性計算：

本次根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工規(guī)范》（DZ/T 0218—2006）推薦的不平衡傳遞系數(shù)法計算滑坡的穩(wěn)定性和推力。

滑坡穩(wěn)定性和推力計算公式為：

1）穩(wěn)定性系數(shù)計算公式

式中：ψj—第 i塊段的剩余下滑力傳遞至第 i+1塊段時的傳遞系數(shù)（j=i），ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi1

Wi—第 i條塊的重量（kN/m）；Ci—第 i條塊內(nèi)聚力（KPa）；Φi—第 i條塊內(nèi)摩擦角（°）；Li—第 i條塊滑面長度（m）；αi—第i條塊滑面傾角（°）；βi—第i條塊地下水線與滑面的夾角（°）；A—地震加速度（重力加速度g）；Kj—穩(wěn)定系數(shù)。

2）剩余下滑推力計算公式選擇

其中，傳遞系數(shù)ψ=cos（ai-1-ai）-Sin（ai-1-ai）·tanφi

下滑力Ti=Wisinαi+Acosαi

抗滑力Ri=（Wi（sinαi-Acosαi）+Ci Li

Pi—第i條塊推力（kN/m）；Pi-1—第i條塊的剩余下滑力（kN/m）；Wi—第i條塊的重量（kN）；Ci、ψi—第i塊的內(nèi)聚力（KPa）及內(nèi)摩擦角（°）；Li—第i條塊長度（m）；αi—第i塊的滑面傾角（°）；A—地震加速度（重力加速度g）；Ks—設(shè)計安全系數(shù)。

圖4 河（庫）水位上升引起的地下水位浸潤線變化

圖5 河（庫）水位下降引起的地下水位浸潤線變化

②迎水河水位上升、下落時地下水位浸潤線計算。

式中：yp——水位上升后的河（庫）水位（從隔水層頂面起算）（m）；hp——水位上升前的河（庫）水位（從隔水層頂面起算）（m）；s——水位上升前計算點(diǎn)至河（庫）岸距離（m）；s′——水位上升后計算點(diǎn)至河（庫）岸距離（m）；y——水位上升后計算點(diǎn)的地下水位（從隔水層頂面起算）（m）；h——水位上升前計算點(diǎn)的地下水位（從隔水層頂面起算）（m）。

當(dāng)河（庫）水位下降時（圖5），如河（庫）水位下降前河（庫）水位與地下水位相同，地下水位浸潤線可按下式計算：hx,t=h0,0-(h0,0-h0,t)F(λ)

式中：h0,0—下降前的河（庫）水位（從隔水層頂面起算）（m）；h0,t—下降后的河（庫）水位（從隔水層頂面起算）（m）；hx,t—河（庫）水位下降后計算點(diǎn)的地下水位（從隔水層頂面起算）(m)；F（λ）—河（庫）水位對地下水位的影響系數(shù)；t—河（庫）水位下降所經(jīng)歷的時間(s)；a—導(dǎo)水系數(shù) (m2/s)；K—滲透系數(shù)（m/s）；M—含水層厚度(m)；μ—給水度；x—水位下降后計算點(diǎn)到河（庫）岸距離（m）。

圖6 滑坡穩(wěn)定性分析計算模型

根據(jù)以上計算公式，采用北京理正巖土商業(yè)軟件的滲流分析計算模塊對浸潤線進(jìn)行模擬計算，再將模擬計算結(jié)果代入邊坡穩(wěn)定分析模塊中進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計算，其計算結(jié)果模型如圖6。由于該滑坡為局部變形，故以變形區(qū)段作為計算依據(jù)，采用反算法室內(nèi)試驗結(jié)合求得粉質(zhì)粘土①天然抗剪強(qiáng)度內(nèi)聚力標(biāo)準(zhǔn)值C值14.13 KPa，內(nèi)摩擦角φ值18.93°；飽和抗剪強(qiáng)度內(nèi)聚力C值11.28KPa，內(nèi)摩擦角φ值15.55 °；粉砂土②天然抗剪強(qiáng)度內(nèi)聚力標(biāo)準(zhǔn)值 C值9.68 KPa，內(nèi)摩擦角φ值21.76°；飽和抗剪強(qiáng)度內(nèi)聚力C值8.05KPa，內(nèi)摩擦角φ值 17.61°。再根據(jù)滑動面物質(zhì)組成特征，結(jié)合工程類比，并考慮滑體土在迎水河河水侵潤作用下有被軟化，強(qiáng)度降低的可能，故根據(jù)抗剪強(qiáng)度分析值進(jìn)行0.8倍的折減后使用；根據(jù)試驗成果確定粉質(zhì)粘土①天然重度取r=18.6kN/m3，飽和重度取rd=20.5kN/m3，粉砂土②天然重度取r=20.7kN/m3，飽和重度取rd=20.8kN/m3。

表1 迎水小學(xué)滑坡穩(wěn)定性驗算成果表

3.3 驗算結(jié)果

應(yīng)用計算機(jī)對該滑坡在多種不同因素組合情況下的穩(wěn)定性計算，計算成果見表1。

上述計算表明，滑坡體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，與實際情況相吻合，在迎水河漲水和落水狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡局部可能發(fā)生小的變形，但不會引起總體失穩(wěn)，這個跟現(xiàn)狀滑坡變形相符；滑坡在20年一遇暴雨狀況下穩(wěn)定性較差，滑坡將處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，有可能整體失穩(wěn)。

4 建議處理措施

通過上述驗算，在大多數(shù)情況下滑坡仍可處于穩(wěn)定狀態(tài)，鑒于迎水小學(xué)滑坡所處位置與迎水小學(xué)關(guān)系及對學(xué)校影響的重要性，為了確保學(xué)校的正常教學(xué)程序和師生的安危不受影響，為了防止滑坡滑移和迎水河對滑坡的沖刷侵蝕，建議對滑坡體前緣部位和滑坡坡體表面采取適宜的抗滑工程和坡面護(hù)坡工程進(jìn)行處理，不能隨意人為破壞滑坡體的基本形態(tài)；同時應(yīng)對滑坡坡體變形做監(jiān)測預(yù)警處理，以避免造成不必要的傷害。