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(jì)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(duì)滑坡形成機(jī)制，采用反演進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，是對(duì)該滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)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(duì)象為圈定范圍，滑坡潛在剪出口為迎水河河床，滑動(dòng)面為潛在最危險(xiǎn)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(gè)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(jí)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(gè)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(gè)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(gè)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(duì)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(dòng)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(shí)，滑坡坡體下伏基覆面坡度相對(duì)較大，這又為坡體潛在滑動(dòng)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(duì)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(duì)其浸泡軟化，增加了動(dòng)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(yàn)算及評(píng)價(jià)

3.1 計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)算方法

3.2.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算：

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

滑坡穩(wěn)定性和推力計(jì)算公式為：

1）穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)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(shí)地下水位浸潤線計(jì)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(jì)算點(diǎn)至河（庫）岸距離（m）；s′——水位上升后計(jì)算點(diǎn)至河（庫）岸距離（m）；y——水位上升后計(jì)算點(diǎn)的地下水位（從隔水層頂面起算）（m）；h——水位上升前計(jì)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(shí)（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(jì)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(jì)算點(diǎn)的地下水位（從隔水層頂面起算）(m)；F（λ）—河（庫）水位對(duì)地下水位的影響系數(shù)；t—河（庫）水位下降所經(jīng)歷的時(shí)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(jì)算點(diǎn)到河（庫）岸距離（m）。

圖6 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算模型

根據(jù)以上計(jì)算公式，采用北京理正巖土商業(yè)軟件的滲流分析計(jì)算模塊對(duì)浸潤線進(jìn)行模擬計(jì)算，再將模擬計(jì)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(jì)算，其計(jì)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(jì)算依據(jù)，采用反算法室內(nèi)試驗(yàn)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(dòng)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(yàn)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(yàn)算成果表

3.3 驗(yàn)算結(jié)果

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

上述計(jì)算表明，滑坡體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，與實(shí)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(huì)引起總體失穩(wěn)，這個(gè)跟現(xiàn)狀滑坡變形相符；滑坡在20年一遇暴雨?duì)顩r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(yàn)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(duì)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(duì)滑坡的沖刷侵蝕，建議對(duì)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(shí)應(yīng)對(duì)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。