中江某斜坡穩定性影響因素分析及優化治理

劉永波，和春華，仇海亮

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072;2.四川水利水電勘測設計研究院，四川成都 610072)

中江某斜坡穩定性影響因素分析及優化治理

劉永波1，和春華1，仇海亮2

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072;2.四川水利水電勘測設計研究院，四川成都 610072)

通過對該斜坡的地質調查、勘探試驗和分析研究，查明斜坡的成因及潛在滑動面，在宏觀定性評價的基礎上，用極限平衡法對斜坡各種工況的穩定性進行定量分析和評價，并通過對影響該邊坡穩定的影響因素敏感性分析，找出主要影響因素，提出采取工程量小、易于施工、投資少且安全可靠的可行性治理方案。

斜坡;穩定性計算;影響因素敏感性分析

該斜坡位于四川省中江縣一鄉村，斜坡上有大量村民房屋，斜坡前緣臺地分布大量農田。該斜坡整體處于基本穩定—穩定狀態，局部穩定性較差，在強降雨或地震作用下，曾發生過局部淺、表層土體蠕滑或滑塌，直接威脅當地居民的生命和財產及農田耕地的安全。當地地災防治部門初步宏觀判斷此邊坡為一潛在滑坡，曾考慮采用抗滑樁、削坡減載等措施對邊坡進行治理，但由于該斜坡物質組成、影響因素、邊界條件、破壞機制等不明確，初擬的治理措施針對性不強，因此，在補充適量勘探試驗工作，并進行分析評價后，根據邊坡穩定性影響因素敏感性分析，有針對性地采取了經濟合理的工程處理措施。

1 基本地質條件

1.1 地形地貌

該邊坡地貌上表現為侵蝕切割型脊狀低山，后緣為中高山地貌，高程為600～1200 m，坡度為35°～55°，坡面基巖裸露，坡體穩定。向下分布多爪狀沖溝，溝谷深切呈“V”字形，谷寬200～300 m。

斜坡分布于前緣坡腳地帶，分布高程430～500 m，相對高差約70 m。邊坡后緣高程約500 m，斜坡中、上部坡度15°～25°，地形呈階梯狀，植被較發育，坡面局部堆積殘坡積物，為居民聚集區;前緣最低處為廖家溝，高程約430 m，斜坡下部地形較緩，坡度12°～18°，下部平臺為大面積耕地。該斜坡呈長條形，為土質斜坡，坡體以含碎塊石粉質粘土為主，局部低洼處出露基巖;該潛在不穩定斜坡區域順主滑方向長約205 m，垂直主滑方向寬約270 m，總面積約1.68萬m2，平均厚度約11.3 m，體積約19萬m3。

1.2 地層巖性

根據地質調查和勘探，不穩定斜坡區內及其附近出露的地層主要為第四系全新統崩坡積堆積層，按其層次結構可分為三層:①粉質粘土或夾碎塊石粉質粘土，厚度0.5～3.0 m，位于斜坡之上的民房區表層;②含碎、塊石粉質粘土，分布于整個斜坡大部分坡地上，厚度10.0～15.0 m。③淤泥質土層，位于坡體右側下部，厚度約6.50 m，頂板埋深11.5 m，但分布范圍較小。下伏基巖主要為侏羅系上統蓬萊鎮組(J3p)灰色、灰紫色塊狀細粒長石砂巖。

1.3 地質構造

該邊坡位于龍泉山背斜北端西翼近軸部，在其東側即東翼近軸部發育有合興鄉斷層。受構造作用影響，區內巖體中多發育兩組壓扭性“X”裂隙與縱張裂隙、橫張裂隙。

1.4 水文地質條件

根據地下水的水力性質、水力特征及賦存條件，可將區內地下水劃分為第四系松散堆積層孔隙潛水和基巖裂隙水。

1.4.1 松散巖類孔隙水

主要賦存于第四系人工堆積層、坡殘積層等松散堆積層中，以潛水為主，水位變化大，含水層較薄，分布面積較小，受季節性影響明顯。崩坡積含塊碎石土層滲透性較強，與地表水有密切的水力聯系，水位受季節變化明顯。

1.4.2 基巖裂隙水

主要賦存于侏羅系上統蓬萊鎮組(J3p)巖層中。此類型水的存在可降低巖體的抗剪強度，加快巖石風化，降低巖體的穩定性。

此外，區內地表水蓄積較豐富，坡體后側寬緩臺地上分布有大小池塘共7個，在后側靠山腳下還有都江堰灌區的人民渠流過，這些地表水體在一定程度上改變了區域水文地質環境。

1.5 不良地質現象

勘查區內的不良地質現象為坡面表層滑塌或溜滑。在雨季，沖溝兩側覆蓋層局部因土體飽和而產生滑塌或溜滑，但規模總體較小。

1.6 人類工程活動

該區破壞地質環境的人類工程活動主要有鄉鎮建設坡體開挖形成不穩定高陡邊坡、局部坡體加載、道路交通建設不合理邊坡開挖等，這些活動對坡體的穩定性產生了一定影響。

2 斜坡變形特征

2.1 潛在滑動面和分布形態

該斜坡坡體未發生過整體滑移或顯著變形破壞，以坡體中上部局部蠕滑變形為主，變形區域相對較小，坡體整體變形破壞跡象不明顯。勘探揭示坡體內部未發現有發生過滑移變形的滑動面或剪切破壞的結構面。根據斜坡整體形態特征及坡體物質組成特征，結合鉆探取芯，推測基覆面為斜坡的潛在滑動面。同時，由于坡體整體基覆面呈現臺階狀，上、下部較緩，中部較陡，且坡面中部向下部過渡段坡度明顯變陡，并結合坡體中上部變形發育跡象，推測在坡體中、下部交接處為潛在剪出口。由此可見，坡體潛在滑動面后緣基本沿坡體中上部變形區上邊界出露，前緣從坡體中部向下部過渡帶剪出，埋深變化不大。

2.2 不穩定斜坡的影響因素和變形破壞機制

該斜坡主要發育于第四系殘坡積松散堆積體中。坡體物質主要由粉質粘土、含碎塊石粉質粘土組成，結構松散、孔隙率大、滲透性強，降雨和大量地表徑流進入坡體內部是其發生局部滑移破壞的最主要激發因素。在雨季，降雨和大量地表徑流進入坡體內部，使土體達到近飽和或飽和狀態，對土體產生浸泡軟化，使土體抗剪強度大大降低;同時水流在土體中滲流會產生與下滑力同向的滲透壓力，從而大大降低了坡體中上部的穩定性;該坡前緣為廖家溝，有一定臨空面，有利于坡體下滑，加之基覆面粘粒含量較高，碎石含量較少，力學強度低，在外界因素的觸發下，堆積體易沿下伏基巖表面下滑;此外該區人類工程建設、農耕對坡體具有一定的擾動，近年來四川汶川特大地震、廬山地震等地震活動起外因誘導作用。以上幾種因素的綜合作用下，使坡體局部發生蠕滑變形，地表產生裂縫，局部的滑移或垮塌必然影響到上部坡體內部受力狀態的改變或形成卸荷臨空面，進而影響到坡體整體的穩定性。

3 斜坡穩定性計算評價

3.1 計算模型及荷載組合

本次計算，采用理正巖土計算軟件中的邊坡滑坍治理計算模塊，運用傳遞系數法對不穩定斜坡坡體穩定系數及剩余推力進行計算。

穩定性計算分為如下幾種工況:

(1)工況一 自重+地表荷載;

(2)工況二 自重+地表荷載+10年一遇暴雨(按20年一遇暴雨校核);

(3)工況三 自重+地表荷載+地震，系用勘查期間的地下水位。

通過系統分析得出不穩定斜坡坡體有可能沿基覆面或潛在滑動面發生滑移，潛在滑動面為折線型，選取控制性剖面1-1'(圖1)、3-3'(圖2)，就各剖面分別進行上述四種工況(含校核工況)下的斜坡穩定性計算分析。

3.2 計算參數選取

根據室內試驗結果，并參照類似工程經驗，選取坡體穩定性和剩余推力計算的土體物理力學參數(見表1)。

3.3 不穩定斜坡穩定性計算及結果評述

根據上述及表1的參數指標進行計算，將斜坡體在各工況組合下的穩定性計算結果統計于表2。

3.4 影響因素敏感性分析

穩定性的主要因素為基覆面或潛在滑動面的粘聚力c、內摩擦角φ。在各種工況條件下對1-1'剖面的穩定系數與c、φ值的關系進行因素敏感性分析。其結果分別見圖3-圖5。

根據計算結果可知:

(1)在天然工況下，穩定系數對內摩擦角比粘聚力敏感，內摩擦角每增加0.5°，穩定性系數增加0.029～0.031，而粘聚力每增加1 kPa，穩定性系數僅增加0.017～0.020。

圖1 1-1'工程地質剖面圖Fig.1 Engineering geological profile of section 1-1'

圖2 3-3'工程地質剖面圖Fig.2 Engineering geological profile of section 3-3'

表1 穩定性計算巖土體物理力學參數取值Table 1 Stability calculation of physical mechanics parameters of rock and earth mass

表2 斜坡穩定性計算成果表Table 2 Slope stability calculation results

圖3 1-1'剖面工況一影響因素敏感性分析圖Fig.3 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the first condition

(2)在暴雨工況下，穩定系數對內摩擦角比粘聚力敏感，內摩擦角每增加0.5°，穩定性系數增加0.022～0.023，而粘聚力每增加1 kPa，穩定性系數僅增加0.017～0.018;同時，穩定系數較天然工況低，降低值0.197～0.272，說明坡體對降雨的入滲有敏感性，降雨影響坡體穩定性。且暴雨工況下的穩定系數較地震工況下的穩定系數相對于天然工況要降低得多，說明降雨入滲相對于地震對坡體穩定性的影響更大，暴雨工況更不利于坡體的穩定。

圖4 1-1'剖面工況二影響因素敏感性分析圖Fig.4 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the second condition

(3)在地震工況下，穩定系數對內摩擦角比粘聚力敏感，內摩擦角每增加0.5°，穩定性系數增加0.026～0.028，而粘聚力每增加1 kPa，穩定性系數僅增加0.018;同時，穩定系數較天然工況低，降低值0.101～0.141，說明坡體對地震有敏感性，地震對坡體穩定性不利。

圖5 1-1'剖面工況三影響因素敏感性分析圖Fig.5 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the third condition

4 治理

根據現場勘察［1-4］、邊坡穩定性計算和影響因素敏感性分析結果，天然狀況下，邊坡處于穩定—基本穩定狀態;當遇到10年一遇暴雨時或地震工況下，1-1'剖面和3-3'剖面中上部坡體處于欠穩定—基本穩定狀態，即坡體中上部現狀變形發育區存在從坡體中部與下部交接處剪出的可能性;各工況下在其對應安全系數下的剩余推力均＜100 kN。由敏感性分析可以看出，地下水對坡體穩定性的影響占主導地位。

由此，結合現場實際情況，考慮到治理工程的經濟合理性和方案的可行性［5-6］，對該邊坡采用地表截、排水措施，在坡體中后部(現狀變形發育區后側)設置截水溝，同時，沿原天然水溝設置排水溝，排水溝起點與截水溝相連，形成坡體外緣和坡體內的綜合截排水系統，將坡面和后側地表水引走，防止坡面水體滲入坡體內部影響邊坡穩定。同時，對邊坡設置地下水位和變形監測網，對地下水位和坡體變形進行觀測，如有異常再行處理。

5 結語

本文根據勘探試驗成果，在查明地質災害成因類型的基礎上，首先從宏觀角度對斜坡穩定性進行了定性評價，然后使用極限平衡法對該邊坡各種工況的穩定性進行了定量分析，并針對影響邊坡穩定的各影響因素進行了敏感性分析，找出影響該邊坡穩定的主要因素，從而有針對性地對該邊坡提出了工程量小、便于施工、投資少且安全可靠的邊坡治理方案，在確保當地居民和下部耕地安全的前提下，節省了工程投資，簡化了邊坡治理措施，為類似邊坡的治理提出了一種新的思路。

［1］ SL386—2007，水利水電工程邊坡設計規范［S］.

［2］ DZ/T0218—2006，滑坡防治工程勘察規范［S］.

［3］ DZ/T0219—2006，滑坡防治工程設計與施工技術規范［S］.

［4］ GB50487—2008，水利水電工程地質勘察規范［S］.

［5］ 劉漢東.邊坡失穩定時預報理論與方法［M］.鄭州:黃河水利出版社，1996.

［6］ 常士驃，張蘇民.工程地質手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業出版社，2007.

(責任編輯:于繼紅)

The Research and Control of the Stability of a Slope in Zhongjiang River

LIU Yongbo1，HE Chunhua1，QIU Hailiang2
(1.Chengdu Engineering Corporation Limited，Power China，Chengdu，Sichuan 610072; 2.Sichuan Water Resources and Hydroelectric Investigation＆Design Institute，Chengdu，Sichuan 600072)

Through geological survey，exploration and analysis of the slope，the cause of the slope and the potential sliding surface are identified.On the basis of macro qualitative evaluation，the stability of various working conditions of the slope was quantitatively analyzed by the limit equilibrium method.And through the sensitivity analysis of the factors affecting the stability of the slope，the main factors affecting the stability of the slope are found out，and the feasible control scheme is proposed for the main influencing factors，which is of small amount of engineering quantity，easy construction，little investment and safe and reliable.

Slope;tability calculation;ensibility analysis of influence factors

TU413.6+2

:A

:1671-1211(2015)05-0608-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201505019

2015-06-22;改回日期:2015-07-17

劉永波 (1981-)，男，工程師，地質工程專業，從事水利水電和巖土工程勘察工作。E-mail:121015827@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150911.0954.002.html數字出版日期:2015-09-11 09:54