巢湖王家砠老社廟滑坡穩定性分析

鄭海剛，劉國生

（1.安徽省地震局，安徽合肥230031；2.合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽合肥230009）

·巖土工程·

巢湖王家砠老社廟滑坡穩定性分析

鄭海剛*1，劉國生2

（1.安徽省地震局，安徽合肥230031；2.合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽合肥230009）

在詳細的野外勘測基礎上,分析了巢湖王家咀老社廟滑坡形態特征和形成機制。通過對土樣的室內試驗，獲得了滑動面初步參數，結合工程類比法和參數反演法取得了該滑坡滑動面的最終計算參數。根據這些最終的計算參數，應用推力傳遞系數法，在3種情況下計算了該滑坡的穩定性系數。結果顯示，該滑坡在自然狀態下是基本穩定的，在暴雨和高水位背景下是不穩定的。根據計算結果，提出了對該滑坡以及巢湖沿岸類似滑坡的防治方案和治理建議。

滑坡；穩定性分析；推力傳遞系數法；巢湖

1 概述

巢湖王家咀老社廟滑坡位于我國五大淡水湖之一的巢湖北岸沿岸處。由于巢湖岸坡土質的特殊性，滑坡現象非常普遍，尤其廬江—肥西等段的滑坡非常嚴重，已導致很多村莊消失，村民被迫搬遷[1]。巢湖沿岸的滑坡災害比較嚴重，針對這些問題，前人曾利用遙感等手段對巢湖沿岸滑坡易發區的巖土類型進行了確定，認為在巢湖的土質沿岸是最容易形成滑坡的地段[2]。但對巢湖濱岸所存滑坡體成因機理及穩定性評價方面尚缺少全面系統分析和研究，制約了對巢湖沿岸該類滑坡穩定性的正確認識。本文正是基于這種原因，利用推理傳遞系數法對巢湖王家咀滑坡進行了詳細的穩定性計算，該結果不僅對所研究的滑坡體進行了評價，還為今后對巢湖沿岸類似滑坡體的穩定性分析、評價和治理提供重要的基礎資料。

2 滑坡概述

2.1 滑坡特征描述

該滑坡位于巢湖沿岸的王家咀村老社廟西側，主體由第四系上更新統的粘土構成。該滑坡狀似一個簸箕向湖內延伸，近東西向延伸100m左右，南北向寬約50m，高約8～10m。雖然該滑坡的總體不是太龐大，但是在巢湖沿岸類似滑坡還有很多。

該滑坡主體以第四紀上更統粘土組成，在遇水情況下，容易發生脹縮。這種脹縮作用常常可以在滑體中形成縱橫交錯的裂隙，破壞滑體的內部結構，降低滑體的抗剪強度。滑坡的基底是由白堊系紫紅色粉砂巖構成，巖石堅硬，透水性差。因此，在雨水充沛的季節，滑體吸水飽和，自重增加；再加上雨水下滲，很容易在底部基巖弱透水層上形成上層滯水，起到潤滑劑的作用。另外，由于滑坡位于巢湖岸邊，當湖水水位升高時，浸潤到滑坡坡角，湖水沿著基巖上滲，亦會在基巖弱透水層上形成上層滯水；再者在湖浪的沖擊下，產生強大的側蝕作用，使得滑坡坡角受到侵蝕，形成一定的臨空面，給滑坡的滑動提供進一步的可能。總體來說，該滑坡是受雨水和湖水侵蝕影響的牽引式土質滑坡。

根據當地史資料和群眾介紹，該滑坡形成于20世紀50年代。在滑坡形成以前，原湖岸位于現存湖岸前方50～60m處。當時湖岸上部有一個很大的平臺，為一小學的操場。并且在操場的西部還有一座古財神廟。現今，由于滑坡的不斷發展，操場和財神廟都已經不復存在。

按照此滑塌速率計算，再有20～30年，該滑坡就會對環湖公路路基及公路旁邊的房屋造成嚴重威脅。

2.2 滑坡形成影響因素

（1）由于組成岸坡的粘土具有脹縮性，土壤粘粒之間裂隙發育形成縱橫交錯的裂隙，一旦受到高水位的湖浪沖刷或遭受雨水浸透，便產生大塊崩塌以及因其本身重力作用發生滑落。

（2）由于土體相對透水，雨水在其中滲流時，就會對斜坡產生動力壓力，其方向與滲流方向一致，指向臨空面，故對邊坡的穩定不利，尤其是湖水位迅速下降時，坡內會產生較大的動力壓力，往往使之失穩。

（3）雨水及湖水的侵蝕作用，會破壞土體的結構連接，對斜坡穩定也有很大影響。

3 推力傳遞系數法的原理

3.1 推力傳遞系數法的假設

傳遞系數法屬剛體極限平衡分析法，計算方法基于如下6點假設：

(1）將滑坡穩定性問題視為平面應變問題；

(2）滑動力以平行于滑動面的剪應力τ和垂直于滑動面的正應力σ集中作用于滑動面上；

(3）視滑坡體為理想剛塑材料，認為整個加荷過程中，滑坡體不會發生任何變形，一旦沿滑動面剪應力達到其剪切強度，則滑坡體即開始沿滑動面產生剪切破壞；

(4）滑動面的破壞服從Mohr-Coulomb破壞準則，即滑動面強度主要受粘聚力及摩擦力控制；

(5）條塊間的作用力合力(剩余下滑力)方向與滑動面產狀一致，剩余下滑力為負值時則傳遞的剩余下滑力為零；

(6）沿整個滑動面滿足靜力的平衡條件，但不滿足力矩平衡條件。

3.2 推力傳遞系數法的原理

滑坡穩定性分析、評價是滑坡研究的核心問題，它為選擇對滑坡的合理加固處理方案提供定量指標。針對折線型滑坡，我國廣泛采用的滑坡穩定性推力傳遞系數法有2種[4-6]：一種是基于強度儲備法，考慮分塊和整體平衡，假定各條塊的穩定系數與整體穩定系數相等，不允許條塊間出現拉應力，滑動面剪切強度參數c和φ具有一定的安全儲備，計算時將其除以穩定系數；另一種方法基于超載法，僅考慮整體平衡，允許條塊間出現拉應力，滑動力乘以滑坡體的穩定系數。

本次研究采用基于強度儲備的推力傳遞系數法[3]，假定任一條塊上的下滑力和抗滑力都平行于滑動面，下滑力與抗滑力的差為剩余推力，剩余推力自上而下逐條向下傳遞，假定最后一塊的剩余推力為0，建立極限平衡方程，得到穩定系數的計算公式如下：

式中：Fs——滑坡穩定系數；

Wi——第i塊滑體所受的重力，kN；

Ri——作用于第i塊滑動面上的抗滑分力，kN/m；

Rn——作用于第n塊滑動面上的抗滑分力，kN/m；

φ——滑帶土的內摩擦角，(°)；

c——滑帶土的粘聚力，kPa；

li——第i塊滑動體滑動面的長度，m；

Ti——作用于第i塊滑動面上的滑動分力，kN/m；

Tn——作用于第n塊滑動面上的滑動分力，kN/m；

ψi——傳遞系數；

αi——第i塊滑動面與水平面的夾角。

4 滑坡穩定性分析

滑坡穩定計算采用基于剛體極限平衡理論改進的推力傳遞系數法，這種方法在我國滑坡穩定性計算中被廣泛應用，已經有很多成功的案例和經驗可以借鑒。

4.1 計算參數c和φ的確定

根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011－2001）巢湖地區處于地震烈度6度區，可以不進行地震作用計算[4]。因此，在滑坡穩定計算和推力計算時，地震載荷可以不予考慮。

滑動面抗剪強度參數的準確取值直接影響邊坡計算、分析的可靠性。抗剪強度指標可以通過室內試驗、野外原位試驗或根據已知資料反算求得。室內試驗可根據滑坡的具體地質條件,選擇原狀土或重塑土重復剪試驗。對于已經滑動的邊坡常常采用重塑土重復剪取得土的殘余強度[5]。本次研究中，滑坡已經開始滑動，因此計算參數采用重塑土反復剪切試驗并結合工程類比法確定，最后獲得滑動面土體在3種工況下的土的殘余強度指標c和φ，如表1所示。

表1 滑動面土體的計算參數

4.2 滑坡穩定性計算

本文運用的推力傳遞系數法，對巢湖王家咀老社廟滑坡進行穩定性計算。采用的具體計算模型及計算條帶劃分如圖2所示。

結合上述參數，運用MathCAD數學軟件編程進行計算，得到了該滑坡在3種工況下的穩定系數，見表2。

表2 穩定系數計算成果

圖2 推力傳遞系數法的計算模型

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330－ 2002），巢湖王家咀滑坡的極限穩定系數應取1.25，即滑坡計算的Fs為1.25時，滑坡體處于極限平衡狀態；Fs在微大于1.25時，處于穩定狀態；在Fs小于1.25時，處于不穩定狀態。通過對上述計算成果分析可以看出，在天然狀態下巢湖王家咀滑坡處于穩定狀態；在暴雨季節和湖水水位比較高的狀態下該滑坡都處于不穩定狀態。

5 結論及建議

5.1 結論

根據對巢湖王家咀滑坡的實地勘察和以上計算結果，得出如下結論：

（1）由于推力傳遞系數法和滑坡現在的實際狀態相符，因此我們認為推力傳遞系數法在巢湖沿岸土質滑坡的穩定性計算的應用是適合的。

（2）在天然狀態下巢湖王家咀滑坡處于欠穩定狀態；在雨季節和湖水水位比較高的狀態下該滑坡都處于不穩定狀態。

5.2 建議

由于巢湖沿岸土質滑坡的形成和發展都具有一定的相似性，因此我們對巢湖沿岸類似滑坡提出如下治理建議：

（1）削坡護岸：先進行適當的削坡，再用石塊和水泥砂漿在坡角的基巖上擋土墻，以防止湖水對滑動面的入滲和湖浪對坡角的侵蝕作用。

（2）修坡護坡：對坡面進行必要的整修，在坡上建立一定厚度的防護層，以減少雨水大量下滲產生的動壓力，以及雨水下滲以后對滑坡的潤滑作用。

[1]孫鳳賢.巢湖塌岸的特征及其規律[J].地質災害與環境保護，2000，11（4）：287-291.

[2] 楊則東,徐小磊,谷豐.巢湖湖岸崩塌及淤積現狀遙感分析[J].國土資源遙感，1999,4(42):1-7.

[3]蘇愛軍，馮明權.滑坡穩定性傳遞系數計算法的改進[J].地質災害與環境保護，2002，13（3）：51-56.

[4]GB 50011－2001建筑抗震設計規范[S].中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2001.

[5] 王國強,吳道祥,劉洋，等.巢湖鳳凰山滑坡形成機制和穩定性分析[J].巖土工程學報：2002，24（5）：645－649.

[6]GB 50330－2002建筑邊坡工程技術規范[S].中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2002.

The Stability Analysis of the Laoshe Temple Landslide in Chaohu Wangjiazui

ZHENG Hai-gang1,LIU Guo-sheng2
（1.The Seismological Bureau of Anhui Province,Hefei Anhui 230031,China；2.School of Resources and Environment Engineering,Hefei University of Technology,Hefei Anhui 230009,China）

On the basis of the detailed field investigation,the paper analyzed the morphological characteristics and formation mechanism of the Laoshe temple landslide of Chaohu Wangjiazui.The initial parameters of the slip surface were acquired by indoor trial of soil sample,and the final parameters of the slip surface were obtained through engineering analogy method and parameter inversion method.Based on final calculative parameter,by using transfer coefficient method of thrust,its stability coefficient was calculated under three engineering conditions.The result shows that it was basic stable in usual state and unstable in rainstorm and high water level.According to the results the prevention and control plan and treating idea for the landslide and other similar landslide along the coastwise region of Chaohu.

landslide；stability analysis；thrust transfer coefficient method；Chaohu Lake

P642.22

A

1004-5716(2015)10-0001-04

2014-11-03

安徽省地震科研基金（20130703）。

鄭海剛（1981-），男（漢族），陜西寶雞人，工程師，現從事地震地質及地震形變應用研究工作。