滑坡工程中地質勘察及穩定性分析

范潤琥

（湖南省地質礦產勘查開發局402隊 湖南長沙 410000）

滑坡工程中地質勘察及穩定性分析

范潤琥

（湖南省地質礦產勘查開發局402隊 湖南長沙 410000）

滑坡工程地質勘察和穩定性分析是滑坡治理工程設計以及施工的主要參考依據。本文結合實例對該工程采用的地質勘察以及穩定性分析方法進行闡述，為相關工程提供參考。

滑坡工程；地質勘察；穩定性；分析

1 引言

近年來，我國對于地質工程勘察工作日益重視，對于滑坡防治工程，采取了諸多控制方案，以確保巖土地質構造的穩定性。要重點研究工程穩定性因素及其評判標準，才能為后續施工操作提供正確的引導。對于滑坡防治中發現的問題，可適當采取抗滑、抗害等措施，降低滑坡問題造成的破壞作用。

2 工程實例概述

某滑坡體垂直渠道方向長度8～10m，平行渠道方向寬15～35m，滑坡前緣推至渠道水中約1.0～1.5m。滑坡后部有圈椅狀滑坡壁，坡面近直立，滑坡后壁頂高程55～56m，后壁高度4～5m，側壁高度1～3m，滑壁后側及兩側具明顯裂縫，寬度0.2～1.0cm不等，滑坡體厚度2.30～3.700m。

根據鉆孔揭露及現場地質測繪調查，滑坡體土層巖性為重粉質壤土～粉質粘土，灰黃色，軟～軟可塑。滑坡體厚2.30～3.70m，底高程43.50～45.40m。單橋靜探比貫入阻力0.89m～2.28MPa，平均值為1.44MPa。屬中等偏高壓縮性土。滑床土層主要為②1層重粉質壤土。②2層重粉質壤土～粉質粘土及⑤1層全～強風化泥質粉砂巖，以下分述之。

（1）②1層重粉質壤土，灰黃色，軟可～硬可塑，稍濕。層厚2.40～3.70m，層底高程50.10～50.70m。單橋靜探比貫入阻力1.45～1.97MPa，平均值為1.71MPa，壓縮系數0.292～0.320MPa。屬中等壓縮性土。

（2）②2層重粉質壤土～粉質粘土，褐黃、棕黃色，硬可塑～硬塑狀，含鐵錳質結核。層厚0.80～8.80m，層底高程40.60～43.00m。單橋靜探比貫入阻力 4.05～5.39MPa，平均值為 4.67MPa，壓縮系數 0.207～0.271MPa。屬中等偏低壓縮性土。

（3）⑤1層全～強風化泥質粉砂巖，紫紅色，呈輕壤土狀，未鉆穿，最大揭露厚度1.60m。

根據室內滲透試驗成果，滑坡土體的滲透系數平均值為2.89E-07cm/s，為微～極微透水性土體。

3 滑坡工程中地質勘查及穩定性分析

3.1 地質勘查以及測繪

對滑坡體的發生以及地層結構進行深入的研究和分析，來制定科學合理的防治方案。對滑坡進行工程地質勘察應著重查明滑坡的危害程度、性質、滑坡的范圍、位置、類型及要素、工程地質與水文地質背景，分析滑坡形成的原因，判斷其穩定程度，判斷其發展趨勢，制定整治設計或防治方案和措施。工程地質測繪與調查的范圍應包括滑坡區以及相鄰的穩定地段，一般包括坡體兩側自然溝谷和滑坡舌前緣的一定距離，和滑坡體后壁外的一定距離。測繪的比例應根據滑坡規模的大小在1：500～1：1000之間選取，但用于整治方案的測繪比例尺是1：500或1：200，勘察分析滑坡的發生與地層結構、水文地質組成、地貌及其演變、斷裂面的機構、巖（土）性質、和人為活動等因素的關系，了解引起滑坡的主要因素。

3.2 穩定性數值模擬分析

3.2.1 強度折減法理論

通過對邊坡土體粘聚力及內摩擦角進行折減，直至對應邊坡臨界狀態時，折減前、后抗剪強度參數的比值即為安全系數。強度折減法具體為：利用式（1），式（2）來折減邊坡土體的抗剪強度指標c和φ，通過數值模擬手段確定折減系數對應邊坡臨界狀態，此時得到的折減系數即為安全系數Fs。

式中：CF為折減后的邊坡土體粘聚力；φF為折減后的邊坡土體內摩擦角；Ftrial為強度折減法確定的折減系數。

可利用FLAC3D軟件內自帶的安全系數命令——solve fos，直接對粘聚力c和內摩擦角φ進行折減，最終確定臨界破壞狀態的安全系數。

3.2.2 計算模型的建立

模擬選取了該礦庫勘察的主剖面進行計算，模型尺寸及材料參數均依據前期勘查結果進行選取。涉及到巖土體材料變形的非線性特征，邊坡巖土體材料本構模型采用理想彈塑性模型，初始應力只計重力。建模所適用的邊界條件為：側面水平位移約束，約束邊坡的左邊界和右邊界，即橫向位移；底面約束豎直方向位移，采用固定支座邊界條件。為了簡化計算，該場區的邊坡問題可以等效看成平面應變問題，建模時只取斷面的一個“薄面”。對于計算結果的分析，是在天然工況、暴雨工況以及地震工況下進行的，重點分析天然狀態下邊坡的穩定性情況，如圖1所示。

圖1 邊坡模型圖

3.2.3 計算結果分析

該礦壩邊坡水平方向位移場分布可以得到，在天然狀態下最大水平位移值為9.06cm，主要分布在邊坡臨空面中下部；沿z軸正向垂直位移的最大值為2.58cm，在自重影響下產生了沿z軸負向的位移3.95cm。在實際工程中，水平位移指的是沿著x正方向指向邊坡坡面這一側，垂直位移正向是指向坡頂。如圖2位移變形圖所示，明顯看出邊坡潛在滑動面的位置。該剖面為典型的斜面邊坡，邊坡垂直應力分布呈現帶狀，最大壓應力在邊坡內部，為27.45MPa，最大拉應力為20.19MPa，最大不平衡力與邊坡內部達到平衡。根據地質勘察報告顯示，目前該邊坡是穩定的，用FLAC3D強度折減法計算的該邊坡在天然狀態、暴雨狀態以及地震狀態下的安全系數分別為1.31，1.10和1.31。說明暴雨狀態下邊坡的穩定性有明顯降低；地震作用下邊坡的安全系數數值不變，且與天然狀態下的變形、應力狀態等相一致。數值模擬的變形矢量圖及塑性貫通區的范圍表明了尾礦壩邊坡可能潛在的滑動面位置。塑性區描述了邊坡巖體的破壞特征，其中深綠色區域為塑性區（潛在滑動面），即此區域內巖體的強度達到了極限，進而發生破壞而形成滑體。滑動面外側區域各網格點的速度大于其他區域，因此發生了一定程度的塑性破壞。

圖2 垂直位移圖

4 滑坡防治方法

4.1 改變斜坡形態

從地質學來說，滑坡是斜坡上的土體或者巖體，在河流沖刷、地下水活動、雨水浸泡、地震及人工切坡等條件影響下，由于重力學作用而出現向下滑動。滑坡對農業生產、生命財產、礦區作業、道路交通等，均產生了極為嚴重的危害性，阻礙了地區可持續發展戰略實施。①調整結構。人類活動增加、巖土體應力失衡、受力不均衡而引起了地貌失控問題，應滑坡受力不穩定而出現失衡狀態。為了減少斜坡遭受地表水沖刷引起的破壞作用，可通過改變斜坡形態方式進行調整，增強滑坡結構的抗害能力。例如，防止海、湖、水庫波浪的沖蝕和磨蝕，可修筑導流堤（順壩或丁壩）、水下防波堤，也可在斜坡坡腳砌石護坡，或采用預制混凝土沉排等。②生態改造。生態工程改造是抑制滑坡的有效方式，為確保防治工程穩定性，施工單位要從多方面開展工作。一方面，做好重災區的滑坡監測工作，提前發現問題，采取措施處理；另一方面，重點保護全面升級，建立森林生態系統、濕地生態系統，基本形成覆蓋全省的濕地保護網絡體系，利用生態植被控制滑坡發生。此外，可添加一些配套性的防護結構，共同抑制滑坡造成的不利影響。

4.2 增加巖土強度

近年來，各地區地質改造活動日趨頻繁，建設工程規模擴大化，導致地形地貌出現了不同程度的受損。例如，斜坡的變形、位移、坍塌、沉降等，均是人類活動造成的滑坡現象，增加了地區抗滑坡治理工作難度。結合滑坡穩定性評判標準，要擬定一套完整的處理體系，才能掌握滑坡防治要點。對于膨脹性較強的粘土斜坡，選用綠化植被的方式，如：種植植物、培育植被等，促使坡面維持在相對穩定的狀態下，抑制土坡開裂、結構滲水等問題，大大減少滑坡事故的發生率。①截引地表水流。通過控制地表水流也有助于抑制滑坡，維持巖土層構造的穩定性，避免外力因素對滑坡結構產生的破壞作用。②排除地下水。地下水蓄積容易造成巖土層粘合力減小，阻礙了地下水結構之間的牢固性能。巖土強度改造中，要考慮地下水因素帶來的不利影響，形成相對穩定的巖土體。斜坡體中埋藏有地下水并滲入到變形區，常常是使斜坡喪失穩定性而發生滑坡的主導因素之一。經驗表明，排除滑動帶中的地下水（滑帶水）、疏干坡體，并截斷滲流補給，對抑制滑坡形成了保護作用。

4.3 設定防護結構

滑坡是自然地質常見現象，也是危害性較大的地質變動狀態，對巖土層及地表層產生了諸多危害性。由于滑坡地質的諸多危害性，近年來我國大力號召各地采取科學的治理方案，做好工程穩定性評判分析，結合實際因素采取科學的防治策略。①支擋。以抗滑樁為主要支擋方式，選用截面為方形或圓形的鋼筋（軌）混凝土樁或鋼管鉆孔樁。滑坡防治施工中，平面布局需按照標準進行，一般選用梅花形、方格形等進行布局，控制好樁與樁之間的間距，以3～5m為最佳，深入滑動面（帶）以下穩固巖土體中。利用樁基礎形成支護結構，抑制滑坡結構受損系數。②錨固。對于巖質斜坡來說，錨固是一種有效的抗滑坡方式，從土體層構造抑制巖土層災害。現階段，錨固方式具有多樣性，常用金屬錨桿、鋼纜或預應力金屬錨桿。可根據滑坡防治工作要求，擬定可行的錨固控制方案，增加巖土層的抗滑力，綜合維護坡體的穩固狀態。③灌漿。灌漿法適用于存在裂縫、裂隙的坡體結構，利用灌注材料原理增強結構的粘合度，以免地下水運動或外在力學作用產生的病害。當前，先鉆孔至地3～5m深度，選用硅酸鹽水泥或有機化合材料進行固結灌漿，綜合改善坡體結構的強度系數，對坡體結構實施必要的防護層。

5 結束語

總之，我國地質結構分布具有多樣性特點，滑坡是地質巖層常見現象之一，且對地面地下空間改造活動造成諸多不利影響。為了降低滑坡帶來的各種風險，勘察階段要做好地質穩定性評判與分析工作，實時掌握影響滑坡工程穩定性的相關因素，提出符合工程改造要求的新方案。同時，從結構改造、強度升級、綜合防護等方面，執行相對有效的穩定性治理方案，進一步鞏固滑坡區域的地質抗害能力。

[1]王 建.三水河防洪工程滑坡穩定性計算分析及防治措施[J].大科技，2014（5）：134～135.

[2]羅 旋，楊 威.路塹邊坡地質勘察和穩定性分析[J].公路工程，2013，38（01）：34～37.

[3]朱國慶，徐靜，曾超，等.某高速公路路堤滑坡穩定性分析與治理[J].湖南交通科技，2015，41（2）：19～24.

P642.22

A

1004-7344（2016）23-0186-02

2016-7-26

范潤琥（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事勘查工作。