房山典型不穩定斜坡影響因素及穩定性分析

柴利杰，劉明坤，趙晨曦，陳柘舟，劉建凱，楊艷峰，常思源

（北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195）

0 前言

北京市房山區不穩定斜坡隱患點眾多，均位于居民房屋附近，在強降雨天氣或地震中極易形成地質災害，直接威脅當地村民的人身財產安全。2016年“7·20”暴雨后多處斜坡因土體飽和吸水，抗剪強度降低而發生滑塌現象。本文以房山區佛子莊鄉佛子莊村二道溝不穩定斜坡為例，對不穩定斜坡的影響因素進行分析，并對穩定性進行定性分析和定量計算，為下一步開展治理提供參考。

1 不穩定斜坡的基本特征和形成影響因素

1.1 不穩定斜坡基本特征

不穩定斜坡坡長約70m，走向長度約100m，整體傾向約為105～115，前緣高程230m，后緣高程252m，相對高差約23m，斜坡呈中間陡上下緩形態，坡度在20～40，西高東低。斜坡中部有一戶居民，居民在修建房屋時將房屋后墻地基開挖至中等風化基巖后進行施工，因此將不穩定斜坡分為上、下兩個部分，兩部分對房屋危害方式也不同，命名為上段和下段（圖1）。

圖1 不穩定斜坡典型剖面圖Fig.1 typical pro file of unstable slope

上段位于屋后至山脊，坡長25m，坡度30～40；上段根據不穩定斜坡存在兩處剪出口位置分為a段和b段。a段為屋后第一道干砌石擋墻墻角至坡上第三道干砌石擋墻坡腳處，a段上部為b段，下段位于屋底至坡腳，坡長45m，坡度20～30。

坡體主要為第四系上更新統殘坡積土覆蓋，局部出露砂巖。殘坡積土為褐黃色—灰黃色，巖性為碎石塊夾粘性土，稍濕狀態，密實程度為疏松，厚度0.3～2m。基巖巖性主要為砂巖。砂巖呈灰—灰白色，成分以石英為主，含少量暗色礦物，分選中等，中等風化，半堅硬。

不穩定斜坡已對坡中房屋院子造成損害，院中裂縫長17m橫穿整個院子。斜坡中部房屋一部分建于基巖上，另一部分通過在斜坡上填土找平后修建，如不及時治理會增加房屋受損的危險。

1.2 不穩定斜坡形成影響因素分析

（1）有利于不穩定斜坡形成的地形條件。不穩定斜坡是在特定的自然條件下形成的。佛子莊二道溝地處太行山脈東麓，屬低山地區，海拔標高220～290m，區內溝谷發育，自然坡度角約為20～40。較大的坡度將影響坡體內應力狀態和水分分布，致使坡體所受的重力影響增大，進而影響坡體的穩定狀態。研究表明，隨著坡度的增大，坡面附近應力卸荷帶的范圍隨之擴大，坡腳應力集中隨之增高，發生滑坡的概率也相應增高（楊志等，2016）。

（2）不穩定斜坡的工程地質條件。區內第四系主要由厚度不均的殘坡積土構成。殘坡積土褐黃色，以砂質粉土、粉質粘土為主，局部含碎石石塊、角礫，含量約為20%～30%，次棱角狀為主，一般粒徑10～20mm。通過實驗所得原狀土土分析結果如下：天然含水率25%～30%，天然密度1.73g/cm3，天然空隙比0.956～1.013，液限29.2%～32.5%，塑限21%～25%，內聚力16～20,KPa，內摩擦角22。殘坡積土密實度相對較差、結構疏松，在各種外力的作用下易導致滑塌（左文貴等，2006）。殘坡積土下伏青白口系龍山組砂巖，砂巖灰—灰白色，成分以石英為主，含少量暗色礦物，分選中等，中等風化，半堅硬。

（3）山區的降水條件。降水條件主要包括降水強度和降水量。北京市房山區一年以內降水分布極不均，大約有80%以上集中在每年的6、7、8三個月，多以暴雨形式出現。近10年平均降雨量為522.7mm，北京市最大的一日降水量曾達到479mm（1972年7月27日），2012年7月21日房山區山區最大降雨量100mm。降雨入滲降低了滑面巖土體的強度。同時，降低了滑裂面上的有效法向應力，導致滑裂面上的抗滑力降低。

此外，在邊坡卸荷作用下坡體表層巖體結構趨于松動，裂隙擴張，易于降雨入滲。降雨入滲坡體后，不斷加劇節理面風化軟化，加重了坡體的重量，降低了坡體內潛在滑移面或結構面的力學性能，并增加了裂隙面間的孔隙水壓力，不利于坡體的穩定。據統計，本區的不穩定斜坡主要受暴雨和連續性降雨影響較為嚴重。降雨引起災害發生的時間分布與降水的時間分布大體一致或稍有滯后，主要發生在每年夏季（詹青文等，2011；魏麗，2005）。

（4）地震活動。根據歷史記載，北京及周邊地區歷史上（38.5～41N;114.8～118.3E）曾發生過若干次不同級別的地震，自公元294年至2006年，8級地震1次（1679年三河—平谷地震）；6～6.9級地震13次（謝覺民等，2009）。地震作用不僅使坡體物質松動，且增加了坡體的下滑或外傾推力，不利于坡體的穩定。地震是影響斜坡穩定性的誘發因素之一。本區地震烈度為8度。

（5）人類工程活動。人類工程活動是地質災害的重要動力條件和觸發因素。區內原有植被覆蓋較好，人類為了建房養殖等目的而對部分區域進行開挖，部分區域進行填土，從而破壞了地質歷史時期形成的原始斜坡的應力平衡狀態，造成斜坡變形失穩。

2 不穩定斜坡穩定性分析

2.1 穩定性定性分析

不穩定斜坡主要由第四系殘坡積土覆蓋，下伏青白口系龍山組砂巖，基巖面傾角35°。2016年7月20日暴雨后工作區周邊發現三處斜坡滑塌，已滑塌斜坡地層結構均與不穩定斜坡相類似，根據與已滑塌的斜坡類比，不穩定斜坡整體處于基本穩定—欠穩定狀態。

2.2 穩定性定量分析

（1）計算公式

該邊坡上覆第四系較薄，為土巖質不穩定斜坡，不穩定斜坡失穩時，滑動面通常呈平面形（王寧，2010），計算公式如下：

其中：

孔隙水壓力

滲透壓力產生的平行滑面的分力TDi

滲透壓力產生的垂直滑面的分力RDi

式中：Wi為第i條塊的重量（kN/m）；Ci為第i條塊的內聚力(kPa)；φi為第i條塊的內摩擦角(°)；Li為第i條塊的滑面長度(m)；βi為第i條塊的滑面傾角(°)；A為第i條塊的地下水流向(°)；Kf為地震加速度(重力加速度g)； 為穩定系數。

剩余下滑力計算

式中：Hs為滑坡推力（kN）；Ks為設計安全系數；Ti為條塊重量在滑面切線方向的分布。

（2）計算結果

本次計算采用理正軟件進行。不穩定斜坡穩定性計算的工況分別為天然、暴雨和暴雨+地震。不穩定斜坡穩定性安全系數取1.3，邊坡穩定狀態分級見表1，計算參數取值見表2，計算結果見表3。

表1 邊坡穩定狀態分級Tab.1 State of the slope stability

表2 計算參數取值Tab.2 parameter value of Calculation

表3 邊坡穩定系數計算結果Tab.3 results of slope stability coef ficient

3 結論

（1）不穩定斜坡是受區域地形條件、工程地質條件、降水條件、地震活動及人類工程活動等因素的影響，在內外因素共同作用下形成的。其中，目前對邊坡穩定性影響最大的為降水，不穩定斜坡破壞模式為平面式。

（2）根據與已滑塌的斜坡類比，不穩定斜坡整體處于基本穩定—欠穩定狀態。

（3）不穩定斜坡在天然工況下處于穩定狀態，暴雨工況下處于基本穩定—不穩定狀態，地震+暴雨工況下處于基本穩定—不穩定狀態。

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