某土質不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析與評價

楊殷哲，陳 寰

（1.甘肅省地礦局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741000；2.甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730000）

不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性分析評價是不穩(wěn)定斜坡勘查的重要組成部分，評價結果的準確與否直接影響斜坡工程防治措施的可靠性[1]。

對土質不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性分析方法主要有瑞典條分法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法 等。本文以某土質不穩(wěn)定斜坡為例，運用極限平衡理論中的瑞典條分法對其進行穩(wěn)定性分析。

1 不穩(wěn)定斜坡概況

某不穩(wěn)定斜坡位于甘肅省隴南市禮縣縣城西側西漢水右岸的河流階地和黃土丘陵過渡區(qū)邊緣斜坡地帶，斜坡軸向長28m～43m，坡高22m～31m，坡寬約270m，平均坡度為52°，斜坡坡腳居民房屋分布密集[2,3]。

斜坡坡面地形陡直，相對高差較大，臨空面大，土體結構松散，力學強度低，垂直裂縫、落水洞發(fā)育。受強降雨影響該斜坡北側發(fā)生崩塌，崩塌體軸向長約35m，寬約24m，崩塌體厚約4.0m，體積約3300m3，對坡腳的3戶居民房屋產生了嚴重的壓埋破壞。若遇暴雨或連續(xù)降雨，該不穩(wěn)定斜坡可能變形加劇，發(fā)生更大規(guī)模的破壞，對坡腳居民生命財產安全構成嚴重威脅。

2 斜坡變形影響因素

區(qū)內馬蘭黃土、離石黃土及沖積粉土的地層組合是斜坡變形破壞的內因，而暴雨作用及城區(qū)建設過程中削坡取土則是斜坡變形破壞的主要外因。歸結起來，斜坡變形影響因素如下。

2.1 地形地貌

不穩(wěn)定斜坡坡頂—坡腳高差在22m～31m，相對高差較大，坡面土體破碎，垂直裂縫發(fā)育，且因雨水沖刷形成了落水洞[4]。坡面地形陡直，坡度多在45°～65°，局部近乎直立，形成了較大的臨空面，導致坡體下部應力集中，為坡體的潛在崩塌、滑移提供了良好的地形條件。

2.2 地層巖性

該處不穩(wěn)定斜坡物質組成主要為馬蘭黃土、離石黃土及沖積粉土，斜坡上部馬蘭黃土具大孔隙性，垂直節(jié)理發(fā)育，具自重濕陷性，在降雨的影響下，地表水的入滲使土體產生濕陷變形，進一步形成落水洞，利于水的入滲和流通，導致坡體穩(wěn)定性下降；下部離石黃土、沖積粉土雖然干強度及壓縮固結程度較高，但遇水后土層迅速軟化，力學強度顯著降低，形成軟弱結構面，在降雨、地震等觸發(fā)因素下穩(wěn)定性下降，極易產生崩塌、滑動變形。

2.3 水的作用

該斜坡體物質結構松散，坡面垂直裂縫、落水洞發(fā)育，且坡體表面植被覆蓋差，加之坡體排水不暢導致雨水大量滲入坡體，部分雨水滯留于坡體淺表層，使坡體含水量增加，坡體重量隨之加大；部分雨水沿黃土節(jié)理、裂隙入滲到坡體內，導致土體飽和、軟化后抗剪強度急劇降低，從而形成破裂面，進一步產生變形破壞。

2.4 人類工程活動

不穩(wěn)定斜坡坡腳居民集中，房屋密布，近年來在修建房屋、道路等工程建設過程中，通過挖掘斜坡坡腳換取空間，破壞了斜坡形態(tài)，改變其自然平衡狀態(tài)，造成斜坡產生變形，最終演化為崩塌、滑坡等地質災害。

此外，在斜坡坡頂?shù)腎II級階頂面及黃土丘陵區(qū)進行了梯田平整，開荒種地，破壞了天然植被，使土質裸露，斜坡抗沖刷、抗侵蝕能力降低，加速降水沿黃土節(jié)理裂隙下滲，對斜坡的變形破壞也起了促進作用[5]。

3 穩(wěn)定性分析

通過野外勘查與室內分析，該不穩(wěn)定斜坡潛在破裂面呈圓弧型，因此本次斜坡穩(wěn)定性評價采用瑞典條分法進行計算。

3.1 計算剖面的選取

根據(jù)鉆探資料，結合不穩(wěn)定斜坡實際情況，選取四條剖面進行穩(wěn)定性計算，剖面最危險的滑裂面位置和形狀分析利用“GeoStudio2007—SLOPE/W”軟件搜索計算得出，其中典型剖面搜索結果見圖1。

圖1 剖面1最危險滑裂面

剖面條分簡圖見圖2。

圖2 剖面1條分簡圖

3.2 計算參數(shù)

計算參數(shù)主要包括斜坡土體容重及抗剪強度（C、φ值）。容重按原狀樣室內試驗成果統(tǒng)計分析確定；C、φ值通過對實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并借鑒同類土質斜坡土體的抗剪強度參數(shù)綜合確定。經綜合分析確定的不穩(wěn)定斜坡計算參數(shù)見表1。

表1 斜坡土體計算參數(shù)取值表

3.3 計算工況選取

參照《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》（DZ/T0219—2006），穩(wěn)定性計算按三種工況進行：

工況1—自重工況。

工況2—自重+暴雨。

工況3—自重+地震，地震按0.3g考慮。

3.4 穩(wěn)定性分析

通過軟件搜索出最危險滑裂面后，對選取的剖面劃分條塊，然后采用瑞典條分法進行穩(wěn)定性計算，穩(wěn)定性計算結果見表2。

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算結果，不穩(wěn)定斜坡在自重狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)[6]。因此在暴雨或連續(xù)強降雨、地震不利條件下該不穩(wěn)定斜坡可能發(fā)生滑移變形，斜坡坡腳威脅人數(shù)眾多，對其治理十分必要。

表2 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性系數(shù)計算成果表

4 結論

（1）該不穩(wěn)定斜坡坡頂—坡腳高差在22m～31m，相對高差大，坡面地形陡直，前緣臨空面大，坡體下部應力集中，斜坡土體結構松散，垂直裂縫發(fā)育，局部發(fā)育有落水洞，利于水的入滲和流通，影響斜坡的穩(wěn)定性，斜坡坡面局部已發(fā)生崩塌變形。

（2）采用瑞典條分法計算天然、暴雨、地震三種工況下不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性，在自重狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.0702-1.1097，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Fs=0.9684-1.0032，處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Fs=0.9578-0.9776，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。加之斜坡坡腳威脅人數(shù)眾多，對其治理十分必要。