某土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

楊殷哲，陳 寰

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

不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)是不穩(wěn)定斜坡勘查的重要組成部分，評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確與否直接影響斜坡工程防治措施的可靠性[1]。

對(duì)土質(zhì)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(zhì)不穩(wěn)定斜坡為例，運(yùn)用極限平衡理論中的瑞典條分法對(duì)其進(jìn)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(cè)西漢水右岸的河流階地和黃土丘陵過(guò)渡區(qū)邊緣斜坡地帶，斜坡軸向長(zhǎng)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(duì)高差較大，臨空面大，土體結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)強(qiáng)度低，垂直裂縫、落水洞發(fā)育。受強(qiáng)降雨影響該斜坡北側(cè)發(fā)生崩塌，崩塌體軸向長(zhǎng)約35m，寬約24m，崩塌體厚約4.0m，體積約3300m3，對(duì)坡腳的3戶居民房屋產(chǎn)生了嚴(yán)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(duì)坡腳居民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2 斜坡變形影響因素

區(qū)內(nèi)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(nèi)因，而暴雨作用及城區(qū)建設(shè)過(guò)程中削坡取土則是斜坡變形破壞的主要外因。歸結(jié)起來(lái)，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(duì)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(dǎo)致坡體下部應(yīng)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(zhì)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(chǎn)生濕陷變形，進(jìn)一步形成落水洞，利于水的入滲和流通，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性下降；下部離石黃土、沖積粉土雖然干強(qiáng)度及壓縮固結(jié)程度較高，但遇水后土層迅速軟化，力學(xué)強(qiáng)度顯著降低，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，在降雨、地震等觸發(fā)因素下穩(wěn)定性下降，極易產(chǎn)生崩塌、滑動(dòng)變形。

2.3 水的作用

該斜坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(nèi)，導(dǎo)致土體飽和、軟化后抗剪強(qiáng)度急劇降低，從而形成破裂面，進(jìn)一步產(chǎn)生變形破壞。

2.4 人類工程活動(dòng)

不穩(wěn)定斜坡坡腳居民集中，房屋密布，近年來(lái)在修建房屋、道路等工程建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)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(chǎn)生變形，最終演化為崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

此外，在斜坡坡頂?shù)腎II級(jí)階頂面及黃土丘陵區(qū)進(jìn)行了梯田平整，開(kāi)荒種地，破壞了天然植被，使土質(zhì)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(duì)斜坡的變形破壞也起了促進(jìn)作用[5]。

3 穩(wěn)定性分析

通過(guò)野外勘查與室內(nèi)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(píng)價(jià)采用瑞典條分法進(jìn)行計(jì)算。

3.1 計(jì)算剖面的選取

根據(jù)鉆探資料，結(jié)合不穩(wěn)定斜坡實(shí)際情況，選取四條剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，剖面最危險(xiǎn)的滑裂面位置和形狀分析利用“GeoStudio2007—SLOPE/W”軟件搜索計(jì)算得出，其中典型剖面搜索結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 剖面1最危險(xiǎn)滑裂面

剖面條分簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 剖面1條分簡(jiǎn)圖

3.2 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算參數(shù)主要包括斜坡土體容重及抗剪強(qiáng)度（C、φ值）。容重按原狀樣室內(nèi)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)分析確定；C、φ值通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并借鑒同類土質(zhì)斜坡土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)綜合確定。經(jīng)綜合分析確定的不穩(wěn)定斜坡計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 斜坡土體計(jì)算參數(shù)取值表

3.3 計(jì)算工況選取

參照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T0219—2006），穩(wěn)定性計(jì)算按三種工況進(jìn)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(guò)軟件搜索出最危險(xiǎn)滑裂面后，對(duì)選取的剖面劃分條塊，然后采用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)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?duì)顟B(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(qiáng)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(duì)其治理十分必要。

表2 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果表

4 結(jié)論

（1）該不穩(wěn)定斜坡坡頂—坡腳高差在22m～31m，相對(duì)高差大，坡面地形陡直，前緣臨空面大，坡體下部應(yīng)力集中，斜坡土體結(jié)構(gòu)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(jì)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?duì)顟B(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(duì)其治理十分必要。