基于工程實例的滑坡穩定性分析

周艷坤

（國投工程檢驗檢測有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

滑坡作為全球性三大地質災害之一，我國也是滑坡災害較為嚴重的地區，滑坡一旦發生，將會給生態環境以及人們的正常生活，造成重大威脅。近年來，隨著工程建設的不斷加快，加之自然因素的影響，我國滑坡頻率有逐年增加趨勢，造成重大經濟損失。目前，全國范圍內，西南山區山體滑坡最為嚴重，由于滑坡的危害性極大，國家亦加大了對滑坡的防治力度。因滑坡災害給國家和人民生命財產造成大量損失，滑坡穩定性分析評價顯得尤為重要，此外滑坡防治工作也必須以準確可靠的穩定性分析為前提。

作為巖土工程領域的重要課題之一，目前，滑坡穩定性分析方法主要分為定性和定量兩大類［1］，其中定性分析主要是在工程地質勘察和測繪基礎上，對滑坡各項力學、破壞形式以及不利因素等進行分析，從而對滑坡穩定性做出綜合評價。目前，定性分析法主要包括歷史分析法、地質類比法、圖解法等。定量分析方法有數值分析法、理論分析法。我國現行國家規范 GB 50021－2001（2009 版）《巖土工程勘察規范》［2］、GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》［3］、《工程地質手冊》［4］等均介紹了一些滑坡穩定性分析的方法，包括瑞典條分法、簡化畢肖普法（Bishop 法）、簡布法（Janbu 法）等。然而無論定性分析方法，還是定量分析方法，均存在其局限性。在進行滑坡穩定性分析時，尤其天然滑坡，由于地質條件紛繁復雜，土體抗剪強度參數的選取、計算模型的合理性、潛在滑動面選取的準確性，都對最終穩定性分析的結論有較大影響。現階段，絕大多數穩定性分析均建立在室內試驗或現場試驗的基礎上，選取計算參數進行穩定性分析評價，然而試驗參數與實際土體的參數均存在差異。因此從工程實例中，吸取參數選取和模型優化經驗，對滑坡穩定性分析非常有必要。

本文根據云南省境內的某滑坡實例，結合完整的變形監測數據、地質條件補充勘察報告以及滑坡產生后現場實測數據，利用理正巖土邊坡穩定性分析軟件以及規范推薦的理論分析方法，綜合分析了該滑坡發生的原因，并對前期滑坡穩定性分析工作中存在的不足進行剖析，同時對滑坡變形監測方案亦提出了分析建議，為以后類似滑坡穩定性分析監測提供寶貴經驗。

1 工程概況

該滑坡場地位于云南省紅河州的某小區內，該小區共 11 棟建筑物，均位于滑坡頂部。其中有 4 棟距離滑坡頂邊緣線較近，最近處僅 2.4 m。在滑坡發生時，這 4 棟建筑物均隨著滑坡發生而滑移倒塌。小區北面，即滑坡臨空面為凹陡斜坡，斜坡高度約 350 m，傾角約 50°，坡面有植被覆蓋。小區建筑物在建成后第 6 年，緊臨斜坡臨空面的 2 棟建筑物墻體開始出現裂縫，并伴隨有不同程度發展，室外局部地坪及房屋前、后兩側散水沿平行于斜坡頂方向開裂。2017 年初，其中 1 棟北側地梁與墻連接處、承臺與上部結構連接處均存在較大裂縫，且承臺與地面相對于上部主體結構有外移的趨勢，地面與建筑物連接處亦存在拉裂現象。此外，西側回填場地凹凸起伏較大，該片場地共經過 3 次回填，臨近擋墻外立面存在較寬豎向裂縫，擋墻西側于幾年前形成較大沖溝。為了解該片區域及建筑物的變形發展情況，2017 年 2 月開始對該小區場地和建筑物進行了變形監測。2018 年底北側斜坡發生深層滑坡，4 棟建筑物倒塌場地剖面示意圖如圖1 所示。

圖1 場地剖面示意圖

根據地質勘察結果，建筑場地位于一北東向南西延伸的中山山頂斜坡地段，出露地層主要為新生界上第三系礫巖、含礫粗砂巖層，地表覆蓋一定厚度的第四系殘坡積層，局部為第四系人工填土層。地層情況如下所述。

素填土①1（Qml）：由碎石、塊石混含少量黏性土組成，回填時間小于 10 年，系新近填土，結構松散，稍濕。

黏土②：紅褐或黃褐色，局部含 5 %～20 % 圓礫及卵石，局部相變為粉質黏土，以硬塑狀態為主，局部可塑狀態，稍濕；無搖振反應，稍有光澤，干強度中等，韌性中等。

全風化礫巖③1：灰褐、灰白或黃灰色，礫狀結構，中厚層狀構造；泥質松散狀～弱膠結，全風化半成巖；礫石成分主要為強風化片麻巖及砂巖；鉆探巖芯多呈松散～稍密碎石土狀及稍密粉土、砂土狀；干鉆可鉆進，用鎬可挖據。

強風化礫巖③2：灰褐、灰白或黃灰色，礫狀結構，中厚層狀構造；泥質弱膠結～中等膠結，強風化半成巖；礫石成分主要為強～中等風化片麻巖及砂巖，呈亞圓形，礫徑 2～25 mm，大者 50 mm，含量達 40 %～65 %。

2 邊坡穩定性分析

2.1 邊坡穩定性初步分析

在滑坡發展期，根據現場地質調查與測繪結果，對該場地進行了滑坡穩定性初步分析，經初步分析認為，該場地潛在滑動面主要存在 3 個，分別如下：滑動面①：素填土層與黏土層土層界面處；滑動面②：黏土層與全風化礫巖層交界面處；滑動面③：全風化礫巖層與強風化礫巖層交界面處。各潛在滑動面如圖2 所示。

圖2 初判潛在滑動面示意圖

運用理正邊坡穩定性分析軟件對 3 個滑動面分別進行穩定性分析，計算其安全系數如表1 所示。

表1 初判滑動面穩定性安全系數

根據軟件計算結果及 GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》，一般工況下潛在滑動面①基本穩定，潛在滑動面②、③穩定；在暴雨工況下，潛在滑動面①不穩定，潛在滑動面②穩定，潛在滑動面③基本穩定。

2.2 實際滑動面分析

2018 年底，該場地出現了深層滑坡，滑動面如圖3 所示。

圖3 實際滑動面示意圖

通過理正邊坡穩定性分析軟件對實際滑動面進行穩定性分析，滑坡穩定性安全系數如表2 所示。

表2 實際滑動面穩定性安全系數

根據軟件結算結果及 GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》，一般工況下，實際滑動面為基本穩定；在暴雨工況下，實際滑動面為不穩定，且具有較大安全隱患。

2.3 邊坡穩定性分析

由第 2.1 和第 2.2 節計算分析結果可以看出，在進行滑坡初期穩定性分析時，判定潛在滑動面為各巖土層界面處，總共 3 個。用理正軟件分別對這 3 個潛在滑動面采用了簡化 Bishop 法和 Janbu 法進行穩定性分析，結果除了暴雨工況下的第①滑動面，其余滑動面均為穩定。這與現場實際情況比較吻合，由于素填土層在雨水作用下，穩定性降低，下滑力增加，西側臨近擋墻外立面出現了較寬豎向裂縫，回填區域變形較大，表現出了朝滑坡臨空面變形的趨勢。在監測期間，潛在滑動面②、③未表現出明顯的滑動跡象，與前期初判結果吻合。但根據本次滑坡事實分析，本次滑坡實際滑動面為深層巖內部。由后續補充鉆孔分析（孔深 80 m），在該場地地面50 m 以下為中風化花崗巖，其中部分孔位發現花崗巖存在軟弱夾泥層。由現場實際滑動面巖土分析可知，此次滑動面貫穿了黏土層和礫巖層，并于深層中風化花崗巖中的軟弱夾層面發展滑動，實際滑動面安全系數計算結果如表2 所示。

綜上分析，此次滑坡產生的原因，主要是由于深層花崗巖軟夾層在長期雨水滲透作用下，抗剪強度降低，滑面抗滑力減少，下滑力增加，最終導致本次滑坡的發生。從本次滑坡事故也可以看出，前期滑坡穩定性分析時，未考慮深層滑動面的影響，地質條件補充勘察深度不夠，未探明花崗巖層及其軟弱夾層的性狀和分布。這也直接導致了后期監測方案的不足。

3 監測方案評價分析

3.1 監測方案

為及時掌握建筑物及場地的變形情況，結合現場實際施測條件，監測項目包括場地地面沉降、場地地面水平位移、擋土墻水平位移、建筑物沉降、建筑物水平位移、建筑物傾斜、場地土體深層水平位移。其中場地土體深層水平位移監測孔深為 30 m，進入強風化礫巖層約 10 m。

各監測項目監測頻率為 1 次/月，雨季調整為 1 次/兩周；當變化速率超過 3 mm/d，則監測頻率調整為 1 次/d。

3.2 監測結果分析

3.2.1 建筑物變形監測結果

1）建筑物累計沉降量最大為 39.69 mm，沉降速率最大為 0.231 mm/d。根據建筑物沉降監測結果，各棟建筑物沉降變形均未進入穩定階段。

2）建筑物各傾斜觀測點斜率最大為 6.38 ‰，傾斜方向朝斜坡臨空面方向。由基礎不均勻沉降計算各棟建筑物整體傾斜最大為 1.273 ‰。

3）根據建筑物水平間距監測結果，建筑物間距水平位移最大累計值為 4.1 mm，位移方向為朝邊坡臨空面方向位移，水平間距變化速率為 0.11 mm/d。

4）擋墻水平位移監測。根據擋墻與建筑物間距監測結果，北側擋墻段，相對于建筑物沒有發生明顯水平位移。西側擋墻豎向裂縫左右兩側擋墻存在錯動，結合建筑物與擋墻間距監測結果，場地西側擋墻段相對于北側擋墻段有外移趨勢。

3.2.2 場地變形監測結果

1）地面沉降累計最大為 180.18 mm（見圖4），最近一期最大沉降速率為 2.061 mm/d。

2）地面水平位移累計最大值為 229.8 mm，方向朝斜坡臨空面，近一期最大水平位移速率為 2.39 mm/d，坡頂地面累計沉降曲線如圖4 所示。

圖4 坡頂地面沉降曲線圖

3）土體深層水平位移監測。

根據土體深層水平位移監測結果，斜坡頂土體深層水平位移均表現為朝斜坡臨空面方向偏移。第二級臺階上各監測孔土體深層水平位移表現為朝背離方向偏移。

綜合本次各變形監測項目監測結果，該小區內北側鄰近斜坡區域土體，以現場連通裂縫為界，有朝邊坡臨空面方向水平位移的趨勢，且場地和建筑物沉降變形未進入穩定階段。

3.3 監測方案評價分析

根據滑坡前期相關監測方案內容來看，各監測項目基本能滿足滑坡變形監測和預警的作用。2017 年進場監測后，由于監測過程中，水平和豎向位移值均發生較大變化，且地面裂縫也發展較快，在綜合分析各項監測數據后，給出了滑坡預警，相關單位及時組織小區內滑坡變形范圍內的居民撤離，成功避免了滑坡帶來的重大人員財產損失。

但在后續滑坡穩定性分析過程中，監測數據卻存在明顯的不足，尤其是坡頂水平位移和深層土體水平位移，分析原因如下。

1）針對坡頂水平位移，由于未引進自動監測系統，監測頻率較低，對現場變形發展掌握不夠及時。此外，限于傳統水平位移監測方法的原理，該場地范圍廣，地勢起伏較大，不易找到基準參考點，故在水平位移監測精度方面存在一定問題。本次預警也是主要依據場地及建筑物豎向位移提供的數據分析。但對于滑坡監測，地面水平位移往往更具有代表性，且數據在預警方面的靈敏度更強。

2）關于監測方案報警值的確定，原監測方案中沉降變形累計報警值為 200 mm，變形速率為 3 mm/d。根據變形監測結果及現場實際情況，上述報警值和變形速率的確定明顯不合理。根據檢測結果，滑坡發生時，最大點的沉降累計值為 180.18 mm，最后一期最大變形速率為 2.061 mm/d。

3）針對深層水平位移，本次監測數據，基本不能反映滑坡跡象。主要原因在測斜孔深度，未進入中風化花崗巖，尚未穿過滑動面，測斜管整體隨著滑坡體一起滑動，故從深層水平位移監測數據來看，各監測孔基本沒有變化，測斜管布置如圖5 所示。

4 結語

在本次滑坡事故中，充分暴露了前期滑坡穩定性分析和變形監測中存在的不足。進行滑坡穩定性分析時，應對場地進行詳細的工程地質測繪和調查，了解滑坡場地的地質條件及可能存在的潛在滑動面，尤其對于高陡斜坡，深層滑動面的確定是必不可少的工作。此外，在選取土體參數時，應根據現場土質的實際情況選取；對于滑動面的抗剪強度指標，建議取 φ（土體內摩擦角）值較小的土層作為滑動面所在土層；若計算條件允許，可選擇多個滑動面位置，選擇最不利位置。通過計算分析，對于土巖結合邊坡，圓弧滑動法計算的安全系數普遍偏大，不太符合實際，此類邊坡建議采用折線滑動法，并考慮飽水工況。

圖5 測斜管布置示意圖

在進行滑坡變形監測時，應根據變形監測數據的變化趨勢，合理調整監測頻率。滑坡發展跡象較明顯的場地，可引進自動化監測，24 h 實時監測，以便及時掌握變形情況，及時預警。另外，滑坡變形監測應更重視地表水平位移的監測，因水平位移對滑坡變形的敏感度要遠遠高于豎向位移，尤其對于深層滑坡。若布置了深層水平位移，則測斜管需穿過所有潛在滑動面并進入穩定巖土層，否則可能導致無法正確反映滑坡體的深層土體變形。