貴州大方縣醫院舊址斜坡變形特征及穩定性研究

林德洪，何旭東，田維強

貴州大方縣醫院舊址斜坡變形特征及穩定性研究

林德洪，何旭東，田維強

（貴州省地質礦產勘查開發局114地質隊，貴州省地礦局第二工程勘察院有限公司，貴州 遵義 563000）

通過對貴州大方縣醫院舊址一帶變形斜坡的變形特征及地質環境條件進行詳細勘查，分析研究了斜坡裂縫特征、斜坡區巖土結構特征等，總結了變形破壞機理。基于強度折減法及有限元數值法對斜坡穩定性進行穩定性計算，結果與現場較為吻合。認為該斜坡變形為不均勻沉降變形，受降雨及地下水動態變化影響明顯，發生突發性滑動可能性小。

變形斜坡；滑坡；地質環境；穩定性計算；穩定系數

本文在貴州大方縣醫院舊址一帶變形斜坡勘查資料基礎上，對該斜坡的變形特征、影響因素進行分析研究，選取代表剖面進行建模計算，總結斜坡變形破壞機理，以期為斜坡變形綜合治理提供科學依據。

1 研究區概況

研究區屬于侵蝕溶蝕中山斜坡地貌區，海拔1600～1700m，斜坡中部坡面地形相對平緩，坡度為5°～15°，市政建筑物較為密集，坡面呈四級階梯狀。根據鉆探資料（圖1），斜坡區地層巖性為第四系人工填土層（Q4ml）及坡積土層（Q4dl）含碎石粉質粘土、偶夾大塊石，厚15～26m；以及二疊系上統龍潭組（P3）泥巖、砂巖、頁巖夾炭質頁巖及粉砂巖，巖層產狀：73°∠11°。

圖1 綜合鉆孔柱狀圖及巖性照片

地下水來源于大氣降水，降雨量隨季節變化大；類型為松散孔隙水和基巖裂隙水，以第四系孔隙水為主，且地下埋深在不同區域差異較大，一般地下水位埋深5.65～8.60m，局部受地形突變影響出露地表。由于下伏泥巖為隔水巖層，第四系孔隙水在接受大區降雨入滲補給后，少量入滲補給強風化泥巖裂隙，大部分在第四系含碎石粉質粘土層的孔隙中向坡腳徑流。第四系含碎石粉質粘土孔隙率高，透水性好。選取鉆孔SK1及探井TJ6開展簡易抽水試驗，采用110QJ10－100深井潛水泵抽水, 鉆孔抽水水量80～160m3/d（泵位26.9m），探井抽水水量80～160m3/d（泵位7.6m）。通過簡易抽水試驗可知研究區水力坡度i為75%～80%，孔隙水含水層滲透系數k為1.4 m/d～6.8m/d，給水度μ約為4.7×10-4～6.5×10-2。

2 斜坡變形特征

2.1 斜坡變形區邊界

變形區南至書院街一帶，北側至保定街一帶，東側至人民北路一帶地勢平緩區，西側在連花塘一帶有少量特征不明顯的裂縫，變形區在不同地段的變形部位差異性較大，斜坡東西向斜坡不均勻沉降區主要集中于大方縣醫院舊址至種子公司一帶及二中舊址區域（圖2）。

圖2 變形區平面示意圖

2.2 斜坡變形特征

大方縣縣醫院舊址斜坡變形區形成歷史久遠，變形主要表現有地面開裂、建筑物墻體開裂及建筑物整體傾斜、擋土墻變形P等3種方式。

1）地面開裂：分布于種子公司、縣醫院舊址、原二中舊址操場及二中舊址教學區院內。變形的水泥地坪裂縫主要有15條（大于50cm 以上）。種子公司—縣醫院舊址裂縫整體沿隱伏基巖槽谷下錯，發育較為集中裂縫共有8條，發育方向平行于建構筑物成為裂縫帶，多發育次生裂縫，致使水泥地坪破裂，除縣醫院舊址進院大道（花臺旁）為車輛碾壓外，其余為不均勻沉降形成。根據鉆探、結合收集資料，縣醫院舊址花臺中部第四系厚，地裂縫沿花臺一段基巖為近于南北向延伸槽狀方向傾斜，建筑物沿槽狀部位下座?？h醫院舊址住院大樓形成近于“八字型”裂縫，家屬樓3單元整體發生不均沉降、向西側傾斜。二中舊址教學樓區基巖成槽狀，致使建筑及地面在沿槽狀區下錯。

2）建筑物墻體開裂及建筑物傾斜：主要位于縣醫院舊址住院樓、種子公司、二中舊址教學樓、二中舊址干砌石圍墻變形。裂縫主要位于建筑物門窗角、墻角、構造柱附近的軟弱部位，為地基土不均沉降誘發。

2.1.3 斜坡變形規律

通過變形區勘查，變形具有以下特點：

1）嚴重變形區集中，主要分布于種子公司—縣醫院舊址及二中舊址兩個建筑物密集區域。

2）變形主要以沉降為主，變形時間與工程活動期整體接近，局部具有突發性的特點：縣醫院至種子公司、二中舊址變形區，二中前緣干砌石圍墻變形，變形強烈集中于1990—1995年間，與大方縣西大街沿線一帶建設的時間基本吻合。

3 變形區穩定性計算及變形成因分析

3.1 研究方法

斜坡處于緩慢變形狀態，斜坡變形稍滯后大氣降雨，降雨幾天后斜坡變形加劇，并產生較多新增裂縫。采用強度折減法及有限元數值模擬法對斜坡穩定性進行計算。由于勘查時沒有找到滑動帶，采用強度折減系數法時假設斜坡變形為堆積體與下伏基巖接觸面產生蠕滑變形，推測滑動面為折線形（李輝等，2020；劉傳正等，2009；聶高波，2020）；選用FLAC3D蠕變模塊進行模擬計算。

3.2 計算參數的確定

斜坡區出露人工填土、含碎石粉質粘土、偶夾大塊石，以及砂巖、泥巖、頁巖夾炭質頁巖及粉砂巖，勘查對主要巖土層進行取樣分析。

1）碎石粉質粘土：在不同鉆孔中采取9件土樣作室內試驗，土體基本參數及統計成果見表1。

2）巖體：在勘查中分別從不同的鉆孔巖芯中采集了泥巖樣9件，其室內試驗指標及統計成果見表2。

表1 含碎石粉質粘土物理力學指標數理統計表

表2 泥巖物理力學指標數理統計

指標數值密度（g/cm3）單軸抗壓強度(Mpa)抗剪強度力學指標單軸壓縮指標 粘聚力C(Mpa)內摩擦角φ彈性模量E50（104Mpa）泊松比μ50 計數9 9 9 9°9 9 最大值2.64 24.50 2.67 31.20°2.74 0.34 最小值2.58 14.70 1.43 25.80°1.23 0.31 frm平均值(MPa)2.61 19.43 2.03 27.96°1.97 0.33 σ標準差0.02 3.67 0.44 1.91°0.54 0.01 δ變異系數0.01 0.19 0.22 0.07°0.27 0.03 ψ休正系數1.005080.881990.863690.95716°0.828250.97914 frk標準值(MPa)2.6257717.13991.7523326.758°1.631640.32094

3）建筑物：綜合按C35混泥土考慮，其彈性模量取3.15e10kpa、泊松比取0.2，附加建筑荷載按30KN/層來計算。

3.3 強度折減法計算

3.3.1 計算模型選取及工況

根據前述斜坡變形破壞模式分析，大方縣醫院舊址斜坡整體穩定性計算公式均采用《滑坡防治工程勘查規范》（DZ/T0218-2006）附錄E.1.1、E.1.2、E.2.1進行計算。根據斜坡的變形特征和巖土結構，選擇2-2′剖面作為代表驗算剖面（圖3）。

計算工況為最不利荷載組合。

工況1：自重+地下水+荷載

工況2：自重+地下水+100年一遇特大暴雨+荷載。

3.3.2 計算結果

根據上述確定的計算參數（力學參數選用峰值）和計算剖面對變形區在工況1、工況2分別進行穩定性計算，計算成果見表4。

圖3 代表計算剖面模型圖

表4 不穩定斜坡穩定性系數和剩余下滑推力成果統計

3.4 數值模擬

將2-2′代表剖面根據建模要求延長得到二維剖面模型（圖4）。土層由上到下所確定的本構關系分別為：Elastic、Burgers Model、Mohr-Coulomb。使用與強度折減法相同的參數。選取自重+建筑荷載工況，選用FLAC3D蠕變模塊進行數值模擬，模擬結果見圖5～8。

圖4 網格劃分圖

由圖5豎向位移云圖可知，在建筑荷載施加平臺出現的位移最為明顯，其位移值大于其前端剪出口的位移值。同時圖6也反映平臺的水平位移大于剪出口的位移值。一般情況下，斜坡在其自身重力作用下，坡體剪出口位置的位移肯定是最大的，在坡腳還會出現應力集中。本分析條件下最大位移并不是出現在剪出口，進而說明斜坡平臺在在建筑荷載作用下坡體產生蠕變，平臺處的位移值都是大于剪出口的位移值。圖7和圖8是布置在坡體監測點得到的位移變化曲線，其橫坐標是蠕變時間步，縱坐標是位移。由圖7可知id=1100出現的水平位移最大，該點位與平臺前緣。而布置在剪出口id=1545的位移值最小。圖8也反映了id=1679的豎向變形最大，剪出口的位移值較小。

3.5 斜坡穩定性綜合評價

通過強度折減法驗算，變形斜坡在工況1時和工況2時，穩定性系數均＞1.15。數值模擬也發現，無論是水平位移還是豎向位移，斜坡剪出口的變形始終小于平臺產生的水平位移和豎向位移。這與現場變形基本一致，斜坡自90年代初出現變形以來，并沒有出現整體移動現象，這與現場的宏觀狀態相吻合，斜坡不會發生整體滑移變形。

圖5 豎向位移圖

圖6 水平位移圖

圖7 水平位移監測曲線

圖8 沉降監測曲線

3.6 斜坡變形成因分析

通過上述計算和驗算排除斜坡滑移變形后，認為斜坡變形是不均勻的巖土體結構、特殊的水文地質環境，為斜坡的變形提供了動態條件，在后期不合理的工程活動中（建筑基礎處理不當、集中抽排地下水等）為斜坡區的變形提供了外部動力條件產生的以沉降為主的變形。通過對斜坡區的地表、房屋變形特征進行調查后，并結合勘查資料分析，認為引發斜坡區的變形主要有自然因素與人為因素兩方面的原因（黃健等，2020；杜文舉和景淑媛，2020；丁秀美，2005）。

3.6.1 自然因素

1）根據鉆探、井探，物探等勘察手段，并結合地質調查，區內碎石土的碎、塊石含量在不同部位差異性大。一是在平面上，種子公司—縣醫院舊址變形區及二中變形區的碎塊石含量明顯高于其它區域，而在縣醫院家屬樓舊址—縣醫院住院部舊址一帶至二中圍墻舊址之間的斜坡地帶碎塊含量最大。二是在剖面上，碎石土在不同部位，不同深度范圍差異性大，從高密度電法物探圖（圖9）像反映出碎石土的不均勻性，電性表現為：高電阻率團構成的的碎塊石團塊呈透鏡體分布，中—低電阻區的碎石土碎石含量低，且碎石粒徑小，這處分布規律性較差。為地表產生不均勻沉降提供了良好的巖土結構環境。

圖9 研究區4-4高密度電法物探示意圖

2）抽水試驗數據分析可知，地下水徑流速度較大，孔與孔之間水力聯系較強，水力坡降大；另外大方縣曾有“99口井”之稱。說明研究區地下水十分豐富，地下水主要賦存在碎石土層中，碎石土具有孔隙率高，透水性好的特點，加之土體中存在大量巨塊石，是地下水富集、運移的良好場所，為地下水徑流主要通道。豐富且活躍的地下水導致第四系土層很持續的難排水固結，一旦地下水位出現較強烈的下降將致使土體發生差異排水固結沉降，當地下水位抬升又產生土體軟化及潛蝕作用導致土體結構松散，如此循環則是研究區長期出現地表變形的主要因素（蔣忠信，2003；王飛，2019；萬宏宇等，2020；李剛和李恩興，2020）。

3.6.2 人為因素

1）現場調查發現，斜坡區已變形的建構物均為淺基礎變形區的變形時間均集中在建筑物修建后1～3年內或者建設初期。分析認為變形斜坡體地處大方縣城中心地段，區內低矮建筑構物基礎均置于雜填土中，雜填土結構松散，且為1990年以后堆積，為久固結土，承載力較低；部份建筑地基形式為雜填土和碎石土的混合地基，建筑物在兩種土的接觸部位未設置沉降縫，而造成不均勻沉降；部份基礎位于不均勻的碎石土中，由于碎石土的碎塊石含量在不同部位差異性較大，巖土體級配較好的地段建筑變形較弱，較差的部位變形較強；建筑物密布，受相鄰基礎影響，易產生不均勻沉降。

2）變形斜坡前緣西大街沿線一帶在90年代進行全方位的工程建設，大量的工程建設中抽排地下水，致使區內地下水位降幅較大，土體因失水而產生固結、沉降變形，而當停止抽排地下水后水位恢復，變形逐漸減弱，如此反復，加劇土體的變形，形成地基的不均勻沉降。另外老城區大量生活污水順坡、溝漫流，說明區內的排污、排水系統多處受損或堵塞，造成大量生活污水直接入滲，對區內地下水水位變幅存在一定的影響，同時加劇斜坡的變形。

4 結論

研究表明斜坡地表及建筑物變形不一定全部都是滑動變形，也可能是其它形式的變形。如大方縣醫院舊址斜坡變形區通過穩定性驗算后發現發生滑動的可能性小，是在不良巖土條件和復雜的水文地質條件，在自然和人為活動的影響下，發生持續的水-土循環耦合作用引發以不均勻沉降為主的斜坡地表變形。

李輝，趙建青，馬佰衡，等．2020．石家莊太行山區殘坡積土滑坡變形破壞機理研究[J]．水力發電，46(11)：40-44+80．

劉傳正，劉艷輝，溫銘生，等．2009．中國地質災害區域預警方法與應用[M]．北京：地質出版社．

聶高波．2020．基于強度折減法的土質邊坡穩定性研究[D]．河南大學．

黃健，胡卸文，賀書恒．2020．九寨溝景區熊貓海上游右岸危巖發育特征及失穩機理分析[J]．四川地質學報，40(02)：284-289+308．

杜文舉，景淑媛．2020．FLAC-3D在黃土滑坡變形特征分析中的應用[J]．四川地質學報，40(04)：638-641．

丁秀美．2005．西南地區復雜環境下典型堆積（填）體斜坡變形及穩定性研究[D]．成都理工大學．

蔣忠信．2003．某山區機場傾斜基底高填方滑坡與防治[J]．巖土工程技術，(01)：16-18+38．

王飛．2019．雅礱江上游互層斜坡深層傾倒變形破壞機制及穩定性評價[D]．中國地質大學．

萬宏宇，向航，賴勝，等．2020．三峽庫區萬家壩滑坡變形區穩定性復核研究[J]．四川地質學報，40(02)：269-273．

李剛，李恩興．2020．某堆積體斜坡變形特征及穩定性分析[J]．地質災害與環境保護，31(03)：66-71+76．

A Study of Deformation Characteristics and Stability of Slope at the Former Site of Dafang County Hospital in Guizhou Province

LIN De-hong HE Xu-dong TIAN Wei-qiang

(The 114th Geological team, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources; The Second Engineering Survey Institute, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources Co.,Ltd., Zunyi, Guizhou 563000)

Based on the detailed investigation of the deformation characteristics and geological conditions of the deformed slope at the former site of the Dafang County Hospital in Guizhou Province, this paper has a discussion on the characteristics of the slope cracks, rock and soil structure in the slope area and deformation and failure mechanism of the slope. The stability of the slope is calculated by means of the strength reduction method and finite element numerical method. The calculation results are in good agreement with the field data. It is considered that the slope deformation belongs to non-uniform settlement deformation which is obviously affected by rainfall and groundwater dynamic change with a low possibility of sudden sliding.

deformed slope; landslide; geological environment; stability calculation; stability factor

2021-03-19

貴州省地礦局青年科研項目[黔地礦科合（2015）13號]

林德洪（1983— ），男，云南馬龍人，水工環高級工程師，主要從事環境地質、生態修復等工作

P642.2

A

1006-0995（2021）02-0277-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.019