吉林省延吉市鐵南新豐磚廠滑坡穩定性分析研究

王寅冬

中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130031

0 引言

滑坡是主要地質災害類型之一，其誘發與人類工程活動密切相關。近些年來，伴隨著經濟的發展和人口的增長，人類對地球空間的開發和利用活動日益擴大，滑坡作為邊坡可能發生的地質災害問題已經成為影響人類生產生活的重要問題之一。本文以延吉市鐵南新豐磚廠滑坡地質災害為研究對象，根據實際布置了物探工程、鉆探工程，建立邊坡力學模型，對不同破壞類型的破壞機制進行分析，進而建立邊坡穩定性研究的三維數學模型，確定臨界滑坡面，得出最大位移所在位置。

1 滑坡概況與成因機制

1.1 滑坡工程地質概況

滑坡所處區域地形地貌為丘陵陡坡、地層巖性為龍井組砂巖、水文地質條件較好、工程地質條件一般、人類工程活動強烈，地質條件復雜程度屬復雜。

1.2 滑坡概況

滑坡所處邊坡是由于人類工程活動遺留的不穩定斜坡。坡腳處有水泥道路通過，坡頂處有土路通過。根據現場勘查，見圖1，斜坡坡度27°～53°，坡向75°～82°，坡寬950 m，坡高4～38 m，坡腳處高程218.07～244.30 m，坡頂處高程220.61～267.85 m。坡頂處不穩定巖土體預測體積約為8×104m3。目前坡體坡面巖土體沿軟弱基座蠕滑，在坡頂處出現了一組拉裂縫，該組裂縫由約6條裂縫組成，裂縫展布方向為156°～164°，長62～104 m，寬0.25～0.50 m，可見深度為0.60～0.80 m，裂縫兩側已出現錯高距，錯高0.2～0.3 m。坡頂處多為旱地，較平緩。坡面由于淺表層滑坡的發育，坡面溝壑縱橫，形成兩級臺階，坡面雜草叢生。中段坡體人工切坡、巖石風化嚴重，使坡頂巖土體向下滑動，坡體后緣形成多級臺階，坡寬約為280 m；北段和南段坡體較完整，坡高相對較低。

圖1 滑坡地段工程平面分布圖Fig.1 Engineer plan of landslide section

1.3 滑坡成因機制

滑坡的發生是多種因素共同作用的結果，可分為內因與外因兩大因素，其內因主要為場區的地層巖性及巖土的物理力學性質。外因主要為降雨、人類工程活動等引發因素[1-2]。

氣象：勘查區降雨多集中到6至9月份，該時段瞬時降水量大，地下水在這個時期較為豐沛，為滑坡形成提供了良好的“潤滑劑”。

地形地貌：自然坡度較陡，廠區建設等工程活動形成的人工邊坡坡度在27°～53°，切坡面巖土體大部分裸露，且斜坡面沒有完善的排水系統，大氣降水隨坡面排放，為巖土體的崩落提供了臨空條件。

地層巖性：不穩定斜坡體表層為人工填土、坡殘積土及全風化泥巖砂巖組成，土體結構松散，穩定性差，抗沖刷能力弱，透水性強，易軟化，在遭遇強降雨后，雨水入滲土體，由于上部人工填土、坡殘積土及全風化泥巖和下伏強風化、中風化砂巖夾粉砂質泥巖滲透性的差異，水在土巖接觸面處受阻、滯留，使得上部土體軟化、飽和，土的強度降低，重度增加，在自身重力作用下沿著巖土接觸臨空面向下發生崩滑。

人類工程活動：由于人工切削坡腳，使坡體的穩定性降低，同時坡頂植被遭到嚴重破壞，原有樹木均遭到砍伐，開墾為旱地，每逢暴雨季節，坡面徑流沿裂縫進入坡體內部，在水的作用下軟弱巖層逐漸軟化，蠕變現象加劇，坡頂裂縫逐漸加寬，在惡性循環中坡體的穩定性繼續降低，并每年都會發生巖土體滑落現象。

2 投入的勘查工程

為了查明不穩定邊坡中部滑坡區域的分布范圍，估算滑動面的深度，先后投入了物探與鉆探工作。

2.1 物探

物探采用高密度電阻率法測量，在不穩定邊坡發生滑動較嚴重的區域分別布設兩條相互垂直的測量剖面，點距5 m，剖面總長度共450 m。其中WT-01剖面，方向N175°，測量電極60道，點距5 m，長度300 m；WT-02剖面，方向N85°，測量電極30道，點距5 m，長度150 m。物探成果圖見圖2、圖3。大致推斷圖中紅色虛線為滑動面位置，滑動面始于剖面85 m附近，止于坡底，長度約60 m，滑體的平均厚度約為5～10 m。

圖2 WT-01剖面高密度電法反演成果圖Fig.2 Inversion results of high-density electrical method in Section WT-01

圖3 WT-02剖面高密度電法反演成果圖Fig.3 Inversion results of high-density electrical method in Section WT-02

2.2 鉆探

鉆探工作共布設2條鉆探勘探線，分別為沿滑坡滑動方向和與之垂直方向，5個鉆孔，分別位于滑坡體前緣、后緣及兩翼。

結合鉆孔資料，可知坡腳處雜填土厚度為1.0 m，全風化泥質砂巖3.5 m，強風化泥質砂巖8.0 m；坡頂處耕土0.5 m，全風化泥質砂巖6.5 m，強風化泥質砂巖5.5 m。

2.3 小結

經野外現場調查滑坡工程地質概況，整理勘查工作成果，分析滑坡成因機制，綜合評定預測滑動面主要位于全風化泥質砂巖和強風化泥質砂巖接觸部位，該結果有待利用軟件進一步認證并分析其穩定性[3]。

3 滑坡穩定性計算

3.1 滑坡穩定性計算參數選取

本次數值模擬計算所選取的巖土體力學參數由前期勘察和參考類似條件下，相同巖體的巖土體的相關經驗數據來確定。由于滑坡體在不同外力影響下，其穩定性受相當程度影響，其中暴雨是誘發滑坡產生的最有力的外在因素，故選取一般工況和暴雨工況兩種情況下進行數值模擬研究[4-5]。

3.2 模型建立

根據滑坡規模，參考前期勘察資料，本次計算選取滑坡主位移方向的剖面進行簡化處理建立二維模型，以巖性界面為分區邊界分層概化[6]。

(1)建立計算模型時，以滑坡位移方向為X軸，滑坡水平方向為Y軸。

(2)計算采用比較常見的彈塑性模型，屈服準則為摩爾-庫倫準則，模型采用的巖土體特征參數主要有密度、黏聚力、內摩擦角、體積模量、剪切模量。

(3)初始條件中，未考慮構造應力，僅考慮自重產生的初始地應力場。

(4)根據前期勘察資料，本區地下水位在滑動面以下，故計算時，巖土體強度在一般工況下取天然強度，暴雨工況下取飽和強度。

(5)由于本次計算主要是分析滑坡在重力作用下的失穩變形情況，故模型中未施加水平構造應力，對模型兩側邊緣邊界采用單向水平約束，對模型底部邊界采用固定約束，令模型頂部即剖面為自由邊界。

3.3 結果分析

選取垂直滑動面的主剖面進行結果分析研究。

從圖4結果可以看出，本次計算選用的剖面在一般工況條件下的安全系數在1.02～1.15之間。根據安全系數的定義可以判斷本次計算所選取的剖面，處于穩定的臨界狀態，在坡腳處，存在小面積危險區域(橘紅色)，一旦外界條件稍有變化，這些邊坡就會有發生破壞的可能。

圖4 I剖面一般工況下位移云圖Fig.4 Displacement nephogram of Section I in the general working conditions

當在暴雨工況情況下，從圖5的結果可以看出，邊坡的穩定系數在0.95～0.98之間，大位移橘紅色區域在邊坡表面大量分布，這表明邊坡處在不穩定的狀態，坡體陡坎及坡面、前緣發生水平方向的滑動變形，變形部位較淺，通過觀察其位移特征，位移沿全風化層與強風化層的分界面微弱貫通，這與前期勘查推測滑動面位置基本吻合。

圖5 I剖面暴雨工況下位移云圖Fig.5 Displacement nephogram of Section I in the rainstorm conditions

通過對吉林省延吉市鐵南新豐磚廠滑坡穩定性的數值模擬分析可知，該滑坡在一般工況即天然狀態下是穩定的，穩定性較差；在暴雨工況下是欠穩定的，暴雨的作用導致滑坡巖土體物理力學指標減低，進一步弱化了滑動帶巖土體的強度指標，從而誘發了坡體局部的滑動失穩。

3.4 小結

使用FLAC軟件進行滑坡穩定性分析，對邊坡的安全系數、滑動面的預測結果與實際情況基本吻合，其評價結果是合理、可行的。該方法有效克服了傳統方法的不足，且計算簡單、直觀。

4 結論

本文以延吉市鐵南新豐磚廠滑坡穩定性分析項目為依托，選取其中的主剖面為研究對象，通過FLAC構建模型，對邊坡的穩定狀態進行分析和研究，取得了比較滿意的效果，通過分析兩種工況下穩定性系數結果可知，降雨與滑坡的發生有密切的關系。但是該方法也存在一些不足，模型網格的劃分對計算結果影響較大，應盡量滿足精度要求。