畢節市七星關區某滑坡穩定性分析及評價

艾燦偉

（貴州省煤田地質局一七四隊）

關于滑坡成因及穩定性評價，穆鵬等［1］通過對隴南紅土坡滑坡進行現場調查，研究了形成滑坡的主要因素，并做出了穩定性評價；劉德平等［2］通過對滑坡區詳細地勘察，分析了滑坡成因，并對穩定性進行了定量分析；魏昌利等［3］采用工程地質分析、定量計算和數值模擬方法對滑坡堆積體穩定性及變形破壞機制做了研究，并對滑坡穩定性進行了預測；杜巖等［4］以重慶開縣桌子石滑坡為案例，基于最新的研究成果和現場勘察結果，對滑坡的成因機制進行分析，并對穩定性計算公式進行修正；郭寧［5］通過分析普格縣姚家山滑坡的基本特征及影響因素，研究了滑坡成因機制，并進行了穩定性計算；李海軍等［6］通過對貴州發耳煤礦尖山營的地形、地貌特征詳細調查，研究了滑坡的變形破壞特征及成因機制；馬平等［7］通過對甕馬高速公路順層邊坡現場詳細的調研，研究了順層邊坡的失穩機理。滑坡地質災害嚴重威脅著人民的生命財產安全［8-10］。因此，通過對貴州七星關區某滑坡穩定性的分析及評價，為滑坡的治理提供科學的依據。

1 環境地質背景

1.1 地理位置

滑坡區位于畢節市七星關區西北方向，隸屬畢節市七星關區野角鄉。

1.2 地形地貌

滑坡區位于寬緩的溝谷處，為附近地表水匯集處，總體地勢東高西低，坡角2～10°，屬平坦—緩坡地形，后緣高程1 731 m，前緣高程1 688 m，相對高差43 m，屬低中山山地地形，侵蝕溶蝕地貌。

1.3 氣象水文

滑坡發生期間，該區域處于頻繁降雨季節，最大降雨量26.4 m。

1.4 地層巖性

滑坡內地層由老到新發育有茅口組（P2m）石灰巖、二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2-3em）巖漿巖、二疊系上統龍潭組（P3l）粉砂巖、泥巖，第四系（Q4el+dl）殘坡積層。其中第四系殘坡積層與上述巖組均有接觸，接觸關系為不整合接觸。

1.5 地質構造

滑坡區位于可樂向斜北東段南西翼，整體呈一單斜構造，地層傾向為NW325～345°，傾角為27～40°，巖層產狀變化不大。未發現斷層現象及新構造運動。總體地質條件中等。

1.6 人類工程活動

某公路改擴建工程對滑坡區前緣進行開挖，人類工程活動強烈。

2 滑坡體概況

滑坡區地表地層屬第四系殘積坡積層，厚度平均為10.89 m，下伏基巖為龍潭組粉砂巖、泥巖、峨眉山玄武巖組巖漿巖及茅口組石灰巖。該滑坡區坡向為南西246°，坡角為2～10°，屬平坦—緩坡地形，主滑方向也是斜坡坡向，即南西246°，整體平面形態為“舌”形，后緣較窄、中部及前緣較寬，前緣臨空高度較高，約有11 m。滑坡規模18.6萬m3，為中型土質淺層牽引式滑坡。該滑坡地質災害造成居民房屋不同程度的開裂，給居民生命帶來威脅，從地質調查宏觀分析，目前處于蠕變階段，整體欠穩定（圖1）。

3 滑坡體現狀特征

3.1 滑體現狀特征

滑體最大縱長242 m，平均寬78 m，平均厚度為9.86 m，滑體體積為18.6萬m3。滑體物質為碎石土、砂土、粉土及黏性土為主。縱向上，滑體中下部較厚，一般為12 m，上部較薄，一般為6 m；橫向上，滑體兩邊薄、中間厚，中間最厚可達14.1m。坡體總體結構松散。

3.2 滑帶現狀特征

地表無明顯滑帶土露頭，據鉆探工程揭露情況分析，該滑坡滑帶位于殘坡積層底部，鉆孔揭露的最大厚度為1.9 m，最小厚度為0.3 m，平均為0.95 m，距強風化基巖層0～4.0 m，平均為1.05 m，土體性質為灰色黏土，具強塑性，強含水性、密實等特點。

3.3 滑床現狀特征

滑床主要為二疊系上統龍潭組（P3l）粉砂巖、細砂巖、泥巖；峨眉山玄武巖組（P2-3em）及茅口組（P2m）石灰巖。巖層產狀325°∠30°。巖層傾向與坡面斜交。

3.4 水文地質現狀特征

在滑坡前緣臨空面底部出露泉點Q1，為下降泉，季節性泉水，大氣降水補給為主；形成原因是臨空面較高，為第四系孔隙水提供很好的排泄條件，孔隙水以面狀形式從臨空面溢處。滑坡范圍的地下水補給主要為大氣降水補給，徑流方向沿著滑坡坡向，即西南236°方向，在滑坡前緣臨空面底部以泉點形式進行排泄。根據鉆孔終孔混合靜止水位觀測，地下水水位平均在2.70 m左右，其平均標高為1 701.43 m。

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4 滑坡影響因數分析

4.1 自然因數

（1）大氣降水。根據氣象資料，滑坡發生期間處于頻繁降雨季節，滑坡所處位置為本區地表水匯水區域，大氣降水沿著孔隙及裂縫進入地下，加大了滑體的質量，使土體軟化，上覆土體沿著滑帶軟弱面發生蠕變現象，進而導致地面及房屋開裂，說明大氣降水對滑坡有一定的影響。

（2）地下水。大氣降水沿著裂縫進入地下后，由于下伏龍潭組砂泥巖及峨眉山玄武巖的阻水作用，使得坡體達到飽和狀態，致使土體軟化，抗剪力減弱，導致下滑力增大，從而降低了坡體的穩定性，進而形成滑坡。

4.2 人類工程活動

某公路改擴建工程對滑坡前緣進行開挖，使土體失去支擋，破壞了土體原有的平衡結構；使坡腳土體形成臨空面，滑帶受地下水的影響，會發生軟化，形成軟弱面，其抗剪強度大大減弱，為土體滑動提供自由空間。

綜上，滑坡是由于上覆土體沿著滑帶軟弱面發生蠕變進而形成。

5 滑坡體土樣試驗數據統計

5.1 滑體土樣試驗

滑體主要物理成分為砂土、粉土及黏土，根據在滑坡區采集的6件滑體土樣作室內重塑土常規項試驗，其中，天然密度及飽和密度試驗成果及數理統計結果見表2。

5.2 滑帶土樣物理力學性質

鉆探時采集擾動樣作為樣本（做重塑試驗），共采取5組滑帶土樣做了飽和力學強度試驗，統計結果見表3。

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6 滑坡體穩定性計算及評價

6.1 計算模型與工況

根據鉆探及地質調查資料，結合滑坡的變形情況，更能有效反映滑坡的變形發展現狀。本次選取主滑方向的A剖面計算滑坡穩定性。選取剖面工況模型見圖2。計算主要考慮降雨因素。穩定性分析計算的荷載主要有滑坡坡體及地下水自重力，本次計算選擇工況為現狀條件下的自重力+建筑荷載+地下水，滑體及滑帶參數取飽和參數。

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6.2 穩定性計算方法及結果

基本假定：沿斷面方向取1 m寬的滑體作為檢驗單元，不考慮單元體兩側的摩阻力影響；滑體的每一分條假定為整體滑動，滑面為折線形；各滑塊的推力方向平行于各塊體的滑面。

6.2.1 滑帶抗剪強度力學參數反演分析

本次采取的滑帶土樣均在鉆孔中采取，其鉆孔在鉆進過程中已對滑帶土樣進行了擾動，未能準確地對其采集，導致試驗后的抗剪強度力學參數與現實有差異，滑帶土抗剪力學參數（C值、φ值）通過反演計算而得。本次采用《滑坡防治工程勘查規范》（GB/T 32864—2016）13.3中的公式對C、φ值進行反演。公式如下：

式中，F為穩定系數；ωi為第i塊段滑體重度，kN/m3；αi為第i塊段傾角，（°）；L為滑帶長度，m。

（1）穩定系數。目前滑坡處于局部變形階段，根據坡面形態、地下水位、滑帶賦存條件和外荷載等因素，本次取臨界基本穩定狀態的穩定系數為1.05。

（2）滑體重度。結合野外鉆探，揭露地下水埋深平均為2.7 m，滑坡土由砂土、粉土組成，綜合確定，滑體土重度取飽和重度，根據鉆孔采集后原狀樣室內試驗成果統計分析，滑體容重為19.2 kN/m3。

（3）各條塊相關參數。本次根據滑體厚度、物質組成及滑帶基本特征等綜合考慮，在主滑方向實測地質剖面上劃分計算條塊，并在CAD軟件量取相關數值。

（4）滑帶土抗剪強度參數分析及優化取值［2］。

6.2.1.1 敏感性分析

選擇參數變化，黏聚力（C）和內摩擦角（φ）在同一方差內對滑坡穩定性的影響程度比值ηc:ηφ=1∶3.5。

6.2.1.2 滑帶土抗剪強度參數反演及優化取值

通過上述參數，對本次反算得到的一系列抗剪強度參數值與統計的結果進行對比分析，選擇最優的參數作為滑坡穩定性計算強度參數［11］。用于比較的計算公式如下。

式中，S為優化系數；假定ηc為1，則ηφ為3.5；μC為C值平均值；μφ為φ值平均值；σC為C值方差；σφ為φ值方差。

S中最小值所對應的C和φ即為最優的滑帶土抗剪強度參數。反演結果：C值為17.55 MPa，φ值為4.4°。反演計算結果見表4。

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6.2.2 穩定性計算

6.2.2.1 計算方法

滑坡滑面呈折線形，本研究采用傳遞系數法計算公式滑坡的穩定性，其計算公式如下。

其中，

式中，Fs為滑坡穩定性系數；ψj為傳遞系數；Ri為第i計算條塊滑體抗滑力，kN/m；Ti為第i計算條塊滑體下滑力，kN/m；Ni為第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力，kN/m；Pi為第i計算條塊滑動面上巖土體的黏結強度標準值，kPa；φi為第i計算條塊滑帶土的內摩擦角標準值，（°）；li為第i計算條塊滑動面長度，m；αi為第i計算條塊地下水流線平均傾角，一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值，（°），反傾時取負值；Wi為第i計算條塊自重力與建筑等地面荷載之和，kN/m；θi為第i計算條塊底面傾角，（°），反傾時取負值；PWi為第i計算條塊單位寬度的滲透壓力，kN/m；I為地下水滲透坡降；γW為水的容重，kN/m3，取10；Viu為第i計算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以上體積，m3/m；Vid為第i計算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以下體積，m3/m；γ為巖土體的天然容重，kN/m3；γ′為巖土體的浮容重，kN/m3；γsat為巖土體的飽和容重，kN/m3；Fi為第i計算條塊所受地面荷載，kN。

6.2.2.2 計算參數的分選

計算參數主要包括滑體土重度及滑帶土的抗剪強度參數（C、φ值）。針對滑坡目前的變形破壞現象以及其所處狀態分析，對滑體進行參數反演分析具備條件，同時也是符合實際的。為此，本次滑坡穩定性計算參數采用室內土工試驗成果、工程經驗判斷與滑帶土參數合理反演相結合的方式進行綜合確定。

（1）滑體容重。結合野外鉆探揭露地下水埋深平均為2.7 m，滑坡土由砂土、粉土組成，綜合確定，滑體土重度取飽和重度，根據鉆孔采集后原狀樣室內試驗成果統計分析，滑體容重為19.2 kN/m3。

（2）滑帶參與計算的參數C、φ值。本次采用反演分析后的滑帶抗剪強度參數，即C值為17.55 MPa，φ值為4.4°。

（3）各條塊相關參數。本次根據滑體厚度及物質組成，滑帶基本特征等綜合考慮，在主滑方向實測地質剖面上劃分計算條塊，并在CAD軟件量取相關數值。

6.2.2.3 計算結果與評價

經計算，滑坡穩定性系數為1.02。根據《滑坡防治工程勘查規范》（GB/T 32864—2016）13.3.4，滑坡穩定狀態劃分，劃分標準見表5，滑坡體處于欠穩定狀態。

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7 結論

（1）地質現狀調查宏觀分析，滑坡整體處于蠕滑階段，屬欠穩定狀態。

（2）在大氣降水及地下水作用下，使滑坡體含水達到飽和狀態，暴雨季節，加大了滑體的質量，使滑帶土體軟化，抗剪力減弱，導致下滑力增大，上覆土體沿著滑帶軟弱面發生蠕變現象。公路的開挖，使滑坡體前緣產生臨空面，使土體失去支擋，破壞了土體原有的平衡結構，為土體滑動提供自由空間，進一步加劇了滑坡的形成。

（3）經過反演計算，滑帶土抗剪強度C值為17.55 MPa，φ值為4.4°。

（4）經過穩定性計算，滑坡穩定性系數為1.02，屬欠穩定狀態。結合地質調查分析，其計算結果與滑坡變形的地質分析結果基本吻合。

（5）在持續暴雨影響下，滑坡體變形會進一步加劇，最后可能導致整體失穩下滑。