某地滑坡穩定性分析評價及治理方案建議

朱 超

（湖南省地質礦產勘查開發局418隊，湖南 婁底 417000）

1 滑坡概況

該地位于漣源市金石鎮山茂村山茂水庫南側斜坡上，自然坡度20～25，微地貌單元屬緩坡。該滑坡平面形態呈“圈椅狀”，主滑方向為61°，滑坡體長度約36m，后緣寬度約50m，高程177.62m，前緣寬度約60m，高程約163.07m，相對高差約14.55m，坡度約20，滑體最大厚度約為6.10m，平均厚度約4.5m，體積約0.89萬m3，剖面形態整體呈階梯型。該滑坡現狀威脅坡體上部、下部房屋4棟，威脅人員約37人，潛在經濟損失約200萬元。

2 形成機制分析

2.1 滑坡變形形成機制分析

據工程地質測繪、鉆探和室內綜合研究分析，該滑坡屬整體性牽引式淺層土質滑坡，滑體為粉質粘土、人工填土，滑床為強風化砂巖，具體形成條件分析為：滑坡區土層含角礫，易于降雨入滲，雨季滑體土含弱孔隙水，主要受降雨補給。同時，滑床為強風化砂巖，為相對隔水層，導致地下水在近基巖面附近的土層中儲集，一方面加大了滑體重度，另一方面軟化巖土體，降低了接觸帶土體的抗剪強度。此外，滑坡前緣為陡坎，受建房影響，形成臨空面，利于滑坡的發生。因此，綜合分析該滑坡是在特有的地質條件下發生的牽引式淺層土質滑坡。主要誘發因素是降水。

2.2 滑坡近期發育階段

滑坡區變形始于2018年，2021年雨季滑坡滑移跡象明顯，造成滑坡后緣及中部出現地面裂縫，后緣房屋開裂、地基下沉，中部前坪墜落、損毀，因此滑坡整體上已處于加速滑動階段。現狀坡體在強降雨作用下仍處于不穩定狀態，斜坡新出現裂縫等跡象。在雨季可能再次產生下滑，降雨對斜坡穩定性影響大。

2.3 滑坡穩定性影響因素

（1）地形地貌：滑坡所處為丘陵山腰地帶，自坡腳至山頂，相對高差約30.49m，坡度20°～25°，經過長期人類工程活動作用，前緣、中部形成的斜坡臨空面為滑坡提供了勢能條件，在強降雨作用下，表層松散土體飽水后易發生滑動變形，是滑坡形成的重要條件之一。

（2）物質組成：滑體為粉質粘土，含少量角礫，結構松散，孔隙度大，地表水易入滲，土體遇水易軟化，力學強度大大降低。同時，滑床為強風化砂巖，為相對隔水層，導致地下水在近基巖面附近的土層中儲集，一方面加大了滑體重度，另一方面軟化巖土體，降低了接觸帶土體的抗剪強度，不利于斜坡穩定。

（3）大氣降水：大氣降水是滑坡形成的直接誘發因素。一方面，連續強降雨造成土體飽和或近飽和，軟化土體，強度變低，在重力作用下，促使斜坡失穩變形。另一方面，降雨形成地表水流，直接沖刷坡體，不利于斜坡穩定。

（4）人類工程活動：滑坡區修建房屋對坡體進行開挖，改變了原有坡體的平衡狀態，同時增加了滑體動荷載，不利于斜坡穩定。

3 破壞模式分析

滑坡區總體為斜坡地形，根據現場調繪、勘探資料分析，目前滑坡主要表現為滑體向前緣滑移，后緣、中部出現拉張裂縫，前緣出現鼓張裂縫，滑坡破壞模式整體上以牽引式破壞為主。

4 物理力學參數分析與評價及參數取值

4.1 滑坡巖土體物理力學參數分析與評價

滑坡目前處于加速滑動階段，由于滑坡區土層厚度小，其變形主要集中于雨季，綜合分析滑坡滑面主要位于粉質粘土底部和強風化砂巖接觸帶中。

4.2 滑坡巖土體物理力學參數取值

為獲取滑坡的穩定性分析和防治所需巖土參數，本次勘察采取了12個土樣進行巖土力學參數檢測。根據室內試驗參數統計分析結果，滑體土的主要物理力學參數中，天然狀態下粘聚力取值43.41Kpa、內摩擦角取值16.90°，飽和狀態下粘聚力取值15.84Kpa、內摩擦角取值9.39°，滑體土的天然重度取19.90KN/m3、飽和重度取20.20KN/m3。

5 滑帶土抗剪強度參數反演

5.1 計算剖面

根據場地勘探點的布置及滑坡的分布特征，選取1-1′線、2-2′線、3-3′線進行穩定性和推力計算，計算模型見圖1、2、3。

圖1 滑坡1-1′線剖面滑動面穩定性計算模型

圖2 滑坡2-2′線剖面滑動面穩定性計算模型

圖3 滑坡3-3′線剖面滑動面穩定性計算模型

5.2 計算工況

依據《滑坡防治工程勘查規范》（GB/T 32864-2016）6.3表3，滑坡危害對象為坡體上、下部居民的生命財產安全，威脅人員約37人，潛在經濟損失約200萬元，確定該滑坡的防治工程等級為三級。依據現場實際情況及剖面分析，該滑坡坡體上部存在3處房屋及1條公路，考慮房屋分布位置、層數及其與滑坡關系，1-1′剖面房屋荷載按全荷載考慮，2-2′剖面房屋荷載按1/2全荷載考慮，3-3′剖面房屋荷載按1/2全荷載考慮，為方便計算，按延米取值，其值分別取10kN/m、10kN/m、3kN/m；公路處于滑體中后緣，根據村民介紹，該院落基建基本完成，不存在大貨車出入，故本次不考慮汽車動荷載。依據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》（DZ/T 0219-2006）5.4表5，綜合分析，本報告采用Ⅰ、Ⅱ兩種工況模型進行計算，滑坡推力安全系數取值如下：

表3 滑坡2-2′線剖面飽和狀態抗剪強度參數敏感性分析表

工況Ⅰ：自重（天然狀態），安全系數取1.20。

工況Ⅱ：自重+暴雨+地下水（飽和狀態），安全系數取1.15。

5.3 計算結果

（1）計算思路：滑坡計算時選取1-1′線、2-2′線、3-3′線剖面進行反演，以求取與現狀基本吻合的強度參數。

（2）計算方法：根據場區分布的巖土性質及滑坡變形特征，滑坡區潛在滑動面呈折線型，因此滑坡穩定性計算分析方法采用折線型不平衡傳遞系數法。

（3）計算參數的選取：計算參數主要包括滑體容重及滑帶土的抗剪強度參數(C、φ值)。

（4）滑體土容重：根據滑坡區滑體土天然及飽和容重按原狀樣室內試驗成果統計分析，綜合確定滑體土天然容重計算取值為19.9kN/m3，飽和容重計算取值為20.2N/m3。

5.4 滑帶土抗剪強度參數C、φ值

5.4.1 室內試驗

依據《滑坡防治工程勘查規范》（GB/T 32864-2016）13.3表8滑帶抗剪強度指標取值表，該滑坡天然狀態下穩定，飽和狀態下不穩定，未形成統一滑帶，故以滑體抗剪強度為參照。據勘查鉆孔取樣試驗資料分析，提出滑帶土的物理力學參數建議值（見表1）。本次勘查取滑體土樣12個，其力學試驗特征值見表1。

表1 滑體土物理力學性質統計表

5.4.2 反演分析

（1）反演分析：

反演公式為：

式中：Wi—第i條塊的重量(kN/m)；αi—第i條塊滑面傾角(°)；C—內聚力(kPa)；φ—內摩擦角(°)；L—滑面長度(m)；Ks—穩定系數。

因滑坡2-2′線于2021年5月變形最大，故選取2-2′線作為主滑剖面，對滑坡2-2′線剖面建立模型進行反演分析，因現狀在自重+連續暴雨+地下水（飽和）工況下，滑坡處于不穩定狀態，穩定系數取值范圍Fs＜1.0。通過反演，2-2′線在飽和狀態下，剖面穩定系數Fs取0.95，綜合選取C=13.80kPa，φ=7.00°作為滑坡在暴雨狀態下的滑帶土參數反演值。

表2 滑坡2-2′線剖面抗剪強度參數反演表（飽和Fs=0.95）

（2）因素敏感性分析。

滑動面的C、φ值對穩定系數的影響十分顯著。由上表可以看出，Fs-φ關系曲線的傾角（曲線與水平軸線的夾角）大于Fs-C關系曲線的傾角；當C=14kPa，φ由7°→8°每增加1°，則Fs值由0.959→1.016增加5.94%；而當φ=7°，C值由14kPa→15kPa，則Fs值由0.959→1.000，增加4.28%。

圖4 滑坡2-2′線滑坡參數敏感性分析關系曲線圖

（3）計算參數的確定。

綜合以上室內試驗數據統計分析、反演分析，天然狀態下室內試驗數據的凝聚力、內摩擦角要比反演狀態下大，反演分析的結果試算后與實際穩定狀況基本相符；試驗參數實際上是總應力參數，反演分析得到的則是有效應力參數，在存在孔隙水壓力的情況下，有效應力參數應大于總應力參數。

由于受大氣降水及地表水下滲的影響，滑帶土富水期處于飽和狀態，枯水期滑帶土含水量有一定量的降低，因此在對滑坡兩個工況進行計算時，滑帶土按計算工況不同取其相對應的抗剪強度參數值，綜合取值結合試驗值及反演值按權重選取，其中試驗值權重取0.2，反演值權重取0.8，綜合取值具體見表4。

6 滑坡穩定性計算及評價

6.1 穩定性計算公式

滑移面呈折線型，因此本次穩定性計算方法采用折線型不平衡傳遞系數法，計算公式如下。

式中：ψj-第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(j=i)，即：；Wi—第i條塊的重量(kN/m)；Ci—第i條塊內聚力(kPa)；φi—第i條塊內摩擦角(°)；Li—第i條塊滑面長度(m)；αi—第i條塊滑面傾角(°)；βi—第i條塊地下水線與滑面的夾角(°)；A—地震加速度(重力加速度g)；Kj—穩定系數。

6.2 評價標準

根據場區滑坡體變形特征及目前各滑體所處的狀態，結合穩定性計算結果，可以將滑坡穩定性評價標準劃分為：①Fs＜1.0不穩定；②1.0≤Fs＜1.05欠穩定；③1.05≤Fs＜1.15基本穩定；④Fs＞1.15穩定。

6.3 穩定性計算及評價

按整體穩定性計算：本次計算對滑坡1-1′、2-2′、3-3′線剖面剪出口進行條塊劃分，按折線型不平衡傳遞系數法進行滑坡穩定性計算，其結果見表5。

表5 滑坡穩定性計算結果及評價統計表

根據計算結果，滑坡在天然工況下處于穩定狀態，在飽和工況下處于不穩定—欠穩定狀態。

7 滑坡推力計算及結果評述

7.1 剩余下滑推力計算公式選擇

式中：Pi—第i條塊推力(KN/m)；Pi-1—第i條塊的剩余下滑力(KN/m)；Wi—第i條塊的重量(KN)；Ci、φi—第i塊的內聚力(KPa)及內摩擦角(°)；Li—第i條塊長度(m)；ai—第i塊的滑面傾角(°)；A—地震加速度(重力加速度g)；Ks—設計安全系數。

7.1.1 自重+天然

式中：Wi—第i條塊滑體重量(kN)；Li—第i條塊滑帶長度(m)。

7.1.2 自重+暴雨+地下水

其中：Sxmin表示定位點在x坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Symin表示定位點在y坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，Szmin表示定位點在z坐標上與其相鄰的兩個定位點間距離較小的距離值，k表示距離權值，將各個定位點的距離函數值由大至小依序排列，并根據如下公式將序列中距離函數值最小的定位點V更新為V':

7.2 推力計算結果及評述

滑坡在以上兩種不同工況下對剖面按傳遞系數法進行計算，其計算結果為（因三條剖面線在工況Ⅰ狀態下均為穩定，僅考慮工況Ⅱ）：①滑坡1-1′剖面在暴雨狀態下穩定系數為0.999，滑坡體處于不穩定狀態，最終滑坡推力Pi=83.13 kN/m。②滑坡2-2′剖面在暴雨狀態下穩定系數為0.995，滑坡體處于不穩定狀態，最終滑坡推力Pi=133.13 kN/m。③滑坡3-3′剖面在暴雨狀態下穩定系數為1.005，滑坡體處于欠穩定狀態，最終滑坡推力Pi=118.17 kN/m。據1-1′線、2-2′線、3-3′線三條剖面滑坡穩定系數及滑坡推力計算得出結論，滑坡整體在天然工況下處于穩定狀態，在飽和工況下處于不穩定—欠穩定狀態，其計算結論和實際情況基本吻合。

8 滑坡穩定性評價及發展趨勢分析

8.1 滑坡穩定性和變形階段

漣源市金石鎮山茂村滑坡始發于2018年7月，于2020年5月導致水泥公路錯斷，房屋水泥前坪墜落、損毀，滑體中部和后緣產生大量地面裂縫，滑坡現已處于蠕變階段，其變形集中于雨季。經計算，滑坡在飽和工況下處于不穩定—欠穩定狀態，因此滑坡在暴雨誘發下，可能再次下滑。

8.2 影響因素

從滑坡穩定性計算結果和滑坡宏觀變形分析可知，滑坡區變形主要集中于雨季，降雨入滲使巖土界面土體軟化、降低了巖土體力學強度是誘發滑坡發生的關鍵因素，降雨對滑坡穩定性影響大。同時，滑坡區地表土體松散，利于雨水入滲。因此，降雨是誘發滑坡失穩的主要因素，雨季滑坡區變形明顯。

8.3 變形方式

漣源市金石鎮山茂村滑坡整體主要表現為滑體向前滑移，造成滑坡中、后部產生拉張裂縫，滑坡變形方式仍將以牽引式破壞為主。

9 治理方案建議

根據該滑坡的分布范圍、變形特征、影響因素、穩定現狀等，結合威脅對象、施工條件及村莊規劃，建議治理方案如下。

9.1 削坡卸載工程

9.2 抗滑樁板墻工程

布置于滑坡中部（曾先石房前地坪外側），建議設計樁頂標高與現有房前地坪標高持平，采用埋入式抗滑樁板墻，根據樁的布置位置及樁后填方高度按土壓力及下滑力綜合考慮樁的水平抗力。

9.3 擋土墻工程

布置于滑坡前緣（曾訪齊、曾樂奇房后），建議設計墻頂標高高于現有地坪標高，采用重力式擋土墻，根據擋土墻的布置位置及墻后填方高度按土壓力及下滑力綜合。

9.4 截、排水工程

水是影響滑坡變形破壞的主導因素，因此坡頂、坡體各級平臺內側及坡體兩側應修建截排水溝，防止雨水對滑體的沖刷、浸泡作用。

9.5 裂縫填埋工程

建議對坡體后緣、中部拉張裂縫進行填埋，防治地表水下滲軟化巖土體。

9.6 監測工程

在滑坡區建立監測網，對滑坡進行動態監測，實施監控。