西和縣十里鎮吳家灣村不穩定斜坡穩定性及成因分析

羅艷花

（甘肅省核地質二一三大隊，甘肅 天水 741000）

甘肅省隴南市西和縣十里鎮吳家灣村坡地不穩定斜坡災害位于西和縣吳家灣村，擬建的西和縣城南垃圾中轉站項目位于不穩定斜坡坡體下部，由于該工程修建后，不穩定斜坡對該工程的危害性較大，在地震、強降雨等極端條件下該斜坡可能隨時失穩，嚴重威脅坡體下部的垃圾中轉站正常運營及工作人員的生命財產安全，威脅人數約40人，潛在經濟損失達2 300萬元。

1 地質環境條件

1.1 地形地貌

吳家灣村不穩定斜坡區所在地十里鎮吳家灣村位于西和縣城南，所屬地貌類型為剝蝕構造中低山區地貌的丘陵區（如圖1所示），高程1 580～1 658 m，相對高差一般112 m，該區為黃土覆蓋，周圍溝壑縱橫，山坡坡度起伏在10°～30°之間，地勢總體東北高，西南低，自西南向東北傾斜，坡體呈現地形起伏強烈的特征，坡體總體為凹形坡，呈現上陡下緩地形，植被較為發育，覆蓋率較高，由于歷史原因、人類活動以及工程建設對自然坡體大量開挖，形成高陡臨空的人工坡面，地貌變化較大，局部坡度高約50°～75°，部分植被遭到破壞，導致水土保持能力下降，局部發育小型崩塌和滑坡。

圖1 研究區低山丘陵地貌

1.2 地層巖性

根據現場調查及勘探成果，區內地層主要為新近系（N）泥巖、第四系上更新統馬蘭黃土（Q3eol）、中更新統離石黃土（Q2eol）以及全新統崩塌堆積物（Q4col），由老到新分述如下：

（1）新近系（N）泥巖。分布于場地不穩定斜坡中下部，產狀近水平，根據該區域地質資料，總厚度大于130 m。以紅色泥巖、粉砂質泥巖與灰綠色泥巖、灰白色泥巖互層，頂部以灰綠色泥巖為主，夾有河湖相砂巖、礫巖，礫巖呈半成巖狀態，泥質結構，層狀構造，泥鈣質膠結，力學強度低，具一定的膨脹性，雨水易軟化崩解成泥狀。

（2）第四系中更新統離石黃土（Q2eol）。主要分布于已整平場地坡腳地帶，巖性為淺黃、褐黃色、紅褐色粉質粘土，顆粒成分以粉粒、砂粒為主，其次為粘粒，顆粒均勻，結構稍密，上部垂直節理及孔隙發育，下部孔隙裂隙較上部發育少。含較多白色姜結石，分布不均，塊徑多為5～80 mm。層內夾雜數層桔紅、褐紅色古土壤層，層厚一般為0.5～1.5 m，巖性主成分要為粉質粘土，結構較密實，呈硬塑狀。

（3）第四系上更新統馬蘭黃土（Q3eol）。馬蘭黃土，披覆于離石黃土地層之上。主要分布在勘查區北部斜坡體，呈被蓋狀披覆與山體上部，結構疏松-稍密，具有大孔隙結構，透水性較強，具有濕陷性，垂直節理裂隙與孔洞發育，鈣質淋溶物含量較高，呈核狀或斑點狀分布，厚度變化較大。

（4）全新統崩塌堆積物（Q4col）。分布于不穩定斜坡下部，由近代崩塌堆積物組成，巖性以粉土為主，夾雜灰綠色強風化-中風化泥巖團塊，淺黃、褐黃色，結構松散，具大孔隙。

1.3 地質構造

本勘查區未發現大的斷裂構造，依據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），勘查區地震設防烈度為Ⅷ度，第二組，設計基本地震加速度為0.30 g。

1.4 水文地質條件

根據勘查區地下水的賦存條件、水力聯系等將地下水分為黃土潛水和松散巖類孔隙水。

黃土潛水分布于黃土梁及斜坡地段，由于該不穩定斜坡上部坡面較為平緩，大部分為耕地，匯水面積大，易于接收大氣降水及地表徑流（農林灌溉等）的入滲補給。黃土內發育的大孔隙、垂直節理構成較好的入滲、徑流通道和存儲空間，下伏泥巖相對隔水構成黃土潛水含水層的隔水底板，潛水多沿泥巖隔水層頂面富集運移，在地勢較低的黃土與泥巖接觸面以泉的形式排泄，礦化度0.6～1.2 g/L，水化學類型為HCO3-—SO42-—Ca2+—Mg2+。黃土潛水的存在，使得黃土與下伏新近系泥巖接觸面附近形成軟弱帶，容易誘發滑坡和崩塌。

碎屑巖類孔隙裂隙水多以風化層潛水的形式賦存于不穩定斜坡的新近系原位泥巖孔隙裂隙中，泥巖為相對隔水層，含水層具有不連續、薄層、透水性差等特征，水量貧乏，局部甚至基本不含水，單泉流量小于0.1 L/S。

2 不穩定斜坡發育特征

2.1 不穩定斜坡概況

項目擬建場地共發育兩處不穩定斜坡，X01不穩定斜坡位于擬建的西和縣垃圾中轉站北側，坡體形態呈弧形，坡寬80 m，坡高3.7～17.0 m，坡體走向81°，坡度42°～51°，坡體上部為馬蘭黃土，中部離石黃土，下部為新近系泥巖，坡體上陡下緩，X01不穩定斜坡中部發育一處崩塌，編號B01；X02不穩定斜坡位于擬建的西和縣垃圾中轉站東側，與X01不穩定斜坡相連，坡體形態呈圓弧形（如圖2所示），坡寬146.0 m，坡高17.0～43.7 m，坡度36°～50°，坡體上陡下緩，坡體上部為馬蘭黃土，中部離石黃土，下部為新近系泥巖，上部黃土層垂直裂隙發育，坡體近乎直立，中部發育一處較大崩塌，編號為B02，中下部泥巖層表層風化強烈。

圖2 不穩定斜坡全貌

2.2 巖土體的物理力學性質

（1）馬蘭黃土物理力學性質。經對所采集的吳家灣村不穩定斜坡區馬蘭黃土土樣進行常規物理力學指標、抗剪強度試驗指標及土的易溶鹽含量測試分析后，主要物理力學性質指標統計結果見表1。

表1 吳家灣村不穩定斜坡馬蘭黃土物理力學性質統計表

由上表統計分析，不穩定斜坡上覆馬蘭黃土天然含水率17.3%～21.1%，天然孔隙度49.4%～54.6%，塑限7.2%～8.7%，飽和度41.0%～53.7%，粘聚力17.2～19.8 Kpa，內摩擦角15.9°～16.9°，力學強度明顯隨含水率增加而降低。

（2）離石黃土物理力學性質。離石黃土土樣進行常規物理力學指標、抗剪強度試驗指標及土的易溶鹽含量測試分析后，主要物理力學性質指標統計結果見表2。

表2 吳家灣村不穩定斜坡離石黃土物理力學性質統計表

由上表統計分析，不穩定斜坡上覆離石黃土天然含水率21.6%～24.6%，天然孔隙度44.7%～46.0%，塑限18.9%～20.2%，飽和度68.8%～79.8%，粘聚力20.2%～23.3 Kpa，內摩擦角21.6°～24.6°，力學強度明顯隨含水率增加而降低。

（3）泥巖物理力學性質。在吳家灣村不穩定斜坡體上鉆孔、探井內分別選擇不穩定斜坡體不同的代表性部位封裝采集多組泥巖樣品，進行物理力學性質的檢測，主要強度指標和變形參數結果見表3。

表3 泥巖樣品物理性質指標檢測結果表

強度檢測結果總體上反映出泥巖抗壓強度大于抗拉強度的數倍，軟化系數較低（0.69＜0.75），耐水性差，軟化性較強，工程地質性質差，具有飽水狀態下的力學強度迅速減弱的特點。不穩定斜坡體泥巖含水率為4.02%～11.02%，孔隙率32.6%～36.8%，抗剪強度C值0.03 MPa，φ值48°。

3 穩定性定性評價

3.1 定性評價

西和縣十里鎮吳家灣村不穩定斜坡的評價主要分為定性評價和定量評價，通過野外調查吳家灣村X01、X02不穩定斜坡坡面中上部黃土層垂直節理發育，土體疏松，沿黃土層與下部泥巖之間多發育崩塌及滑坡現象，下部泥巖風化強烈，巖體破碎，且不穩定斜坡坡腳高陡臨空，若在強降雨以及其他外力的作用下，斜坡區將存在繼續發育地質災害的危險，綜合分析認為，吳家灣村不穩定斜坡穩定性較差。

3.2 定量評價

通過對斜坡穩定性定性分析的基礎上，根據斜坡地質結構、斜坡類型和可能出現的破壞形式，選取相應的計算方法和合理的計算參數對該斜坡的穩定性進行定量評價。

（1）計算公式的選取。根據野外勘查及室內分析，該斜坡以滑移的形式變形破壞，潛在滑面近似圓弧型，因此本次斜坡穩定性評價采用瑞典圓弧法進行計算。本次穩定性計算采用“理正巖土計算軟件6.0版”進行斜坡穩定分析計算，搜索最危險滑裂面。計算公式為：

式中：

Ks——滑坡穩定系數；

ΣRi——各滑塊沿圓弧滑面的抗滑力（kN/m）；

ΣTi——各滑塊沿圓弧滑面的滑動力（kN/m）；

（2）計算參數確定。計算參數主要包括斜坡土體容重及抗剪強度參數（C、φ值）。

斜坡土體天然及飽和容重按原狀樣室內試驗成果統計分析，結合野外鉆探淺井揭露的土石比及孔（井）內地下水埋深情況綜合確定。該斜坡離石黃土天然容重室內測試平均值為18.3 KN/m3，根據下式求取斜坡土體飽和容重為19.3 KN/m3；馬蘭黃土天然容重室內測試平均值為15.4 KN/m3，根據下式求取斜坡土體飽和容重為18.1 KN/m3。計算公式為：

式中：

γ——飽和容重（KN/m3）；

G——土體天然比重；

e——孔隙比；

γw——水的容重（1 KN/m3）。

土體抗剪強度參數C、φ值的取值，由于該不穩定斜坡最危險滑裂面主要位于黃土狀粉土層內，因此不穩定斜坡土體抗剪強度參數取黃土狀粉土參數，C、φ值主要采用室內試驗值與工程類比值綜合確定。本次計算土體C、φ值取值見表4。

表4 斜坡土體抗剪強度參數綜合取值表

（3）穩定性計算結果。根據吳家灣村不穩定斜坡穩定性計算結果與穩定性評價標準得出以下結論：吳家灣村X01不穩定斜坡在自然狀態下穩定性系數為1.035～1.116 7，處于基本穩定狀態；在暴雨狀態下穩定性系數為0.934 5～1.000 4，處于不穩定—欠穩定狀態；在地震狀態下穩定性系數為0.921 9～0.970 8，處于欠穩定狀態。

X02不穩定斜坡在自然狀態下穩定性系數為1.031～1.067，處于欠穩定—基本穩定狀態；在暴雨狀態下穩定性系數為0.955～0.999，處于不穩定狀態；在地震狀態下穩定性系數為0.941～1.068，處于不穩定—基本穩定狀態。

4 成因分析

吳家灣村不穩定斜坡為人工開挖形成的土質＋巖質二元結構邊坡，X01、X02不穩定斜坡高度在3.7～43.5 m，坡度在34°～51°，在強降雨的影響下出現局部變形破壞，主要表現為局部滑塌，從斜坡近期變形情況來看，坡體失穩的誘發因素主要為降雨及地震。

降雨對吳家灣村不穩定斜坡的影響主要表現在降雨致使斜坡土體的含水率增大，容重增大，即滑坡體的自重增大，自重增大從而使得斜坡的下滑力增大，當抗滑力不變的情況下，致使斜坡穩定性降低，同時由于降雨影響巖土體抗剪強度降低，降低了巖土體的抗滑力，降雨易致使斜坡體表層形成拉張裂縫，裂縫的發育將加快降雨入滲，降低土體吸力，增大孔隙水壓力[1]。

地震對吳家灣村不穩定斜坡的影響主要表現在邊坡內引起一種附加應力，可以引起巖土體局部破壞，從而改變巖土內部力學狀態。會引起斜坡上部土體結構擾動而松動，使土體內顆粒之間的原有粘聚力改變或破壞，導致力學強度顯著降低，從而導致本已處于潛在不穩定狀態下的坡體失穩，直接引發坡體產生崩塌、滑動變形[2-3]。