某滑坡穩定性分析及防治措施研究

謝道在

(福建省水利水電勘測設計研究院有限公司，福建 福州 350001)

1 研究區概況

1.1 工程概況

福建省將樂縣于2019年5月持續的出現強降雨天氣，受強降雨影響，將樂縣多處地區出現了滑坡、崩塌等地質災害[1]。其中將樂縣某村北側的后山坡發生了滑坡如圖1所示，滑坡體影響的邊坡寬約25m，前后緣高差約15～17m，坡度約40°～60°，滑坡整體走向SE121°，軸向為NE28°～50°，已發生滑坡的災體方量約200m3，滑坡體順坡而下，堆積于民房內及房后空地。下滑巖土體毀壞或堆壓于坡腳民房，危及當地居民的生命財產安全。

圖1 滑坡狀況

1.2 氣象水文

研究區地處中亞熱帶地區，屬中亞熱帶季風氣候區。氣候特點：四季分明，夏無酷暑，冬少嚴寒，雨熱同期，干濕明顯，受季風及地形影響，常有災害性天氣。全區雨量充沛，年平均氣溫18.7℃，無霜期298d，年均降水量1676.3mm。

1.3 基本地質條件

區內地貌屬侵剝蝕丘陵—中低山，研究區地形為東北高西南低，自然斜坡地形坡度為30°～50°。滑坡位于山坡中下部，坡頂高程約645～655m，坡腳村民民房所在地面高程約630～637m，山坡植被較發育，主要為樹木雜草。

根據鉆孔內水位觀測與各巖土層性狀分析，場地地下水主要為埋藏于全風化層中的孔隙水與基巖中的裂隙水兩種類型。塌滑處地下水位處于全風化層的中下部或強風化基巖中，穩定水位埋深為6.2～8.6m。場地范圍內地下水主要受大氣降水豎直補給，排泄方式主要為天然蒸發和向地勢低處排泄。

2 滑坡成因分析

2.1 基本特征及變形跡象

滑坡位于村莊房屋后邊坡，由2個相鄰小滑坡組成，原始狀態為屋后人工開挖邊坡，坡度一般為45°～48°，較陡，且未采取支護措施。在持續暴雨情況下，坡殘積土體呈飽和狀態，增加坡體土的重力，增大了下滑力，土的物理力學性質變差，力學指標大幅度降低，導致邊坡表層坡殘積含碎石砂質粘土變形失穩。西北側小滑坡寬約12m，前后緣高差約16m；東南側小滑坡寬約8m，前后緣高差約14.5m。由于受房屋的阻擋，滑坡體大部分堆積于房后，兩小滑坡形成的邊坡坡度為38°～40°，滑坡總寬約25m，邊坡整體走向SE121°，滑坡走向為NE28°～50°，滑坡體總方量約200m3。滑坡狀況如圖1所示。

圖2 圓弧形滑面滑坡計算示意圖

據勘查，滑坡區東南側屋后已有的人工開挖邊坡坡度40°～45°，邊坡性質與已滑段邊坡性質一致，在強降水的條件下，土質邊坡具有發生滑坡的潛在可能性。此外，該滑坡上方為沖溝，為地表水和地下水的匯集區，對形成滑坡提供了有利條件。滑坡的后緣呈滑坡陡壁，周界較清晰，形態為舌形，由于受房屋阻擋，滑坡體大部分堆積于屋后。現狀滑體不再沿滑動帶位移，滑帶土含水量降低，滑坡壁明顯，滑坡后緣裂隙和兩側羽狀裂隙不發育，無繼續發展趨勢，滑體變形不再發展。

2.2 成因分析

(1)地形地貌

研究區地形為東北高西南低，自然斜坡原始坡度30°～50°，邊坡為人工開挖邊坡，坡度一般在45°以上，形成下陡中緩上陡，上部呈環形的坡形。滑坡坡頂高程約647～650m，坡腳村民民房所在地面高程約630～634m，高差約15～17m。場地地形環境有利于滑坡的形成，具備斜坡變形失穩的地形條件。

(2)物質組成及巖土體結構

滑坡體表層出露坡殘積堆積物含碎石砂質粘土，層厚1.8～5.5m，土的結構疏松，孔隙率較大，透水性較強，在飽和狀態下土的力學性質差，土體抗剪強度大幅度降低。上部為全風化土層，全風化土的結構相對致密，物理力學性質相對較好，透水性相對較弱。強風化巖石呈碎裂結構，具有一定的力學強度，節理裂隙稍發育，但不存在構成邊坡穩定問題的不利結構面和結構面組合[2]。因此，坡殘積含碎石砂質粘土層與全風化層為軟弱面，在地下水作用下，易轉化形成滑動帶，故在降水土體飽和狀態下具備產生滑坡條件。

(3)大氣降雨

該區多年平均降雨量年均降水量1676.3mm，2019年5月15日—17日，將樂縣持續大暴雨，降雨滲入坡體，在地下水的作用下，表層坡殘積土層土體飽和，增大土體重度，特別是土體在地下水的作用下其抗剪強度大幅度降低，坡殘積含碎石砂質粘土的抗滑性能差[3]。此外，進入坡體的地下水對邊坡產生靜水壓力和動水壓力，加劇邊坡的失穩。

(4)人類工程活動

由于已建的民房開挖形成高約7～18m的人工邊坡，邊坡坡度45°～50°，坡面局部呈近直立狀，邊坡產生側向臨空面，坡腳阻滑力下降，破壞坡體平衡作用，進一步降低了邊坡的穩定性。

3 滑坡穩定性分析

3.1 穩定性定性分析

根據勘查，目前除已發生的滑坡處后緣，及周界附近滑坡壁處的含碎石砂質粘土外，邊坡整體處于基本穩定和穩定狀態，在強降雨等誘發因素的作用下，已塌滑區后緣及左右側邊坡性質與塌滑邊坡性質一致，邊坡將處于欠穩定或不穩定狀態，特別是邊坡表層坡殘積含碎石砂質粘土具有產生滑坡的潛在可能性。

3.2 穩定性定量分析

3.2.1滑動面滑動分析

計算采用的剖面均為上部為土質結構，下部為巖體的巖質層結構，其破壞形式主要為土層間的破壞，滑坡的滑動面為圓弧形[4- 5]。因此采用圓弧形滑面滑動計算方法計算其穩定性。

(1)計算工況的選取

根據《福建省滑坡勘查技術規范(試行)》表3.2.2滑坡防治工程等級劃分，該工程滑坡防治等級為三級，由于滑坡處在正常情況下的地下水埋深為6.2～8.6m，地下水處于全風化層的中下部或強風化基巖中，邊坡表層坡殘積含碎石砂質粘土層和大部分的全風化層位于水位以上。根據附錄D，對滑坡處巖土體進行不同工況的穩定計算，3種工況類型見表1。

表1 滑坡穩定性計算工況類型及安全系數推薦表

(2)計算參數的確定

根據現場調查、原位測試及室內土工試驗結果，結合場地揭露的巖土特征等有關數據，參照國標GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》、GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》、行業標準DZ/T 0219—2006《滑坡防治工程設計與施工規范》[6]及福建省地方標準DBJ 13- 07—2006《建筑地基基礎技術規范》[7]，并參照地區經驗與反分析綜合確定，各項巖土體物理力學計算指標推薦見表2，供防治工程設計選用(帶*號數值為地區經驗值)。

表2 治理設計巖土物理力學計算指標推薦表

(3)計算公式

根據研究區的工程地質條件，當滑動面為圓弧形時，滑坡的穩定性安全系數計算方法采用《福建省滑坡勘查技術規范(試行)》推薦的畢肖普(Bishop)法，計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中，Fs—邊坡穩定性系數；ci—第i計算條塊滑面粘聚力，kPa；φi—第i計算條塊滑面內摩擦角，(°)；li—第i計算條塊滑面長度，m；θi—第i計算條塊滑面傾角，(°)，滑面傾向與滑動方向相同時取正值，底面傾向與滑動方向相反時取負值；Ui—第i計算條塊滑面單位寬度總水壓力，kN/m；Gi—第i計算條塊單位寬度自重，kN/m；Gbi—第i計算條塊單位寬度豎向附加荷載，kN/m，方向指向下方時取正值，指向上方時取負值；Qi—第i計算條塊單位寬度水平荷載，kN/m，方向指向坡外時取正值，指向坡內時取負值；hwi，hw,i-1—第i及第i-1計算條塊滑面前端水頭高度，m；γw—水重度，取10kN/m3；i—計算條塊號，從后方起編；n—條塊數量。

(4)計算結果及穩定性評價

穩定性計算結果表明見表3及如圖3—4所示，該滑坡在設計工況下處于穩定狀態，在校核工況下處于欠穩定狀態。

表3 穩定性計算結果一覽表

圖3 Ⅰ1-Ⅰ1’剖面計算示意圖(工況1、工況3)

圖4 Ⅰ2-Ⅰ2’剖面計算示意圖(工況1、工況3)

4 防治措施及效果分析

4.1 防治措施

根據滑坡的形成條件、形態特征、所處的位置及潛在危害性，考慮防治工程的技術可行性，經濟合理性，施工簡便性及防治效果的長期性，采取“方形鋼筋砼格構+現澆砼護面墻”的方案對該滑坡體進行綜合治理，治理方案典型剖面示意圖見Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′如圖5—6所示。具體實施方案為：①對邊坡上部坡段自上而下分級開挖，進行削坡減載，并清除松散土體；②在邊坡坡腳部位設置護面墻，護面墻基礎應選擇合適的持力層，墻身應設置沉降縫；③采用現澆鋼筋混凝土進行邊坡坡面防護，并利用錨桿加以固定；④在護面墻墻身設置仰斜排水孔，同時在邊坡后緣設置環形狀截水溝，坡腳處設置排水溝，與外圍截水溝相接[8]；⑤對坡面進行種植灌木綠化。

圖5 工程平面布置圖

圖6 剖面圖

4.2 效果分析

治理工程竣工后，經過2個水文年的運行效果監測，結果表明，工程措施處理后，確保了邊坡的穩定，消除了潛在邊坡失穩隱患，同時完善了地表排水工程及坡面植被綠化，減少了水土流失，美化了自然環境，為當地居民提供了安全的居住環境[9- 10]。

5 結語

(1)滑坡體表層為含碎石砂質粘性土，土質疏松，透水性強，在強降雨條件下土的物理力學性質變差，與下部的全風化層易形成滑動帶，加之坡體地形較陡，且存在臨空面，是滑坡產生的主要原因。

(2)通過對滑坡穩定性分析，滑坡在校核工況(自重+暴雨+地下水)下，滑坡穩定系數為1.018～1.046，處于欠穩定狀態，需采取支護措施。

(3)根據場地的地形地質條件，施工簡便性及防治效果的長期性，采取“方形鋼筋砼格構+現澆砼護面墻”的方案對滑坡體進行綜合治理。經過2個水文年運行監測，結果表明邊坡穩定，同時減少了水土流失，美化了自然環境，為當地居民提供了安全的居住環境。