地質災害體穩定性計算及評價分析

趙俁鈞

（湖南省地質災害調查監測所，湖南 衡陽 421200）

0 引言

2019 年汛期，尤其是7 月6—8 日的連續強降雨，雨水從祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體護坡坡面及后緣大量滲入地下，導致地下水位升高，同時對土體形成長期沖刷和浸蝕，大量松軟土體向下滑移，7 月9 日晚祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體發生滑坡（數據庫統一編號為430426011254），導致坡體前緣長約65 m 擋土墻被損毀、寬約60 m 的混凝土拱形格構變形。該滑坡現已威脅到祁東縣委政府大院內工作人員及機關食堂的安全，發生災險情后，我單位有關專家及技術人員于7 月10 日立即趕赴現場，進行實地調查，與祁東縣政府、縣自然資源局有關領導現場商討應急處置方案，并委派技術人員指導進行應急處置。

1 治理區自然地理與區域地質環境條件

1.1 自然地理條件

1.1.1 位置與交通

擬治理滑坡區位于祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體南側山坡，其中心地理坐標為東經112°05′48.3″，北緯26°48′00.2″，場區位于祁東縣縣城內，交通十分便利。

1.1.2 氣象、水文

祁東縣地處亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明，季節變化較大。大氣降雨充沛，雨量集中，每年5—8 月是祁東縣的雷雨大風期。據祁東縣氣象站1981—2014 年資料，一般年降雨量1048mm～1450mm，多年平均降雨量1267.9mm，最大年降雨量1787.5mm，最小年降雨量996.0mm，月最大降雨量397.8mm，月最小降雨量0.1mm；最大日降雨量163.0mm。20 年一遇最大小時降雨量為40.6mm，50 年一遇最大小時降雨量為93.0mm。

1.2 區域地質環境條件

1.2.1 地形地貌

場區內原地貌類型屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，地勢總體是北高南低。護坡區海拔標173.60～202.0m，相對高差28.40m，坡比1 ∶1.25～1 ∶1.5，邊坡下方為祁東縣委政府辦公樓及機關食堂。

1.2.2 地層巖性

根據地表調查和鉆探揭露以及淺井、探槽揭露情況，場區內上覆土層主要據調查，區內出露的地層巖性主要為第四系人工堆積層（Q4ml）、殘坡積土（Q4el+dl）、泥盆系中統棋梓橋組（）石灰巖，各地層特征如下。

1.2.2.1 第四系土層

素填土（Q4ml）：褐紅色、灰白色，軟塑、松散，土質不均勻，主要為黏性土夾少量碎石，局部為混凝土碎塊。該層主要分布于邊坡格構區域，為格構施工回填平整邊坡新近填土，層厚1.0～2.5 m，物理力學性質差。

粉質黏土（Qel+dl）（滑體土）：褐黃色，可塑，土質不均勻，含大量碎石及角礫，該層為滑坡堆積土。厚度2.20～8.00m，土體本身濕度較大，物理力學性質較差。

粉質黏土（Qdel）：灰褐色，軟塑，土質不均勻。該層為滑帶土，厚度0.2～0.30 m，土體本身濕度較大，物理力學性質差，鉆探巖芯觀察未見明顯滑動痕跡或擦痕。

黏土（Qel+dl）：褐紅色，軟塑～可塑，土質較均勻。厚度1.40～6.20 m，土體本身濕度較大，物理力學性質差，局部可塑狀黏土為滑床。

1.2.2.2 泥盆系中統棋梓橋組（D2q）

中風化石灰巖：灰褐色，隱晶質結構，中厚層狀構造，裂隙較發育，巖芯較完整，以柱狀為主，柱長為10 cm～30 cm，巖質較硬，錘擊聲脆。全部鉆孔揭示，該層未揭穿，揭露層厚3.20 m～7.90 m。此層石灰巖，可識別結構及構造，巖芯完整，這次勘探2 個鉆孔鉆遇溶洞，全充填，充填軟塑狀黏土，其他鉆孔見溶蝕現象以及小溶孔。

1.2.3 地質構造與地震

據《1 ∶20 萬邵陽幅區域地質報告》，勘查區位于新華夏構造體系中，據現場調查并結合資料，未發現活動性斷裂構造跡象。

根據衡陽地震史和近期資料記載，場區從未發生過大于Ⅵ級的地震，屬弱震區。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015），場區地震設防烈度為等于Ⅵ度區，地震動峰加速度值a=0.05 g，地震動反應譜特征周期Ts=0.35s。

1.2.4 水文地質條件

1.2.4.1 地下水類型

場區地下水類型主要為第四系土層中的上層滯水與巖溶裂隙水。第四系上層滯水主要賦存于第四系土層中，其水量季節變化大，雨季時水量較大，旱季時干涸。巖溶裂隙水賦存于下伏基巖巖溶裂隙中，埋藏較深，滑坡后緣鉆孔均未見水位，中部鉆孔以及前緣鉆孔地下水位埋深2.6～15.6 m，水位年變幅2～4 m。

1.2.4.2 地下水的腐蝕性評價

這次勘探采取鉆孔水樣進行化驗與分析，根據試驗結果，判定場區內地下水化學類型屬HCO3--SO42-/K++Na+-Ca2+型，按《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）（2009 年版）[1]，可判定場區地下水對混凝土結構及混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性。

1.2.5 不良地質現象及特殊性巖土

經現場工程地質鉆探以及調查，場區巖溶稍發育，2 個鉆孔鉆遇溶洞，溶洞內全充填粉質黏土，厚度0.50～0.60 m，其他鉆孔見溶蝕現象以及小溶孔。

區內特殊性巖土主要為素填土，呈紅褐色、灰白色，軟塑，主要成分為黏性土夾少量碎石組成，局部為混凝土塊，厚度1.0～2.5 m，未完成自重固結，系新近填土。

2 設計標準

根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）（2016 年版）和《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015），場區地震設防烈度為Ⅵ度[2]，地震動峰加速度值a=0.05g，地震動反應譜特征周期Ts=0.35s。

20 年一遇最大小時降雨量為40.6 mm，50 年一遇最大小時降雨量為93.0 mm。

截排水溝采用20 年一遇小時暴雨強度作為設計標準，50年一遇小時暴雨強度校核。

截排水溝設計流速最小為0.4 m/s；排水溝超高標準：超高20 cm。滑坡治理工程等級為II 級，一般工況下安全系數取1.25，自重+降雨（飽和）工況下安全系數取1.05，結構重要性系數為1.0。

3 地質災害體穩定性計算及評價

3.1 確定計算剖面

滑坡穩定性計算選取1-1'、2-2'、3-3'、4-4'共4 條剖面進行計算，并對可能的滑動面進行穩定性計算，為工程設計提供依據。

3.2 確定計算參數

根據《祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體滑坡重大地質災害詳細勘查報告》提出的滑坡體重度、c、?值，在這次設計進行復核[3]。滑坡區內巖土體力學參數詳見0.3 勘查主要結論中表0-1 以及表0-2。

3.3 穩定性計算結果

滑坡使用滑坡推力核算，旨在為滑坡在各種施工環境下的穩定水平評估和預防提供參考。計算負載需要考量地下水、降雨、滑坡體自身質量等要素。

3.3.1 自重

滑體自身質量施加在條塊位置的最核心的作用力。自然施工環境下，地下水位下方與上方分別采用飽和重度與天然重度；暴雨施工情況下，參照《地質災害防治工程勘查規范》（DB 50/143—2003）第12.1.6 條，降雨級別達到暴雨時應充分重視降水對滑坡體自身質量的作用，降水滲透區域按照飽和重度核算，降水滲透區域與地下水位之間的區域依舊使用天然重度，降水滲透深度根據降雨力度、土地滲透水平等一同評估，鑒于滑體土不夠緊實、降水容易滲透，可以將整個滑體都劃歸為滲透范圍，滑體使用飽和重度，滑體表面使用飽和重度。

3.3.2 水壓力

水壓力通常是由浮托力、動水與靜水壓力3 個部分組成的。

暴雨施工情況下，降水順著裂縫進入滑帶周圍，構成地下水滲流，會形成動水壓力，另外，地下水滲流也導致浮托力出現，使滑床抗力減少，進而導致抗滑力下降，動水壓力和浮托力為影響滑坡穩定性的關鍵因素之一。

地震荷載：根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）的規定，場地位于抗震設防烈度為Ⅵ度區，不計地震荷載。

應根據其危害水平和有可能導致的物質損失、荷載組合、穩定性核算、施工情況等進行滑坡治理，見表1。具體計算結果見表2。

表1 穩定性計算工況、荷載組合

表2 祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體滑坡穩定性計算結果

這次設計對祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體滑坡穩定性計算選取4 條剖面對滑動面進行穩定性計算。根據穩定性計算結果，可得出如下結論：在天然工況下，祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體滑坡整體均處于穩定狀態[4]。

在暴雨工況下，祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體滑坡整體均處于欠穩定～不穩定狀態。

3.4 滑坡參數敏感性分析

滑坡選取2-2'剖面作為分析剖面，見表3。根據表3 滑坡2-2'剖面（暴雨工況）參數反演表數據，畫出滑坡2-2'剖面參數反演成果C-?關系（F=1.0）曲線、F-?關系曲線及F-C關系曲線，如圖1～圖3 所示。

圖1 滑坡2-2'剖面參數反演成果C-?/關系（F=1.0）曲線

圖2 滑坡2-2'剖面參數反演成果F-?/關系曲線

圖3 滑坡2-2'剖面參數反演成果F-C 關系曲線

表3 滑坡2-2'剖面（暴雨工況）參數反演表

由圖2 可見，F-?關系曲線中的直線簇傾角為15°，圖3F-C關系曲線中的直線簇傾角為23°，因此表明暫時穩定系數F對黏聚力的反應比對的內摩擦角反應靈敏。

3.5 穩定性綜合評價

由穩定性計算結果可知：天然狀態下，滑坡體處于暫時穩定狀態，但是在暴雨或強降水狀態下，滑坡體處于不穩定狀態。顯然，計算結果與滑坡現狀穩定、在暴雨（飽和）狀況下滑坡裂縫擴展，滑坡進一步發展的結論是相吻合的，從而也驗證了穩定性定性判斷的正確性和調查結果的可靠性。

根據現場勘查，目前坡體已經發生過滑動，但是大部分滑體仍堆積于原滑動面上，且原有格構、擋土墻已失效，且滑坡后緣已經形成新的臨空面，如果遇到連續降水或強降水，滑體將繼續下滑并且帶動滑坡后壁以上土體下滑。雖然現在已經采取了緊急除險措施，但是為了徹底消除滑坡的威脅，必須采取相應的工程支擋措施，因此必須盡快對該處地質災害點進行治理，以免造成人員傷亡和財產損失。

4 結語

綜上所述，通過勘查可知，祁東縣玉合街道祁豐社區九塘組山體滑坡重大地質災害能治可治，只要設計合理，施工得當，完全可以達到消除滑坡隱患的目的，保證當地居民安居樂業，減災效益明顯。項目的實施還可為區內的經濟發展提供良好的外部條件，所創造的社會效益顯而易見。