劉永波，和春華，仇海亮

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072;2.四川水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

中江某斜坡穩(wěn)定性影響因素分析及優(yōu)化治理

劉永波1，和春華1，仇海亮2

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072;2.四川水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

通過對該斜坡的地質(zhì)調(diào)查、勘探試驗和分析研究，查明斜坡的成因及潛在滑動面，在宏觀定性評價的基礎(chǔ)上，用極限平衡法對斜坡各種工況的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析和評價，并通過對影響該邊坡穩(wěn)定的影響因素敏感性分析，找出主要影響因素，提出采取工程量小、易于施工、投資少且安全可靠的可行性治理方案。

斜坡;穩(wěn)定性計算;影響因素敏感性分析

該斜坡位于四川省中江縣一鄉(xiāng)村，斜坡上有大量村民房屋，斜坡前緣臺地分布大量農(nóng)田。該斜坡整體處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，局部穩(wěn)定性較差，在強(qiáng)降雨或地震作用下，曾發(fā)生過局部淺、表層土體蠕滑或滑塌，直接威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳拓敭a(chǎn)及農(nóng)田耕地的安全。當(dāng)?shù)氐貫?zāi)防治部門初步宏觀判斷此邊坡為一潛在滑坡，曾考慮采用抗滑樁、削坡減載等措施對邊坡進(jìn)行治理，但由于該斜坡物質(zhì)組成、影響因素、邊界條件、破壞機(jī)制等不明確，初擬的治理措施針對性不強(qiáng)，因此，在補充適量勘探試驗工作，并進(jìn)行分析評價后，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性影響因素敏感性分析，有針對性地采取了經(jīng)濟(jì)合理的工程處理措施。

1 基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

該邊坡地貌上表現(xiàn)為侵蝕切割型脊?fàn)畹蜕?，后緣為中高山地貌，高程?00～1200 m，坡度為35°～55°，坡面基巖裸露，坡體穩(wěn)定。向下分布多爪狀沖溝，溝谷深切呈“V”字形，谷寬200～300 m。

斜坡分布于前緣坡腳地帶，分布高程430～500 m，相對高差約70 m。邊坡后緣高程約500 m，斜坡中、上部坡度15°～25°，地形呈階梯狀，植被較發(fā)育，坡面局部堆積殘坡積物，為居民聚集區(qū);前緣最低處為廖家溝，高程約430 m，斜坡下部地形較緩，坡度12°～18°，下部平臺為大面積耕地。該斜坡呈長條形，為土質(zhì)斜坡，坡體以含碎塊石粉質(zhì)粘土為主，局部低洼處出露基巖;該潛在不穩(wěn)定斜坡區(qū)域順主滑方向長約205 m，垂直主滑方向?qū)捈s270 m，總面積約1.68萬m2，平均厚度約11.3 m，體積約19萬m3。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和勘探，不穩(wěn)定斜坡區(qū)內(nèi)及其附近出露的地層主要為第四系全新統(tǒng)崩坡積堆積層，按其層次結(jié)構(gòu)可分為三層:①粉質(zhì)粘土或夾碎塊石粉質(zhì)粘土，厚度0.5～3.0 m，位于斜坡之上的民房區(qū)表層;②含碎、塊石粉質(zhì)粘土，分布于整個斜坡大部分坡地上，厚度10.0～15.0 m。③淤泥質(zhì)土層，位于坡體右側(cè)下部，厚度約6.50 m，頂板埋深11.5 m，但分布范圍較小。下伏基巖主要為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)灰色、灰紫色塊狀細(xì)粒長石砂巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

該邊坡位于龍泉山背斜北端西翼近軸部，在其東側(cè)即東翼近軸部發(fā)育有合興鄉(xiāng)斷層。受構(gòu)造作用影響，區(qū)內(nèi)巖體中多發(fā)育兩組壓扭性“X”裂隙與縱張裂隙、橫張裂隙。

1.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的水力性質(zhì)、水力特征及賦存條件，可將區(qū)內(nèi)地下水劃分為第四系松散堆積層孔隙潛水和基巖裂隙水。

1.4.1 松散巖類孔隙水

主要賦存于第四系人工堆積層、坡殘積層等松散堆積層中，以潛水為主，水位變化大，含水層較薄，分布面積較小，受季節(jié)性影響明顯。崩坡積含塊碎石土層滲透性較強(qiáng)，與地表水有密切的水力聯(lián)系，水位受季節(jié)變化明顯。

1.4.2 基巖裂隙水

主要賦存于侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)巖層中。此類型水的存在可降低巖體的抗剪強(qiáng)度，加快巖石風(fēng)化，降低巖體的穩(wěn)定性。

此外，區(qū)內(nèi)地表水蓄積較豐富，坡體后側(cè)寬緩臺地上分布有大小池塘共7個，在后側(cè)靠山腳下還有都江堰灌區(qū)的人民渠流過，這些地表水體在一定程度上改變了區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境。

1.5 不良地質(zhì)現(xiàn)象

勘查區(qū)內(nèi)的不良地質(zhì)現(xiàn)象為坡面表層滑塌或溜滑。在雨季，沖溝兩側(cè)覆蓋層局部因土體飽和而產(chǎn)生滑塌或溜滑，但規(guī)?？傮w較小。

1.6 人類工程活動

該區(qū)破壞地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動主要有鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)坡體開挖形成不穩(wěn)定高陡邊坡、局部坡體加載、道路交通建設(shè)不合理邊坡開挖等，這些活動對坡體的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響。

2 斜坡變形特征

2.1 潛在滑動面和分布形態(tài)

該斜坡坡體未發(fā)生過整體滑移或顯著變形破壞，以坡體中上部局部蠕滑變形為主，變形區(qū)域相對較小，坡體整體變形破壞跡象不明顯?？碧浇沂酒麦w內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)有發(fā)生過滑移變形的滑動面或剪切破壞的結(jié)構(gòu)面。根據(jù)斜坡整體形態(tài)特征及坡體物質(zhì)組成特征，結(jié)合鉆探取芯，推測基覆面為斜坡的潛在滑動面。同時，由于坡體整體基覆面呈現(xiàn)臺階狀，上、下部較緩，中部較陡，且坡面中部向下部過渡段坡度明顯變陡，并結(jié)合坡體中上部變形發(fā)育跡象，推測在坡體中、下部交接處為潛在剪出口。由此可見，坡體潛在滑動面后緣基本沿坡體中上部變形區(qū)上邊界出露，前緣從坡體中部向下部過渡帶剪出，埋深變化不大。

2.2 不穩(wěn)定斜坡的影響因素和變形破壞機(jī)制

該斜坡主要發(fā)育于第四系殘坡積松散堆積體中。坡體物質(zhì)主要由粉質(zhì)粘土、含碎塊石粉質(zhì)粘土組成，結(jié)構(gòu)松散、孔隙率大、滲透性強(qiáng)，降雨和大量地表徑流進(jìn)入坡體內(nèi)部是其發(fā)生局部滑移破壞的最主要激發(fā)因素。在雨季，降雨和大量地表徑流進(jìn)入坡體內(nèi)部，使土體達(dá)到近飽和或飽和狀態(tài)，對土體產(chǎn)生浸泡軟化，使土體抗剪強(qiáng)度大大降低;同時水流在土體中滲流會產(chǎn)生與下滑力同向的滲透壓力，從而大大降低了坡體中上部的穩(wěn)定性;該坡前緣為廖家溝，有一定臨空面，有利于坡體下滑，加之基覆面粘粒含量較高，碎石含量較少，力學(xué)強(qiáng)度低，在外界因素的觸發(fā)下，堆積體易沿下伏基巖表面下滑;此外該區(qū)人類工程建設(shè)、農(nóng)耕對坡體具有一定的擾動，近年來四川汶川特大地震、廬山地震等地震活動起外因誘導(dǎo)作用。以上幾種因素的綜合作用下，使坡體局部發(fā)生蠕滑變形，地表產(chǎn)生裂縫，局部的滑移或垮塌必然影響到上部坡體內(nèi)部受力狀態(tài)的改變或形成卸荷臨空面，進(jìn)而影響到坡體整體的穩(wěn)定性。

3 斜坡穩(wěn)定性計算評價

3.1 計算模型及荷載組合

本次計算，采用理正巖土計算軟件中的邊坡滑坍治理計算模塊，運用傳遞系數(shù)法對不穩(wěn)定斜坡坡體穩(wěn)定系數(shù)及剩余推力進(jìn)行計算。

穩(wěn)定性計算分為如下幾種工況:

(1)工況一 自重+地表荷載;

(2)工況二 自重+地表荷載+10年一遇暴雨(按20年一遇暴雨校核);

(3)工況三 自重+地表荷載+地震，系用勘查期間的地下水位。

通過系統(tǒng)分析得出不穩(wěn)定斜坡坡體有可能沿基覆面或潛在滑動面發(fā)生滑移，潛在滑動面為折線型，選取控制性剖面1-1'(圖1)、3-3'(圖2)，就各剖面分別進(jìn)行上述四種工況(含校核工況)下的斜坡穩(wěn)定性計算分析。

3.2 計算參數(shù)選取

根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，并參照類似工程經(jīng)驗，選取坡體穩(wěn)定性和剩余推力計算的土體物理力學(xué)參數(shù)(見表1)。

3.3 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算及結(jié)果評述

根據(jù)上述及表1的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行計算，將斜坡體在各工況組合下的穩(wěn)定性計算結(jié)果統(tǒng)計于表2。

3.4 影響因素敏感性分析

穩(wěn)定性的主要因素為基覆面或潛在滑動面的粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ。在各種工況條件下對1-1'剖面的穩(wěn)定系數(shù)與c、φ值的關(guān)系進(jìn)行因素敏感性分析。其結(jié)果分別見圖3-圖5。

根據(jù)計算結(jié)果可知:

(1)在天然工況下，穩(wěn)定系數(shù)對內(nèi)摩擦角比粘聚力敏感，內(nèi)摩擦角每增加0.5°，穩(wěn)定性系數(shù)增加0.029～0.031，而粘聚力每增加1 kPa，穩(wěn)定性系數(shù)僅增加0.017～0.020。

圖1 1-1'工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Engineering geological profile of section 1-1'

圖2 3-3'工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Engineering geological profile of section 3-3'

表1 穩(wěn)定性計算巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值Table 1 Stability calculation of physical mechanics parameters of rock and earth mass

表2 斜坡穩(wěn)定性計算成果表Table 2 Slope stability calculation results

圖3 1-1'剖面工況一影響因素敏感性分析圖Fig.3 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the first condition

(2)在暴雨工況下，穩(wěn)定系數(shù)對內(nèi)摩擦角比粘聚力敏感，內(nèi)摩擦角每增加0.5°，穩(wěn)定性系數(shù)增加0.022～0.023，而粘聚力每增加1 kPa，穩(wěn)定性系數(shù)僅增加0.017～0.018;同時，穩(wěn)定系數(shù)較天然工況低，降低值0.197～0.272，說明坡體對降雨的入滲有敏感性，降雨影響坡體穩(wěn)定性。且暴雨工況下的穩(wěn)定系數(shù)較地震工況下的穩(wěn)定系數(shù)相對于天然工況要降低得多，說明降雨入滲相對于地震對坡體穩(wěn)定性的影響更大，暴雨工況更不利于坡體的穩(wěn)定。

圖4 1-1'剖面工況二影響因素敏感性分析圖Fig.4 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the second condition

(3)在地震工況下，穩(wěn)定系數(shù)對內(nèi)摩擦角比粘聚力敏感，內(nèi)摩擦角每增加0.5°，穩(wěn)定性系數(shù)增加0.026～0.028，而粘聚力每增加1 kPa，穩(wěn)定性系數(shù)僅增加0.018;同時，穩(wěn)定系數(shù)較天然工況低，降低值0.101～0.141，說明坡體對地震有敏感性，地震對坡體穩(wěn)定性不利。

圖5 1-1'剖面工況三影響因素敏感性分析圖Fig.5 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the third condition

4 治理

根據(jù)現(xiàn)場勘察［1-4］、邊坡穩(wěn)定性計算和影響因素敏感性分析結(jié)果，天然狀況下，邊坡處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)遇到10年一遇暴雨時或地震工況下，1-1'剖面和3-3'剖面中上部坡體處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，即坡體中上部現(xiàn)狀變形發(fā)育區(qū)存在從坡體中部與下部交接處剪出的可能性;各工況下在其對應(yīng)安全系數(shù)下的剩余推力均＜100 kN。由敏感性分析可以看出，地下水對坡體穩(wěn)定性的影響占主導(dǎo)地位。

由此，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，考慮到治理工程的經(jīng)濟(jì)合理性和方案的可行性［5-6］，對該邊坡采用地表截、排水措施，在坡體中后部(現(xiàn)狀變形發(fā)育區(qū)后側(cè))設(shè)置截水溝，同時，沿原天然水溝設(shè)置排水溝，排水溝起點與截水溝相連，形成坡體外緣和坡體內(nèi)的綜合截排水系統(tǒng)，將坡面和后側(cè)地表水引走，防止坡面水體滲入坡體內(nèi)部影響邊坡穩(wěn)定。同時，對邊坡設(shè)置地下水位和變形監(jiān)測網(wǎng)，對地下水位和坡體變形進(jìn)行觀測，如有異常再行處理。

5 結(jié)語

本文根據(jù)勘探試驗成果，在查明地質(zhì)災(zāi)害成因類型的基礎(chǔ)上，首先從宏觀角度對斜坡穩(wěn)定性進(jìn)行了定性評價，然后使用極限平衡法對該邊坡各種工況的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量分析，并針對影響邊坡穩(wěn)定的各影響因素進(jìn)行了敏感性分析，找出影響該邊坡穩(wěn)定的主要因素，從而有針對性地對該邊坡提出了工程量小、便于施工、投資少且安全可靠的邊坡治理方案，在確保當(dāng)?shù)鼐用窈拖虏扛匕踩那疤嵯?，?jié)省了工程投資，簡化了邊坡治理措施，為類似邊坡的治理提出了一種新的思路。

［1］ SL386—2007，水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ DZ/T0218—2006，滑坡防治工程勘察規(guī)范［S］.

［3］ DZ/T0219—2006，滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ GB50487—2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［5］ 劉漢東.邊坡失穩(wěn)定時預(yù)報理論與方法［M］.鄭州:黃河水利出版社，1996.

［6］ 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

(責(zé)任編輯:于繼紅)

The Research and Control of the Stability of a Slope in Zhongjiang River

LIU Yongbo1，HE Chunhua1，QIU Hailiang2
(1.Chengdu Engineering Corporation Limited，Power China，Chengdu，Sichuan 610072; 2.Sichuan Water Resources and Hydroelectric Investigation＆Design Institute，Chengdu，Sichuan 600072)

Through geological survey，exploration and analysis of the slope，the cause of the slope and the potential sliding surface are identified.On the basis of macro qualitative evaluation，the stability of various working conditions of the slope was quantitatively analyzed by the limit equilibrium method.And through the sensitivity analysis of the factors affecting the stability of the slope，the main factors affecting the stability of the slope are found out，and the feasible control scheme is proposed for the main influencing factors，which is of small amount of engineering quantity，easy construction，little investment and safe and reliable.

Slope;tability calculation;ensibility analysis of influence factors

TU413.6+2

:A

:1671-1211(2015)05-0608-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201505019

2015-06-22;改回日期:2015-07-17

劉永波 (1981-)，男，工程師，地質(zhì)工程專業(yè)，從事水利水電和巖土工程勘察工作。E-mail:121015827@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150911.0954.002.html數(shù)字出版日期:2015-09-11 09:54