石 洋，趙小鑫，楊欣玥，唐 磊，董建輝*

（成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106）

1 概述

我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，在西南地區(qū)，斜坡、泥石流等災(zāi)害問題尤為常見。我國多年來經(jīng)過大量的研究人員分析、推論，對斜坡的變形機(jī)制以及穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的研究分析，總結(jié)出許多相關(guān)研究方法。許向?qū)幍龋?］結(jié)合現(xiàn)場勘探資料和極限平衡法分析，研究了巴中市南龕斜坡變形破壞機(jī)制與穩(wěn)定性； 任幼蓉［2］利用板裂結(jié)構(gòu)理論和宏觀地質(zhì)法，研究了五峰山斜坡的變形破壞機(jī)制； 黃波林［3］通過現(xiàn)場詳細(xì)勘察和極限平衡法，研究了廖家坪高陡斜坡的變形破壞機(jī)制和穩(wěn)定性； 李滄海［4］結(jié)合現(xiàn)場勘察資料和極限平衡法，研究了柒樹灣不穩(wěn)定斜坡的變形機(jī)制及穩(wěn)定性；陳全明等［5］通過數(shù)值模擬分析，研究了陡傾順層巖質(zhì)斜坡傾倒變形破壞機(jī)制； 宋彥輝等［6］通過定性分析和定量計(jì)算，研究了茨哈峽水電站右壩肩順層巖質(zhì)斜坡的破壞模式； 張宏陽［7］通過結(jié)合監(jiān)測資料分析和數(shù)值模擬，分析了重慶市某廣場不穩(wěn)定斜坡變形機(jī)制和在降雨、庫水位變化等多種情況下的穩(wěn)定性； 吳道勇［8］通過現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)值仿真試驗(yàn)，研究了地震作用下松散堆積層緩斜坡的變形機(jī)制及破壞模式； 史文兵［9］通過現(xiàn)場調(diào)查、過程模擬，研究了貴州煤洞坡變形體在地下開采活動影響下的斜坡變形破壞機(jī)制； 陳占岺［10］利用數(shù)值模擬分析，研究了魯?shù)橥跫移滦逼略诒┯辍⒌卣鹎闆r下的穩(wěn)定性。

本文在現(xiàn)場地質(zhì)勘察資料基礎(chǔ)上，通過傳遞系數(shù)法，對大茶園斜坡影響因素和變形機(jī)制進(jìn)行分析研究，評價斜坡穩(wěn)定性，為斜坡的預(yù)防和治理提供依據(jù)。

2 斜坡區(qū)域概況

研究區(qū)域位于四川省綿陽市安縣茶坪鄉(xiāng)萬佛村境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°27'，北緯31°68'。區(qū)內(nèi)地形地貌主要以山地為主，為構(gòu)造侵蝕中山地貌，地勢整體呈南西高、北東低； 山體斜坡上下陡峻、中間平緩，坡度約為10° ～50°，平均坡度為25°，工程地質(zhì)平面圖如圖1 所示。

圖1 工程地質(zhì)平面圖

3 斜坡基本特征

不穩(wěn)定斜坡平面形態(tài)呈“圈椅狀”，前緣寬175 m，后緣寬約80 m，縱長約120 m ～130 m，面積約19 000 m2，后緣高程1 170 m，前緣高程1 139 m，相對高差31 m，斜坡坡向?yàn)?72°，為一小型不穩(wěn)定斜坡（見圖2） ，斜坡體表面坡度一般為15° ～30°，平均坡度為25°，總體為前緣陡峭、中間平緩，斜坡剖面圖如圖3 所示。

圖2 大茶園斜坡全貌

圖3 大茶園斜坡剖面圖

不穩(wěn)定斜坡前緣有基巖出露，基巖與第四系覆蓋層交界處有樹木彎曲的現(xiàn)象，為不穩(wěn)定斜坡變形提供了證據(jù)（見圖4） 。

圖4 斜坡前緣樹木彎曲

大茶園斜坡體不穩(wěn)定斜坡前緣有一條較為發(fā)育裂縫（見圖5） ，該裂縫是地震過程中形成的地震裂縫。裂縫形態(tài)略具弧形，展布方向90°，寬度3 cm ～18 cm，深20 cm ～40 cm，長約180 m，側(cè)壁出露土性為含碎、塊石粉質(zhì)黏土，碎塊石成分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 約占35% ～45%。

圖5 裂縫

4 影響因素分析

4．1 地形地貌

斜坡區(qū)山體斜坡上下陡峻、中間平緩，坡度約10° ～50°，總體平均坡度為25°，多為第四系崩坡堆積層所覆蓋，局部有基巖出露，中部為開闊的斜坡平臺（見圖6） 。

圖6 斜坡中部全景

4．2 地層巖性

下伏基巖為寒武系下統(tǒng)清平組（∈1c） 砂巖，巖性為灰色薄～中層狀長石云母石英粉砂巖及鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖（見圖7） ，巖層產(chǎn)狀主要為264°∠59°。

圖7 斜坡區(qū)域附近出露粉砂巖

4．3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

研究區(qū)域地處四川龍門山褶斷帶與四川盆地結(jié)合部，分屬兩個一級構(gòu)造單元： 以大光包斜沖斷層為界，西北部屬龍門山地槽、東南部屬川西坳陷區(qū)；按構(gòu)造型式分為北東向擠壓帶、太平場旋轉(zhuǎn)構(gòu)造及綿陽帚狀構(gòu)造。龍門山地區(qū)受三種構(gòu)造形跡作用，褶皺、斷層極其發(fā)育，構(gòu)造十分復(fù)雜，區(qū)域穩(wěn)定性差。

工作區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度為0．15g，地震基本烈度為7 度，地殼穩(wěn)定性較差。

4．4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，地下水以變質(zhì)巖裂隙水為主，賦存于基巖裂隙中，次為第四系松散堆積層孔隙水。地下水受大氣降水補(bǔ)給，地下水徑流途徑短，水交替循環(huán)快，排泄于河谷地帶。

4．5 降雨量

研究區(qū)域總降雨量大，且主要集中于5 月～10 月，占年降雨量87%。年均降雨量1 261 mm，主要集中在5 月～10 月，占年降雨量87%，7 月降雨量最多，為309．7 mm，1 月上旬最少，為1．4 mm。雨季時有暴雨發(fā)生，是地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素。坡表雨水下滲，對潛在滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度有一定的降低。

5 斜坡變形機(jī)制及穩(wěn)定性分析

5．1 變形機(jī)制分析

受汶川“5·12”地震的強(qiáng)烈震動，大茶園不穩(wěn)定斜坡上產(chǎn)生規(guī)模較大的裂縫。由于斜坡地勢坡度較大，呈圈椅狀的地形，有利于匯集大量雨水，且地震作用后，該斜坡土體松動，形成裂縫，在降雨特別是暴雨等不利斜坡穩(wěn)定因素的長期累進(jìn)性影響和作用下，大量的地表水及大氣降水入滲至坡體內(nèi)部，造成斜坡土體重量增加，增大了孔隙水壓力，使處于極限平衡的坡體產(chǎn)生滑動；地表水及大氣降水變成地下水滲透到潛在滑動面（帶） 上，軟化滑動面，降低了抗剪強(qiáng)度，減弱了穩(wěn)定性，導(dǎo)致坡體變形失穩(wěn)滑移。

斜坡體內(nèi)無穩(wěn)定的地下水位，隨雨量的增加而改變，而且松散堆積物厚度大，結(jié)構(gòu)松散，以碎石土為主，為強(qiáng)透水層，而下伏地層的砂巖則為相對隔水層，其基覆界面滯水性對軟弱帶軟化飽水進(jìn)而土體滑移起著重要作用。巖性、構(gòu)造作用和地形地貌為不穩(wěn)定斜坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)及臨空面，斜坡巖體向臨空方向發(fā)生剪切蠕變，后緣拉裂產(chǎn)生裂縫，變形破壞模式為蠕滑—拉裂式。斜坡坡體中的軟弱層接觸面控制了坡體主應(yīng)力及滑移方向，大氣降水及地震對潛在滑帶土的軟化作用是不穩(wěn)定斜坡形成的主要引發(fā)因素。

5．2 穩(wěn)定性分析

5．2．1計(jì)算模型與工況

通過地質(zhì)調(diào)查、勘查、分析表明，該斜坡為松散堆積層斜坡，綜合確定斜坡的滑動帶（面） 呈折線形，5 －5'，6 －6'，7 －7'剖面其最危險(xiǎn)潛在滑面就是其基覆界面。

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡可能遭遇最不利情況，選取天然（Ⅰ） 、飽和（Ⅱ） 、地震（Ⅲ） 等三種工況來計(jì)算。

1） 工況Ⅰ：自重+天然狀況，考慮勘查鉆探時揭露的實(shí)際地下水位線，進(jìn)行計(jì)算。

2） 工況Ⅱ： 自重+ 暴雨?duì)顩r，考慮坡體處于全飽水狀態(tài)。

3） 工況Ⅲ：自重+地震狀況，考慮不穩(wěn)定斜坡受地震外荷載影響，設(shè)防烈度為7 度。

由于地震后覆蓋層結(jié)構(gòu)變得松散，透水性變大，未考慮動水壓力，同時在暴雨情況下易于飽和，因此工況Ⅱ考慮覆蓋層全飽水。

5．2．2計(jì)算方法與結(jié)果

考慮天然、暴雨、地震三種工況，采用綜合野外與室內(nèi)分析的潛在滑面來計(jì)算潛在滑面弧形，故穩(wěn)定性計(jì)算采用折線型滑動面計(jì)算公式，剩余下滑力計(jì)算按傳遞系數(shù)法。本次在不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性計(jì)算中，對5 －5' ～7 －7'剖面均進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果匯總于表1。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析評價，將穩(wěn)定性劃分為四級： 穩(wěn)定系數(shù)Fs≥1．15 為穩(wěn)定，1．15 ＞Fs≥1．05 基本穩(wěn) 定，1．05 ＞Fs≥1．0 為欠穩(wěn)定，F(xiàn)s＜1．0 為不穩(wěn)定。

表1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性和推力計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果表明：

1）5 －5'剖面潛在滑面在三種工況下都是處于穩(wěn)定狀態(tài)；

2）6 －6'剖面潛在滑面在三種工況下都是處于穩(wěn)定狀態(tài)；

3）7 －7'剖面潛在滑面在三種工況下都是處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)論

1） 安縣大茶園斜坡在汶川“5·12”地震之前未發(fā)生過任何變形現(xiàn)象，汶川“5·12”地震和降雨是斜坡產(chǎn)生變形的誘發(fā)因素。

2） 通過穩(wěn)定性分析計(jì)算，安縣大茶園斜坡體在三種工況下都是處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3） 其變形破壞模式為蠕滑－拉裂式，隨著中上部塊體向前推擠位移，斜坡上部墻體裂縫的剪切量會在牽引的作用下逐漸增大。