涇陽南塬邊坡穩定性理正模擬分析

王文勝

(西北大學地質學系，陜西 西安710069)

涇陽南塬位于陜西省涇陽縣境內的涇河右岸，是渭北黃土臺塬的組成部分。橫跨太平、蔣劉、高莊三個行政鄉，東西長達27.1 km。該區地形高差大，坡度陡斜，直接以陡坡形式與涇河漫灘相接，加之涇河不斷侵蝕，在人類工程活動密集地帶，常發生崩岸型滑坡，對當地人民的生命財產造成較大威脅。

1 研究區概況

1.1 地形、地貌及地層結構特征

涇陽南塬屬于黃土臺塬地貌，出露的地層為典型的風成黃土—古土壤序列。塬邊地貌單元不同，地層出露的厚度也不同，以五級階地出露的地層最厚。

此外，該區黃土覆蓋較厚，上部厚約10～15m的上更新統馬蘭黃土與其下伏的中更新統離石黃土是組成塬體的主要物質。塬面高程為420～490m左右，微向西南傾伏。塬北側由于長期受到涇河的強烈側蝕，形成了高為50～90m的陡峻斜坡。以太平鄉的寨頭村為界，涇陽南源從太平鄉棗坪村至高莊鄉長約27.1 km的塬邊斜坡可分為上下游兩段。上游段(即西段)為涇河四級黃土堆積階地經后期強烈的側蝕而形成的陡坡。底部出露的土層一般為第五層古土壤(S5)或第六層古土壤(S6)，相對高差為50m左右，坡度為45°～70°。下游段(即東段)為五級黃土堆積階地被強烈側蝕而形成的陡坡，底部一般出露第九層(S9)或第十層古土壤(S10)，相對高差為60～90m，坡度為45°～70°。這兩級階地均為嵌入式黃土堆積階地，下部土層埋入河漫灘相堆積。

1.2 水文條件

1.2.1 地表水

區內地表河流主要是穿越渭北黃土臺塬的涇河。涇河發源于寧夏回族自治區涇源縣老龍潭，為渭河的一級支流。涇河河道深切，蜿蜒曲折，曲折系數為1.6，平均比降為2.5‰。涇陽南塬處在涇河的下游。

1.2.2 地下水

塬區資料表明，涇陽南塬的地下水屬潛水類型。在塬區儲存于黃土層中，而在河谷地帶儲存于沖積層中，為中等富水區。地段不同，地下水的儲存層位和埋深也不同。在上游段，潛水一般儲存在第五層黃土(L5)中，其下的第五層古土壤(S5)起到了隔水層的作用，埋深約為40.50m。在塬邊，地下水一般從第五層古土壤頂部浸出，見圖1，形成明顯的潮濕條帶。在下游段，地下水埋深較大，約50～70m。第九層黃土(L9，即第一粉砂層)是主要含水層，也是源邊地下水排出的主要層位。

圖1 太平四級階地地下水從S5出露

2 模擬分析

理正模擬用的是極限平衡法中的瑞典條分法(圖2)，又稱弗倫紐斯條分法，其基本假設有以下幾點:①滑面為圓弧面;②垂直條分;③每一分條兩側所受合力為零;④所有分條的安全系數均相同。所以，瑞典條分法是條分法中最古老、最簡單的一種方法。

圖2 瑞典條分法

利用理正軟件中的邊坡穩定分析模塊進行數值模擬，各層參數設置如表1。

其中，定義L9下底面為零參考面，向上為正，向下為負;S7、L8、S8、L9各項參數由試驗得到，S7以上土層視為單一土層，參數值為查閱資料大致取的平均值。現場踏勘發現L9部分出露地下水，故地下水位線設置為穿越地層L9;模擬的條件是輸入с、φ值，自動搜索最危險滑面并得出該滑面的穩定性系數K，模擬結果如圖3。

表1 瑞典條分法數值模擬各項參數

圖3 理正模擬結果圖

自動搜索出最危險滑面的穩定性系數K=0.451。由于瑞典條分法忽略了條間力的相互作用，不能滿足所有的靜力平衡條件，得出的安全系數一般比其它嚴格的方法小10%～20%;尤其是在圓弧圓心角較大，并且有孔隙水作用時，得到的K值可能比其它嚴格的方法小一半。

假定該滑面的K=1，在此條件下模擬出相應土層的с、φ值如表2。

表2 K=1時理正數值模擬得出的с、φ值

3 結語

(1)通過野外實地踏勘和模擬分析，得出涇陽南塬黃土滑坡的形成主要是地表水和地下水共同作用的結果。

(2)由表2可知，當K=1時，各土層的內摩擦角φ隨著粘聚力с的增加逐漸降低，直到減小為零。將表2繪制在一張圖中，如圖4，可以清楚的看到二者具有很好的線性關系。

圖4 粘聚力С與內摩擦角φ關系

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