廣元市江口小學滑坡穩定性研究

王元新 ，劉建豹

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州 272100)

1 引 言

江口小學滑坡位于廣元市劍閣縣江口鎮江口小學內，為牽引式土質滑坡。目前江口小學滑坡處于蠕動變形階段，整體仍處于基本穩定狀態，但在暴雨工況下，可能處于欠穩定狀態或極限平衡狀態，嚴重威脅居民的生命財產安全。本文根據該滑坡的變形形成機制，結合其所處的地質環境條件，運用瑞典條分法、傳遞系數法對該滑坡的穩定性進行評價，對確保滑坡體上居民生命財產的安全具有重要的實際意義［1］。

2 滑坡區概況

2.1 地層巖性

區內出露地層自上而下主要為人工填土、第四系含碎石粉質粘土及白堊系劍門關組上段(K21j)泥質粉砂巖。地層發育較完整，其中基巖小范圍有出露。

(1)第四系(Q)。區內第四系分布較廣，厚度變化較大，覆蓋于中生代地層之上。主要由人工填土、聞溪河沖洪積層(含碎石粉質粘土(Qal+pl)和砂卵(漂)石層)及山前殘坡積含碎石粉質粘土(Qel+pl)組成。

(2)白堊系劍門關組上段泥質粉砂巖(K21J):主要出露于滑坡的前后緣處，巖性以紫紅色泥質粉砂巖為主，厚層狀～巨厚層狀，強風化－中風化，地層產狀為:傾向355°～100°，傾角較緩，為4°～6°，節理裂隙稍發育，據區域地質資料，該層厚度為260 m～470 m。

2.2 地質構造、地震與新構造運動

區內地質構造屬梓潼向斜北翼，巖層產狀，傾向350°～10°，傾角一般為4°～6°，未見斷層及次級褶皺，地質構造簡單，勘查區為順向坡。工作區抗震設防烈度為7°，設計基本地震加速度值為0.15 g。設計地震分組為第二組。勘查區新構造運動以間歇性抬升為主，在河流沿岸斷續分布多級陡崖與階地，這些陡崖底部標高與階地標高大致相對應，陡崖分布與江河沖刷切割密切相關。

2.3 水文地質條件

區內地下水類型為第四系松散層中上層滯水和紅層裂隙水。上層滯水主要接受大氣降水補給，于坡體表面小水溝排出，斜坡體土以粉質粘土為主，滲透性較差，水量貧乏。紅層裂隙水受大氣降水和上層孔隙水補給，由于紅層以泥質粉砂巖為主，裂隙閉合，貫通性差，其賦水性差、流量小。總體，該區地下水貧乏。在坡體左前緣以外約50 m處見泉水出露，常年流量穩定，平均流量約100 ml/s。由于表層填土厚度分布不均，松散、欠固結，上層滯水未形成統一含水層，基巖裂隙水埋深較深［2］。

2.4 人類工程活動

區域內無大型工礦企業，主要為江口小學教學場所。區內工程經濟活動以農耕墾殖，其中破壞地質環境的人類工程活動主要有復建住宅及其他建筑、修路時對山體進行了一些規模不等的切坡及在學校多期建設中由于切坡形成了Ⅰ、Ⅱ兩級平臺。人類工程活動對滑坡的穩定性有一定的影響。

3 滑坡體特征

區內海拔高程400 m～700 m，相對高差300 m，屬侵蝕剝蝕低山臺梁寬谷中坡地貌。臺梁頂部平闊寬展，山坡呈階梯狀，主要分為3 個臺階(河漫灘、一級階地、二級階地)。

江口小學滑坡位于聞溪河右岸低山斜坡地帶，屬第四系填土及含碎石粉質粘土斜坡，是典型的聞溪河一級階地。坡體地勢前緩后陡，形狀沿學校圍墻，長度約100 m，最大寬度約110 m，面積為0.01 km2，坡體土體厚度4.2 m ～11.7 m，平均厚度為8 m，斜坡體方量約為80 000 m3，屬小型滑坡。地面高程為421 m ～447 m，最大相對高差26 m，坡體平均坡度25°，總體坡向355°。在學校多期建設中由于切坡形成了Ⅰ、Ⅱ兩級平臺，Ⅰ、Ⅱ平臺前緣設擋土墻，墻高約2 m ～6 m。Ⅰ級平臺為學校操場，下方是一個天然斜坡，坡體前緣設有擋墻，緊鄰高江路。Ⅱ級平臺為辦公樓及教學樓。區內植被較差，除山頂上有少量成片樹林外，其余地段皆為灌叢、耕地和荒坡。

根據現場地質測繪、地質調查及結合前期成果綜合分析，斜坡邊界的判定主要以基巖的出露、地表出現的變形開裂、地形變化和微地貌變化為依據。前后緣邊界主要位于巖層分界線上，前后緣均有基巖出露，前緣位于聞溪河右河岸高江路上，河岸有基巖出露，出露巖層產狀10°∠6°。后緣位于江口小學校門處，后面為一基巖出露陡坎，后緣出露巖層產狀355°∠4°。左右邊界以圍墻變形破壞劇烈、地裂縫為判定依據，判定左右邊界分別位于學校左右圍墻處，如圖1所示。

圖1 江口小學區域地質平面圖

4 滑坡變形形成機制

江口小學不穩定斜坡屬第四系堆積層填土及含碎石粉質粘土斜坡。根據踏勘及現場勘探分析地形地貌、巖土性質、水文地質條件和人類工程活動是影響該斜坡穩定性的因素。其中造成滑坡滑動的主要外界影響因素是大氣降水和地震作用。該斜坡自1998年9月16日以來發生變形，5·12 汶川大地震導致江口鎮小學靠近斜坡后緣一幢綜合樓地面開裂長30 m，裂縫寬2 cm～5 cm，目前已成為危房而停止使用，目前在小學操場及前緣圍墻多處形成寬5 cm ～10 cm的拉張裂縫，在暴雨以及前緣聞溪河河水位上漲條件下，地表水從地表裂縫流向坡體內，致使土體飽和，自重加大，潛在滑動面處的土體抗剪強度降低，減少了抗滑力，有利于潛在滑動面的進一步發展及貫通，最終導致斜坡失穩［3］。同時江口小學生活污水管道陳舊，有漏水現象，也不利于斜坡的穩定。

5 滑坡穩定性分析

5.1 滑坡穩定性宏觀分析

據調查訪問，江口小學不穩定斜坡存在不同程度的變形，主要表現在坡體表面、建筑物裂縫，根據斜坡體的變形特征。目前，該滑坡在天然狀態下處于基本穩定～穩定狀態階段，其變形主要為地面裂縫。但在暴雨等因素誘發下，降雨一方面使坡體重度加大，另一方面雨水沿地面裂縫和基巖裂隙下滲形成地下水，使滑帶及滑體抗剪強度降低。由于滑坡前后緣高差較大，前緣有臨空面，在重力作用下土體可能沿剪切面滑動，使不穩定斜坡處于欠穩定～基本穩定狀態，嚴重威脅斜坡體上江口小學師生的生命財產安全。同時，也對前緣高江路造成破壞，甚至可能對前緣的聞溪河造成堵塞。

5.2 滑坡推力計算及穩定性評價

(1)荷載組合

本次斜坡推力計算，目的是為斜坡在不同工況條件下的穩定性評價及斜坡防治提供依據。計算荷載考慮滑體自重、地表荷載、暴雨、地下水、河水位、河水位降落、地震等因素。

(2)計算剖面、方法及參數選擇

①計算剖面

本次穩定性計算選取1－1'剖面作計算剖面，如圖2所示，分別對4 個可能的潛在滑面進行穩定性計算，最終選取穩定性系數最低、下滑推力最大的滑面作為最不利滑面，并為工程治理提供依據，4 個潛在滑面分別為:

滑面1:堆填土內部最不利滑面(自動搜索)，滑面不涉水;

滑面2:堆填土內部最不利滑面(自動搜索，墻頂剪出口)，滑面不涉水;

滑面3:素填土與含碎石粘土接觸面，滑面不涉水;

滑面4:含碎石粘土與下伏基巖接觸面，滑面涉水。

圖2 劍閣縣江口小學不穩定斜坡工程地質剖面圖(1－1')

②計算方法

a.圓弧滑動法—滑面1、滑面2

滑面1、滑面2 為堆填土內部滑動，屬典型的土質滑坡，滑動面近似圓弧形，滑坡穩定性計算方法采用圓弧滑動法計算安全系數和滑坡推力，其最不利滑面采用自動搜索確定。

b.傳遞系數法—滑面3、滑面4

滑面3 為素填土與含碎石粘土接觸面，滑面4 為含碎石粘土與下伏基巖接觸面，其滑面形態均呈現折線形，可采用傳遞系數法計算潛在滑面穩定性及滑坡推力［4］;

③參數選擇

滑坡目前整體處于基本穩定狀態，前緣亞區現狀處于蠕動變形階段，滑面尚未完全形成貫通，滑面抗剪強度指標應根據室內試驗、反演分析、工程類比及參考地區經驗等來綜合確定，如表1所示。

反演分析選取前緣填土內部滑面作計算模型，反演條件選擇暴雨工況條件下，穩定系數取Fos=1.03，反算方法可采用圖解法，并綜合考慮室內試驗數據，最終確定抗剪強度指標［5］。

表1 滑坡穩定性計算參數綜合推薦表

5.3 穩定性計算及結果評價

本次計算采用北京理正巖土設計軟件進行剩余下滑力計算，如表2所示。

表2 穩定性計算成果表

本次穩定性計算選取1－1'剖面作計算剖面，通過分別對4 個潛在滑面進行穩定性計算，為本次斜坡體最不利滑面，并為后續工程治理提供設計依據。

5.4 敏感性分析

影響堆積體穩定性的主要因素包括滑帶抗剪強度參數(C、φ 值)、滑體飽水情況及滑體容重的變化等。其中，滑體容重的確定主要根據土工試驗，其取值相對較準確，而C、φ 值的取值中影響因素較復雜。本次勘查主要以C、φ 值作分析，研究其對滑坡穩定性的作用。計算中選取1－1'剖面作為計算的基礎。由此求得不同取值情況下的穩定性系數。

通過敏感性分析，在Φ=10.6°、C=20.2 kPa處，φ 升高1°，穩定系數K 值大約提高5.05%;C 值提高1 kPa，穩定系數大約增大3.45%;地下水位抬升0.1 m，穩定系數大約下降1.825%。由此可見，φ 值對穩定系數的影響最大，其次是C 值，地下水位影響最小。

5.5 防治工程方案建議

根據本次勘查，在掌握斜坡可能形成滑坡的機制和主要誘發因素基礎上，對其進行工程治理，主要采取截排水和抗滑支擋相結合的綜合治理工程措施。

(1)截排水工程

地表水和地下水對滑坡體的穩定性有重要影響，因此必須進行治理，建議如下:

①經調查，學校的排水系統陳舊，甚至在有些部位未設排水設施，故對斜坡外圍平臺修建截水溝，防止地表水下滲至滑坡體內;

②沿坡體上的修建排水溝，并與學校、高江路排水系統相連接，使之形成一個完整的排水系統。

(2)抗滑支擋工程

①對高江路內側原有擋墻進行加固和修復(加高加厚)，并增加適量的泄水孔;亦可重新修建擋墻，完善排水設施。

②在高江路擋墻內側處修建一排抗滑樁。

(3)對現有地面裂縫進行封填。

(4)因該處產生滑動的主要為填土內部，且填土主要分布在Ⅰ級平臺前緣，故從技術和經濟角度可采用清方減載的方案，但考慮學校Ⅰ級平臺為學生主要的活動場所之一，且學校的土地資源相對緊缺，經征求校方意見，認為采用清方減載的方案不可行。

6 結 語

在“5.12”大地震后，江口小學不穩定斜坡表面形成大量下錯、拉張裂縫，在暴雨條件下，地表水從地表裂縫流向坡體內。由于斜坡上部土層結構松散，欠固結，透水性較好，致使土體飽和，自重加大，潛在滑動面處的土體抗剪強度降低，從而使土體沿斜坡向下緩慢滑移，有利于潛在滑動面的進一步形成及貫通，最終導致斜坡失穩。江口小學不穩定斜坡一旦變形失穩，就可能產生整體滑坡或局部滑坡，將直接危及斜坡上部操場上的師生、中部與后緣的教學樓、辦公樓、教工宿舍以及其中教職員工及師生。同時造成高江路(該道路是江口鎮至高觀的重要道路)堵塞，甚至可能對聞溪河造成一定的堵塞，形成“堰塞湖”，該斜坡的潛在危險性大，通過截排水和抗滑支擋相結合的綜合治理工程措施，目前坡體是穩定的。

［1］程建軍，廖小平，王浩等．滑坡推力計算方法的對比研究與應用［J］．水文地質工程地質，2008(1):44～48．

［2］王恭先，徐峻齡，劉光代等．滑坡學與滑坡防治技術［M］．北京:中國鐵道出版社，2004:94～106．

［3］黃潤秋．20 世紀以來中國的大型滑坡及其發生機制［J］．巖石力學與工程學報，2007，26(3):433～455．

［4］時衛民，鄭穎人，唐伯明．滑坡穩定性評價方法的探討［J］．巖土力學，2003，24(4):245～255．

［5］周海清，劉東升，陳正漢等．基于傳遞系數法的滑面指標反算方法的研究［J］．地下空間與工程學報，2010，6(6):1161～1167．