反算法在某滑坡穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用

李 劍 偉， 楊 堉 果， 陳 清 泉

(四川省交通運輸廳交通勘察設(shè)計研究院，四川 成都 610017)

1 概 述

文中所研究的滑坡工程位于四川省渠縣境內(nèi)，發(fā)育于渠江某段航道的州河右岸,滑坡面積約為108 000 m2。該滑坡于2012年7月12日10～16時發(fā)生滑動變形, 滑坡前緣滑至州河中間，滑坡體侵占了州河的河道，嚴重影響到渠江某段航道的運營安全，引起了當?shù)卣褪『絼?wù)局的高度重視。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 自然地理及地形條件

渠縣屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫17 ℃，年平均降水量為1 014～1 281 mm，氣溫與降水趨于一致。

滑坡區(qū)整體地勢為北高、南低，地形較平緩，自然坡度為10°～20°，絕對高程為240～340 m，后緣局部可見基巖出露的陡崖。

2.2 地層巖性

工程區(qū)域主要出露的地層有: 第四系全新統(tǒng)殘積層(Q4el)含碎石粉質(zhì)粘土、第四系全新統(tǒng)滑坡堆積體(Q4del)滑坡碎裂巖體、三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)泥灰?guī)r，局部夾泥巖。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

滑坡區(qū)位于華鎣山背斜北段東翼木頭石附近與鐵山背斜斜鞍的連接處, 附近發(fā)育了一系列扭性斷層，滑坡區(qū)位于華鎣山斷裂的北段南東側(cè)，距華鎣山斷裂約5 km，華鎣山斷裂地震活動性弱。巖層產(chǎn)狀為:走向257°～268°,傾向SE，傾角17°～26°。斜坡巖體裂隙發(fā)育,主要為 三 組 裂 隙:

(1)走向20°,傾向NW，傾角61°，可見延伸長度1～3.5 m，占統(tǒng)計總數(shù)的58%；(2)走向305°,傾向NE，傾角77°，可見延伸長度1～1.7 m，占統(tǒng)計總數(shù)的30%；(3)走向230°,傾向SE，傾角90°，可見延伸長度大，占統(tǒng)計總數(shù)的12%。工程區(qū)屬相對穩(wěn)定的弱震環(huán)境,地震基本烈度為Ⅵ度。

2.4 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)主要賦存裂隙水和孔隙水兩類地下水,其中裂隙水賦存于泥灰?guī)r的裂隙中；孔隙水主要埋藏于松散堆積物中,埋深3.1～5.4 m。根據(jù)取樣試驗結(jié)果，滑坡區(qū)內(nèi)的地表水對混凝土具微腐蝕性。

3 滑坡體基本特征研究

3.1 滑坡體的空間形態(tài)

根據(jù)現(xiàn)場實測及鉆探揭露,滑坡體前后緣縱向長約450 m，橫向?qū)捈s150～330 m，滑坡體規(guī)模約為130萬m3，滑坡體厚度一般在5.6～22.3 m之間,平均厚度為12 m。該滑坡為基巖滑坡，滑體為碎裂巖體，主要成分為全風化～強風化泥灰?guī)r。依據(jù)現(xiàn)場勘察資料得知,該滑坡體的滑面為基巖頂界面,前緣滑面傾角為1°～5°,中部滑面傾角為12°～14°，后緣受羽狀裂縫控制,滑面傾角較大,整體滑面呈折線形。

3.2 滑坡體的變形特征

由于州河的自然侵蝕切割作用，使得原有邊坡具備了產(chǎn)生滑坡的臨空條件?；掳l(fā)生前，某地質(zhì)隊在滑坡體上使用地震勘探法找礦，于滑坡體15 m深度處放炮，此行為使得結(jié)構(gòu)面逐漸貫通，抗剪強度指標降低；在此之后，滑坡區(qū)域內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)多次強降雨天氣過程，日降雨量最大達197.8 mm，雨水沿風化裂隙和構(gòu)造裂隙大量滲入，使得含角礫粉質(zhì)粘土逐漸飽和，抗剪強度急劇下降，上覆巖體沿軟弱夾層突然下滑，進而形成滑坡。

4 滑帶土抗剪強度的反算分析

在進行邊坡穩(wěn)定性定量評價時,常用的分析方法有:剩余推力法(Spush)、Sarma法、Janbu法、Bishop法等,這些方法的共同特點是需要輸入準確的計算參數(shù)以保證其計算精度。然而, 僅僅依靠試驗資料是很難達到以上要求的；而依據(jù)滑坡反演分析原理,基于滑坡現(xiàn)狀反算滑移面(滑帶土)的抗剪強度參數(shù)則能有效地滿足上述要求。[1]

4.1 滑坡反算法的基本前提

基于土體極限平衡理論,滑坡反演分析遵循以下三項基本前提[2]:

(1)了解當時坡體的穩(wěn)定性系數(shù)。當滑坡處于臨界穩(wěn)定階段，此時滑坡處于極限平衡狀態(tài)，因而可以認為滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1或稍小于1，如0.99～1；當滑坡處于劇烈滑動階段，可以將穩(wěn)定系數(shù)假定為0.95～0.98；當滑坡處于擠壓變形或強變形階段，可以將一般穩(wěn)定系數(shù)取為1.01～1.05。

(2)清楚滑面的確切位置，包括后緣拉裂縫以及前緣剪出口等。

(3)查清滑坡劇烈滑動前的雨情、震情、水位升降、斜坡棄土等生成劇烈滑動破壞的外力因素。

只有掌握了以上三個反算的前提，滑坡體抗剪強度參數(shù)的反算才是方為可信的。

4.2 抗剪強度參數(shù)的反算

該滑坡在經(jīng)歷了前期的劇烈滑動之后，大部分勢能已經(jīng)被釋放，在再次經(jīng)歷暴雨之后僅有裂縫拉張現(xiàn)象出現(xiàn)，說明該滑坡在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定系數(shù)為1～1.01；而天然工況下應(yīng)屬基本穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定系數(shù)為1.05～1.1。

勘察過程中，查明了滑坡體的基本特征以及劇烈滑動之前的雨情、外力震動破壞等情況，基于這幾點，對于滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)的反算應(yīng)該是可以進行的。

基于當前邊坡處于暴雨工況下、天然工況下的現(xiàn)狀,筆者應(yīng)用上述反演分析原理,采用傳遞系數(shù)法,選取滑坡的主滑剖面進行了滑帶土抗剪強度參數(shù)的反算。

依據(jù)試驗參數(shù)和現(xiàn)場實際情況,筆者對滑坡體的天然重度取24 kN/m3,飽和重度取24.5 kN/m3。為了避免反算的盲目性，根據(jù)滑帶土體為含角礫粉質(zhì)粘土的具體情況以及滑坡體的平均厚度約12 m，選取了c值為12左右進行了φ值的反算[3]。對于c、φ值形成的不同的組合序列,將其代入程序計算對應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。天然及暴雨工況下的計算成果見圖1、2、3。

圖1 參數(shù)反算成果——Fs-c-φ關(guān)系曲線(天然)圖

圖2 參數(shù)反算成果——Fs-c-φ關(guān)系曲線(暴雨) 圖

圖3 參數(shù)反算成果——Fs-φ-c關(guān)系曲線(暴雨) 圖

對圖1、2、3進行分析后可知,滑動帶的c、φ值對穩(wěn)定系數(shù)的影響均較顯著；但同樣工況下的圖3的曲線斜率大于圖2,表明就該滑坡體而言,φ值對穩(wěn)定系數(shù)的影響較c更為顯著。比如在φ=7°,c=12 kPa處,φ升高0.5°,穩(wěn)定系數(shù)Fs約提高5.59%； 若c提高1 kPa,則穩(wěn)定系數(shù)Fs僅增加約1.92%。圖2、3的對比較好地說明了二者對穩(wěn)定系數(shù)的影響。

4.3 強度參數(shù)的取值

筆者依據(jù)試驗資料提供的強度參數(shù)指標計算了邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，并基于當前坡體在天然以及暴雨工況下的現(xiàn)狀進行了反算分析。計算結(jié)果見表1。

表1 強度指標計算成果表

由表1可以看出，由試驗參數(shù)計算出來的穩(wěn)定系數(shù)偏大；反算得出來的滑帶土的抗剪強度參數(shù)在進行滑坡穩(wěn)定系數(shù)計算分析時是符合滑坡現(xiàn)狀的，因而反算出來的滑帶土抗剪強度參數(shù)是可信的。

綜上所述,當前該滑坡在天然工況下屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。但在州河的進一步?jīng)_刷之下,將加劇該邊坡的滑動破壞，進而影響航道運營的安全。因此,需及時采取必要的工程措施加以治理。

5 結(jié) 語

(1)該滑坡為一基巖滑坡，滑體為碎裂巖體,滑坡所處區(qū)域地殼相對穩(wěn)定,地震烈度為Ⅵ度。

(2)誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的主要因素為:人為爆破、連續(xù)強降雨等。

(3)反演分析結(jié)果表明:滑帶土的抗剪強度參數(shù)c、φ對邊坡穩(wěn)定性的影響均較顯著,其中φ的顯著性強于c；最后得出的建議值為：天然工況下φ= 7°,c= 12 kPa；暴雨工況下φ= 6.5°,c= 11 kPa。

(4)鑒于反算得出的滑帶土c、φ結(jié)果是可信的，筆者建議：在進行航道治理、對滑坡處理時可以使用以上參數(shù)。

參考文獻：

[1] 張 彬.三峽庫區(qū)某滑坡的穩(wěn)定性分析與評價[J].人民長江，2003， 34(4)： 14-16.

[2] 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理[M]. 北京：人民交通出版社， 2010.

[3] 矢野義男，等著，周順行，李良義，譯. 泥石流、滑坡、陡坡崩坍防治工程手冊[M]. 南京：河海大學出版社， 1994.