碎屑巖順向巖質滑坡穩定性研究*

賀建波，孫從露，徐 洪

(1.重慶市地質環境監測總站， 重慶 400015； 2.重慶地質礦產研究院， 重慶 400042；3.重慶市地質災害自動化監測工程技術研究中心， 重慶 400042)

碎屑巖順向巖質滑坡穩定性研究*

賀建波1，孫從露2,3，徐 洪2,3

(1.重慶市地質環境監測總站， 重慶 400015； 2.重慶地質礦產研究院， 重慶 400042；3.重慶市地質災害自動化監測工程技術研究中心， 重慶 400042)

在對基巖順向滑坡勘查、滑坡前穩定性分析、坡體位移和應力監測的基礎上，采取措施對滑坡進行工程治理，并對治理后的坡體穩定性進行校核，結果表明：(1)數值計算得出滑坡前坡體發生了較大位移，最大處135 m，坡體失穩；(2)坡體表面和內部布設監測點，監測數據顯示坡體中部位移最大，監測點應力隨著滑體的穩定逐漸減小，監測結果與計算所得相符；(3)工程治理后，自然和飽和條件下，塑性區呈貫通狀，坡體穩定性安全系數均滿足規范要求，坡體處于穩定狀態，治理效果良好。

順向滑坡；應力監測；工程治理；穩定性

0 引 言

重慶地質環境復雜，是我國滑坡災害最為嚴重的地區之一，尤其三峽庫區重慶段，滑坡災害嚴重。

庫區干流單側岸坡中順向岸坡占到總長的40%[1]，三峽庫區支流單側岸坡中順向岸坡占總長的31.2%[2]。劉光潤分析統計大量調研資料后指出：就岸坡類型而言，變形強度具有順向坡>逆向坡>切向坡的規律，1993年張年學等對三峽庫區的順向滑坡做了較為系統的研究[3]。順層滑坡破壞能力較常規滑坡大，王尚慶對長江庫區干流25個巨型、大型滑坡進行了統計分析，順層巖質滑坡16個，占64%[4]。與三峽庫區相比，重慶烏江流域地質條件也相當復雜，是重慶市地質災害重災區之一。據不完全統計，流域內共發育地質災害點2948處，主要包括滑坡、危巖崩塌、泥石流、地面塌陷等，其中滑坡2534處，危巖崩塌318處，兩者共占地質災害點總數的96.74%。1994年4月30日，發生在武隆境內的雞冠嶺崩塌[5]，2001年5月1日發生的武隆“5·1”滑坡[6]，2009年6月5日，武隆雞尾山發生特大型巖質順層滑坡，這些滑坡、崩塌造成巨大損失[7]。白云峰[8]對烏江下游滑坡發育規律進行了研究，張思遠[9]研究了三峽庫區烏江流域順層滑坡形成機制及其穩定性，指出灰巖順層滑坡是該庫段最為常見的滑坡。本文以涪陵五中順向滑坡為例，研究烏江流域典型順向巖質滑坡的破壞特點，為此岸段的基巖順向滑坡穩定性評價提供依據。

1 工程概況

涪陵五中滑坡位于涪陵區天子殿居委三社，前緣高程246.00～256.00 m，后緣高程357.00～362.00 m。沿319國道長約390 m，東西平均寬約180 m，面積7.02×104m2，為中層大型順層巖質滑坡，滑坡(見圖1)。滑坡位于重慶臺坳的萬州凹褶束的箐口背斜東翼、珍溪場向斜的西翼，略靠近背斜一側。巖層呈單斜產出，巖層產狀為83°～88°∠18°～30°，巖層傾角在區內東側原斜坡坡腳一帶較平緩，一般為18°～20°，3組構造裂隙將巖體切割成碎塊狀，形成層狀碎裂巖體結構[10]。地形坡角與巖層傾角基本相等，組成斜坡巖體為軟硬相間的侏羅系中下統珍珠沖組、自流井組薄層泥巖、頁巖及厚層砂巖、泥質砂巖間互層。軟硬相間的地層巖性為此順層滑坡的發生提供了良好的物質條件。

根據地表測繪及勘探揭示，滑體土由灰黃色、褐灰色碎塊石及粉質粘土組成，物質組成大致成層。由于應急搶險施工，滑體上的滑坡特征已被破壞。碎塊石成份為灰黃色、黃色、灰白色及灰黑色砂巖、粉砂巖、頁巖及紫紅色泥巖，粒徑一般為2～40 cm，少數可達1.5 m以上，總體含量約80%～95%，粉質粘土充填。塊石間時有架空現象，土與塊石呈分離狀。

圖1 滑坡平面

2 數值分析

在滑坡現場勘查的基礎上，利用專業數值分析方法，對涪陵五中滑坡的破壞過程進行模擬。

利用中國科學院力學研究所提出的基于連續介質力學的離散元方法(CDEM)：獲得臨時清方處理后滑坡體的變形特性及穩定性狀態；掌握工程治理結束后涪陵五中斜坡體的當前穩定性狀態及強降雨、地震作用下的安全狀態。

2.1 失穩滑動計算

運用CDEM大運動模塊，模擬涪陵五中滑坡的滑移全過程，掌握滑坡基本過程，給出失穩成災的范圍。

2.1.1 參數選取

通過現場勘查，取樣送檢，綜合室內試驗結果與現場試驗所得，滑坡材料參數見表1。

表1 材料參數

2.1.2 模型建立

根據現場勘查并結合已有資料[11]，建立滑坡發生前涪陵五中邊坡的數值模型，共計14555個三角形單元(見圖2)。計算模型長525 m，高191 m，由擋墻、滑體及滑床3部分組成。滑坡前緣臨空，給滑坡的產生提供了空間條件。

2.1.3 計算結果

降雨誘發滑體強度降低后，滑體在自重作用下出現滑移失穩，典型計算時步的滑體位移如圖3所示。由圖3可得，隨著分析步的增長，滑坡體位移逐漸增大直至失穩破壞，滑體失穩后產生了較大的下挫力，剪斷擋墻后繼續滑動，最大滑移距離約為135 m。

圖3滑坡失穩滑動過程

從圖3(a)到圖3(d)，在下滑力的作用下，塑性區貫通，從坡腳剪出。

2.2 滑坡監測

滑坡失穩滑移過程中，為了掌握坡體的變形趨勢，在坡體表面和內部各自布設監測點，坡體表面布設4個測點進行水平及豎直位移的觀測(測點1～測點4)，在坡體內部布設3個測點進行水平及豎直應力的觀測(測點5～測點7)，監測點的布設見圖4。

圖4 監測點布設

監測點水平及豎直位移隨計算時步的變化如圖5所示。由圖5可得，監測點2的位移最大，坡中發生了較大位移，且位移有繼續增大的趨勢，坡體失穩下滑。監測點1的位移最小，因1點位于坡頂，此時坡體中部下滑位移增大，但尚未大范圍滑動，一旦坡體失穩下滑，將從測點4處剪出。

監測點水平及豎直方向應力如圖6所示。由圖6可得，在失穩滑移過程中，各測點應力在初期變化較大，后期隨著松散體逐漸穩定，應力變化逐漸減小。測點離坡腳越近，應力變化范圍越大，測點7的變化為-20 MPa到10 MPa。

圖5 1～4監測點位移變化

圖6 5，7監測點應力變化

2.3 工程治理后穩定性分析

根據設計要求對滑坡進行相應的治理，在坡體上布設抗滑樁、預應力錨索、錨桿。

2.3.1 模型建立

模型長210 m，左側高79 m，右側高38 m。潛在滑動體共分3個平臺，平臺寬度從下到上分別為4，4 m及20 m；3個斜坡的坡率均為1∶2，每個斜坡坡高10 m。抗滑樁斷面寬2.6 m，高20 m，出露地表8.2 m；預應力錨索L1、L2、L3、L4的長度分別為24,22,23,24 m，預應力張拉值為800 kN；滑體上部布設5排錨桿，錨桿的長度分別為9.6,9,6,9 m。模型如圖7所示。

圖7 治理模型

2.3.2 參數選取

坡體材料及抗滑結構材料參數見表2。

表2 材料參數

2.3.3 計算結果

基于上述計算模型，在靜力狀態下對工程治理后的坡體進行穩定性分析，包括自然狀態及飽和狀態兩種工況，利用二分法求解安全系數。

自然狀態下邊坡的塑性應變分布及應力分布云圖如圖8所示。由圖8得知，滑體與滑床的交界面處存在較為貫通的塑性應變區，但由于受抗滑樁及預應力錨索的影響，中下部的塑性應變較小。最大應變發生在下部4 m平臺，預應力錨索很好的起到了減小變形的作用。豎向應力的分布基本呈現上小下大的規律，但在錨索施加區域，出現了局部應力的突變。

采用二分法進行安全系數的求解，自然狀態下的安全系數為1.39，坡體穩定。自然狀態下潛在的破壞模式如圖9所示。由圖9可得，隨著強度的降低，潛在滑體的中上部出現了滑動失穩，剪出口位于第二個斜坡的坡腳處。

圖8 塑性應變和應力分布

圖9 二分法計算云圖

飽和狀態下邊坡的應力分布、塑性應變分布、錨索上軸力的變化及潛在的破壞模式與自然狀態下的基本一致，僅數值上存在差別，在此處不再贅述，二分法計算飽和狀態下的坡體安全系數值為1.07，坡體處于穩定狀態，工程治理效果良好。

3 結 論

通過滑坡地質勘查、坡體不同位置位移監測和滑坡工程治理后穩定性計算，得出以下結論：

(1) 通過詳細的地質、水文勘查，巖體結構碎裂，滑體土由灰黃色、褐灰色碎塊石及粉質粘土組成。區內裂隙發育，根據所在區域地層巖性分析，該地層主要為侏羅系中下統自流井組及珍珠沖組砂泥巖互層，滑坡為中層大型碎屑巖順層巖質滑坡。

(2) 滑坡前的坡體穩定性計算結果表明，最大位移135 m，坡體失穩破壞。通過水平和豎向位移監測，監測結果顯示坡體中部位移最大，滑動初期各監測點應力變化大，滑坡體逐漸穩定后，應力變化逐漸減小。監測位移變化與數值計算所得相符。

(3) 采取措施對滑坡進行工程治理，并對治理后的坡體穩定性進行校核。計算結果表明：自然狀態下，治理后的邊坡安全系數較高，坡體處于穩定狀態，應力在錨索出出現突變，塑性區雖然貫通，但在預應力錨索和抗滑樁的作用下，對坡體穩定不產生威脅。飽和條件下，坡體穩定性滿足要求，坡體穩定。工程治理效果良好。

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重慶市國土資源與房屋管理局科技計劃項目(CQGT-KJ-2014046，CQGT-KJ-2015048).

2017-08-02)

賀建波(1971-)，男，四川蓬安人，高級工程師，主要從事地質災害防治研究，Email：244033183@qq.com 。