某巖質滑坡成因分析及穩定性評價

劉鵬程 張紹和

摘 要：本文首先闡述某滑坡的基本特征和滑體組成，然后對滑坡的穩定性因素和破壞模式進行分析，滑坡的形成受地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質、氣候因素和人為作用等共同作用。再次，采用極限平衡法計算坡體的穩定性和滑坡推力，發現自然條件下處于基本穩定狀態，暴雨作用下，處于不穩定狀態。最后，提出采用“微型樁+擋土墻+截排水溝”的綜合治理措施，以防止滑坡進一步變形，消除地質隱患。

關鍵詞：巖質滑坡；穩定性分析；滑坡推力

中圖分類號：P642.22 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0115-03

Cause Analysis and Stability Evaluation of a Rock Landslide

LIU Pengcheng1，2 ZHANG Shaohe1，2

（1.School of Geosciences and Info-physics ， Central South University，Changsha Hunan 410083；2. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring，Central South University， Ministry of Education ，Changsha Hunan 410083）

Abstract： The basic characteristics of a landslide and the composition of the landslide were introduced. The stability factors and failure modes of landslides were analyzed. The formation of landslides was affected by topography， formation lithology， geological structure， hydrogeology， climatic factors and human effects. The stability of the slope and the thrust of the landslide were calculated by the limit equilibrium method. Under natural conditions， it was in a basically stable state， and under the action of heavy rain， it was in an unstable state. The comprehensive treatment measures of “micro-pile + retaining wall + interception and drainage engineering” could prevent further deformation of the landslide and eliminate geological hazards.

Keywords： rock landslide；stability analysis；landslide thrust

1 研究背景

我國地質構造復雜，且處于環太平洋帶和北半球中緯度帶兩大自然災害帶的交匯區，是世界上地質災害最發育、分布范圍最廣、危害最嚴重的國家之一。其中，滑坡是地質災害類型中發生頻率最高的災害，約占各類地質災害總數的3/4，對人們的生命、財產和工程經濟造成重大損失[1，2]。

某巖質滑坡始發于2013年，每逢強降雨，坡體均會產生局部滑動，威脅當地百姓生命財產安全。該滑坡已沖毀坡體內部60m道路，損壞房屋5戶23間，直接經濟損失達100萬元，目前，仍對坡體內部200m道路及15戶62名村民的生命財產安全構成嚴重威脅，潛在經濟損失約400萬元，危害對象等級為三級[3]。

2 滑坡災害體特征

該滑坡分布于斜坡中下部，空間形態呈圈椅狀，特征較明顯。滑坡體地面坡度20°～30°，寬度68m，縱向長約50m，面積約3 500m2，主滑方向213°，相對高差25m。滑體最大厚度5.5m，平均厚度3.5m，總方量1.2×104m3，為小型淺層巖質滑坡。

3 滑坡體物質組成

滑坡體物質成分主要為表層的第四系松散土體及中風化白云質灰巖，下伏基巖為中風化白云質灰巖。

3.1 滑體

①粉質黏土：硬塑，黃褐色，干強度及韌性中等，無搖振反應，局部夾有碎石，表層夾有植物根莖，該層分布于坡體中部，厚度為1.2～2.5m。

②三疊系白云質灰巖：下伏于粉質黏土層下方，灰白色，隱晶質結構，中厚層狀構造，巖質堅硬，錘擊聲響，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖層產狀235°∠22°，局部夾有薄層狀砂質頁巖，黃褐色，強風化，巖質較軟，遇水易軟化[4]。

3.2 滑帶

滑帶為白云質灰巖層內的軟弱夾層，主要為粉質黏土，厚0.10～0.15m，夾少量碎石。

3.3 滑床

滑床為白云質灰巖，灰白色，隱晶質結構，中厚層狀構造，巖質堅硬，錘擊聲響，節理裂隙發育，巖體較破碎，局部夾有方解石脈。

4 滑坡成因及破壞模式分析

4.1 滑坡穩定性影響因素

影響該滑坡穩定性的內因包括：地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質；外因為氣候因素和人為作用。

4.1.1 地形地貌因素。滑坡區位于坡向西南的山體斜坡段，坡腳下方為溝谷，頂部山脊附近與溝谷內的相對高差約70m。地形坡度20°～40°，為滑坡下滑，形成了動力勢能和位移空間。滑坡區修建的截水溝已堵塞荒廢，暴雨期間，大量雨水沿坡面沖刷，而滑坡體內部的張拉裂縫，易于雨水匯集下滲，為滑坡的形成提供了良好的地形條件。

4.1.2 地層巖性。滑坡區邊坡上部第四系巖土體結構松散，由于地表水的長期侵蝕，巖層表面的節理裂隙逐漸變寬，致使表層灰巖被切割成塊狀，破壞了巖體的穩定性。另外，基巖層內存在軟弱夾層，成分為粉質黏土夾少量碎石，遇水易軟化，穩定性差，巖石碎塊使滲透性增強，且巖層傾向與滑坡方向基本一致，入滲地下水易沿軟弱面浸潤，遇到下伏較為完整的灰巖后，形成水墊效應，使其接觸面遇水軟化，形成滑帶，軟化滑動面。

4.1.3 地質構造。新構造運動等地質應力是觸發滑坡的重要動力因素。滑坡區內出露背斜一處，其軸向約210°，左翼產狀為180°∠30°，右翼產狀為235°∠28°。褶皺導致該處節理裂隙發育，巖體破碎，為地下水提供了良好的通道，對基巖內夾層的持續軟化提供了有利的條件。

4.1.4 大氣降水。大氣降水是滑坡形成的直接誘發因素。一方面，基巖內泥化夾層表現出極強的水敏感性，其親水性強。雨季時，干燥的巖土體浸水迅速軟化，在水流作用下，軟弱結構面貫通形成連續滑面，滑帶抗剪強度降低，導致滑移。另一方面，連續的大氣降水使上部松散巖土體飽和，增加了滑體重度，上升的地下水位也增加了水壓力，從而導致滑體下滑力急劇增加，產生滑坡[5，6]。

4.1.5 人類工程活動。一方面，坡體內部當地居民修建房屋開挖坡腳，形成臨空面；另一方面，砌房時對地勢低洼處采用堆填處理，未用水泥漿加固，使得表層巖土體結構松散，經長期風化及雨水沖刷增加了滑體的不穩定性，為本滑坡的產生提供了條件。

4.2 破壞模式分析

該滑坡滑體為第四系松散巖土體和中風化白云質灰巖，滑動面為基巖內軟弱夾層，下伏基巖為三疊系白云質灰巖。強降雨時，雨水沿裂隙進入松散巖土體，導致滑體自重增加，下滑力增大；另一部分雨水下滲，軟化滑動面，降低滑帶抗剪強度；滑坡區處于地質構造帶上，導致該處受地質構造作用影響明顯；加之村民修建房屋切坡，破壞了原有的坡體穩定結構。以上幾種因素共同作用下，導致坡體失去支撐，在重力等作用下，失穩而產生位移變形。

5 滑坡穩定性分析

5.1 計算模型

該滑坡類型為小型淺層牽引式巖質滑坡，采用極限平衡法進行穩定性評價和滑坡推力計算。計算模型見圖1。

5.2 計算工況

本工程防治等級為Ⅲ級，暴雨設計重現期為10年，校核重現期為20年。共包括兩種工況，荷載組合如下。工況一：自重，抗滑動安全系數1.15；工況二：自重+地下水+暴雨，抗滑動安全系數1.05。

計算荷載要考慮滑體自重、地表荷載、水壓力和地震等因素。

①自重。工況一，地下水位以上采用天然重度，地下水位以下采用飽和重度。工況二，本滑坡滑體土結構松散，降雨易入滲，且松散土體厚度不大，按最不利情況考慮，可視為整個巖土層均為飽和重度，滑面強度采用飽和抗剪強度。

②地表荷載。建筑物荷載按每層15kPa計算，鄉村道路荷載按照15kPa計算。

③水壓力。水壓力包括靜水壓力、動水壓力和浮托力。暴雨工況下，雨水沿裂隙入滲至滑帶附近，形成地下水連續滲流，有穩定水位后，會造成動水壓力，同時，地下水滲流也形成一定浮托力，降低了滑床的抗力，從而導致抗滑力減弱，本滑坡計算取水頭差為2m[7，8]。

④地震荷載。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015），區內地震基本烈度小于Ⅵ度，不考慮地震荷載[9，10]。

5.3 計算方法

本次計算模型采用平面極限平衡法進行穩定性評價和推力計算。

5.3.1 計算公式。計算公式如式（1）所示：

[Kf=Wcosα-Asinα-Vsinα-Utanφ+CLWsinα+Acosα+Vcosα] （1）

式中：W表示條塊重量；A表示地震加速度；[α]表示滑面傾角；[φ]表示條塊內摩擦角；V表示后緣裂隙靜水壓力，[V=12γwH2]；U表示沿滑面揚壓力，[U=12γwLH]。

5.3.2 計算剖面。對該滑坡選取2條剖面進行穩定性計算，計算剖面見圖2。

5.4 參數選取

影響滑坡穩定計算的巖土體物理力學參數主要為滑體土的容重和滑帶土的抗剪強度。滑體容重的確定主要根據土工試驗及現場試驗，滑動面C、[φ]值的取值根據室內試驗、原位測試、反演分析、工程類比及參考地區經驗綜合確定，取值見表1。

5.5 滑坡穩定性計算與結果評述

滑坡穩定性計算時取單位寬度，穩定系數計算結果見表2。

根據穩定性計算結果，通過對滑坡變形特征、穩定性影響因素及破壞模式分析可知，自然條件下滑坡處于基本穩定狀態。但在暴雨等外力作用下，則處于不穩定狀態。綜合評價本滑坡不穩定，目前滑坡尚處于滑動階段，強降雨會誘發滑坡加速滑動。

6 防治工程建議

根據滑坡的變形特征、剩余下滑力的大小、滑坡前緣空間特征及與保護對象的位置關系，擬采用如下防治方案。

①坡體中部設置微型樁支護，減小下部坡體的滑坡推力，同時防止滑坡從剪出口1處剪出。

②坡體前緣剪出口2處采用重力式抗滑擋土墻支護。

③在完成主體防護的基礎上，對滑坡體后緣及邊界5m范圍處修復完善截排水系統，通過截排水系統將坡面水流導入溝谷內排水溝，從而避免水流直接沖刷坡面。

7 結論

①某小型巖質滑坡的形成受地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質、氣候因素和人為作用等多種因素共同作用。

②采用極限平衡法計算了坡體的穩定性和滑坡推力，自然條件下坡體處于基本穩定狀態，暴雨作用下，處于不穩定狀態，強降雨會誘發滑坡加速滑動。

③針對該滑坡的變形特征等，擬采用“微型樁+擋土墻+截排水溝”的綜合治理措施。

參考文獻：

[1]中國地質環境監測院.全國地質災害防治規劃研究[M].北京：地質出版社，2008.

[2]劉茂.土質滑坡穩定性影響因素的敏感性研究[D].成都：成都理工大學，2011.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.滑坡防治工程勘查規范：GB/T 32864—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[4]中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.巖土工程勘察規范：GB 50021—2009[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[5]謝劍明.降雨對滑坡災害的作用規律研究[D].武漢：中國地質大學，2004.

[6]羅渝，何思明，何盡川.降雨類型對淺層滑坡穩定性的影響[J].地球科學（中國地質大學學報），2014（9）：1357-1363.

[7]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑邊坡工程技術規范：GB 50330—2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[8]中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程設計與施工技術規范：DZ/T 0219—2006[S]. 北京：中國標準出版社，2006.

[9]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑抗震設計規范：GB 50011—2010[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[10]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.中國地震動參數區劃圖：GB 18306—2015[S].北京：中國質檢出版社，2016.