基于Slide軟件對邊坡穩定性分析

羅衛民

(貴州大學 國土資源部喀斯特環境與地質災害重點實驗室，貴陽 550075)

滑坡是常見的地質災害形式，自2008年以來，由于學校為擴大教學設施，向學校南西面擴建，進行了挖山切方。由于切方高度較高，切坡坡度較陡，長期以來邊坡處于欠穩定狀態。為確保學校師生的生命財產安全，需及時對學校后方邊坡進行治理。

1 地質環境概述

邊坡位于云貴高原東南坡向廣西丘陵過渡地帶，場區地貌類型為溶蝕峰叢谷地地貌，谷地平緩開闊。區內地形起伏大總體地勢北高南低，東西高，中部低，最高點位于西北側山頂，海拔高程約808 m；最低點位于中部溝谷，海拔高程約735.3 m，相對高差72.7 m，地形坡度25°～35°。不穩定斜坡位于位于學校教學樓后側山體，距離學校約5～8 m，斜坡高度約10～15 m，斜坡坡度約70～80°，坡頂植被覆蓋較好。坡體因人工開挖，各巖、土層裸露，斜坡類型為巖土質滑坡。

1.1 地質條件

1.1.1 地層巖性

根據地面調查和勘探及搜集有關區域地質資料，調查區出露的主要地層由新至老分別為：第四系殘坡積層(Qel+dl)和二疊系上統吳家坪-長興組(P3w-ch)。

第四系殘坡積土(Qel+dl)基本覆蓋大部分場地，偶見缺失，厚0～5 m，表層多為耕植土，結構松散，其下為粉質黏土、碎石土，土層底部多為基巖面的風化碎石。

二疊系上統吳家坪-長興組(P3w-ch)上部為中-厚層燧石團塊灰巖，中部為泥巖、砂巖，下部為中厚-厚層狀含燧石結核灰巖。

1.1.2 水文地質條件

區內多屬風化帶網狀裂隙水，而深部則賦存微弱的層間裂隙水，多具分散排泄的特點。根據滑坡區的巖性和地下水的賦存形式、富集情況及水力特征，將地下水劃分為第四系孔隙水、基巖裂隙水兩類。

松散巖類孔隙水：賦存于第四系(Q4)殘坡積層的孔隙內，零星分布，富水性弱。第四系松散堆積結構松散，接受大氣降水補給后，基底若為碎屑巖隔水巖層，有利于地下水富集,地下水往往在與基巖接觸帶匯集、運移，土體長期受浸泡而軟化，力學強度大大降低，滑坡地帶土體常因此失穩產生滑坡。另一方面，其孔隙小，地下水流速慢，常形成大的動、靜水壓力，對滑坡的穩定性產生較大影響。其富水性差。

基巖裂隙水：主要賦存于二疊系上統吳家坪-長興組(P3w-ch)的燧石團塊灰巖、泥巖、砂巖、燧石結核灰巖。富水性微弱～中等。

1.2 地質構造

區所在區域大地構造位置處于揚子準臺地黔南臺陷之貴定南北向構造變形區，巖層單斜產出，巖層產狀243°∠11°。調查區在區域上地震基本烈度值為Ⅵ度，地震動峰加速度為0.05 g，屬地殼穩定區域。

2 滑坡體特征

2.1 滑坡體形體特征及規模

滑坡形態大致為圓弧形，滑坡范圍主要根據滑坡體裂縫確定，滑坡體發育高程760～763 m，滑坡體總長為26 m，平均南北寬為65 m，面積約1 690 m2，根據現有的鉆探揭露，滑體厚約8～12 m，體積約16.9×1 000 m3，滑坡主滑方向為72°，規模分級屬小型(圖1)。

圖1 滑坡范圍及主滑方向

2.2 滑坡體物質組成及結構特征

2.2.1 滑 體

根據地質調查及鉆探情況，分布于整個坡頂，每個鉆探孔均揭露到，揭露厚度3.8～6.2 m，淺鉆探孔揭露平均厚度為5.3 m，呈褐黃色，主要由粉質黏土及全風化砂巖組成；土質不均，表層粉質黏土含量高，底部多為全風化碎石，結構松散，含碎石50%～60%，碎石一般粒徑為2.0～6.0 cm，成分為砂巖為主。由于土體發生蠕動變形，改變原土體結構，多呈松散～稍密狀，稍濕。

2.2.2 滑 面

根據目前鉆探結果以及滑坡特征，坡體巖體風化強度高，為強風化砂巖，物理力學強度低，故推測滑坡體主要為圓弧滑動。滑面總體呈圓弧。

2.2.3 滑 床

滑床主要為二疊系上統吳家坪-長興組(P3w-ch)灰巖，巖層產狀250°∠13°，灰巖體較完整，中厚層狀構造，屬硬質巖組，滑床總體平整，局部彎曲。由于灰巖產狀逆傾，巖體較完整，故不取芯做實驗。

2.3 滑坡成因分析

滑坡主要為強風化巖體滑坡，由于下部失穩，加上長期降雨，雨水滲入坡體沿下伏基巖面滑動。由于人類活動的頻繁及近來氣候不規律的變化加之當地居民開挖“切腳”而未支擋，引起表層覆蓋層滑動。

綜上所述，現對滑坡進行定性分析：

1) 地表及地下水對滑帶土的控制作用。雨季地表水下滲，附近滑帶土含水量相對較高，便其抗剪能力大大降低，滑坡就沿巖層界限發生。

2) 滑坡巖體，結構破碎，部分黏土填充，故黏性較差，質地疏松。若遇降雨雨水多數被其吸收，加大了滑坡體的自重。

3) 氣候因素。連降大雨，增加其下滑力，減小其抗滑力。

4) 因當地居民修筑房屋，對滑坡進行“切腳”，切坡較陡，使坡體失穩滑動，是滑坡滑動的直接誘因。

3 穩定性分析及評價

邊坡穩定性計算采用畢肖普條分法，分別以傳統計算方法和Slide軟件計算分析，然后對這兩種方法的計算結果作出比較與評價。

3.1 計算工況及剖面

通過地質調查、勘查、分析表明，該滑坡將沿強風化及中風化交界面滑動，綜合確定滑坡的滑動帶(面)近似呈圓弧型，滑坡區荷載主要為斜坡自重。因此選取天然、飽水兩種工況來計算，即工況Ⅰ：采取自重，模擬天然狀態；工況Ⅱ：采取自重+暴雨，模擬飽水狀態。

計算剖面為1-1′，2-2′，3-3′，剖面布置情況見平面圖2。

圖2 工程地質剖面及鉆孔布置圖

3.2 參數選擇及穩定性計算

由于滑體為強風化砂巖巖體破碎，與實驗數據相差較大，通過室內試驗取得的物理力學參數，與現場實際情況相差較大。依據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)，經過參數反演計算取得物理力學參數為：取粉質黏土天然狀態下重度為19.8 kN/m3，黏聚力為35.68 kPa，內摩擦角為17.15°；飽水狀態下為重度為20.6 kN/m3，黏聚力為31.54 kPa，內摩擦角為15.21°。取砂巖天然狀態下重度為25 kN/m3，黏聚力為30.0 kPa，內摩擦角為28°；飽水狀態下重度為25.8 kN/m3，黏聚力為27 kPa，內摩擦角為26°。

3.2.1 傳統計算方法

根據畢肖普圓弧穩定系數(Ks)及滑坡推力(Pi)計算公式和《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)及相關規范進行計算。

滑坡穩定系數計算公式：

式中，Fs為滑坡穩定性系數；ci為第i條塊滑面的粘聚力，kPa；φi為第i條塊滑面的內摩擦角，(°)；li為第i條塊滑動面的長度，m；θi為第i條塊滑面傾角，(°)，反傾時取負值；Gi為第i條塊自重，kN/m；Ui為第i條塊滑面單位寬度總水壓力，kN/m；Gbi為第i條塊單位寬度豎向附加荷載，kN/m；Qi為第i條塊單位寬度水平荷載，kN/m；γw為水重度，取10 kN/m3，kN/m；n為條塊數量。

各剖面的穩定系數、穩定狀態及滑坡推力結果列于表1。

3.2.2 Slide計算分析

根據現場地質調查、勘查以及鉆探揭露情況，按照地質資料及勘查報告，使用Slide軟件對邊坡進行建模，然后對所建立的模型進行分析計算，得出最危險滑動面的安全系數。根據傳統計算方法得知，剖面2-2′的穩定系數最低。因此，現以剖面2-2′為例進行建模，Slide計算結果見圖3。

表1 各剖面穩定性計算結果表

3.3 計算結果對比分析

根據傳統計算結果得知，該邊坡在天然工況下處于基本穩定；在強降雨飽水工況下處于欠穩定-不穩定狀態。現對剖面2-2′邊坡穩定系數進行討論，運用傳統計算方法在天然工況下得到的穩定系數為1.02，飽水工況下得到的穩定系數為0.95；而運用Slide軟件進行計算分析，得到的穩定系數分別為1.02和0.94。在天然工況下得到的系數是一致的，在飽水工況的情況下，Slide計算結果偏小，主要是由于Slide軟件計算采用的方法是搜索算法，在已建好的模型中搜索穩定性系數最小的滑面；而傳統的計算方法則是通過給定的幾個滑弧來計算穩定性系數并取小值得到的。在計算方法上，兩者是相同的，但是Slide的搜索更嚴格，而傳統方法的搜索比較粗糙，因此就會出現Slide的計算結果比傳統計算方法小的情況。

圖3 未支護邊坡穩定性計算結果

4 滑坡治理建議

根據勘查區滑坡的規模和地形地貌等因素以及Slide軟件推測的最危險滑動面，對滑坡進行針對性的治理。既要治理已受損地質環境現狀，又要防止地質災害的繼續發展，從根本上消除該區地質災害體村民、公路、行人、車輛的威脅，確保人民的生命財產安全。

在不影響滑坡周圍建筑前提下，預計采用“格構錨桿工程+截排水溝工程”方案進行工程治理。根據Slide軟件計算得出的最危險滑動面并使用軟件模擬錨桿加固方案，進一步分析穩定系數，模擬結果見圖4。

支護方式為末端式錨定，錨定能力為100 kN。第一級錨桿長為12 m，間距3 m，入射角度為20°；第二級錨桿長為9 m，入射角度為20°；第三級錨桿長為6 m，入射角度為20°。

由圖4中可以看出，邊坡的穩定性系數有了較大幅度的提升。天然工況以達到穩定狀態，飽水工況處于基本穩定狀態，但是結合截水溝，擋墻等方式進行治理，應可達到穩定狀態，整體治理方案見圖5。

Slide軟件可以對所建邊坡進行支護模擬并計算其穩定系數，可為工程治理提供良好的建議，減少工程支出，得到最優的解決方案。但是支護手段較為單一，無法完全模擬所有的治理手段或方案，今后可在此方面進行提升和改良。

圖4 支護后邊坡穩定性計算結果

圖5 滑坡治理方案工程平面圖

5 結 論

1) 該滑坡為強風化巖質滑坡，由于下部開挖切坡而未支擋導致失穩，加之長期降雨，雨水滲入坡體沿下伏基巖面流動，對滑坡的產生形成有利的條件。

2) Slide軟件在使用畢肖普條分法計算邊坡穩定系數時，搜索方法更嚴格，與傳統計算方法相比結果偏小，得到的結果較為可靠。但是無法有效反映材料之間復雜的本構關系，因此需盡可能結合其他數值模擬方法加以綜合考慮。

3) Slide軟件能為工程治理方案提供良好的選擇，在不同支護方案之間作對比，可在較大程度上降低工程造價。