滑坡穩定性預測中勘察方法的綜合運用

張允亭

大慶油田工程有限公司

滑坡是指巖土體在地質作用力下，沿著一定的軟弱面（帶）整體或者分散地向下滑動的地質現象。滑坡對財產和人身安全有著重大的隱患，對滑坡體采用多種勘察手段進行勘察開展穩定性預測具有重要的意義[1]。以某實踐工程為例探討多種勘探方法在滑坡勘察預測中的應用。

1 工程概況

工程場地位于隴西，地勢西北高、東南低，上世紀60 年代至90 年代初，附近村民在該段山體坡腳和坡面上進行了長時間的采石活動，采石采取坡腳爆破的方式，導致山體發生了較大規模的滑坡，形成了目前的老滑坡體。90 年代初，由于修建316國道，采石活動停止。滑坡整體呈南東—北西走向，滑動方向為由南西向北東滑動，方位角約29°～57°。滑坡前緣剪出口位于國道下方與渭河河道交界處，后緣破裂壁和兩側側壁出露明顯，總體形態呈圈椅狀，平面呈圓弧形。由于風化作用、地勢較陡，老滑坡體上次生滑坡也較發育。

2 區域地質條件

地形地貌：微地貌類型主要有構造剝蝕低中山地貌和侵蝕堆積河谷地貌兩種。氣象：年平均氣溫7.8 ℃，平均年溫差24.6 ℃，最大年溫差55.8 ℃，年溫差和日溫差都比較大，對巖石的熱脹冷縮和加速風化起到不可忽視的作用，日積月累形成了重要的地質外營力。水文：該滑坡前緣剪出口東北側約10～30 m 河流為渭河，渭河是黃河的一級支流。區域地層：可以分為上覆覆蓋層和基巖層。上覆覆蓋層主要為風積黃土，由淡灰黃色粉土組成，質地疏松均勻，主要分布于各地山梁之上，黃土的產狀受古地形的控制。沖積層主要在河岸階地上分布，由Ⅲ、Ⅳ級階地堆積物組成，底部為礫石層，向上為粉質黏土與砂礫互層。基巖層主要為侏羅系和白堊系的紅色、綠灰色砂巖、頁巖、泥巖及礫巖、砂礫巖。工程所在區域地質構造較復雜，存在近代活動斷裂引起的大于6 級地震，為次不穩定區。抗震設防烈度為8 度，地震動峰值加速度為0.20g，特征周期為0.45 s，設計地震分組屬第三組，在臨潭—宕昌斷裂帶影響范圍內，自2008 年汶川地震后進入活躍期，隨后的玉樹地震和蘆山地震表明其活躍度一直不減，仍處于活躍期。

3 滑坡勘察

3.1 細分滑坡體

滑坡體是由多個滑坡體復合的滑坡體，采用工程地質測繪方法來細分滑坡體。

首先采用無人機進行地形圖測繪，測繪比例為1∶500，然后在此基礎上開展工程地質測繪，以此來查明場地地形、地貌、地層、構造、滑坡體劃分等。在工程地質測繪中未發現斷裂構造，但巖石節理裂隙很發育，以剪節理為主，節理裂隙面平直、光滑，呈閉合狀，無膠結，無充填，延展性好，延伸長度較大。走向節理玫瑰花圖如圖1 所示。

由圖2 可知，垂直邊坡走向和平行邊坡走向的兩組節理裂隙很發育。通過工程地質測繪可以把滑坡體細分為4 個小滑坡體（圖2）。

圖1 走向節理玫瑰花圖Fig.1 Rose pattern of strike joint

圖2 滑坡體細分示意圖Fig.2 Subdivision sketch map of landslide mass

1#滑坡體沿滑動方向最長約110 m，最寬約60 m，平均厚度約7.1 m，滑坡體面積約6 400 m2，體積約4.5×104m3；前后緣相對高差約98 m，整體坡度約45°；后緣破裂壁最大高度約40 m，坡度較陡，幾乎近直立狀態，坡度約在65°～80°之間。

2#滑坡體沿滑動方向最長約88 m，最寬約58 m，平均厚度約6.8 m，滑坡體面積約4 400 m2，體積約3×104m3；前后緣相對高差約66 m，整體坡度約40°；后緣破裂壁最大高度約8 m，坡度約45°。存在一處次生邊坡，沿滑動方向最長約20 m，最寬約20 m，相對高差約20 m，整體坡度約45°。該次生邊坡后緣已出現明顯的拉張裂隙，裂隙寬度約3～5 cm。

3#滑坡體沿滑動方向最長約110 m，最寬約72 m，平均厚度約3.3 m，滑坡體面積約5 900 m2，體積約1.9×104m3；前后緣高差約92 m，坡度約40°。緊鄰國道上方3#滑坡體存在一處次生邊坡，沿滑動方向最長約18 m，最寬約15 m，相對高差約16 m，整體坡度約45°。該邊坡后緣也出現明顯的拉張裂隙，并伴有錯動、滑動現象，裂隙寬度約5～8 cm。

4#滑坡體沿滑動方向最長約98 m，最寬約60 m，平均厚度約7.4 m，滑坡體面積約3 800 m2，體積約2.8×104m3；前后緣相對高差約65 m，整體坡度在31°～56°之間；后緣破裂壁最大高度約35 m，坡度較陡，在45°～65°之間。

3.2 對滑坡體勘察的多種方法

勘察方法采用了槽探、鉆探、物探、水文地質試驗、原位測試、室外原位試驗、室內試驗等方法。綜合判定各滑坡體的各項物理力學性質指標。

根據實際情況采用槽探和鉆探的方式揭露場地地層巖性。根據不同地質條件采用干鉆、清水回轉鉆進，在滑坡側壁和滑坡后緣頂部開展槽探工作，對黃土狀土取原狀土樣，質量等級為Ⅰ級，以準確測得黃土狀土的物理力學指標。

原位測試包括標準貫入試驗、圓錐動力觸探試驗，用于確定松散土體的密實度及力學指標。

采用物探的方法來確定場地構造情況，查明是否存在斷裂，判定巖體的完整性。物探方法采用波速測試、高密電法和地震映像法3 種方法。波速測試采用RSM-SY5（T）非金屬聲波檢測儀，測試點距0.5 m，測試巖體及巖塊的縱波波速，評價巖體的完整性。考慮到滑坡體深度不大，基巖埋藏較淺，為了提高工作效率，采用高密電法和地震映像法來查明場地的構造情況。物探線共布置4 橫4 縱覆蓋整個滑坡區。

滑坡體參數的準確與否直接決定后期數值計算的準確性，為了提高計算參數的準確性，對滑坡體開展了現場原位試驗工作。試驗主要為現場密度試驗，采用灌水法。為了取得場地的水文地質參數，開展了水文地質試驗工作，采用現場滲透試驗來確定土體的滲透系數()K，測試方法采用單環法，對黃土狀粉土和碎石土分別開展測試，共計12 組。同時孔內實測地下水位，查明地下水情況。

在室內試驗時，對于黃土狀粉土主要開展土常規試驗、黃土濕陷性試驗、直剪試驗；對于碎石土主要開展顆分試驗、粗粒土大型直剪試驗；對于強風化花崗巖、強風化砂巖、強風化礫巖，開展巖石剪切試驗；對中風化花崗巖，開展巖石物理性質試驗、單軸抗壓強度試驗、點荷載試驗、巖石抗剪斷試驗[2]；對水化學成分分析開展水質簡分析試驗和易溶鹽試驗。

4 勘察綜合成果分析

通過工程地質測繪得到該場地的滑坡可以分為4 個分滑坡體，各滑坡體之間關聯極小，相互影響可以忽略不計。

4.1 地層巖性與構造

通過槽探和鉆探得到場地地層巖性。地層主要由4 種巖土構成，分別是黃土狀粉土、碎石土、砂礫巖、花崗巖。

（3）砂巖層（N）：強風化、棕紅色，主要礦物成分為石英和長石，中粗粒結構，塊狀構造，泥質膠結，膠結程度一般，RQD（巖石質量指標）極差。該層在場地內分布不連續，按堅硬程度分類為極軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質量分級為Ⅴ級。

（4）礫巖層（N）：強風化，棕紅色，主要礦物成分為石英和長石，塊狀構造，礫石呈渾圓狀，一般粒徑在5～30 mm，泥質膠結，膠結程度較好，RQD 極差。該層在場地內分布不連續，按堅硬程度分類為極軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質量分級為Ⅴ級。

（5）強風化花崗巖層：灰白色，棕紅色，主要礦物成分為石英和長石，含有少量暗色礦物角閃石，結構基本被破壞，節理裂隙很發育，巖芯破碎，呈碎屑狀，塊狀，RQD 極差。該層巖石點荷載強度平均值為0.08 MPa，換算成飽和單軸抗壓強度為3.43 MPa，按堅硬程度分類為極軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質量分級為Ⅴ級。

（6）中風化花崗巖層：灰白色，主要礦物成分為石英和長石，含有少量暗色礦物角閃石，中粗粒結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖芯多呈塊狀，短柱狀，少量呈柱狀，RQD 較差，該層在場地內連續分布，本次勘察勘探深度范圍內未穿透該層。巖體完整程度為破碎，巖體基本質量分級為Ⅴ級。

地層構造：根據區域地質圖，通過工程地質測繪，綜合高密度電法和地震映像法2 種物探方法測試結果未發現有斷裂，因此可以不考慮斷裂對滑坡體的控制影響。

4.2 水文地質條件

地下水主要補給來源于大氣降水，主要排泄方式為蒸發和側向向渭河徑流排泄。地下水類型主要是孔隙潛水和基巖裂隙水，其中孔隙潛水賦存于公路路堤以下的人工填土層，基巖裂隙水賦存于強風化和中風化花崗巖中。基巖節理裂隙發育，巖體完整程度破碎，為地下水的流通提供了良好通道。地下水位變化大，主要體現在連續降雨期間基巖裂隙水水位抬升，最高時抬升至基巖面以下2～3 m；非降雨期間，地下水水位持續下降，連續3 周不降雨后，水位觀測孔內均未測到地下水，說明在非降雨集中期基巖裂隙水穩定水位位于觀測孔孔底深度以下，地下水徑流強烈，也說明基巖裂隙非常發育[3]。

滑坡區范圍內透水層主要是黃土狀粉土和碎石土，通過現場滲水試驗測出的滲透系數如下：

（1）黃土狀粉土透水性一般，滲透系數平均值為0.29 m/d。

（2）碎石土透水性好，滲透系數平均值為24.52 m/d。

4.3 滑坡體破壞模式分析

根據現場工程地質測繪，槽探、鉆探揭露，確定該滑坡是沿松散堆積物與基巖分界線向下滑動，滑帶為松散堆積物與基巖之間的過渡帶，滑動帶物質成分主要為碎石土。滑體由于經歷多次滑動，導致巖土體結構受到不同程度的擾動，內部均勻性較差，空隙較多，局部充填較差，呈半充填狀態，結構較為松散，物理力學性質較不穩定。根據上述勘察結果，可以確定滑床物質成分主要為花崗巖。滑床形態橫向呈波狀起伏，縱向呈折線形，總體上后陡前緩。滑動破壞可能存在以下兩種方式。

（1）老滑坡體沿滑動帶折線滑動破壞。由于采石活動持續時間較長，本區滑坡體是多次剪切破壞的結果，形成了多個老滑坡體。老滑坡屬于牽引式滑坡，滑坡前緣由于受河流侵蝕、人工采石和人工開挖削坡，造成坡面變陡以致失穩，在后緣引起裂縫，隨著變形的發展，后緣以后的斜坡體也產生變形失穩，出現新的滑動，從而導致滑坡體向后向上發展，最終形成一個面積較大且相對穩定的坡面。

通過地質調查，國道下方原有擋土墻形狀規整，未見明顯變形產生的裂縫，國道路面較為平整，未見橫向鼓張裂縫，綜合認為老滑坡體未見繼續變形特征。在老滑坡體上設了監測點，進行短期監測，監測數據結果表明，老滑坡體監測點數據基本一致，未見明顯變形。綜上所述，勘察期間老滑坡體未見繼續變形的特征，其現狀處于相對穩定狀態，但在強降雨、地震等誘發因素作用下，老滑坡體極有可能產生沿滑動帶呈整體折線滑動的破壞。

（2）次生邊坡在堆積層內近似圓弧形滑動破壞。在2#滑坡和3#滑坡國道上方的次生邊坡存在高臨空面，且坡度較大，后緣已發現拉張裂縫，并伴有錯動現象。拉張裂縫在平面上呈圓弧形，在強降雨、地震等誘發因素作用下，在堆積層內發生近似圓弧形滑動破壞。同時還可能產生局部崩塌或片幫式滑動破壞，原因是滑坡后緣壁高度大，邊坡陡，出露地層以黃土為主，垂直裂隙發育，隨著時間推移，黃土中可溶鹽成分融水流失，結構被破壞，垂直裂隙擴大，當深部裂隙完全貫通后，在強降雨和地震等極端誘發因素作用下，垂直裂隙外側土體將脫離后緣壁產生淺表層片幫式滑動破壞。

5 數值計算模擬

5.1 參數選取

計算參數的選擇對計算結果具有決定性的影響。綜合鉆探、物探、原位測試、室外及室內等多種勘察成果，計算中各層巖土主要數據如表1 所示。

5.2 數值計算評價

工況按照最有利直至最不利分為4 種。工況1：自重，不考慮地下水和地震的作用；工況2：自重+地下水（飽和狀態）；工況3：自重+地震；工況4：自重+地下水（飽和）+地震作用（最不利工況）[4]。

表1 各層巖土主要計算參數Tab.1 Calculation parameters for different layers of soil

根據不同的滑動模式采用不同的計算模型。對于折線滑動模式，采用傳遞系數隱式解法進行穩定性評價和推力計算，并用摩根斯頓-普萊斯（Morgenstern-Price）法進行校核。對于圓弧形滑動模式，采用畢肖普（Bishop）法進行穩定性評價和推力計算，并用摩根斯頓-普萊斯法和簡布（Janbu）法進行校核[5-6]。1#～4#滑坡每個滑坡設置1 條折線計算剖面和1 條圓弧形計算剖面。以1#滑坡體為例計算，1#滑坡體折線和圓弧滑動計算剖面模型見圖3、圖4，穩定性計算結果見表2、表3。

圖3 1#滑坡體折線滑動計算剖面模型Fig.3 Cross-section model of polyline-sliding calculation of 1# landslide mass

圖4 1#滑坡體圓弧滑動計算剖面模型Fig.4 Cross-section model of arc-sliding calculation of 1# landslide mass

1#滑坡體邊坡穩定性計算結果見表2 和表3。

表2 1#滑坡體折線滑動穩定性計算結果Tab.2 Calculation results for stability of polyline-sliding of 1# landslide mass

表3 1#滑坡體圓弧形滑動穩定性計算結果Tab.3 Calculation results for stability of arc-sliding of 1# landslide mass

1#老滑坡體沿滑動帶呈整體折線形滑動破壞時，工況1 和2 條件下，1.05≤FS＜1.15，老滑坡體處于基本穩定狀態。工況3 條件下，1.00≤FS＜1.05，老滑坡體處于欠穩定狀態，安全儲備不足。工況4 條件下，FS＜1.00，老滑坡體處于不穩定狀態。

如表3，各種工況下FS＜1.00，但考慮到黃土結構的特殊性，黃土直立性好，臨空面自穩能力強，垂直裂隙發育，在強降雨、地震等極端條件下，在堆積層內發生近似圓弧滑動的可能性大；在目前沒有強降雨的情況下高臨空面邊坡可能會在垂直裂隙發育的表層發生塌落式、片幫式滑動破壞。綜上所述，后緣壁高臨空面邊坡在所有工況下均處于不穩定狀態。計算結果和野外踏勘定性結果吻合：老滑坡體在野外沒有發現明顯的滑動地質跡象，說明老滑坡體在天然狀態下比較穩定，但是表層的新近沉積層和風化層局部存在小型崩塌和掉塊現象。

按照上述計算模型4 個滑坡體總計進行8 個計算模型。8 個計算模型結果是：4 個滑坡體的老滑坡體現在處于基本穩定狀態，但在地震和強降雨作用等極端因素作用下，老滑坡體處于不穩定狀態，需采取工程措施進行治理；1#、2#及3#滑坡體后緣壁高臨空面邊坡處于不穩定狀態，需采取工程措施進行治理。

6 預防措施

（1）防水排水措施。在滑坡后緣山頂及兩側周界設置環形截水溝，使地表水不能進入滑坡體；在老滑坡體范圍內設置橫向和縱向排水溝，使地表水排出滑坡體和邊坡以外，并注意溝渠的防滲；整平地表，堵塞裂縫和夯實松動地面，筑隔滲層，減少地表水下滲。

（2）削坡減重措施。1#、2#和3#老滑坡體坡度過陡，可采取分級臺階、自上而下的方式進行削坡減重治理；1#和2#滑坡體后緣壁臨空面過高過陡，采取分級臺階、自上而下的方式進行削坡治理。對不穩定危巖體及浮石進行清理，對于規模小、危險程度高的危巖體，可采用靜態爆破或手工方法予以清除消除隱患，降低臨空面高度，減小斜坡坡度和上部荷載。

（3）支擋工程措施。在國道靠近老滑坡體側設置支擋結構，可選用經濟適用的重力式擋土墻支擋結構，防止淺表層滑坡和落石對公路車輛和人員的傷害。建議在國道靠近老滑坡體側設置被動防護網，阻止崩塌巖石土體的下墜，起到邊坡防護作用。

（4）植被修復措施。對各老滑坡體坡面及1#、2#、3#滑坡后緣壁臨空面邊坡削坡治理后，可采取植被修復措施，提高坡面抗風化能力，減少雨水沖刷。

7 結束語

（1）采用槽探、鉆探、物探、原位測試、室外室內試驗等多種方法勘察，綜合判斷巖土的物理力學性質指標，能夠充分保證土層指標的準確性，能夠使計算出來的結果與野外地質定性調查很好地吻合，在項目實踐中效果顯著。

（2）4 個滑坡體處于基本穩定狀態，但在地震和長時間強降雨等極端因素作用下，滑坡體處于不穩定狀態。1#、2#、3#滑坡體后緣壁高臨空面邊坡處于不穩定狀態，需采取工程措施進行治理。

（3）滑坡治理措施可以采取降排水、削坡減重、擋墻支擋、植被修復等措施。