不同計算方法對巖質滑坡穩定性計算結果的分析

張 潔

(山西省第一水文地質工程地質隊， 山西 太原 030024)

滑坡地質災害對其威脅范圍內的人員和財產危害程度較大，要進行有效的治理，必須通過合理的勘查手段了解滑坡的基本特征，并通過適當的計算方法對其穩定性進行分析，以確定治理措施，降低其危害性。滑坡穩定性計算方法很多，目前在工程中廣為應用的是傳統的極限平衡理論。極限平衡分析法的優點是在不研究滑體結構變形情況下，能對滑體的穩定性給出定量的結論[1]. 以山西省陵川縣某巖質滑坡為研究對象，研究其滑動特征，并選用極限平衡法中的3種方法對該滑坡的穩定性進行計算，比較不同計算方法所得穩定系數的差異，針對不同方法的計算結果分析其計算時的保險系數，以根據邊坡的防治等級選取不同的計算方法。

1 研究區地質環境概況

該滑坡所處地貌單元屬褶皺斷塊侵蝕低中山區，滑坡微地貌形態為階梯式緩坡。整個坡形由南向北階梯式下降，形成5～6級陡坎，陡坎高度0.5～4.5 m，陡坎處坡度50°～70°，局部陡坎近直立。滑坡相對高差約42 m，滑坡整體坡度約17°.

研究區地震動峰值加速度為0.10 g，對應地震基本烈度為Ⅶ度。滑坡區無地表徑流，主要接受大氣降雨補給，滑坡坡體范圍內未發現地下水，雨季時，滑坡前緣地面1 m以下可見雨水滲出水，平時無水。在滑坡穩定性計算時，主要考慮雨水入滲而造成的巖體含水量增大對坡體的影響。研究區對邊坡產生影響的人類工程活動主要為修建房屋、道路，植被種植，對坡體的不合理開挖、整平等。

2 滑坡勘查

滑坡勘查是滑坡治理中必不可少的一步，該滑坡勘查采用工程測繪、野外調查、鉆探、探井和水文勘查等方法綜合進行。

1) 野外調查與工程測繪。

通過野外調查與工程測繪，確定該滑坡平面形態呈頂窄下寬的簸箕形，長約147 m，寬約199 m，滑移方向NE17°，滑坡整體坡度約17°，地層整體傾向約355°，傾角7°～10°，為順層滑坡。滑坡后緣與坡腳處天然高差約32 m，小區居民區與滑坡前緣距離約7.5 m.

該滑坡前緣高陡臨空，擋墻和車庫墻體、柱子都存在裂縫、鼓脹等變形跡象，且車庫鼓脹最大部位位于地面向上1.8～2.5 m處，擋墻鼓脹最大部位位于地面向上約1.4 m(滑體剪出面)；前緣車庫墻體、柱子處非常潮濕，墻體、柱子底部出現掉皮現象。滑坡后緣呈弧形，后緣寬約135 m，坡向NE17°，后緣陡坎高約2.0 m，陡坎坡度約80°. 滑坡周界東側陡坎處石炭系中統本溪組泥巖出露，出露處滑帶明顯，泥巖存在地層錯斷、拉張裂縫和滑動痕跡，見圖1. 由圖1可以看出，此區域泥巖已經發生滑動，判斷其為泥巖層間發生淺層滑動造成的。

圖1 滑坡東側滑帶滑動跡象圖

綜上可知，許多滑坡基本特征和要素的確定都是通過最初的野外踏勘調查與測繪得到的。

2) 鉆探。

鉆探是滑坡勘查中最常見的手段，一般沿滑坡主滑斷面、輔助斷面布設，在滑坡后緣、中部及前緣，沿滑動最大的方向分別布設鉆孔。用來確定滑坡體的范圍、厚度和物質組成，查明地下水的分布、層位、水的來源及各個含水層之間的相互聯系，并采集巖土樣進行物理力測試等。該項目共布設鉆孔15個，總進尺299 m.

3) 井(槽)探。

用人工或機械設備挖掘巖土，形成井(槽)狀地質斷面，如探井、探槽。對于滑坡勘查而言，該方法的揭露面較大，易于區分滑體、滑帶和滑床，可以直接觀測地質現象，取得資料真實可靠，并具有取樣準確、方便的優勢。探井和探槽是查找滑帶最直觀且主要的手段。

鉆探和井(槽)探是相輔相成的兩種手段，配合使用可以起到很好的效果。該滑坡施工探井7個，總進尺31 m，確定滑坡體巖性為石炭系中統本溪組黃色、灰黃色泥巖，厚2.0～13.8 m，節理裂隙發育，巖體多數呈碎塊狀或軟柱狀，含水量較大；泥巖上覆薄層第四系上更新統粉質黏土，厚0.5～10.5 m；坡體下伏奧陶系中統峰峰組石灰巖、泥灰巖。該滑坡滑體厚度3.5～12 m，后部厚，前部薄，滑體體積約22.63×104m3，屬中型滑坡。

4) 水文勘查。主要查明滑坡地下水的水位情況、分布范圍和動態變化；測定含水層的涌水量和滲透系數，地下水的流速、方向和相互聯系；進行水質分析，用滑坡體內、外水質對比和體內分層對比，判斷水的補給來源和含水層數。

該次勘查最大深度為27.0 m，最深揭露到奧陶系中統峰峰組灰巖，在勘查深度范圍內未見穩定的地下水位。據調查雨季時，滑坡前緣地面1 m以下可見雨水滲出水，平時無水。地下水對混凝土結構及混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性。

通過各種勘查手段所得結果分析可知，該滑坡為泥巖層間滑動的順層、牽引式巖質滑坡，滑動面(帶)為泥巖層間發生滑動，滑面為折線形，巖性為石炭系中統本溪組泥巖。滑床為石炭系中統本溪組泥巖。

3 滑坡穩定性分析探討

3.1 計算模型(計算剖面)

計算剖面與滑坡滑向平行，與地形等高線垂直，其中以位于滑坡中部、破壞最嚴重處的剖面為主剖面，即1-1′剖面。該次主要對不同計算方法所得的滑坡穩定系數進行比較，因此以1-1′剖面作為研究對象，計算模型見圖2.

圖2 1-1′剖面滑坡穩定性計算模型圖

3.2 計算工況

坡腳開挖、連續降雨是影響邊坡穩定性的主要因素，并考慮坡體飽水情況、地震工況下的穩定系數，因此計算工況考慮“自重”、“自重+暴雨”和“自重+地震”3種。

3.3 計算參數的確定

滑坡穩定性計算參數主要有滑體重度、滑帶土黏聚力(c)及內摩擦角(φ)，其中滑帶力學指標取值的準確性直接影響滑坡穩定性分析、計算的可靠性。計算參數的選取在統計土工試驗數據基礎上，根據土層物理力學性質，結合坡體變形破壞特征進行參數反演分析，綜合確定[2].

據野外調查，滑坡前緣擋墻及車庫裂縫變形在逐漸加劇，說明目前坡體仍處于蠕變階段。反演時以1-1′剖面進行，滑坡新發生過滑動，采用應急措施治理后，目前暫時穩定，根據規范，則反演時“自重+暴雨”工況穩定系數取0.965，采用傳遞系數法[3]進行。綜合分析得出計算參數建議取值，見表1.

表1 穩定性計算參數建議取值表

3.4 滑坡穩定性分析探討

滑坡穩定性分析方法分極限平衡分析法和彈塑性理論分析法，目前常用的為極限平衡分析法，其基本方法就是條分法。目前針對已知滑動面為折線形的巖質滑坡，以條分法為基礎的滑坡穩定性計算方法主要有：傳遞系數法、摩根斯頓-普賴斯(Morgenstern-Price)法、簡布(Janbu)法又稱普遍條分法、沙爾瑪(Sarma)法、美國陸軍師團法、羅厄法[1]等。

由于該滑坡為折線形滑動面，根據《滑坡防治工程勘查規范》(GB/T 32864-2016)規定，針對此次研究對象，采用傳遞系數法進行滑坡穩定性評價，采用Morgenstern-Price法和Janbu法進行校核，用理正巖土工程計算分析軟件進行計算，穩定系數計算結果見表2，系數對比曲線見圖3.

表2 滑坡穩定系數計算結果取值表

圖3 不同計算方法滑坡穩定系數對比圖

由表2和圖3可以看出：

1) 對于滑坡穩定系數的計算，3種方法在3種不同工況條件下所得結果曲線形狀相似，證明其計算偏差方向一致。

2) 對3種計算方法所得結果進行對比可知，相對而言，傳遞系數法所得結果數值居中，Morgenstern-Price法所得結果數值偏大，Janbu法所得結果數值過于偏小。對于工程治理來說，采用傳遞系數法進行計算比較合理，通過安全系數的調整，基本不影響在工程方面的應用。

3) 通過計算對比可知，“自重+暴雨”工況的穩定系數一定小于“自重”工況；而對于地震基本烈度為Ⅶ度的地區，“自重+地震”工況的穩定系數不一定比“自重+暴雨”工況小，尤其是對于Janbu法，更加充分說明了滑帶的抗剪強度指標對計算結果的較大影響。

4 結 語

山西省陵川縣滑坡具有典型山區巖質滑坡的特征，選用極限平衡法中的傳遞系數法、摩根斯頓-普賴斯法、簡布法對滑坡的穩定性進行計算比較，得出采用傳遞系數法進行計算比較合理。