重慶某山體滑坡成因及穩(wěn)定性分析

侯家其,陳 聰

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

1 概述

滑坡是一種在自然條件因?yàn)槟撤N誘發(fā)因素造成邊坡滑動(dòng)的自然現(xiàn)象[1]。滑坡主要發(fā)生在降雨多的季節(jié)，尤其是7月[2]。2010—2015年底全國(guó)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，滑坡災(zāi)害是主要的地質(zhì)災(zāi)害[3]。滑坡是地質(zhì)災(zāi)害中造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡最大的[4]，降雨導(dǎo)致的滑坡多余其他因素導(dǎo)致的滑坡[5]。并且隨著降雨的增多，財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡也隨之增加。滑坡堆積大量的碎石和泥漿可能造成河道淤積，形成堰塞湖，造成的危害性可能會(huì)更大。滑坡預(yù)報(bào)作為一種預(yù)報(bào)措施，可以提前發(fā)布某些地方會(huì)出現(xiàn)滑坡災(zāi)害，通知人員撤離，避免巨大的人員傷亡，是地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)重要的手段之一[6]。隨著建設(shè)用地的增加，防治滑坡災(zāi)害顯得越來越重要。

2 工程概括

滑坡位于云陽縣某地。滑坡平面形態(tài)呈橫長(zhǎng)形，滑坡方向?yàn)?21°，寬度約為760 m，縱長(zhǎng)約65～280 m，面積為11.9×104m2。勘查區(qū)斜坡坡體骨架有內(nèi)陸河湖相沉積的侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)砂巖、砂質(zhì)泥巖，斜坡表面大部為第四系滑坡堆積物、崩坡積物、殘坡積物等覆蓋。變形始于2014年8月28日，于8月31日下午發(fā)生大面積滑動(dòng)。變形最強(qiáng)烈區(qū)域?yàn)榛轮胁壳熬墸瑒?dòng)區(qū)面積約0.5 km3，滑坡滑動(dòng)方量約80×104m3，原滑體土結(jié)構(gòu)已解體破壞。滑坡后緣出現(xiàn)大量地面裂縫、下挫陡坎及拉裂槽，滑坡范圍內(nèi)建筑不同程度開裂、變形。滑坡中后部輸電鐵塔歪斜，輸電線拉斷。前緣薛家溝隧道進(jìn)洞口塌陷，隧道損毀嚴(yán)重(后緣陡坡局部垮塌，造成房屋及地面開裂如圖1所示，中后部地裂如圖2所示)。

圖1 后緣外側(cè)房屋地裂示意

圖2 中后部地裂示意

該滑坡的前緣部分為平面滑動(dòng)，中后緣部拉張變形、下錯(cuò)。中后部變形裂縫多集中于房屋地面和墻體，裂縫多貫通到地面，主要以拉張裂縫為主，滑坡前緣局部形成鼓丘。滑坡區(qū)房屋多為村民自建，基礎(chǔ)多置于前填后挖平場(chǎng)后形成的崩坡含碎石粉質(zhì)粘土地基上，對(duì)變形敏感，損毀嚴(yán)重。

3 滑坡成因分析及穩(wěn)定性宏觀判斷

3.1 滑坡成因及誘發(fā)因素分析

滑坡成因主要有以下幾方面：

1) 滑坡區(qū)及后緣陡崖上方匯水面積大，滑坡區(qū)地表排水不暢。滑體后部為陡崖崩坡積物，巨粒、粗粒含量多，物質(zhì)松散，下部泥巖層阻止了雨水的繼續(xù)下滲，導(dǎo)致地下水容易匯聚。在暴雨條件下，雨水通過表層的泥土往下滲入，導(dǎo)致坡體的地下水位急劇上升，產(chǎn)生的靜水壓力增大。滑坡后部A區(qū)滑床后陡前緩，在水壓力作用下形成“水墊”效應(yīng)，使土體內(nèi)部抗剪急劇下降；降雨使土體的重量增加，土體的滑動(dòng)力增加而抗滑力減小，降雨也使土體更加松軟，促使坡體變形，導(dǎo)致坡體的滑動(dòng)。

2) 滑坡階梯狀，兩級(jí)平臺(tái)之間地形較陡，形成臨空面；前緣臨近薛家溝，受溪水不斷沖刷局部臨空，為滑坡形成提供了地形條件。

3) 坡體上方修筑有房屋、農(nóng)田水塘等，坡體前部出現(xiàn)削坡現(xiàn)象，人類活動(dòng)破壞了邊坡的平衡，使得坡體變薄，加快了雨水下滲速度，地下水的形態(tài)，邊坡的含水、荷載增加，促進(jìn)了滑坡的形成和發(fā)育。

通過對(duì)滑坡的成因分析，主要有3個(gè)因素誘發(fā)滑坡：暴雨、坡體滑坡后緣加載、前緣局部削坡等。

3.2 滑坡穩(wěn)定性宏觀判斷

滑坡總體為橫長(zhǎng)形，中部呈舌狀突出。根據(jù)地貌形態(tài)、變形特征及剖面形態(tài)，可將滑坡分為后緣A區(qū)和前緣B區(qū)2個(gè)小區(qū)(如圖3所示)，滑坡主要沿巖土界面滑動(dòng)。

圖3 滑坡分區(qū)示意

滑坡A區(qū)滑體厚、滑面平緩，結(jié)構(gòu)松散，地下水位較高，大部分現(xiàn)狀處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨后處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)；A區(qū)中部削方區(qū)控制段在削除后緣土體的同時(shí)中部阻滑段土體亦被大量削除，宏觀分析現(xiàn)狀處于穩(wěn)定狀態(tài)，天然和暴雨條件下邊坡基本穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)滑坡的情況。

滑坡B區(qū)滑坡土體相對(duì)較薄，兩側(cè)變形輕微，前緣回填土較厚，滑面面起伏較大，宏觀分析處于穩(wěn)定狀態(tài)；B區(qū)中部滑塌區(qū)結(jié)構(gòu)松散，地形坡度較大，現(xiàn)狀處于出現(xiàn)滑坡，暴雨條件下可能會(huì)發(fā)生滑坡。

由于滑坡體匯水面積大，坡體結(jié)構(gòu)松散，且最近幾年重慶極端天氣增多，暴雨不斷，而汛期將至，受此影響滑坡可能發(fā)生再次滑動(dòng)。

4 滑坡穩(wěn)定性分析及發(fā)展變化趨勢(shì)

4.1 計(jì)算模型及方法

根據(jù)邊坡滑面的形態(tài)以及滑動(dòng)的方式，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用基于剛體極限平衡理論的傳遞系數(shù)法，該方法基于以下假設(shè)：

1) 將滑坡穩(wěn)定性問題視為平面應(yīng)變問題；

2) 滑動(dòng)力以平行于滑動(dòng)面的剪應(yīng)力τ和垂直于滑動(dòng)面的正應(yīng)力δ集中作用于滑動(dòng)面上；

3) 條塊間的作用力合力方向與滑動(dòng)面傾角一致，剩余下滑力為負(fù)值時(shí)，則傳遞的剩余下滑力為0；

4) 沿整個(gè)滑動(dòng)面滿足靜力的平衡條件，但不滿足力矩平衡條件。

極限平衡理論變現(xiàn)為滑動(dòng)力與抗滑力之比，公式如下：

(1)

其中：

Ri=Nigφi+ciLi

(2)

Ti=Wisinθi+Δpicosθi

(3)

Ni=Wicosθi-Δpisinθi-Ui

(4)

(5)

Wi=rVi+rsatVid+Fi

(6)

(7)

(8)

式中Fs為穩(wěn)定性系數(shù)；Wi為第i條塊的地面荷載之和,kN/m；Ci為第i條塊內(nèi)聚力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角,°；Li為第i條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度,m；θi為第i條塊滑面傾角,°；Ni為第i條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的分力,kN/m；Δpi為第i條塊土體兩側(cè)靜水壓力的合力,kN/m；Ui為第i條塊土體底部孔隙壓力,kN/m；ψj為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)。

此次計(jì)算模型假定為二維平面應(yīng)變問題，計(jì)算采用的寬度和坡長(zhǎng)比較大，滑坡的厚度與寬度比較大。在采用寬度和坡長(zhǎng)比、滑坡的厚度與寬度比都較大的情況下，計(jì)算得到的二維和三維滑坡穩(wěn)定系數(shù)比較接近[7]。計(jì)算的工況采用現(xiàn)狀水位和20年一遇暴雨兩種工況。

4.2 計(jì)算參數(shù)的分選

1) 滑體重度

取野外大容重試驗(yàn)成果標(biāo)準(zhǔn)值作為滑體容重值。天然狀態(tài)下滑體土容重(γd)取值為19.9 kN/m3，飽和狀態(tài)下滑體土容重取值為20.5 kN/m3，暴雨?duì)顟B(tài)下容重取值為按1/3飽和計(jì)算。

2) 滑帶C、φ值

由于滑體土碎石含量較多，室內(nèi)試驗(yàn)中剔除了較大的碎石，部分樣品試驗(yàn)時(shí)失水較嚴(yán)重，進(jìn)行了重塑，因此抗剪強(qiáng)度φ值略低，計(jì)算時(shí)將φ值試驗(yàn)值提高1.10倍。室內(nèi)試驗(yàn)確定滑體土的抗剪強(qiáng)度推薦值見表1。

表1 滑體土抗剪強(qiáng)度取值

4.3 計(jì)算結(jié)果

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4.4 穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)計(jì)算得到Fs的值，通過劃分取值范圍，按穩(wěn)定系數(shù)分4級(jí)(見表3)。

表3 邊坡穩(wěn)定性等級(jí)劃分

1) 工況自重+地表荷載+現(xiàn)狀水位

整體穩(wěn)定性：計(jì)算得到整體穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.156，整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

局部穩(wěn)定性：A區(qū)局部穩(wěn)定系數(shù)分別為1.635，處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)再次滑坡；B區(qū)局部穩(wěn)定系數(shù)為1.132，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2) 工況自重+地表荷載+20年一遇暴雨時(shí)

整體穩(wěn)定性：整體穩(wěn)定Fs=1.022，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

局部穩(wěn)定性：A區(qū)局部穩(wěn)定系數(shù)為1.082，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；B區(qū)局部穩(wěn)定系數(shù)為1.026，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，可能會(huì)再次發(fā)生滑坡。

根據(jù)滑坡的不同表現(xiàn)形式，本次對(duì)滑坡的前緣和后緣采用分區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并分析滑坡的前緣和后緣的穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合。暴雨情況下由于計(jì)算整體穩(wěn)定系數(shù)所選控制段結(jié)構(gòu)松散，地形坡度較大，計(jì)算得到的整體穩(wěn)定系數(shù)比A、B區(qū)小，更容易發(fā)生滑坡，整體A區(qū)穩(wěn)定情況比B區(qū)好，計(jì)算結(jié)果可信。

4.5 發(fā)展變化趨勢(shì)

滑坡為推移式滑坡，區(qū)域正在進(jìn)行一系列減重減載的措施，目前，坡體在天然條件下不會(huì)再次出現(xiàn)滑坡的可能，但是在暴雨條件下，荷載、地下水位等一系列的變化，坡體會(huì)再次失穩(wěn)，可能會(huì)因?yàn)楸┯甓l(fā)生滑坡。滑坡區(qū)大量地表裂縫為地表水下滲提供了良好通道，其后緣匯水面積大，隨著降雨等因素的不斷作用，若削方不當(dāng)，滑坡有向欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)。

4.6 危害性預(yù)測(cè)

目前滑坡體上居民已全部搬遷，隧道區(qū)域的滑坡區(qū)正在進(jìn)行削方減載。滑坡穩(wěn)定性與地下水活動(dòng)關(guān)系密切，受降雨影響明顯，滑坡規(guī)模較大，成災(zāi)可能性大。滑坡發(fā)生大規(guī)模滑動(dòng)后變形逐漸趨于穩(wěn)定，但滑坡再次啟動(dòng)的條件仍然存在，成災(zāi)條件較充分。威脅范圍包括后緣云雙路、滑坡區(qū)及前緣隧道施工區(qū)。若滑坡再次失穩(wěn)，將危及滑坡區(qū)內(nèi)的施工人員、后緣移民為15戶61人、云雙道路為830 m、輸電鐵塔、隧道施工，嚴(yán)重影響場(chǎng)區(qū)正常的開發(fā)利用及隧洞的正常運(yùn)營(yíng)。

5 措施建議

根據(jù)滑坡特征、成因機(jī)制、穩(wěn)定性、目前所處狀態(tài)及滑坡區(qū)土地開發(fā)利用，建議采用工程治理措施。建議治理工程以削方減載、回填反壓為主，結(jié)合局部擋墻與截排水工程。目前，滑坡中部薛家溝隧道區(qū)域上方正在進(jìn)行削方減載施工，削方工程宜結(jié)合滑坡穩(wěn)定性、隧道施工及場(chǎng)區(qū)開發(fā)利用來進(jìn)行。滑坡后緣陡坡危巖單體建議清除或采用工程支擋。

6 結(jié)語

本文結(jié)合具體的滑坡案例，對(duì)滑坡的成因、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，通過對(duì)滑坡區(qū)分區(qū)，采用基于剛體極限平衡理論的傳遞系數(shù)法，計(jì)算2種工況下分區(qū)區(qū)域的穩(wěn)定性，區(qū)域暴雨條件下相對(duì)自然條件下更容易發(fā)生滑坡，分區(qū)A比分區(qū)B穩(wěn)定情況更好。在暴雨條件下，滑坡再次啟動(dòng)的條件仍然存在，成災(zāi)條件較充分，并提出削方減載、回填反壓等一系列治理措施建議，可為類似工程提供借鑒。