某冰水堆積體人工邊坡穩定性分析

王 偉， 盧鵬飛， 廖崇高， 徐 晶

(西部戰區空軍勘察設計院，四川成都 610041)

[通信作者]廖崇高(1973—)，男，博士，高級工程師，主要從事地質工程及管理工作。

天然斜坡或人工邊坡形成過程中，巖(土)體內部原有的應力狀態將隨著過程的進行而發生變化，引起應力重分布和應力集中等效應，斜坡巖(土)體為適應這種新的應力狀態，將發生不同形式和不同規模的變形與破壞，如滑坡、崩塌等[1]。冰水沉積物是經冰水搬運，沉積在冰川內部或附近的堆積物，又稱冰水沉積物[2]。對冰水堆積物的工程特性研究較多，謝春慶等[3]對川西地區冰磧土的工程性質進行了系統地研究，認為冰磧層總體上為一種良好的地基和填料，可作為機場、公路、房屋等建筑地基。祁昊、馮文凱等[4]通過對四川理縣桃坪冰水堆積物在不同含水率條件下進行不固結不排水三軸剪切試驗，以研究含水率變化對抗剪強度的影響，認為對桃坪堆積體上廣泛存在的淺層滑坡，應積極開展降雨量動態監測、優化改進灌溉方式以及加強坡體表部排水設施建設等工作。沈習文等[5]對雙江口水電站左岸紅旗橋冰水堆積體邊坡的成因進行了研究，并分析邊坡穩定性特征及施加支護措施后邊坡的整體穩定性。

某邊坡坡腳為公路，坡頂為重要保護目標。坡頂高程為564.5 m，坡腳高程為547.7 m，坡高約17 m，上陡下緩，坡度45°～75°，坡面主要為冰水沉積層，局部已發生小型滑坡。為保證坡頂設施交通安全運行和坡腳交通安全，須對該邊坡進行治理工程勘查工作，查明地質環境條件及地質災害的現狀、特征等，分析滑坡的發展趨勢和危害程度，為邊坡治理設計提供數據支撐。

1 地質環境條件及分析

工程區屬亞熱帶濕潤季風氣候區，多年平均氣溫16.3 ℃，極端最高氣溫36.3 ℃，極端最低氣溫-4.4 ℃，多年平均降水日為178.9天，多年平均降雨量為1 289.0 mm，年內降水分配極不均勻，主要集中在5～9月，占年降水的79%。多年平均蒸發量1 025.5 mm，多年平均蒸發量大于同期降水量。

工程區為淺丘地貌，由于人類工程活動，坡頂整平后修建了重要保護設施，坡腳被開挖平整后并修建公路，坡面植被發育，以喬木、灌木、雜草為主，開挖面坡度較陡，未分級，僅在坡腳處設置了高度約1 m的擋土墻。

工程區雨量充沛，特別是雨季，短時強降雨致使地表徑流豐富，工程區地貌為淺丘，坡頂地表水為無組織的自然滲流的方式排泄。暴雨時坡體受到強烈沖刷，故強降雨對邊坡穩定性有較大影響；對邊坡坡腳的強烈改造，對邊坡穩定性起到了決定性影響。

2 坡體工程地質與水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據工程地質水文地質測繪及工程地質鉆探成果，工程區巖土層主要為植物層(Q4pd)和冰水冰磧沉積層(Q2fgl)組成，巖土體結構劃分詳見表1。

2.2 水文地質條件

工程區地下水類型為第四系孔隙潛水，主要接受大氣降水及塘、田等地表水補給，向地勢低洼處徑流排泄，蒸發和人工取水也是重要排泄方式之一。地下水位埋深約4.65 m，相應高程557.69 m，枯豐期水位最大變幅為2～5 m，一般變幅為2～3 m。

3 邊坡穩定性分析

3.1 邊坡穩定性定性分析

據調查訪問，坡腳處道路已修建多年，近坡側設1 m高簡易擋土墻，邊坡一直處于穩定狀態，坡體喬木豎直，無“醉漢林”“馬刀樹”等現象佐證了此結論。2020年8月，在連日強降雨作用下，粉質黏土發生軟化，土體產生蠕滑變形，且有切坡形成滑坡前緣臨空面和張拉裂隙，滑體前緣部分開始滑出并牽引后部滑動，滑坡體方量約20～26 m3，為小型淺層牽引式堆積層滑坡。

3.2 邊坡穩定性定量分析

3.2.1 滑坡體物理力學參數取值

滑坡體物質組成為粉質黏土和卵石土，為土質邊坡，土體抗剪強度一般，根據現場工程地質鉆探揭露情況、室內試驗

表1 工程地質巖土體劃分

表2 土層物理力學參數計算值

成果，結合相關工程經驗參數，土體計算參數見表2。

3.2.2 基本假設

擬建工程為重要保護目標，重要性等級高，使用時間久。工程區雨量充沛，特別是雨季，短時強降雨致使地表徑流豐富，假定暴雨工況下地下水水位浸沒邊坡填筑體約2/3厚度；場區抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度為0.10g。計算考慮天然工況、暴雨工況、地震工況和極端的暴雨加地震工況。

3.2.3 安全系數取值

根據GB/T 32864-2016《滑坡防治工程勘查規范》有關對滑坡穩定狀態劃分的規定，穩定性評價標準見表3。

表3 滑坡穩定狀態劃分

3.2.4 計算結果

GEO5是來一款自捷克的巖土工程分析設計軟件，具有更加人性化的人機交互界面、更加靈活自由的設計方式，支持中、美、歐等74種規范，包含了邊坡穩定分析、擋土墻設計、基坑設計、基礎設計和勘察數據管理、三維地質建模等29個模塊，能夠提供傳統軟件無法涉及的復雜問題解決方案。

本次利用GEO5軟件的土質邊坡穩定性分析模塊，采用畢肖普法(Bishop)、瑞典條分法(Fellenius)、簡布法(Janbu)和摩根斯坦法(Morgenstern-Price)等方法對滑坡進行穩定性計算分析，計算剖面見圖1。

計算結果及評價：計算結果見表4。

根據計算結果可見，邊坡在天然工況下處于基本穩定狀態，在暴雨工況和地震工況下穩定狀態為欠穩定，在暴雨加地震工況下不穩定。

4 地質災害危險性評價

據調查訪問，工程區已發生的滑坡為小型滑坡，未造成人員傷亡和大的經濟損失。滑坡后緣呈弧形，滑壁局部可見張拉裂縫，裂縫走向與滑坡主滑方向垂直，裂縫長度約0.5～1.2 m，寬度0.05～0.2 m，深度約0.1 m。邊坡暫時處于極限

圖1 計算滑坡剖面

表4 邊坡穩定性計算結果

穩定狀態，在暴雨工況下，具有再次滑塌的風險，在暴雨+地震工況下，可能將發生在規模滑坡，嚴重威脅坡頂的重要保護目標。

5 結論與建議

通過對冰水堆積體邊坡進行穩定性分析，可得出結論：

(1)邊坡在天然工況下能保持穩定，在暴雨工況、地震工況下穩定性系數較小，在暴雨+地震工況下不穩定。

(2)建議對滑坡地段斜坡采用修筑護坡、堡坎、格構錨固或擋墻等防護措施，與現有護坡、堡坎相接，封閉土體，以免地表水和雨水進入斜坡土體內，防止其軟化、變形、蠕滑；并修筑截排水溝，防止和減少地表水、雨水從斜坡頂部滲入，有效排出于坡體以外，從而保證斜坡安全，以免產生新的滑坡。

(3)建議將滑坡治理時間安排在旱季，在斜坡地段進行挖方刷坡、施工前，應做好施工組織設計，制定挖方的施工順序，編制專項的邊坡治理方案、進行合理邊坡防排水設計，避免引起新的滑動，造成工程滑坡。