黃土滑坡參數反演及穩定性分析

李 宏，程 輝，江榮昊，張曉宇

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710000)

0 引言

滑坡作為自然災害的一部分,對人類的活動有非常大的影響,因此對其進行調查、研究、分析及治理顯得尤為重要?；碌闹卫硪罁饕Q于滑帶土的黏聚力(c)和內摩擦角(φ)等強度參數的正確與否[1],c值及φ值是滑坡穩定性分析和防治工程設計中十分重要而又難于確定的參數之一,其取值方法大致有3類[2]:

1)根據現場及室內試驗資料,結合滑帶土的地質條件和物理特征選取。

2)根據滑帶土強度參數和物理性質的經驗關系進行估算。

3)假定滑坡體的狀態,利用極限平衡法進行抗剪強度參數反演。

目前獲取滑坡體抗剪強度參數最常用的方法是基于極限平衡理論的反演分析[3],相對于其他兩種方法,反演分析相對可靠、簡單[4]。

通過反演分析方法,確定了某滑坡滑帶土抗剪強度參數指標,為后續滑坡穩定性分析評價及后期治理方案的選擇奠定了基礎。

1 滑坡體特征分析

滑坡體物質成分主要以黏土為主。褐黃色,含鐵猛質氧化物,局部含鈣質結核,以硬塑狀態為主。

根據現場鉆孔及探井資料顯示,該滑坡存在一個滑動帶,在滑坡帶土樣中出現明顯的擦痕(見圖1,圖2),滑帶中可見大量鈣質結核。

2 滑坡變形機制

2.1 地質條件

影響邊坡穩定性的主要因素是巖土體的本身特性。對于土質邊坡來說,主要受土體強度、軟硬接觸面的滲透性的約束。該滑坡隱患體及邊坡出露的地層主要為第四系上更新統風成黃土。黃土地層垂直節理發育,內含較多鈣質結核、姜石等,孔隙率高,含水量低,且黃土具有一定的水敏性[5],遇水后抗剪強度會迅速降低,這是形成滑坡的內在原因。同時受地形地貌、構造剝蝕及風化作用影響,風化物厚度較大。

2.2 地形地貌

該滑坡所在勘查區域的地貌單元為構造剝蝕中低山區?；虑熬壖盎潞缶壪鄬Ω卟钶^大,高差近25.0 m;坡度較陡,坡度約 30°～45°,按微地貌單元劃分為陡坡地帶。地貌形態見圖3。

2.3 人類活動

根據現場調查,滑坡體下緣將進行深基坑開挖,坡腳距基坑底近5.0 m,應力重新分布而失穩破壞。就本勘查區而言,基坑開挖易產生高陡地形,形成臨空面。

2.4 水文、氣候條件

勘查區地下水類型主要為第四系孔隙、裂隙水,主要接受大氣降水補給,以下降泉水的形式排泄。根據現場調查,滑坡前緣匯聚有一積水坑(見圖4),為滑坡形成的明顯特征,積水無法及時排泄,通過滲透使土體結構面的抗剪強度降低,抗滑力減小,而土體重度增加,下滑力增大。同時地下水溶解土體中的易溶物質,改變土體結構和化學成分,對坡體的穩定性產生了影響。

以上因素均對斜坡的穩定性產生不利影響,其中降雨對巖土體的浸潤作用使其抗剪強度降低是導致崩滑的主要誘發因素。

3 試驗參數與反演結果對比

3.1 室內試驗數據分析

通過人工探井方式在該滑坡采取18組土樣(包括滑坡土、滑帶土)分別進行了快剪、飽和剪切及殘余剪切試驗,具體試驗結果詳見表1。

表1 室內試驗成果統計表

3.2 抗剪強度參數反演計算

滑帶土力學參數的反演計算是通過已有資料恢復已破壞滑坡的原始狀態,推求處于極限平衡狀態時滑坡幾何形態參數與滑帶土力學參數的關系,從而確定滑帶土的力學參數[6]。

內摩擦角φ值的變化相對黏聚力c值的變化對滑坡穩定系數的影響更加敏感[7],故此次反演計算將固定黏聚力c值來反算內摩擦角φ值。

其四，當今農業正向綠色化方向發展，臨澤縣農業生產中也應塑造綠色品牌。制定綠色生產審核制度，加大綠色產品生產力度，重視綠色環境的維護，加強農業生態環境的整治力度勢在必行。

根據GB 50330—2013建筑邊坡工程技術規范及DZ/T 0218—2006滑坡防治工程勘查規范對邊坡的整體穩定性分級標準劃分:穩定、基本穩定、欠穩定和不穩定,見表2。

表2 穩定性安全系數分級標準

選取滑坡最不利滑動面進行反演計算,按天然工況進行,依據相關規范穩定性安全系數分級標準選取穩定系數K=1.05。

反演計算公式如下:

反演計算詳見表3。

反演計算結果詳見表4。

表3 滑帶土抗剪強度參數反演過程計算表

表4 滑帶土抗剪強度參數反演計算表

3.3 滑帶參數的選取

綜合室內土工試驗、原位測試試驗、反演分析計算、工程類比地區經驗等因素綜合分析確定該滑帶土的參數:黏聚力c=17.0 kN,內摩擦角φ=15.2°。

4 穩定性分析

4.1 定性分析及評價

根據探井顯示,滑坡體中上部位上覆坡殘積土厚度較小,地形相對較陡;滑坡體下部坡殘積土厚度較大,地形坡度相對較小。天然狀態下處于穩定狀態,發生滑塌的可能性較小。但是,滑坡前緣與側邊道路具有高差、易形成臨空面,土體孔隙性大,降雨或強降水作用下雨水易下滲、土體重度增加、強度降低,易發生失穩。

在滑坡體前部削坡、修路及施工等人類活動的強烈影響下,坡腳及表面可見少量碎屑物從高陡切坡面散落,這些跡象充分說明該滑坡已重新復活,發生二次滑坡的可能性較大。

4.2 定量分析及評價

選取天然和暴雨兩種工況進行穩定性驗算,依據表2穩定性安全系數分級標準。運用北京理正軟件,按照圓弧法計算各剖面穩定性系數計算結果,見表5。

表5 穩定性系數計算結果表

根據表5計算結果,該黃土邊坡總體處于欠穩定狀態,且不能夠滿足滑坡穩定的需求,在強降雨或人為因素的作用下,易產生失穩破壞。

5 結論

本文依托某工程,在實際地質勘查資料的基礎上,對滑坡的變形機制、抗剪強度參數確定及滑坡穩定性進行了詳細的分析計算,得出以下結論:

1)通過現場人工探井,確定了滑坡的最不利滑動面。

2)采用極限平衡法對滑帶土的抗剪強度參數進行了反演計算,采用最不利原則,確定滑帶土的抗剪強度指標為:黏聚力c=17.0 kN,內摩擦角φ=15.2°。

3)結合地質環境和空間分布特征,對該滑坡體的穩定性進行了定性及定量分析。在滑坡體前緣施工等人類活動及降雨天氣的強烈影響下,該滑坡處于不穩定狀態,發生二次滑坡的可能性較大。根據計算結果,在天然狀態下處于欠穩定狀態,暴雨狀態下為不穩定狀態。

4)對滑坡的研究分析為穩定性分析提供了一定的理論依據,同時為后續滑坡的防治提供強有力的支撐。