不穩定斜坡穩定性及防治策略探究

唐華

［關鍵詞］不穩定斜坡；穩定性；防治

1. 善家鋪社、趕羊口社不穩定性斜坡基本情況分析

1.1 地理位置

項目區位于定西市渭源縣大安鄉大澇子村善家鋪社、趕羊口社所在地，附近有硬化鄉道，與外界相通，交通便利，地理坐標：東經104°25′46″，北緯35°20′21″。

1.2 氣象、水文條件

1.2.1 氣象

項目區地處溫帶半干旱氣候，雨量偏少；據渭源縣氣象站資料統計，年平均氣溫為6.1℃，最熱月（7月）平均氣溫17.4℃，最冷月（1月）平均氣溫-6.9℃，無霜期166 天。年平均降水量499 mm，年蒸發量1400mm，約為降水量的3倍，最大凍土深度91 cm。

區內具有降雨集中、雨強大的特點，大雨、暴雨爆發頻率1.5～2.8次/年，大、暴雨集中在5～10月，而暴雨多出現在7月；一日最大降雨量96.5 mm（1983年），小時最大降雨量50.5 mm（1996年），10分鐘最大降雨量22.0 mm（1996年）。短歷時、高強度的降雨，極易引發滑坡、崩塌、泥石流等地質災害[1]。

1.2.2 水文

渭河發源于縣城西南部的鳥鼠山，大體由西向東徑流，主要由清源河、鍬峪河、蓮峰河匯集而成，在三河口出境流入隴西，多年平均徑流量約7310×10⁴m³/a。

項目區屬于渭河流域，位于渭河支流咸河上游左岸。項目區上游流域面積17.35 km²，溝道寬度最小15 m，根據調查，2018年“7.26”定西隴西大暴雨時，洪水位置高約2.0m，過流斷面積約為35 m²。

1.3 區域地質環境概況

渭源縣地處隴西黃土高原西部和西秦嶺西延部分的交匯地帶，境內梁峁起伏，群山逶迤，地勢西南高，東北低，最高為南部的露骨山，海拔3941 m，最低為渭河河谷區的三河口，海拔1930 m。因受第三紀地殼上升的影響，地貌分帶明顯。見圖1。

根據地貌的成因類型和形態特征，項目區屬于構造剝蝕黃土梁峁地貌。

項目區海拔2210～2420 m，區內植被較發育，覆蓋率低，以新近系泥巖基底，上覆風積黃土，山頂多渾圓、平緩，山梁呈垅崗狀、長條狀展布，梁峁起伏，溝壑縱橫。項目區內分布出露的地層主要為第四系上更新統風積物（Q₃^eol）、全新統崩塌堆積物（Q₄^col）及部分人工堆積物（Q₄^ml）。

1.4 地質構造與地震

1.4.1 地質構造

渭源縣地處隴西臺地黃土高原西部與西秦嶺地槽西端兩大構造單位的交匯地帶，以渭河為界，分為南北不同的兩大地質構造類型。項目區附近無大的斷層、褶皺等構造活動。見圖2。

1.4.2 新構造運動

由于渭河兩岸的強烈上升，加上黃土梁峁土體破碎，沖溝發育，溝谷深切形成谷中谷及基座階地等現象，如秦祁河、崔家河、劉家河、鍬峪河等，都形成了陡峻谷坡，為滑坡、泥石流形成提供了地形地貌條件[2]。

1.4.3 地震

項目區位于天水—蘭州東西向斷裂地震帶的北部，地震背景復雜，活動頻繁。

有歷史記錄以來，工作區附近發生5級以上地震6次，時間最近的是2013年7月22日甘肅岷縣漳縣交界地帶發生的6.6級地震，震源深度20公里，震中烈度Ⅷ度，發震斷裂為臨潭—宕昌斷裂茶埠—西江段，震后截至2013年7月30日8時，共記錄到余震1066次。地震距離工作區約72 km，此次地震造成渭源縣16個鄉鎮的217村17568戶69841人受災，直接經濟損失達55392.708 萬元，全縣有600 戶1688 間房屋倒塌。

渭源縣蓮峰鎮地震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第三組。

1.5 水文地質條件

區內松散巖類孔隙水主要為黃土裂隙孔隙潛水和河谷孔隙潛水兩類。

1.5.1 黃土裂隙孔隙潛水：通過拉張的垂直節理裂縫，接受大降水，垂向入滲補給，徑流途徑較短，常常引發斜坡變形失穩。

1.5.2 河谷孔隙潛水：主要接受兩側季節性溝谷地表水的入滲補給及大氣降水等補給。地下水水化學類型為HCO₃－SO₄－Ca－Na 和HCO₃－Ca－Mg（Na）型，礦化度小于1g/L。

1.6 巖土體工程地質

根據項目區土體成因類型和土體結構，該區土體土主要為特殊土一大類型。

1.6.1 黃土（Q₃^eol）

分布于項目區內斜坡上部，厚度5.0～15.0 m，巖性以粉土為主，粒度組成以粉粒為主，占85%～90%，含少量粘粒，占10－15%，質地均勻，無層理，具有粒狀架空式接觸結構，具大孔隙，垂直節理發育，結構疏松，表層干燥，中下部稍濕－潮濕。濕陷系數δs介于0.016～0.029 之間，自重濕陷系數δzs 介于0.018～0.034之間，自重濕陷量ΔZS為260 mm，濕陷量ΔS為542 mm，濕陷最大深度5.5 m，依據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025—2018）有關條款計算，判定該項目區濕陷等級Ⅱ級（中等）自重濕陷性場地。

物理力學性質：天然含水率13.9%～22.1%，重力密度1.49～1.99kN/m³，天然孔隙比0.64～1.064，液限27.3%～39.7%，塑限16.8%～29.0%，壓縮系數介于0.16～0.42MPa-1 之間，壓縮模量為4.61～10.87MPa，屬中壓縮性土，粘聚力為14.0～19.0kPa，內摩擦角為22.5°～26.0°。

1.6.2 重力堆積物（Q₄^col）

主要分布于上部斜坡表層及坡腳，巖性主要為含礫粉土，結構松散，孔隙發育，含少零星礫砂及大量植物根系，厚度約0.5～2.0 m之間；該類土物理力學性質不穩定，工程地質性質較差[3]。

1.7 人類工程活動

本區不合理的人類工程經濟活動是誘發各類地質災害的主要因素之一。區內主要的人類工程經濟活動包括：

1.7.1 亂砍濫伐，破壞植被：本區早期植被茂盛，后期由于開墾農田，植被覆蓋面積逐漸縮小，加劇了水土流失及滑坡等地質災害的發生[4]，并且使當地的生態環境地質環境日趨惡化。

1.7.2 坡腳建房及坡頂開挖整平：在斜坡坡腳地帶不合理開挖建房，坡頂開挖整平，修建硬化場地，在對坡頂進行加載的同時極易造成邊坡失穩破壞，引發災害。

2. 不穩定斜坡特征

大澇子村不穩定斜坡發育于構造剝蝕黃土梁峁地貌，屬土質斜坡；共發育2處不穩定斜坡，從南至北分別為X1、X2，X1不穩定斜坡坡腳分布有村民住房、鄉政府、衛生院、獸醫站等企事業單位，X2不穩定斜坡坡頂為大澇子村趕羊口社村民房屋及通村道路。（見圖3、圖4）。

2.1 不穩定斜坡形態特征

X1不穩定斜坡形態特征：X1不穩定斜坡屬黃土斜坡，平面呈“S型”曲線展布，該斜坡坡高3～8 m，寬約230 m，坡體坡度約65°～70°，軸向長5～12 m，坡向約322°，延伸方向近似呈39°展布；坡腳臨空，現狀裸露斜坡土體較潮濕，坡體植被發育，靠近坡肩存在裸露土體，坡頂面為硬化村道，有積水地形存在。由于該斜坡以人工成因為主，坡面較為規整，部分坡段坡面巖土裸露。

X2不穩定斜坡形態特征：X2不穩定斜坡屬黃土斜坡，平面呈直線展布，該斜坡坡高6～10 m，寬約60m，坡體坡度約45°～60°，軸向長8～20 m，坡向約323°，延伸方向近似呈40°展布；坡腳臨空，存在地表徑流流經，現狀裸露斜坡土體較潮濕，坡頂面為硬化村道，有積水地形存在。由于該斜坡以人工成因為主，坡面較為規整，坡面植被較為發育。

2.2 不穩定斜坡的變形特征

區內X1 不穩定斜坡位于大澇子村西側，坡度65°～70°，局部呈直立狀；存在多處掉塊、崩塌現象，局部破壞較為嚴重，距離現今較近的一次崩塌發生于2020年7月，斜坡失穩產生崩塌B1，B1崩塌屬黃土崩塌，崩塌堆積物堆積于斜坡坡腳，崩積物方量約120m?，屬于小型崩塌。斜坡崩塌直接對坡腳房屋建筑造成威脅，致使坡腳村民住房被積壓破壞，坡腳堆積有大量的重力堆積物；現狀坡頂拉張裂縫發育，斜坡土體破碎，結構松散。X2不穩定斜坡坡面存在崩塌滑移現象，局部破壞較為嚴重，致使坡頂出現拉張裂縫，拉裂破壞坡頂道路及房屋，斜坡土體破碎，結構松散，在斜坡兩側仍可見危土體。

2.3 斜坡物質組成和結構特征

區內不穩定斜坡體物質組成主要為馬蘭黃土及重力堆積物（含礫粉土）。馬蘭黃土厚度在5.0～15.0 m之間，粒度組成以粉粒為主，含少量砂粒、粘粒，質地均勻，結構疏松，具大孔隙，垂直節理發育，有自重濕陷性；坡腳分布有殘坡積含礫粉土，結構松散，孔隙發育，含零星礫砂及植物根系，厚度約0.5－2.0m之間。

3. 不穩定斜坡形成條件及誘發因素

影響該斜坡變形的因素是較復雜的，有自然因素和人為因素，其中主要是斜坡地形條件、巖土體的類型和力學性質、結構、水的作用、地震和人類工程活動等。

3.1 地形條件

地形地貌是控制斜坡變形失穩的主要因素。調查區屬黃土梁峁地貌，溝谷溯源侵蝕強烈，在梁峁及溝谷地段普遍形成陡坡。項目區不穩定斜坡坡度在40°～80°之間，局部地段呈直立狀至凹狀；局部地段受坡腳建房等人工因素形成了高大的臨空面，導致坡體下部應力集中，為坡體的潛在崩塌、滑移提供了良好的地形條件。

3.2 地層巖性

該區內斜坡地層巖性主要為風積黃土，垂直節理裂隙發育，結構松散，具濕陷性，力學性質較差，遇水易崩解，產生落水洞、裂隙等，有利于雨水入滲，在降雨、地震或其他觸發因素下穩定性下降，結構破壞，易形成軟弱面或軟弱帶，導致其上部坡體失穩。坡體組成物質所具備的結構特征均為崩塌、滑坡等災害的發生奠定了物質基礎。

3.3 水的作用

項目區降水量在年內分配很不平衡，一年中的降水量多集中在六、七、八、九月，四個月的降水量占全年總降水量的65% 以上，且多以大雨、暴雨的形式出現。

在降水及生產生活用水相對集中區、坡頂裂隙發育區以及組成坡體巖性松散、具有孔隙的條件下，有利于水體的快速入滲，易沿裂縫下滲，在坡體有利的部位形成潮濕或飽水的軟弱面（帶），降低土體的摩擦力與粘聚力，同時也增加了坡體的荷重，促使斜坡體失穩，從而引發滑坡、崩塌等災害的發生。

3.4 地震作用

地震作用形成的慣性力及地震過程中坡體應力的瞬間增加和重新平衡，會引起斜坡土體結構擾動而松動，使之土體內顆粒之間的原有粘聚力改變或破壞，導致力學強度顯著降低，從而導致本已處于潛在不穩定狀態下的坡體失穩，直接引發坡體產生崩塌、滑動變形。

3.5 人類工程活動

由于該區人們防災減災意識淡薄，地質災害防治知識欠缺，在村民房屋及其他企事業單位等建設過程中，對原始斜坡坡面切坡削方取土，致使坡體失去支撐，穩定性降低，導致斜坡產生變形，最終演化為崩塌、滑坡等地質災害。同時坡頂道路及房屋建設加載使坡體穩定性降低，進一步加劇了斜坡變形程度。

4. 不穩定斜坡穩定性分析評價

4.1 不穩定斜坡穩定性定性分析

通過對項目區地形地貌、地層巖性、地質構造、坡體變形等情況進行宏觀分析，大澇子村不穩定斜坡坡面巖土結構松散，垂直節理裂縫發育，坡頂局部發育有豎向裂縫。且斜坡地形相對陡峭，局部近乎直立，坡腳形成了較大的臨空面，導致坡體下部應力集中，從而斜坡坡面局部已發生坍塌及危巖體現象。

本次定性分析評價的方法依照地質歷史分析法，結合工程地質類比法進行判斷：即在考慮地質環境條件的同時，重點依據災體的現狀變形跡象和誘發因素，參考周邊不穩定斜坡的變形破壞進行穩定性的類比判斷，定性評價的標準參照甘肅省《地質災害危險性評估規程》（DB62－T－2009）中不穩定斜坡野外穩定性判別依據（見表1），對本次不穩定斜坡進行評價。

根據不穩定斜坡坡體形態、結構特征及變形破壞方式，對該斜坡進行穩定性定性評價，評價結果見表2。

4.2 不穩定斜坡穩定性定量分析

X1、X2不穩定斜坡穩定性定量分析

4.2.1 計算參數的確定

計算時斜坡體巖土體的重度、抗剪強度依據本次試驗資料及參考本區域內已有實驗數據綜合確定，具體取值見表3。

4.2.2 計算模型

根據勘查，本次治理工程安全等級為二級，根據建筑邊坡工程技術規范，邊坡穩定安全系數一般工況為1.30，地震工況為1.10，見表4：

斜坡為土質斜坡，故選用圓弧法進行邊坡穩定性分析。天然狀態下，邊坡土層不含地下水。設計工程場地抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度0.15g。

4.2.2.1 計算方法

不穩定斜坡的計算采用“理正巖土軟件5.1版”分析計算，采取瑞典條分法自動搜索最危險滑裂面進行穩定性定量計算，計算公式為：

4.2.2.2 計算公式

計算條件：

采用規范：通用方法

計算目標：安全系數計算

安全系數計算目標：圓弧滑動法

圓弧穩定分析方法：瑞典條分法

穩定計算目標：自動搜索最危險滑裂面

土條重切向分力與滑動方向反向時：當抗滑力對待

條分法的土條寬度： 0.500（m）

搜索時的圓心步長： 0.500（m）

搜索時的半徑步長： 0.500（m）

4.2.3 計算剖面選取

X1、X2不穩定斜坡在勘查中共布置了8條縱向斷面，本次穩定性分析計算是在斜坡體上選取了典型代表性的2－2′、5－5′、6－6′號剖面進行穩定性計算。各個剖面計算簡圖（見圖5、6、7）。

4.2.4 計算工況條件

本次對X1、X2不穩定斜坡穩定性計算采取以下三種工況進行計算：

工況1—自重工況。

工況2—自重+暴雨。

工況3—自重+地震，設計基本地震加速度值為0.15g。

4.2.5 計算結果及定量評價

按照《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330—2013）中的判別標準，該邊坡的防治工程安全等級為二級，一般工況下的穩定安全系數Fst為1.30，地震工況下的穩定安全系數Fst為1.10，斜坡穩定性計算結果見表5。

KS<1.0 不穩定； 1.0≤K<1.05 欠穩定；

1.05≤KFst 穩定；

4.3 不穩定斜坡穩定性綜合評價

根據定性分析和定量計算，項目區X1不穩定斜坡現狀處于欠穩定狀態，暴雨狀態下處于不穩定狀態，地震狀態下處于不穩定狀態，X2不穩定斜坡現狀處于欠穩定狀態，暴雨狀態下處于不穩定狀態，地震狀態下處于不穩定狀態。其在強降雨和地震情況下X1、X2不穩定斜坡失穩產生崩塌、滑坡的可能性大，且組成坡體的土體結構松散，稍濕，粘聚力小，遇水易濕陷，加之降水不斷入滲至坡體內，致使斜坡坡體穩定性進一步變差，是發生滑塌、崩塌的主要原因[5]。

綜合評價認為，X1、X2不穩定斜坡現整體處于欠穩定狀態，其發展趨勢為不穩定。故應對此斜坡及時進行治理，以保證斜坡的穩定性，保護斜坡影響范圍內的建（構）筑物、人員等的生命與財產安全。

5. 不穩定斜坡的發展趨勢及危險性預測分析

X1不穩定斜坡坡腳分布有村民住房、鄉政府、衛生院、獸醫站等企事業單位，坡頂為硬化道路及村民房屋，其危害方式主要表現為以坡頂拉裂破壞道路房屋及壓埋坡腳建筑物為主。現場調查可見，受區域內土地資源緊缺限制，村民住房及企事業單位辦公用房緊鄰不穩定斜坡，一旦坡體產生崩塌、滑移變形，將造成嚴重災難；壓埋破壞房屋是X1不穩定斜坡災害顯著特點。

X2不穩定斜坡坡腳為空地及溝道，坡頂為道路及村民房屋，其危害方式主要表現為以坡頂拉裂破壞道路及村民房屋為主。一旦坡體產生崩塌、滑移變形，將造成嚴重災難；拉裂破壞坡頂道路及村民房屋是X2不穩定斜坡災害顯著特點。

5.1 不穩定斜坡的發展趨勢

依據調查，該區不穩定斜坡坡面形態、地層巖性組合特征等條件分析，該類斜坡從坡體形態和地層巖性組合上本身就存在不穩定性[6]，區內斜坡高差大，坡面土體結構松散，力學強度低，垂直裂縫發育，臨空面大。現狀該區不穩定斜坡坡頂裂縫發育，坡面局部坍塌，在持續降水或暴雨頻發、地震等不利因素的綜合影響下斜坡局部極有可能繼續發生崩塌、滑移變形。

5.2 危險性預測分析

通過不穩定斜坡的定性及定量分析計算，綜合判定該區X1、X2不穩定斜坡的穩定性較差。由于該區不穩定斜坡其坡面陡、高差較大，其滑動距離勢必較遠，X1不穩定斜坡直接威脅坡腳村民住房、鄉政府、衛生院、獸醫站等企事業單位的安全。同時該區X2不穩定斜坡坡頂為道路及村民房屋，緊鄰邊坡，因此安全儲備距離不足，若不穩定斜坡在不利工況下發生大面積失穩下滑錯移，將直接對斜坡坡頂上的建筑產生錯移拉裂破壞，甚至造成人員傷亡，直接經濟損失不可估量，其危害對象等級為二級，險情等級為中型。

5.2.1 不穩定斜坡滑距及拉裂距離計算

對于大澇子村不穩定斜坡變形后影響區的范圍界定，前方坡腳覆蓋區及坡頂拉裂區范圍根據斜坡區出露的地層巖性、坡高及經驗對比法確定，不穩定斜坡在坡腳影響范圍一般為坡高（H）的1.5倍，作為該區不穩定斜坡在坡腳地段的影響距離。斜坡坡頂的影響范圍根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013），L=H/tgθ公式估算：

式中：L—邊坡坡頂塌滑區邊緣至坡底邊緣的水平投影距離（m）；

H—邊坡高度（m）；

θ—邊坡的破裂角（°）。該不穩定斜坡坡面為傾斜土質邊坡。該不穩定斜坡邊坡的破裂角（°）。本次取45°＋φ/2，其中ψ為土體的內摩擦角，具體影響范圍見表6。

結合邊坡影響范圍計算分析，大澇子村不穩定斜坡危害區累計威脅區內村民、鄉政府、衛生院、獸醫站等企事業單位共計160余人的生命財產安全，潛在經濟損失約600萬元，尤其是坡腳距離村民、鄉政府、衛生院、獸醫站等企事業單位較近，并無安全防護措施，人類活動較為頻繁，威脅對象明顯。所以，為了保護不穩定斜坡危害范圍內生命財產安全，盡快開展大澇子村不穩定斜坡治理工程是十分必要的。

6. 結論與建議

6.1結論：X1、X2不穩定斜坡現整體處于欠穩定狀態，其發展趨勢為不穩定。故應對此斜坡及時進行治理，以保證斜坡的穩定性，進一步保護斜坡影響范圍內的建（構）筑物、人員等的生命與財產安全。

工程區抗震設防烈度Ⅶ度區內，屬設計地震第三組，設計基本加速度為0.15 g。區內最大凍土深度為91 cm。工程治理區建筑場地環境為Ⅲ類腐蝕環境，地基土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

依據現場調查及通過實地地面工程地質測繪、探井及地層露頭揭露，結合防治措施建議，大澇子村不穩定斜坡的主要防治工程為擋土墻+瓦片狀排水渠+攔土壩+排水渠。

6.2 建議：

6.2.1 大澇子村不穩定斜坡地質災害穩定性差，建議主管部門盡快立項并開展治理工程勘查、設計、施工等工作，盡快消除地質災害隱患，以確保危險區內企事業單位工作人員及群眾生命財產的安全，造就一個安全和諧的教育及生活環境。

6.2.2 大澇子村不穩定斜坡直接關系到威脅區內村民及企事業單位工作人員共計約160人的生命財產安全，因此加強對不穩定斜坡的位移監測，以便隨時掌握其變形位移動態，避免造成大的災害。

6.2.3 加強對不穩定斜坡影響區的管理，禁止在斜坡坡體影響范圍內隨意修建居民住房或建筑物，禁止任何單位和個人在區內隨意挖坡取土或進行其他工程活動。