复杂地质滑坡特征及稳定性分析

徐国强，乔 兰，刘 兵，罗建林

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.河北理工大学建筑工程学院,河北 唐山 063009；3.江西省煤田地质局江西华昌工勘院，江西 南昌 330001；4.核工业赣州工程勘查院，江西 赣州 341000)

近年来，随着工程建设数量的增多和规模的加大，复杂地区高边坡滑坡灾害频繁发生造成的损失与危害也逐年增加[1-6]。例如，据对变质岩系分布面积较大地方的地质灾害的统计(截至2002年)，共发现滑坡灾害及隐患共267处，其中玄武岩台地型滑坡共104处(已经发生的滑坡86处，存在滑坡隐患的斜坡18处)，占总灾害数的39%。本文主要研究在复杂地质条件下，对露天转地下边坡的滑坡带基本特征进行分析，并对边坡的稳定性进行了研究。

1 滑坡带地质特征概况

1.1 地形地貌与水文气象

矿区位于华北地台北缘燕山沉降带中部迁安隆起西缘的褶皱带南部杏山复向斜构造中，山体坡面坡度25～30°。滑坡南侧坡面中部平缓地带，中上部未有植被，出露全风化基岩面，植被覆盖率10%；滑坡北侧坡面小陡坎较多，陡坎高多为1m，目前滑坡体前缘山坡上植被发育一般，中下部为开采的废矿石等，杂草丛生，植被覆盖率60%。滑坡坡面延展性较好，此种地貌特征，在形成较大临空面后，加上诱发因素(地表水的浸润，冲刷作用)，易促进形成山体滑坡。

1.2 地质构造及区域稳定性

滑坡体区域具有F9断裂。该断裂走向20～50°，倾向NW，倾角83°；走向长500m，宽8～10m，倾向延伸可达700～800m，属正断层。为研究滑坡岩体结构面的发育状况，测量和统计了出露于滑坡前缘露头及坡面的结构面，得出裂隙解理面产状范围，该滑坡岩体发育4组节理裂隙结构面，如表1所示。

表1 结构面产状及范围

上述节理裂隙面中第一组节理面与滑坡形成顺向结构对滑坡的稳定性有一定的影响。其他节理裂隙面总体上与滑坡形成逆向结构或逆向斜向结构，第二组、第三组倾角陡，第四组倾角较陡，相对第一组节理面而言这三组结构面对滑坡的稳定性影响较小。

2 滑坡带特征

山体滑坡前缘总宽度约112m，后缘总宽度107m，斜坡长55～80m，坡度20～50°，前后缘地形高差30～35m，滑动方向273～319°，近似一“箱型”，滑体坡面面积约8468m2，根据滑坡坡形态及工程地质特征，将滑坡体分为Ⅰ段(南侧)、Ⅱ段(北侧)。南侧滑坡基岩结构面基本特征见表2，北侧滑坡基岩结构面基本特征见表3。

3 稳定性计算分析

3.1 稳定性计算模型

设计参数根据《地勘报告》及《初步设计》选取，并结合地区经验,特别是根据目前该滑坡所处的状态进行反演算分析及查阅相关技术资料，综合确定如表4所示。

表2 南侧滑坡基岩结构面基本特征表

表3 北侧滑坡基岩结构面基本特征表

表4 滑体及滑带物理理学参数表

根据《地勘报告》及《补充地勘报告》，滑床基岩饱和重度取21.00 kN/m3；饱和抗压强度取5000kPa；横向承载力特征值取2000kPa；水平抗力系数KH取60MN/m3。

根据滑坡体变形特征，对滑坡在饱水自重情况下进行稳定性分析。滑坡后缘边界以滑坡后缘拉裂缝为边界，并假定滑动面基本一致，且岩土体参数亦一致。应用极限不平衡条分法建立如下计算模型，如图1所示。

3.2 计算结果分析

依据《建筑边坡工程技术规范》和《地质灾害防治工程设计规范》的相关规定，采用传递系数法(推力传递法)来计算边坡稳定性。

图1 滑坡带稳定计算模型

ψi= cos(θi-θi + 1)-sin(θi-θi + 1)tanφi + 1

Ri=Nitanφi+cili

Ti=Wisinθi+Pwicos(αi-θi)

Ni=Wicosθi+Pwisin(αi-θi)

Wi=Viuγ+Vidγ' +Fi

Pwi=γwiVid

γ' =γsat-γw

式中：FS为滑坡稳定性系数；ψi为传递系数；Ri为第i块滑体抗滑力(kN/m)；Ti为第i块滑体下滑力(kN/m)；Ni为第i块滑面上的法向反力(kN/m)；ci、φi为第i块滑面上的内凝聚力(kPa)及摩擦角(°)；li为滑面长度(m)；αi为地下水流线的平均倾角(°)；θi为滑面倾角(°)；Pwi为单位宽度的渗透压力(kN/m)；i为地下水渗透坡降；Viu、Vid为浸润线以上体积、以下体积(m3)。

采用剩余推力法，按设计标准，进行整体和局部滑移的推力计算。按《建筑物地基基础设计规范》(GBJ27—89)的相关规定，采用传递系数法(推力传递法)计算边坡推力，计算公式如下：

Fi=(Wisinαi+Qicosαi)+[ciLi+(Wicosαi-Qisinαi)fi]/Ks+Fi-1ψi-1

式中：Fi为第i条间推力(kN/m)；Wi为单元竖直力(条块自重)(kN/m)；αi为条块滑动底面倾角(°)；Qi为单元水平力(kN/m)；Ks为抗滑安全系数；ci为条块滑动底面处岩土体内聚力(kPa)；Li为条块滑动底面长度(m)；Fi-1为第i-1条块的剩余下滑力(kN/m)；fi为条块滑动底面处岩土摩擦系数，fi=tgφi；φi为岩土体内摩擦角(°)；ψi-1为传递系数，ψi-1=cos(αi-1-αi)-fisin(αi-1-αi)/Ks；αi-1为第i-1条块所在滑面的倾角(°)。

边坡稳定性计算结果如表5～表8所示。

由稳定性计算结果可知：该滑坡在天然状况下处于欠稳定～稳定状态，而 A-A′剖面在饱和状态下(暴雨工况)下，稳定系数K=0.869；处于失稳状态。这与现场该滑坡的宏观变形是一致的，B-B′剖面在天然状态下稳定系数K=1.566，在饱和状态下稳定系数K=0.984，说明Ⅱ段(北侧)滑坡在饱和状态下处于一种极限的平衡的状态，稳定系数小于《建筑边坡工程技术规范》中二级边坡的K=1.30安全系数，需要对其进行治理。A-A′和B-B′剖面在暴雨工况下均处于不稳定状态，极易发生滑坡灾害，并鉴于Ⅰ段(南侧)滑坡千枚岩风化较严重，且地表冲沟发育，需要对其进行治理。

表5 A-A′ 剖面折线法滑坡稳定性及剩余推力计算表

表6 A-A′ 剖面折线法滑坡稳定性及剩余推力计算表

表7 B-B′ 剖面折线法滑坡稳定性及剩余推力计算表

表8 B-B′ 剖面折线法滑坡稳定性及剩余推力计算表

4 结 论

通过对滑坡带的地质勘查和对滑坡带稳定性分析，得出结论为：

(1)该滑坡为顺向岩土质滑坡，安全等级为二级。

(2)滑坡体现状变形破坏方式以崩塌、滑坡为主。

(3)稳定性分析与计算结果表明，滑坡在天然工况下处于基本稳定状态，在暴雨工况下滑坡整体处于不稳定状态，需要尽快进行治理。

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