沂源隽家峪滑坡稳定性分析

王 喆，颜 铭，吕言新，乔卫国

（1.迪尔集团有限公司，山东 济宁 272100；2.济宁市规划设计研究院，山东 济宁 272100；3.山东科技大学土木建筑学院，山东 青岛 266510）

1 前言

了解滑坡变形破坏的机理，是正确评价滑坡稳定性、预测滑坡变形破坏趋势和设计有效防治方案的前提。滑坡的发生除了与地貌、地质等内在的原因有关外，还与自然环境(气候环境、地质环境、生态环境、水环境等)和人类活动引起环境(水环境、工程环境、生态环境)变化的外在原因有关。但是影响坡体产生变形破坏的外部因素不是孤立的，而是和决定斜坡坡体产生的内在条件相辅相承的，必须通过坡体变形破坏的内在条件才起作用。

边坡失稳一直是边坡工程研究的热点问题，降雨是土质边坡失稳的最大诱因。调查研究表明，绝大多数土质边坡失稳出现在降雨期间或降雨之后，研究降雨对土质边坡的稳定性影响具有重要意义，雨水渗入土体，水在边坡内富集，软化滑带，使滑带土层的粘聚力、摩擦角减小,力学强度降低，从而导致滑体土沿滑动带滑动。

2 工程区域地质背景及地质条件

2.1 区域地质背景

唐庄滑坡位于山东省淄博市沂源县西里镇唐庄村隽家峪自然村，2009年7月22日晚大雨后，唐王村隽家峪西侧山体形成了巨大的滑坡体。滑坡区域两侧均为高山，山坡面积较大，整体汇水区域较大。

唐庄滑坡体主要由第四系覆盖层组成。主要成分为碎石、块石和强风化页岩。碎(块)石含量50%～70%不等，碎(块)石成份以页岩为主,块径一般为2～10cm；滑坡区域地表层为耕植土，以粉质粘土为主，湿～稍湿，可塑状态，混少量碎石。西侧滑坡体地表汇水区域大，起伏较大，坡度较大，主要覆盖物为经济林，靠近山谷位置有部分果树。滑坡区域无大的梯田，地表多为强风化页岩，强度低。东侧滑坡体较西侧滑坡体小，汇水区域不大，主要为第四纪覆盖层滑坡，滑坡区域存在大量人工开发的梯田。

2.2 工程地质条件

根据该区域多年降雨统计资料，绘制了淄博市沂源县降水量统计表，见图1。从图1中可以看出沂源县平均降雨量大于700mm，并且自2004年以来降雨量一直较大，2009年降雨量大于800mm。

图1 沂源县降水量统计

表层覆盖层具有良好的透水性，降雨后，雨水迅速渗入表层土体，下部基岩区域附近形成水流通道，自山坡上部向下流，当发生大雨或暴雨的情况下，水量较大，则易诱发山体滑坡。

3 滑坡极限平衡法分析

3.1 不平衡推力传递法

极限平衡分析法的基本假设有两点：①假定当坡体的强度指标降低几倍以后，坡体内存在一达到极限平衡状态的滑面，滑体处于临界失稳状态。②认为对滑体进行人为剖分后，各条块为刚性块体，只发生整体运动而不产生条块内部的变形。进行稳定性分析时，一般采用比较特殊的垂直的条分方式。对于滑体的所有n个块体来说，在极限平衡状态下，滑体的未知量有:安全系数只有1个；条块底面上的法向力、切向力及合力作用点，共3n个；条分面上的法向力、切向力及合力的作用点，共3n-3个。因此，整个滑体就有6n-2个未知量。对于每一个条块而言，可以建立的方程有4个，其中3个位平衡方程，即：

另一个为在滑面上满足摩尔—库伦准则的破坏方程，即:

式中：FS——安全系数；

αi——条块底部的坡角；

bi——条块宽度；

Li——条块底部长；

Ni——条块i底面上的法向力；

Si——条块i底面上的切向力；

Ei——条分面上的法向力；

Ti——条分面上的切向力；

Wi——第i块土的自重；

Qi——土条i的水平作用力；

Ui——孔隙水压力。

整个滑体可以建立4n个方程。显然，未知量比方程数多2n-2个。这是一个超静定问题，求解此方程组有两条途径：①引入变形协调条件，增加方程数；②通过对多余变量或相互之间的关系进行假定，以减少变量数或增加方程数。极限平衡法常采用第二种方法求解，并且一直认为当条块宽度足够小时，可以认为底滑面合力作用点位于底滑面中心，这样可减n个未知量。

3.2 不平衡推力传递法

不平衡推力传递法又称折线法，假定划分坡体条间力的合力与上一条底面相平行，根据力的平衡条件，逐条向下推求，直到最后一条的推力为零。按此法进行计算，其C、ϕ值取同一数值。采用传递系数法计算滑坡稳定性系数和剩余下滑力。

4 边坡稳定性评价

4.1 计算方案的选取

本次滑坡稳定性计算选择了西侧滑坡体的A-A剖面和未出现滑坡的B-B剖面；东侧滑坡体的C-C剖面和未出现滑坡的D-D剖面。分别考虑两种不同工况下进行，见表1。采用不平衡推力传递法进行稳定性计算。

表1 稳定性计算工况

4.2 材料参数的选取

本次滑坡稳定性评价主要通过现场滑坡体工程地质勘测、现场地球物理探查及现场钻孔等勘探方法，确定滑坡的范围、滑坡体特征、滑移面物质并通过现场取样及室内试验，获取滑动面和滑坡体内部相关资料，最后进行有效计算，评价滑坡体的稳定性。

本次滑坡体滑坡稳定性计算参数主要通过地质勘探成果（包括原位试验和室内试验等）、反演分析及参考类似工程经验等进行综合分析后取值，见表2。

4.3 3D-σ计算模型的建立

根据高密度电法勘测、地质雷达勘测和钻孔勘测的结果，滑坡区域地形图如图3所示。本文采用三维有限元分析软件3D-σ对唐王村隽家峪滑坡进行了1∶500地形图建立，范围为以唐王村隽家峪自然村为中心，包含滑坡区域在内的整个U形谷地，面积0.25km2。模型以110m高程处为零点，模型的边界约束为单向约束。对110m高程以上部分建立了三维地质计算模型进行应力变形分析。模型包含8 268个单元，36 975个节点。模拟了不同力学参数的岩土体，包括页岩、砂岩、砂质、粘土等。建立的模型如图3所示。

表2 沂源滑坡岩体力学参数

图2 滑坡区域地形图

图3 数值模型图

4.4 计算结果分析

根据上述计算方法和计算工况进行计算，其计算结果见表3。滑坡体A－A剖面已滑区及滑坡体B-B剖面未滑区的分块图及推力曲线如图4、图5所示。

5 结语

通过对滑坡区域降雨前后的分析，在天然工况，滑坡体处于基本稳定状态；在设计降雨工况滑坡滑坡体已滑区处于欠稳定状态，未滑区处于不稳定状态。说明滑坡区域在无降水的情况下是保持基本稳定的。在降雨后，滑坡区域的各项岩体力学指标发生改变，滑坡区域的整体稳定性变差。建议在滑坡区域的上缘施工截水沟并设置排水沟，以最大程度减少土体物理性质的恶化。

表3 西侧和东侧滑坡稳定性计算结果

图4 滑坡体A－A剖面已滑区分块图及推力曲线

滑坡的失稳模式是各式各样的，不同滑坡的地质条件也是千变万化的，因此滑坡治理工程的模式并不是已成不变的，尚需要进行多方案的优化研究，确保滑坡治理工程经济、合理、安全可靠。

图5 滑坡体B-B剖面未滑区分块图及推力曲线

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