西南某工程场区边坡稳定性分析

唐啸宇，吴俊峰，蒋发森

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都610059）

0 引言

该项目位于九寨沟县城西南方向九寨海池所在的高台地上，与九寨沟县城的水平距离约3.3km，县城至场地有连接省道S301的专用公路，公路里程约20km，交通较为方便。工程区场地高程2 365～2 680m之间（九寨沟县城高程为1 405m～1 420m），占地约2 066 666.667m2，合约2 070 000m2。为查明场区东侧基岩高陡边坡的结构并分析其稳定现状和发展趋势，需对边坡进行岩土工程勘察及稳定性评价工作。

1 边坡工程地质条件

1.1 地形地貌

该工程场地位于青藏高原与四川盆地的大地貌单元过渡的深切高山峡谷高原地带，属于构造侵蚀中高山地貌，其东侧为由北向南流经九寨沟县城的涪江支流白河，西侧高程约3 720m的山峰，场地位于该山峰与白河河谷之间的边坡中部平缓台地带。场地附近北侧山脊最大高程约2 700m，南侧为约2 400m高程的山脊，场地主体位于南北山脊之间的沟槽内。

图1 场区边坡平面图

1.2 地质构造和地震

位于北西—南东向塔藏—双河—何家坝断裂以北，九寨沟复向斜北东翼，受断层构造影响严重，区内岩层褶皱强烈，构造裂隙发育。

根据GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》（2008年局部修订），结合GB 18306—2001《中国地震动参数区划图国家标准第1号修改单》确定场区抗震设防烈度为Ⅷ度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第三组，特征周期0.45s。

2 滑坡体基本特征

2.1 滑坡边界、规模及形态特征

评价区最低高程约2 000m；坡顶高程约2 400m，坡体上部顺坡向长约1 100m，底部顺坡向长约1 300m，纵向长约500m，面积约600 000m2

工程区东侧边坡顶部平台为白水江谷肩，根据台地与谷底高差、坡顶台地风化程度及区域对比，台地应形成于中更新世。工程区东侧边坡整体呈波状，顶面由南西向北东倾斜，坡度约6°，高差120m，北东边界为古河道凹槽出口，高程约2 310m，南西侧为边坡最高位置，海拔高程2 430m；边坡中上部（海拔高程2 000～2 400m）较陡，整体大于坡度40°，坡体表面多处基岩裸露，岩体较为破碎，坡缘近于直立，且发育有次级不稳定斜坡体，在缓坡部位可见块碎石堆积，岩性以灰岩、砂岩为主，结构松散，有架空现象；边坡中下部（海拔高程1 800～2 000m）较缓，整体坡度约25°，由多个崩滑堆积体构成，形成年代久远，堆积体的结构较为密实，个别早期滑坡后缘保留拉陷槽谷。

2.2 边坡岩土结构特征

工程东侧边坡出露地层主要为三叠系杂谷脑组（T2z）和第四系堆积层（Q4）地层。其中第四系堆积层（Q4）为耕植土层、残坡积层黏土与粉质黏土、崩积碎块石土；三叠系杂谷脑组（T2z）为浅灰色、灰绿色、灰褐色薄—中层状砂岩板岩夹砂质灰岩。各层岩性特征由老到新分述于下：

（1）三叠系杂谷脑组（T2z）

灰白色、灰褐色薄—中层状砂岩、板岩夹结晶灰岩；该层风化程度较强，节理及裂隙发育，岩层产状200°～270°∠10°～30°。

（2）第四系堆积层（Q4）

第四系黏土、粉质黏土层（Qpd4）：黄褐色为主，中密—密实，稍湿，顶部少量人工耕植土，以黏土、粉质黏土、板岩风化物等为主，局部混少量小碎石。厚度0.5～1.3m，广泛分布于坡顶表层。

第四系残坡积粉质黏土、黏土及碎石土（Qel＋dl4）：结构松散，大多为可塑—硬塑状，覆盖于基岩之上，厚度1.00～6.00m，粗颗粒含量一般10%～20%，棱角状，块径1.0～8.0cm，母岩成分主要为风化后的砂岩、板岩褐结晶灰岩，整个坡体均有分布。第四系崩积碎、块石土（Qcol4）：主要分布于边坡中下部、偶见于坡体上，岩性为碎块石，结构松散，碎块石呈棱角—次棱角状，块径3.0～85cm，最大1.30m，母岩成分主要为全—强风化的砂质板岩和结晶灰岩。

根据对探槽及钻孔资料的分析，工程区东侧边坡由3部分组成（见图2）：坡顶部残积层、斜向倾坡内的杂谷脑组砂板岩（边坡主体），坡体中部表层重力堆积体。坡顶覆盖层由耕植土层，残、坡积层和崩积层构成，主要为灰褐色粉质黏土夹碎石层，稍湿、稍密，其次为粉质黏土夹角砾、块石，覆盖层厚度约1.8～11.6m；基岩为三叠系中统杂谷脑组砂岩、板岩夹砂质灰岩；坡体中部表层堆积体以崩滑、崩积体为主。边坡的工程地质分区也可按上述岩土结构特征划分，具体可分为3个大区4个亚区：

图2 边坡岩土结构示意图

Ⅰ区：第四系残坡积堆积区，位于边坡顶部平台，地形较为平缓，覆盖第四系残坡积堆积物，厚度1.8～11.6m不等，分区面积约38.42×104m2，占总面积的20.14%；

Ⅱ区：第四系崩坡积堆积区，分布于边坡平台后侧斜坡以及边坡体中部，地形坡度在40°左右，覆盖第四系崩坡积堆积物，局部存在崩滑堆积体，分区面积约97.59×104m2，占总面积的51.15%；

Ⅲ－1区：反倾斜坡区，分布于边坡西南侧地形较陡，总体坡度40°～90°，岩体为反倾坡内的三叠系杂谷脑组（T2z）砂岩夹板岩，坡缘部位地形陡峻，局部存在落石垮塌灾害，分区面积约26.37×104m2，占总面积的13.82%；

Ⅲ－2区：斜—横向谷分布区，分布于边坡北东侧，区内地形较陡，总体坡度40°～80°，岩体主要为斜倾坡内的三叠系杂谷脑组（T2z）板岩夹砂岩，局部转为横向谷坡，坡缘部位地形陡峻，存在小规模落石、不稳定斜坡等灾害，分区面积约28.4×104m2，占总面积的14.89%。

3 边坡变形破坏特征

3.1 变形破坏现状

东侧边坡在中更新世台面形成后，随着干流的下切，形成斜向谷坡，北侧由于海池沟谷的形成，具有侧向临空条件，软硬相间的砂板岩曾发生侧向倾倒变形，这种变形随海池后山崩塌堰塞临空条件改变而停止。根据实地调查与访问，边坡表面未出现明显变形破坏迹象，坡顶残积层未见拉裂变形迹象，仅在坡缘部位有局部小规模变形。“5.12”汶川大地震期间，坡缘陡壁位置有零星的块石滚落或塌落现象，块石母岩体为厚层状砂岩，粒径一般大于1m。

3.2 变形破坏模式

根据对该边坡成因的分析，以及现场地质环境条件的调研，该边坡整体破坏的可能性较小，仅在边坡顶部坡缘位置有产生变形破坏的可能，这些部位变形破坏的模式可分为以下4种：

（1）边坡顶部表层土体有可能沿土层内部破裂面滑移，其破坏面形态为圆弧型，由于局部坡顶表层土体较厚，在自重、暴雨及地震等作用下，土体强度降低，易引发牵引式土质滑坡；

（2）边坡顶部岩体沿强变形带（距坡缘约5m）产生倾倒（弯曲—拉裂）变形，其后由于岩体结构破碎，结构面发育，可视为散体结构的蠕滑变形模式，破坏面呈圆弧型；

（3）边坡顶部岩体沿强卸荷中限（距坡缘约25m）形成蠕滑—拉裂模式的岩质滑坡，该范围内岩体裂隙发育程度较高，裂隙连通率接近70%，锁固段为板岩，破坏面呈折线型；

（4）边坡顶部岩体沿强卸荷下限（距边坡缘40～60m）形成岩质滑坡，破坏面由陡倾的强卸荷裂隙与缓倾坡内的层面组合形成，呈折线型。

3.3 变形影响因素

从边坡所处的地质环境条件、成因、变形现象等，分析影响其变形的主要因素有：地形地貌、坡体结构、降雨和地震。

工程区东侧边坡的变形主要位于边坡坡折，靠近坡顶位置，地形坡度陡，临空条件好，并且位于卸荷张应力的集中部位，在暴雨及地震振动作用下，易产生临空方向小规模的变形破坏。表层岩体风化强烈是另一影响因素，表层岩体多为强风化岩体，力学强度低，完整性差，在重力作用下易形成危岩体或潜在不稳定斜坡。

3.4 边坡稳定性计算及结果

根据前述滑坡变形破坏模式分析，当滑坡沿岩土界面附近形成滑动带时，其滑面结构为折线型。GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》的相关要求，并结合该滑坡灾害的特点，采用刚体极限平衡法的传递系数法定量分析计算其稳定性与剩余下滑推力。具体计算公式如下：

式中：Fs—— 稳定系数；

θi—— 第i块滑动面与水平面的夹角（°），与滑动方向相反时为负值；

Ri—— 作用于第i块滑块的抗滑力（kN／m）；

Ni—— 第i条块段滑动面的法向分力（kN／m）；

Ti——作用于第i块段滑动面上的滑动分力（kN／m），出现与滑动方向相反的滑动分力时，Ti取负值；

φi—— 第i块段土的内摩擦角（°）；

ci—— 第i块段土的黏聚力（kPa）；

Li—— 第i块段滑动面长度（m）；

ψj——第i条块的剩余下滑力传递至第i＋1条块时的传递系数（j＝i）。

根据滑坡地质灾害防治工程地质勘察技术要求，主要考虑边坡自重工况、暴雨工况和地震工况的组合。根据GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》。卡拉电站库区地震动峰值加速度等于0.20g，相应地震基本烈度等于Ⅷ度。运用Geoslope程序计算结果见表1。在自重及暴雨工况下，该边坡均为稳定状态。

表1 稳定性计算工况组合

稳定性计算分析得出，工程边坡在天然工况下处于稳定状态；暴雨工况下破坏面为基本稳定，沿其余破坏面均处于稳定状态；地震工况下沿为欠稳定状态。

4 结语

（1）工程东侧边坡位于海池台地，为侵蚀构造高山地貌；出露地层为三叠系杂谷脑组变质砂岩、板岩夹砂质灰岩地层，上覆第四系残坡积碎石土层和第四系耕植土层；区内水文地质条件比较简单，受地质构造影响较大，位于塔藏—双河—何家坝断裂北侧；九寨沟县抗震设防烈度为Ⅷ度，设计基本地震加速度值为0.2g；

（2）该工程边坡走向北东—南西；坡体倾向90°～133°，平均坡度约 40°；评价区最低高程约2 000m，坡顶高程约2 400m；顶部顺坡走向长约1 100m，底部顺坡走向长约1 100m，纵向长约500m，面积约600 000m2；

（3）该边坡形成于中更新世，有侧向倾倒变形迹象，但整体稳定性较好。“5.12”地震过程中，仅在边坡顶部局部有落石；

（4）稳定性计算分析得出，暴雨工况下破坏面为基本稳定，沿其余破坏面均处于稳定状态；地震工况下沿为欠稳定状态。

（5）据现场调查及室内综合分析，建筑物在天然及暴雨工况下的安全距离为坡折以里5m；考虑地震工况强卸荷带外带安全储备低，坡体高陡，在无任何防治措施下建筑物在坡折25m以里较为安全，若该带经过工程处理后安全储备会有较大幅度提高，建筑物安全距离仍可按天然工况下安全距离考虑。但坡折以里5m范围内建议禁止任何工程开挖、道路修建，以免破坏坡缘带现有平衡状态。

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