震区某特大型高危土质滑坡稳定性分析

吕孟懿，傅荣华

（成都理工大学环境与土木工程学院，成都610059）

0 引言

“5·12”汶川地震后，重灾区的44个县（市）新增地质灾害隐患1万余处［1］。据不完全统计，震后在西南地区土质边坡约占40%。

本文对震区某特大型高危土质滑坡区的地形地貌和地质构造进行了详细描述，分析了滑坡的破坏机制和影响因素。综合运用参数反演和室内试验等方法确定了滑体和滑带土的物理力学参数，采用滑坡推力法建立了滑坡稳定性分析模型，对潜在滑动带进行了不同工况计算，得出该滑坡欠稳定的结论。

1 研究区工程地质条件

1.1 地形地貌条件

滑坡位于小金县境内，属于四川盆地西部高山峡谷地貌。滑坡位于一冰积成因的山体斜坡段，后缘顶部高程3 000m，前缘坡脚高程2 450～2 620m，高差380～550m。

1.2 地层岩性及地质构造

主要以灰褐色的碎石土、粉质黏土夹块碎石为主，干燥，块碎石成分主要为变质砂岩、板岩，块碎石粒径一般为10～30cm，多呈次棱状—棱状，土层厚度一般为1～2m。

主要以黄褐色碎石土为主，干燥—稍湿，稍密—密实。碎石成分主要为变质砂岩、板岩，块碎石粒径一般为5～20cm，多呈次棱状—棱状，碎石含量约占总量的75%～80%。

主要为灰—深灰色薄—中层—厚层细粒变质砂岩与灰色薄—中层变质粉砂岩，含炭绢云板岩，粉砂质板岩呈不等厚韵律互层。主要分布于滑坡区右侧冲沟外侧，岩层产状35°∠75°。

区域内构造形态主要以一系列弧形朝南的近东西或北西方向展布的线状褶皱组成，规模较大的一级线状褶曲由北向南有磨子沟倒转背斜、红寨子复向斜、仁寿果坪复背斜、夹金山复向斜。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形态特征及边界范围

滑坡总体近扇行展布，轴向长为840m，均宽约650m，面积484 392m2，滑坡物质组成主要为块、碎石土及粉质黏土，滑坡体平均厚度约100m，滑坡为一超深层滑坡，体积大于4 000万m3，按其规模属于特大型滑坡［2－3］。

滑坡SE、NW两侧以冲沟为界，总体走向为235°；右侧冲沟外侧有基岩出露，滑坡变形集中在两冲沟范围内，两冲沟外侧无变形迹象，两侧均有裂缝发育。滑坡后缘位于3 000m高程一带，斜坡整体坡度30°～50°，滑坡后缘外侧公路以上居民房屋及地表均无变形迹象。

2.2 滑坡变形特征

该滑坡当前地表变形涉及了整个滑坡范围，表现为滑坡体及边界有多处张裂缝出现，坡体上民房变形加剧，滑坡前缘同一高程带出露多处泉点等。该滑坡变形迹象分布及变形特征详见图1。

图1 滑坡变形迹象分布图

2.3 滑坡物质组成及结构特征

滑坡土层组成主要由冰碛层碎石土组成：干燥—稍湿，稍密—密实。碎石成分主要为变质砂岩、板岩，块碎石粒径一般为5～20cm，最大块石粒径可达200cm，多呈次棱状—棱状，少量次圆状，碎石含量约占总量的75%～80%，土层厚度一般大于50m，该层在滑坡体上均有分布。

3 滑坡影响因素与变形破坏机制

3.1 滑坡影响因素分析

滑坡变形与其所处的地质环境密切相关。

3.1.1 地层岩性特征

滑坡位于冰碛层斜坡上，斜坡主要由冰碛层的碎石土组成，坡体物质结构主要呈中密—密实状态，具泥质弱胶结作用，透水性较强。

3.1.2 地形条件

滑坡坡面长900余m，平均宽度650m左右，地形坡度30°～50°，中后部30°，下部临空坡度约50°，临空陡坡段高差近50m，为滑坡失稳提供了较好的势能条件；滑坡前缘为一河沟，洪水季节沟内水流较大，冲刷滑坡坡脚，对滑坡稳定有不利影响。

3.1.3 水的作用

水是导致斜坡变形的重要因素。该滑坡内地下水来源主要有：（1）大气降水与冰雪融水；（2）滑坡体上村民生产生活用水。

3.1.4 人类工程活动

勘查区内主要的人类活动为切坡修路、修筑房屋、耕地及人工放牧等，这些活动均对斜坡体的稳定有负面影响。

3.1.5 地震作用

“5.12”大地震所产生的地震波作用直接加快了滑坡变形的速度，滑坡体上变形迹象特征发生了明显变化。

以上因素均对斜坡的稳定性有不利影响，目前影响该滑坡稳定的主要是地下水和地震。地下水作用主要是使土体抗剪强度降低。受“5.12”地震的影响，区内基本地震烈度增加，在地震力的作用下可直接导致斜坡岩土体的失稳［4－5，8］。

3.2 变形破坏机制

滑坡位于小金县抚边河左岸一级支流嘎斯沟右岸的山体斜坡上，斜坡最大高差420m，滑坡中后部坡度约为30°，滑坡前缘坡度较陡，约50°，临空高度近50m，已成次级坍塌。滑坡范围内横向裂缝均有分布，竖向裂缝主要发育在两侧边缘部位。滑坡体在地表水的集中入渗、人类工程活动及地震力等作用下，存在发生变形破坏的可能性。

滑坡体物质以第四系冰碛层块碎石土为主，土体结构呈中密—密实状，透水性较强，另外坡体地表裂缝发育，有利于地表水的入渗，在强降雨条件下，水渗入坡体，导致土体自重增加，滑动面软化，抗剪强度迅速降低，使得阻滑力降低。加之前缘临空高度较大，不利于坡体自身稳定性，在滑坡体强大的推力下，容易产生坡体变形加剧或整体失稳［9－10］。

4 滑坡稳定性分析

4.1 工况的选择

滑坡稳定性计算目的是为滑坡稳定性评价。考虑天然、自重＋暴雨（持续降雨）以及自重＋地震3种工况，具体为：

（1）工况Ⅰ：天然状况，考虑坡体自重和天然地下水位对滑坡的影响。天然水位线以下坡体重度取饱和重度，天然水位线以上取天然重度。

（2）工况Ⅱ：自重＋暴雨状况，考虑坡体处于全饱水状态。参数的选取原则与上述工况Ⅰ相同。

（3）工况Ⅲ：自重＋地震状况，考虑滑坡受地震外荷载影响及危害对象等级为3级，地震设防烈度为Ⅶ度。其他岩土体参数的选取原则与工况I完全相同［11－12］。

分别对布置的3条纵剖面1、2和3剖面进行稳定性和推力计算，各剖面在各工况下的计算条分图见图2～4。

4.2 稳定性系数及剩余下滑推力的计算

本次计算传递系数法开展滑坡稳定性系数及剩余下滑推力计算。

4.2.1 稳定性系数计算公式［5－7］

式中：

图2 1剖面计算条分图

图3 2剖面计算条分图

图4 3剖面计算条分图

4.2.2 剩余下滑推力计算公式选择

滑坡推力计算的模型如图5所示。

其中：

传递系数：ψ ＝ cos（αi－1－αi）－ sin（αi－1－αi）·tanφi

下滑力：Ti＝Wisinαi＋Acosαi

抗滑力：Ri＝Wi（cosαi－Asinαi）＋CiLi

（1）自重

（2）自重＋地震力

图5 滑坡推力计算模型

4.3 选取岩土物理力学参数

计算采用的岩土物理力学参数一般采用如下途径选取岩土物理力学参数：

（1）根据试验结果确定，滑坡滑带土物理力学参数见表1。

表1 室内试验所得的滑带土抗剪强度参数

（2）结合滑坡目前变形情况，确定其稳定性系数，以此进行滑坡滑带土的抗剪强度参数反演。选择2剖面作为反演剖面。

在工况I（天然状态）下以1.15作为稳定性系数，在工况Ⅱ（自重＋暴雨状态）下以1.01作为稳定性系数进行参数反演，结果见表2。

表2 参数反演所得的滑带土饱和抗剪强度参数

确定滑带土的抗剪强度参数，如表3。

表3 稳定性计算滑带土饱和抗剪强度参数

5 滑坡稳定性计算成果分析

计算结果汇总于表4，将稳定性划分为4级：稳定系数Fs≥1.15为稳定，1.15＞Fs≥1.05为基本稳定，1.05＞Fs≥1.0为欠稳定，Fs＜1.0为不稳定。

分析表4中各剖面在各工况下的剩余下滑力，滑坡中部2剖面及右侧1剖面剩余下滑力均较大，3剖面剩余下滑力为0。1剖面在3种工况下处于欠稳定—稳定状态，2剖面在3种工况下处于欠稳定—稳定状态，3剖面在3种工况下处于欠稳定—稳定状态。滑坡推力计算中设计安全系数Ks，考虑该滑坡的重要性及危害性，选取如下：工况Ⅰ（天然状态）：采用Ks＝1.1；工况Ⅱ（自重＋暴雨状态）：采用Ks＝1.02；工况Ⅲ（自重＋地震状态）：采用Ks＝1.05；在稳定性计算的基础上，采用传递系数法和上述对应工况的安全系数，进行滑坡推力计算，计算结果见表4。分析各剖面在各工况下的剩余下滑力，得出滑坡中部2剖面及右侧1剖面剩余下滑力均较大，3剖面剩余下滑力为0。

表4 滑坡稳定性和推力计算成果表

6 结语

在对滑坡区的工程地质条件进行了客观的分析评价后，通过对滑坡区内工程地质条件及滑坡体3条剖面的分析计算我们得知该滑坡处于欠稳定状态。特别是在自重＋暴雨工况下滑坡极易变形破坏。在西南山区存在大量这种类型的滑坡，通过本文可知运用条分法对这类型的滑坡的分析结果是真实可信的，这对这种类型滑坡的防治有积极的借鉴意义。

［1］许强，李为乐.汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究［J］.工程地质学报，2010，18（6）：818－826.

［2］DZ／T 0218—2006，滑坡防治工程勘查规范［S］.

［3］DZ／T0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范［S］.

［4］张倬元.工程地质分析原理［M］.北京：地质出版社，1994.

［5］陈祖煜.土质边坡稳定性分析［M］.北京：地质出版社，2002.

［6］许强，陈建君，冯文凯，等.斜坡地震响应的物理模拟试验研究［J］.四川大学学报：工程科学版，2009，41（3）：266－272.

［7］唐兴莉.土体物理力学参数及其关系的试验研究［J］.重庆交通学院学报，2003，22（4）：69.

［8］郑颖人，陈祖煜，凌天青，等.边坡与滑坡工程治理［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［9］张瑛.“5·12”汶川大地震震裂山体灾害勘查评价与治理设计方法研究［D］.四川：成都理工大学，2009.

［10］陈祖煜.土坡稳定分析通用条分法及其改进［J］.岩土工程学报，1983，5（4）：11－27.

［11］潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析［M］.北京：水利出版社，1980.

［12］刘小伟，刘高，堪文武，等.降雨对边坡变形破坏影响的综合分析［J］.岩石力学与工程学报，2003，22（52）：2715－2718.