中江某斜坡稳定性影响因素分析及优化治理

刘永波，和春华，仇海亮

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072;2.四川水利水电勘测设计研究院，四川成都 610072)

中江某斜坡稳定性影响因素分析及优化治理

刘永波1，和春华1，仇海亮2

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072;2.四川水利水电勘测设计研究院，四川成都 610072)

通过对该斜坡的地质调查、勘探试验和分析研究，查明斜坡的成因及潜在滑动面，在宏观定性评价的基础上，用极限平衡法对斜坡各种工况的稳定性进行定量分析和评价，并通过对影响该边坡稳定的影响因素敏感性分析，找出主要影响因素，提出采取工程量小、易于施工、投资少且安全可靠的可行性治理方案。

斜坡;稳定性计算;影响因素敏感性分析

该斜坡位于四川省中江县一乡村，斜坡上有大量村民房屋，斜坡前缘台地分布大量农田。该斜坡整体处于基本稳定—稳定状态，局部稳定性较差，在强降雨或地震作用下，曾发生过局部浅、表层土体蠕滑或滑塌，直接威胁当地居民的生命和财产及农田耕地的安全。当地地灾防治部门初步宏观判断此边坡为一潜在滑坡，曾考虑采用抗滑桩、削坡减载等措施对边坡进行治理，但由于该斜坡物质组成、影响因素、边界条件、破坏机制等不明确，初拟的治理措施针对性不强，因此，在补充适量勘探试验工作，并进行分析评价后，根据边坡稳定性影响因素敏感性分析，有针对性地采取了经济合理的工程处理措施。

1 基本地质条件

1.1 地形地貌

该边坡地貌上表现为侵蚀切割型脊状低山，后缘为中高山地貌，高程为600～1200 m，坡度为35°～55°，坡面基岩裸露，坡体稳定。向下分布多爪状冲沟，沟谷深切呈“V”字形，谷宽200～300 m。

斜坡分布于前缘坡脚地带，分布高程430～500 m，相对高差约70 m。边坡后缘高程约500 m，斜坡中、上部坡度15°～25°，地形呈阶梯状，植被较发育，坡面局部堆积残坡积物，为居民聚集区;前缘最低处为廖家沟，高程约430 m，斜坡下部地形较缓，坡度12°～18°，下部平台为大面积耕地。该斜坡呈长条形，为土质斜坡，坡体以含碎块石粉质粘土为主，局部低洼处出露基岩;该潜在不稳定斜坡区域顺主滑方向长约205 m，垂直主滑方向宽约270 m，总面积约1.68万m2，平均厚度约11.3 m，体积约19万m3。

1.2 地层岩性

根据地质调查和勘探，不稳定斜坡区内及其附近出露的地层主要为第四系全新统崩坡积堆积层，按其层次结构可分为三层:①粉质粘土或夹碎块石粉质粘土，厚度0.5～3.0 m，位于斜坡之上的民房区表层;②含碎、块石粉质粘土，分布于整个斜坡大部分坡地上，厚度10.0～15.0 m。③淤泥质土层，位于坡体右侧下部，厚度约6.50 m，顶板埋深11.5 m，但分布范围较小。下伏基岩主要为侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)灰色、灰紫色块状细粒长石砂岩。

1.3 地质构造

该边坡位于龙泉山背斜北端西翼近轴部，在其东侧即东翼近轴部发育有合兴乡断层。受构造作用影响，区内岩体中多发育两组压扭性“X”裂隙与纵张裂隙、横张裂隙。

1.4 水文地质条件

根据地下水的水力性质、水力特征及赋存条件，可将区内地下水划分为第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水。

1.4.1 松散岩类孔隙水

主要赋存于第四系人工堆积层、坡残积层等松散堆积层中，以潜水为主，水位变化大，含水层较薄，分布面积较小，受季节性影响明显。崩坡积含块碎石土层渗透性较强，与地表水有密切的水力联系，水位受季节变化明显。

1.4.2 基岩裂隙水

主要赋存于侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)岩层中。此类型水的存在可降低岩体的抗剪强度，加快岩石风化，降低岩体的稳定性。

此外，区内地表水蓄积较丰富，坡体后侧宽缓台地上分布有大小池塘共7个，在后侧靠山脚下还有都江堰灌区的人民渠流过，这些地表水体在一定程度上改变了区域水文地质环境。

1.5 不良地质现象

勘查区内的不良地质现象为坡面表层滑塌或溜滑。在雨季，冲沟两侧覆盖层局部因土体饱和而产生滑塌或溜滑，但规模总体较小。

1.6 人类工程活动

该区破坏地质环境的人类工程活动主要有乡镇建设坡体开挖形成不稳定高陡边坡、局部坡体加载、道路交通建设不合理边坡开挖等，这些活动对坡体的稳定性产生了一定影响。

2 斜坡变形特征

2.1 潜在滑动面和分布形态

该斜坡坡体未发生过整体滑移或显著变形破坏，以坡体中上部局部蠕滑变形为主，变形区域相对较小，坡体整体变形破坏迹象不明显。勘探揭示坡体内部未发现有发生过滑移变形的滑动面或剪切破坏的结构面。根据斜坡整体形态特征及坡体物质组成特征，结合钻探取芯，推测基覆面为斜坡的潜在滑动面。同时，由于坡体整体基覆面呈现台阶状，上、下部较缓，中部较陡，且坡面中部向下部过渡段坡度明显变陡，并结合坡体中上部变形发育迹象，推测在坡体中、下部交接处为潜在剪出口。由此可见，坡体潜在滑动面后缘基本沿坡体中上部变形区上边界出露，前缘从坡体中部向下部过渡带剪出，埋深变化不大。

2.2 不稳定斜坡的影响因素和变形破坏机制

该斜坡主要发育于第四系残坡积松散堆积体中。坡体物质主要由粉质粘土、含碎块石粉质粘土组成，结构松散、孔隙率大、渗透性强，降雨和大量地表径流进入坡体内部是其发生局部滑移破坏的最主要激发因素。在雨季，降雨和大量地表径流进入坡体内部，使土体达到近饱和或饱和状态，对土体产生浸泡软化，使土体抗剪强度大大降低;同时水流在土体中渗流会产生与下滑力同向的渗透压力，从而大大降低了坡体中上部的稳定性;该坡前缘为廖家沟，有一定临空面，有利于坡体下滑，加之基覆面粘粒含量较高，碎石含量较少，力学强度低，在外界因素的触发下，堆积体易沿下伏基岩表面下滑;此外该区人类工程建设、农耕对坡体具有一定的扰动，近年来四川汶川特大地震、庐山地震等地震活动起外因诱导作用。以上几种因素的综合作用下，使坡体局部发生蠕滑变形，地表产生裂缝，局部的滑移或垮塌必然影响到上部坡体内部受力状态的改变或形成卸荷临空面，进而影响到坡体整体的稳定性。

3 斜坡稳定性计算评价

3.1 计算模型及荷载组合

本次计算，采用理正岩土计算软件中的边坡滑坍治理计算模块，运用传递系数法对不稳定斜坡坡体稳定系数及剩余推力进行计算。

稳定性计算分为如下几种工况:

(1)工况一 自重+地表荷载;

(2)工况二 自重+地表荷载+10年一遇暴雨(按20年一遇暴雨校核);

(3)工况三 自重+地表荷载+地震，系用勘查期间的地下水位。

通过系统分析得出不稳定斜坡坡体有可能沿基覆面或潜在滑动面发生滑移，潜在滑动面为折线型，选取控制性剖面1-1'(图1)、3-3'(图2)，就各剖面分别进行上述四种工况(含校核工况)下的斜坡稳定性计算分析。

3.2 计算参数选取

根据室内试验结果，并参照类似工程经验，选取坡体稳定性和剩余推力计算的土体物理力学参数(见表1)。

3.3 不稳定斜坡稳定性计算及结果评述

根据上述及表1的参数指标进行计算，将斜坡体在各工况组合下的稳定性计算结果统计于表2。

3.4 影响因素敏感性分析

稳定性的主要因素为基覆面或潜在滑动面的粘聚力c、内摩擦角φ。在各种工况条件下对1-1'剖面的稳定系数与c、φ值的关系进行因素敏感性分析。其结果分别见图3-图5。

根据计算结果可知:

(1)在天然工况下，稳定系数对内摩擦角比粘聚力敏感，内摩擦角每增加0.5°，稳定性系数增加0.029～0.031，而粘聚力每增加1 kPa，稳定性系数仅增加0.017～0.020。

图1 1-1'工程地质剖面图Fig.1 Engineering geological profile of section 1-1'

图2 3-3'工程地质剖面图Fig.2 Engineering geological profile of section 3-3'

表1 稳定性计算岩土体物理力学参数取值Table 1 Stability calculation of physical mechanics parameters of rock and earth mass

表2 斜坡稳定性计算成果表Table 2 Slope stability calculation results

图3 1-1'剖面工况一影响因素敏感性分析图Fig.3 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the first condition

(2)在暴雨工况下，稳定系数对内摩擦角比粘聚力敏感，内摩擦角每增加0.5°，稳定性系数增加0.022～0.023，而粘聚力每增加1 kPa，稳定性系数仅增加0.017～0.018;同时，稳定系数较天然工况低，降低值0.197～0.272，说明坡体对降雨的入渗有敏感性，降雨影响坡体稳定性。且暴雨工况下的稳定系数较地震工况下的稳定系数相对于天然工况要降低得多，说明降雨入渗相对于地震对坡体稳定性的影响更大，暴雨工况更不利于坡体的稳定。

图4 1-1'剖面工况二影响因素敏感性分析图Fig.4 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the second condition

(3)在地震工况下，稳定系数对内摩擦角比粘聚力敏感，内摩擦角每增加0.5°，稳定性系数增加0.026～0.028，而粘聚力每增加1 kPa，稳定性系数仅增加0.018;同时，稳定系数较天然工况低，降低值0.101～0.141，说明坡体对地震有敏感性，地震对坡体稳定性不利。

图5 1-1'剖面工况三影响因素敏感性分析图Fig.5 Analysis on the sensitivity of influences of 1-1' section under the third condition

4 治理

根据现场勘察［1-4］、边坡稳定性计算和影响因素敏感性分析结果，天然状况下，边坡处于稳定—基本稳定状态;当遇到10年一遇暴雨时或地震工况下，1-1'剖面和3-3'剖面中上部坡体处于欠稳定—基本稳定状态，即坡体中上部现状变形发育区存在从坡体中部与下部交接处剪出的可能性;各工况下在其对应安全系数下的剩余推力均＜100 kN。由敏感性分析可以看出，地下水对坡体稳定性的影响占主导地位。

由此，结合现场实际情况，考虑到治理工程的经济合理性和方案的可行性［5-6］，对该边坡采用地表截、排水措施，在坡体中后部(现状变形发育区后侧)设置截水沟，同时，沿原天然水沟设置排水沟，排水沟起点与截水沟相连，形成坡体外缘和坡体内的综合截排水系统，将坡面和后侧地表水引走，防止坡面水体渗入坡体内部影响边坡稳定。同时，对边坡设置地下水位和变形监测网，对地下水位和坡体变形进行观测，如有异常再行处理。

5 结语

本文根据勘探试验成果，在查明地质灾害成因类型的基础上，首先从宏观角度对斜坡稳定性进行了定性评价，然后使用极限平衡法对该边坡各种工况的稳定性进行了定量分析，并针对影响边坡稳定的各影响因素进行了敏感性分析，找出影响该边坡稳定的主要因素，从而有针对性地对该边坡提出了工程量小、便于施工、投资少且安全可靠的边坡治理方案，在确保当地居民和下部耕地安全的前提下，节省了工程投资，简化了边坡治理措施，为类似边坡的治理提出了一种新的思路。

［1］ SL386—2007，水利水电工程边坡设计规范［S］.

［2］ DZ/T0218—2006，滑坡防治工程勘察规范［S］.

［3］ DZ/T0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范［S］.

［4］ GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

［5］ 刘汉东.边坡失稳定时预报理论与方法［M］.郑州:黄河水利出版社，1996.

［6］ 常士骠，张苏民.工程地质手册［M］.第4版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

(责任编辑:于继红)

The Research and Control of the Stability of a Slope in Zhongjiang River

LIU Yongbo1，HE Chunhua1，QIU Hailiang2
(1.Chengdu Engineering Corporation Limited，Power China，Chengdu，Sichuan 610072; 2.Sichuan Water Resources and Hydroelectric Investigation＆Design Institute，Chengdu，Sichuan 600072)

Through geological survey，exploration and analysis of the slope，the cause of the slope and the potential sliding surface are identified.On the basis of macro qualitative evaluation，the stability of various working conditions of the slope was quantitatively analyzed by the limit equilibrium method.And through the sensitivity analysis of the factors affecting the stability of the slope，the main factors affecting the stability of the slope are found out，and the feasible control scheme is proposed for the main influencing factors，which is of small amount of engineering quantity，easy construction，little investment and safe and reliable.

Slope;tability calculation;ensibility analysis of influence factors

TU413.6+2

:A

:1671-1211(2015)05-0608-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201505019

2015-06-22;改回日期:2015-07-17

刘永波 (1981-)，男，工程师，地质工程专业，从事水利水电和岩土工程勘察工作。E-mail:121015827@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150911.0954.002.html数字出版日期:2015-09-11 09:54