通过滑坡变形特征分析其稳定性及定量计算的对比研究

续晓，朱 飞，彭红明

(1.中国石油长城钻探工程有限公司， 北京 100101； 2.青海省环境地质勘查局， 青海 西宁 810007)

通过滑坡变形特征分析其稳定性及定量计算的对比研究

(1.中国石油长城钻探工程有限公司， 北京 100101； 2.青海省环境地质勘查局， 青海 西宁 810007)

青海省隆务镇西山12#滑坡的坡脚建有该镇相当一部分行政机关、学校、部队以及宗教寺院，目前滑坡体处于变形状态，严重威胁坡脚居民的生命财产安全。通过对12#滑坡体变形特征的统计，研究分析其滑动破坏机理：即滑动破坏的主要原因是水和人类工程活动的作用以及与滑坡体特殊内在因素的相互配合，并且定性得出了目前该滑坡天然工况下及暴雨工况下的稳定状态。同时，根据滑带土室内试验及结合反演计算确定出滑坡的抗剪强度参数，通过折线型滑动面的计算模型，计算出不同荷载工况下滑坡的稳定性，通过对比，定性分析结果与定量计算结果一致。

滑坡；变形破坏特征；机理分析；定性分析；定量计算

隆务镇位于隆务河的中游，隆务河是黄河的一级支流，青海省的“热贡艺术”诞生于此地，隆务镇是青海省黄南州的文化中心、经济中心，是旅游观光的重要景区之一[1]。该镇受地理条件的限制，有相当一部分行政机关、学校、部队、宗教寺院等建在西山坡地前缘，西山地区发育有新近系上新统地层上部及残坡积层中的大量滑坡群。故该地区存在较大地质灾害隐患，滑坡、崩塌灾害时有发生[2]。

国内大多专家学者将研究重点聚焦于滑坡稳定性定量计算方面，并将国内外的计算方法总结并进一步发展[3]，陈祖煜等[4]发展了三维极限平衡法；朱大勇等[5]通过求解高次方程将极限平衡方法的分析更为理论化。

本文基于对青海隆务镇西山地区12#滑坡的分析研究为基础，从滑坡变形特征要素角度分析了该类滑坡的破坏机理，初步判断滑坡天然状态下的稳定性，并选取合理的计算参数，进一步通过定量计算确定滑坡稳定性，通过对比分析，最终确认滑坡所处的稳定状态，以期保障滑坡坡脚下居民的生命财产安全，并为该地区后续滑坡的防治工程提供参考依据。

1 滑坡工程概况

隆务镇西山12#滑坡位于黄南藏族自治州州府隆务镇夏琼北路与西山巷交界西侧处西山北段坡面位置，滑坡区的海拔高程2 510 m～2 680 m，坡体最大高差170 m，滑坡为岩质滑坡，滑体主要由泥岩碎块组成，局部坡体含有少量砾石及粉土，滑床为新近系上新统泥岩，滑坡前缘为隆务河阶地，西侧为低山丘陵区，滑坡平均坡度约为46°，边界特征非常明显，两侧以滑坡体剪切裂缝为界，后缘以山脊分水岭为界，根据坡脚地层沉积情况推测滑坡剪出口位于坡脚处，剪出口部位高程为2 512.2 m～2 518.7 m。

2 滑坡的主要变形特征

12#滑坡体后缘有因滑动而形成的明显滑坡后壁，后壁高约15 m，呈圆椅形，滑坡坡面呈凸形，坡面上部主要发育有7条拉张裂缝、5条扇形裂缝、3条剪切裂缝、有6个落水洞及9条较大的切割冲沟。

2.1 裂缝

滑坡裂缝统计见表1、图1。

表1 滑坡裂缝统计表

图1 滑坡后缘处的张拉裂缝

2.2 落水洞

滑坡落水洞统计结果见表2、图2。

表2 滑坡落水洞统计表

图2 滑坡中后缘处的落水洞

2.3 冲沟

冲沟统计结果见表3、图3。

3 滑坡破坏机理分析

滑坡为岩石切层滑坡，因滑坡的物质成分为风化泥岩、残坡积物质，故滑梯具有结构松散，强透水性、大孔隙、低强度等特征，下部滑床的物质成分以岩体为主，具有紧密结构、差透水性、高强度等特性，上下两层物质的接触面倾向阶地，滑动面倾向与斜坡面一致。上下岩土性特征差异是滑坡产生的决定

表3 滑坡冲沟统计表

图3 滑坡体上发育的冲沟

性条件，水是滑坡的主要激发条件，大气降水也是滑坡形成的决定性作用，水的入渗，使滑体重度急剧增加，同时由于入渗水运移时间长，大重度的土体保持时间较长，对新滑坡的产生有一定的时间效应，并且水的入渗还使滑坡的抗剪强度降低，即使在下滑力增加的同时抗滑力降低，从而加剧了滑坡的形成[6]。近些年，人类经济工程活动急剧加大，忽视了对环境的保护，对滑坡的滑动起到了促进的作用，人类开挖坡脚导致了坡体应力状态及临空条件改变，加剧了滑坡的形成。

4 通过变形特征定性分析滑坡稳定性

根据统计分析结果可知，12#滑坡体上发育有大量的裂缝、落水洞及冲沟等变形特征，因本区大气降水丰沛，大气降水通过裂缝、落水洞等变形体入渗后将造成滑动面(带)抗剪强度的降低，同时水对滑体的入渗还加大了滑坡滑动的下滑力，进一步引起滑坡的不稳定性，易使滑坡发生滑动破坏，故定性分析12#滑坡天然状态下处于基本稳定状态，暴雨状态下处于不稳定状态。

5 通过定量计算分析滑坡稳定性

5.1 滑坡稳定性计算模型

因该滑坡为岩质滑坡，且滑体原生物质为新近系上新统泥岩，根据现场地面调查，判定该滑坡类型为岩质切层滑坡，结合该地区资料分析[1]，12#滑坡的滑动破坏模式为岩质折线面破坏，故计算模型(见图4)采用传递系数法(折线型滑动面)进行计算[7]。

图4 传递系数法(折线型滑动面)计算模型

(1)

Rn=(Wncosαn-Asinαn)tanφn+CnLn

(2)

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)

(3)

(4)

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

(5)

式中：Wi为第i条块体重量，kN/m；Ci为第i条块滑面上黏聚力，kPa；φi为第i条块滑面上内摩擦角，(°)；Li为第i条块滑面长度，m；αi为第i条块滑面倾角，(°)，岩土体反倾时取负值；A为地震加速度(重力加速度g)；K为稳定系数；ψi第i条块的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)。

5.2 滑坡抗剪强度的选取

根据滑带土室内试验报告，结合反演计算来进一步确定滑坡的抗剪强度参数[7-9]，综合确定出滑坡的稳定性计算参数见表4。

表4 滑坡参数综合确定表

5.3 设计工况

12#滑坡防治工程级别为Ⅰ级。

工况1：自重，稳定安全系数为1.25；

工况2：自重+暴雨(或连续降雨)，稳定安全系数为1.10；

工况3：自重+地震(地震动峰值加速度取0.10g)，稳定安全系数为1.05。

5.4 计算结果

在工况1下12#滑坡处于基本稳定状态，在工况2自重+持续暴雨工况下处于欠稳定状态，在工况3地震工况下处于不稳定状态，计算结果见表5。

表5 滑坡计算结果

6 对比分析

隆务镇西山12#滑坡进行的定量计算结果与通过滑坡变形特征得出的定性分析结论一致，综合分析，得出最终结论如下：隆务镇西山12#滑坡在自重工况下处于基本稳定状态，在暴雨工况下处于不稳定状态，在地震工况下处于不稳定状态。

7 结 语

(1) 隆务镇西山12#滑坡的定性分析结果与定量计算结果一致，证明了本文对该滑坡稳定状态分析的正确性。

(2) 证明了通过滑坡体变形特征定量分析滑坡稳定状态的方法的准确性与可靠性。

(3) 证明了通过室内实验及反演计算所确定出的滑坡稳定计算参数的准确性与可靠性。

(4) 通过本文的分析与计算，为青海隆务镇地区岩质切层滑坡的勘查治理工作积累了详实的经验参数。

[1] 徐 旭.切层岩质滑坡稳定性评价及其治理方案研究[D].西安：长安大学，2008：1-3.

[2] 朱 飞,彭红明,王占巍，等．青海省隆务镇西山岩石切层滑坡破坏机理及防治措施研究[J].中国地质灾害与防治学报,2017,28(1):43-47.

[3] 李世海,刘天苹,刘晓宇，等．论滑坡稳定性分析方法[J].岩石力学与工程学报,2009,28(S2):3309-3324.

[4] 陈祖煜,弥宏亮,汪小刚.边坡稳定三维分析的极限方法[J].岩土工程学报,2001,23(5):525-529.

[5] 朱大勇,彭红明，钱七虎.三维边坡严格与准严格极限平衡解答及工程应用[J].岩石力学与工程学报,2007,26(8):1513-1528.

[6] 胡启军.长达顺层边坡渐进失稳机理及首段滑移长度确定的研究[D].成都：西南交通大学，2008.

[7] 徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[8] Hoek E. Rock Slope Engineering[M]. London: Inst.Min and Metall.1997.

[9] Goodman R E. Introduction to Rock Mechanics[M]. New York: John Wiley and Metall, 1989.

Comparative Study on the Landslide Stability based on Deformation Characteristics and Quantitative Calculation

XU Xiaojing1, ZHU Fei2, PENG Hongming2

(1.CNPCGreatwallDrillingCompany,Beijing100101,China；2.QinghaiEnvironmentalGeologyExplorationBureau,Xining,Qinghai810007,China)

There are administrative organizations, schools, troops and religious monasteries located at the foot of the 12#landslide on the West Mountain of Wulong County, Qinghai province. This landslide currently is in a deformation state, which is threatening the safety of the residents and property. In this paper, the deformation characteristics of the 12#landslide are analyzed. It was found that the mechanism of sliding failure was mainly resulted from the interaction between the extrinsic factor of the landslide and the effects of water and human engineering activities. The steady state of the landslide under natural conditions and heavy rain conditions was deduced qualitatively. The shear strength parameters of the landslide were determined according to the indoor experiment and the inversion calculation. The stability of the landslide under different load conditions was calculated by using the calculation model of polyline sliding surface. By contrast, it was found that the qualitative analysis results are consistent with the quantitative calculation results.

landslide; deformation; mechanism analysis; qualitative analysis; quantitative calculation

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.033

2017-02-07

2017-03-11

P642.22

A

1672—1144(2017)03—0161—04