某岩质滑坡成因分析及稳定性评价

刘鹏程 张绍和

摘 要：本文首先阐述某滑坡的基本特征和滑体组成，然后对滑坡的稳定性因素和破坏模式进行分析，滑坡的形成受地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、气候因素和人为作用等共同作用。再次，采用极限平衡法计算坡体的稳定性和滑坡推力，发现自然条件下处于基本稳定状态，暴雨作用下，处于不稳定状态。最后，提出采用“微型桩+挡土墙+截排水沟”的综合治理措施，以防止滑坡进一步变形，消除地质隐患。

关键词：岩质滑坡；稳定性分析；滑坡推力

中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）23-0115-03

Cause Analysis and Stability Evaluation of a Rock Landslide

LIU Pengcheng1，2 ZHANG Shaohe1，2

（1.School of Geosciences and Info-physics ， Central South University，Changsha Hunan 410083；2. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring，Central South University， Ministry of Education ，Changsha Hunan 410083）

Abstract： The basic characteristics of a landslide and the composition of the landslide were introduced. The stability factors and failure modes of landslides were analyzed. The formation of landslides was affected by topography， formation lithology， geological structure， hydrogeology， climatic factors and human effects. The stability of the slope and the thrust of the landslide were calculated by the limit equilibrium method. Under natural conditions， it was in a basically stable state， and under the action of heavy rain， it was in an unstable state. The comprehensive treatment measures of “micro-pile + retaining wall + interception and drainage engineering” could prevent further deformation of the landslide and eliminate geological hazards.

Keywords： rock landslide；stability analysis；landslide thrust

1 研究背景

我国地质构造复杂，且处于环太平洋带和北半球中纬度带两大自然灾害带的交汇区，是世界上地质灾害最发育、分布范围最广、危害最严重的国家之一。其中，滑坡是地质灾害类型中发生频率最高的灾害，约占各类地质灾害总数的3/4，对人们的生命、财产和工程经济造成重大损失[1，2]。

某岩质滑坡始发于2013年，每逢强降雨，坡体均会产生局部滑动，威胁当地百姓生命财产安全。该滑坡已冲毁坡体内部60m道路，损坏房屋5户23间，直接经济损失达100万元，目前，仍对坡体内部200m道路及15户62名村民的生命财产安全构成严重威胁，潜在经济损失约400万元，危害对象等级为三级[3]。

2 滑坡灾害体特征

该滑坡分布于斜坡中下部，空间形态呈圈椅状，特征较明显。滑坡体地面坡度20°～30°，宽度68m，纵向长约50m，面积约3 500m2，主滑方向213°，相对高差25m。滑体最大厚度5.5m，平均厚度3.5m，总方量1.2×104m3，为小型浅层岩质滑坡。

3 滑坡体物质组成

滑坡体物质成分主要为表层的第四系松散土体及中风化白云质灰岩，下伏基岩为中风化白云质灰岩。

3.1 滑体

①粉质黏土：硬塑，黄褐色，干强度及韧性中等，无摇振反应，局部夹有碎石，表层夹有植物根茎，该层分布于坡体中部，厚度为1.2～2.5m。

②三叠系白云质灰岩：下伏于粉质黏土层下方，灰白色，隱晶质结构，中厚层状构造，岩质坚硬，锤击声响，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩层产状235°∠22°，局部夹有薄层状砂质页岩，黄褐色，强风化，岩质较软，遇水易软化[4]。

3.2 滑带

滑带为白云质灰岩层内的软弱夹层，主要为粉质黏土，厚0.10～0.15m，夹少量碎石。

3.3 滑床

滑床为白云质灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩质坚硬，锤击声响，节理裂隙发育，岩体较破碎，局部夹有方解石脉。

4 滑坡成因及破坏模式分析

4.1 滑坡稳定性影响因素

影响该滑坡稳定性的内因包括：地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质；外因为气候因素和人为作用。

4.1.1 地形地貌因素。滑坡区位于坡向西南的山体斜坡段，坡脚下方为沟谷，顶部山脊附近与沟谷内的相对高差约70m。地形坡度20°～40°，为滑坡下滑，形成了动力势能和位移空间。滑坡区修建的截水沟已堵塞荒废，暴雨期间，大量雨水沿坡面冲刷，而滑坡体内部的张拉裂缝，易于雨水汇集下渗，为滑坡的形成提供了良好的地形条件。

4.1.2 地层岩性。滑坡区边坡上部第四系岩土体结构松散，由于地表水的长期侵蚀，岩层表面的节理裂隙逐渐变宽，致使表层灰岩被切割成块状，破坏了岩体的稳定性。另外，基岩层内存在软弱夹层，成分为粉质黏土夹少量碎石，遇水易软化，稳定性差，岩石碎块使渗透性增强，且岩层倾向与滑坡方向基本一致，入渗地下水易沿软弱面浸润，遇到下伏较为完整的灰岩后，形成水垫效应，使其接触面遇水软化，形成滑带，软化滑动面。

4.1.3 地质构造。新构造运动等地质应力是触发滑坡的重要动力因素。滑坡区内出露背斜一处，其轴向约210°，左翼产状为180°∠30°，右翼产状为235°∠28°。褶皱导致该处节理裂隙发育，岩体破碎，为地下水提供了良好的通道，对基岩内夹层的持续软化提供了有利的条件。

4.1.4 大气降水。大气降水是滑坡形成的直接诱发因素。一方面，基岩内泥化夹层表现出极强的水敏感性，其亲水性强。雨季时，干燥的岩土体浸水迅速软化，在水流作用下，软弱结构面贯通形成连续滑面，滑带抗剪强度降低，导致滑移。另一方面，连续的大气降水使上部松散岩土体饱和，增加了滑体重度，上升的地下水位也增加了水压力，从而导致滑体下滑力急剧增加，产生滑坡[5，6]。

4.1.5 人类工程活动。一方面，坡体内部当地居民修建房屋開挖坡脚，形成临空面；另一方面，砌房时对地势低洼处采用堆填处理，未用水泥浆加固，使得表层岩土体结构松散，经长期风化及雨水冲刷增加了滑体的不稳定性，为本滑坡的产生提供了条件。

4.2 破坏模式分析

该滑坡滑体为第四系松散岩土体和中风化白云质灰岩，滑动面为基岩内软弱夹层，下伏基岩为三叠系白云质灰岩。强降雨时，雨水沿裂隙进入松散岩土体，导致滑体自重增加，下滑力增大；另一部分雨水下渗，软化滑动面，降低滑带抗剪强度；滑坡区处于地质构造带上，导致该处受地质构造作用影响明显；加之村民修建房屋切坡，破坏了原有的坡体稳定结构。以上几种因素共同作用下，导致坡体失去支撑，在重力等作用下，失稳而产生位移变形。

5 滑坡稳定性分析

5.1 计算模型

该滑坡类型为小型浅层牵引式岩质滑坡，采用极限平衡法进行稳定性评价和滑坡推力计算。计算模型见图1。

5.2 计算工况

本工程防治等级为Ⅲ级，暴雨设计重现期为10年，校核重现期为20年。共包括两种工况，荷载组合如下。工况一：自重，抗滑动安全系数1.15；工况二：自重+地下水+暴雨，抗滑动安全系数1.05。

计算荷载要考虑滑体自重、地表荷载、水压力和地震等因素。

①自重。工况一，地下水位以上采用天然重度，地下水位以下采用饱和重度。工况二，本滑坡滑体土结构松散，降雨易入渗，且松散土体厚度不大，按最不利情况考虑，可视为整个岩土层均为饱和重度，滑面强度采用饱和抗剪强度。

②地表荷载。建筑物荷载按每层15kPa计算，乡村道路荷载按照15kPa计算。

③水压力。水压力包括静水压力、动水压力和浮托力。暴雨工况下，雨水沿裂隙入渗至滑带附近，形成地下水连续渗流，有稳定水位后，会造成动水压力，同时，地下水渗流也形成一定浮托力，降低了滑床的抗力，从而导致抗滑力减弱，本滑坡计算取水头差为2m[7，8]。

④地震荷载。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），区内地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载[9，10]。

5.3 计算方法

本次计算模型采用平面极限平衡法进行稳定性评价和推力计算。

5.3.1 计算公式。计算公式如式（1）所示：

[Kf=Wcosα-Asinα-Vsinα-Utanφ+CLWsinα+Acosα+Vcosα] （1）

式中：W表示条块重量；A表示地震加速度；[α]表示滑面倾角；[φ]表示条块内摩擦角；V表示后缘裂隙静水压力，[V=12γwH2]；U表示沿滑面扬压力，[U=12γwLH]。

5.3.2 计算剖面。对该滑坡选取2条剖面进行稳定性计算，计算剖面见图2。

5.4 参数选取

影响滑坡稳定计算的岩土体物理力学参数主要为滑体土的容重和滑带土的抗剪强度。滑体容重的确定主要根据土工试验及现场试验，滑动面C、[φ]值的取值根据室内试验、原位测试、反演分析、工程类比及参考地区经验综合确定，取值见表1。

5.5 滑坡稳定性计算与结果评述

滑坡稳定性计算时取单位宽度，稳定系数计算结果见表2。

根据稳定性计算结果，通过对滑坡变形特征、稳定性影响因素及破坏模式分析可知，自然条件下滑坡处于基本稳定状态。但在暴雨等外力作用下，则处于不稳定状态。综合评价本滑坡不稳定，目前滑坡尚处于滑动阶段，强降雨会诱发滑坡加速滑动。

6 防治工程建议

根据滑坡的变形特征、剩余下滑力的大小、滑坡前缘空间特征及与保护对象的位置关系，拟采用如下防治方案。

①坡体中部设置微型桩支护，减小下部坡体的滑坡推力，同时防止滑坡从剪出口1处剪出。

②坡体前缘剪出口2处采用重力式抗滑挡土墙支护。

③在完成主体防护的基础上，对滑坡体后缘及边界5m范围处修复完善截排水系统，通过截排水系统将坡面水流导入沟谷内排水沟，从而避免水流直接冲刷坡面。

7 结论

①某小型岩质滑坡的形成受地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、气候因素和人为作用等多种因素共同作用。

②采用极限平衡法计算了坡体的稳定性和滑坡推力，自然条件下坡体处于基本稳定状态，暴雨作用下，处于不稳定状态，强降雨会诱发滑坡加速滑动。

③针对该滑坡的变形特征等，拟采用“微型桩+挡土墙+截排水沟”的综合治理措施。

参考文献：

[1]中国地质环境监测院.全国地质灾害防治规划研究[M].北京：地质出版社，2008.

[2]刘茂.土质滑坡稳定性影响因素的敏感性研究[D].成都：成都理工大学，2011.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.滑坡防治工程勘查规范：GB/T 32864—2016[S].北京：中国标准出版社，2016.

[4]中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.岩土工程勘察规范：GB 50021—2009[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[5]谢剑明.降雨对滑坡灾害的作用规律研究[D].武汉：中国地质大学，2004.

[6]罗渝，何思明，何尽川.降雨类型对浅层滑坡稳定性的影响[J].地球科学（中国地质大学学报），2014（9）：1357-1363.

[7]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑边坡工程技术规范：GB 50330—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[8]中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程设计与施工技术规范：DZ/T 0219—2006[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[9]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范：GB 50011—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[10]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.中国地震动参数区划图：GB 18306—2015[S].北京：中国质检出版社，2016.