残积土地区不同削坡角度边坡稳定性研究★

曾 洲 郑志文 张 伟

(1.华南理工大学土木与交通学院,广东 广州 510641; 2.广东省地质环境监测总站，广东 广州 510510)

1 概述

广东多山地丘陵，雨季台风、暴雨等极端气候频现，极易引发崩塌、滑坡地质灾害。此种问题尤以梅州市最为突出[1-3]。针对削坡建房引发的地质灾害，以梅州花岗岩残积土边坡为研究背景，运用数值分析软件模拟降雨条件下不同削坡坡度与边坡稳定性的变化关系，为地质灾害预防提供合理建议。

2 建立数值分析模型

2.1 模型尺寸

一般情况，25°～45°土质边坡滑坡发生概率最高[4]，因花岗岩残积土抗剪强度较高，故能在坡度较陡的情况下仍具有较好的稳定性[5]。根据2018年广东省梅州市各县(市、区)1∶5万地质灾害详细调查资料，边坡地质灾害在50°≤边坡坡度<60°的人工边坡占总边坡数的11.46%，60°≤边坡坡度<70°占39.02%，边坡坡度不小于70°占比40.21%。因此，分别取坡度值60°,65°,70°,75°,80°以研究降雨条件下，不同削坡角度对残积土地区边坡稳定性影响。

梅州市人工边坡有崩塌1 476处，滑坡865处，不稳定斜坡6 816处，总计9 157处。其中高度在8 m～12 m边坡占37.35%，大于12 m的边坡占比32.28%。边坡削坡高度设定为中位数值12 m，边坡简化模型见图1，以坡角60°边坡为例。

2.2 土工参数

土水特征曲线是用来描述土中吸力和含水量的关系曲线[6]，通过土水特征曲线可以预测非饱和土的参数，比如渗透系数以及抗剪强度，再通过Geo-studio可进行渗流计算和稳定分析。砂质黏性土和砾质黏性土的土水特征曲线是根据勘察报告中饱和体积含水量，采用软件中Sample function函数拟合得到，土层物理力学参数见表1。依照Van Genchten模型、各土层的饱和渗透系数和其对应的土水特征曲线可拟合得出各土层的非饱和渗透系数与基质吸力之间的关系曲线。

表1 花岗岩残积土土层物理力学参数

2.3 降雨条件

根据梅州气象局数据，梅州市降雨量在时间上分布不均，每年的3月～9月为降雨集中期，降雨量占全年的81.9%，6月份为全年降雨最高月份，占全年降雨量的16.9%。每年的10月至次年2月为少雨期。滑坡灾害发生在暴雨及暴雨等级以上占比为78.58%，说明暴雨条件下，花岗岩残积土边坡易发生失稳破坏。相关研究显示，滑坡当天和前两天降雨对边坡影响有较强的相关性[7]。设定降雨条件为3.75 mm/h(暴雨)，连续72 h持续降雨。

3 降雨及削坡坡度对边坡稳定影响

在初始边界条件下经SEEP/W稳态渗流计算，地下水水头分布情况见图2，在此基础上进行后续瞬态模拟。

3.1 边坡孔隙水压力变化情况

地下水位线以下，土体孔隙水压力为正P=γwh，该区域孔隙水压力为静水压力，随深度线性分布。地下水作为分界线，该处的孔隙水压力为零。地下水位线以上为负孔隙水压力，负孔隙水压力的存在增大了边坡的抗剪强度[15]。

由图3得出，随着降雨入渗，边坡顶部负孔隙水压力逐步上升，因坡面上不存在积水条件，孔隙水压力无法上升到正值。降雨首先影响坡脚区域，然后是坡顶，后才向坡体内部延伸。

3.2 稳定性影响分析

图4为不同削坡坡度的边坡随降雨进行的稳定性变化规律，在无降雨情况下，削坡坡度越陡，稳定性系数越低。削坡为滑坡提供了陡峭临空面，边坡坡度越大，滑动土体的下滑力越大。同样，其他条件一致，在降雨的任意时刻，削坡角度越大的边坡稳定性系数越低。

表2对应暴雨条件下不同坡度边坡随时间的稳定性变化。任意削坡角度的边坡，随着降雨的进行，安全系数不断降低，直到一较稳定数值。是因为降雨持续作用下，边坡土体由非饱和逐渐向饱和态转变，土体的基质吸力降低，土体的抗剪强度降低。再者，花岗岩残积土遇水容易软化崩解，可见持续降雨是重要的致灾因素。

降雨和削坡综合作用下，边坡极易引发灾害，因此削坡角度应保持在一个合理值。根据GB/T 32864—2016滑坡防治工程勘察规范，稳定性系数高于1.05边坡才基本稳定。针对72 h降雨强度为3.75 mm/h(暴雨)的情况，为使得边坡处于基本稳定状态，建议梅州花岗岩残积土地区12 m高的边坡削坡值不应超过65°。

表2 降雨条件下不同削坡坡度随时间的稳定性变化

削坡坡度/(°)自然条件降雨24 h降雨48 h降雨72 h601.3011.2631.2271.164651.2981.2521.1651.089701.1381.0460.9860.935751.0930.9840.9550.926801.0170.9240.8630.798

4 结语

1)持续降雨使得边坡稳定性系数不断下降，雨水入渗通过改变边坡土体的含水量，引起边坡孔隙水压力变化，进而影响边坡土体的抗剪强度及边坡稳定性。2)削坡角度越陡，边坡越不稳定，切坡为滑坡提供了陡峭临空面，边坡坡度越大，滑动土体的下滑力越大。3)降雨和削坡综合影响下，边坡稳定性急剧下降。建议梅州花岗岩残积土地区12 m高的边坡削坡值不应超过65°。4)无降雨作用时，因花岗岩残积土具有较高的抗剪强度，边坡稳定性较好。无降雨时，坡高为12 m的80°边坡有潜在危险，当降雨进行到24 h时，削坡角度超过70°(含70°)的12 m高边坡应密切关注，做好防灾措施。