滑坡稳定性预测中勘察方法的综合运用

张允亭

大庆油田工程有限公司

滑坡是指岩土体在地质作用力下，沿着一定的软弱面（带）整体或者分散地向下滑动的地质现象。滑坡对财产和人身安全有着重大的隐患，对滑坡体采用多种勘察手段进行勘察开展稳定性预测具有重要的意义[1]。以某实践工程为例探讨多种勘探方法在滑坡勘察预测中的应用。

1 工程概况

工程场地位于陇西，地势西北高、东南低，上世纪60 年代至90 年代初，附近村民在该段山体坡脚和坡面上进行了长时间的采石活动，采石采取坡脚爆破的方式，导致山体发生了较大规模的滑坡，形成了目前的老滑坡体。90 年代初，由于修建316国道，采石活动停止。滑坡整体呈南东—北西走向，滑动方向为由南西向北东滑动，方位角约29°～57°。滑坡前缘剪出口位于国道下方与渭河河道交界处，后缘破裂壁和两侧侧壁出露明显，总体形态呈圈椅状，平面呈圆弧形。由于风化作用、地势较陡，老滑坡体上次生滑坡也较发育。

2 区域地质条件

地形地貌：微地貌类型主要有构造剥蚀低中山地貌和侵蚀堆积河谷地貌两种。气象：年平均气温7.8 ℃，平均年温差24.6 ℃，最大年温差55.8 ℃，年温差和日温差都比较大，对岩石的热胀冷缩和加速风化起到不可忽视的作用，日积月累形成了重要的地质外营力。水文：该滑坡前缘剪出口东北侧约10～30 m 河流为渭河，渭河是黄河的一级支流。区域地层：可以分为上覆覆盖层和基岩层。上覆覆盖层主要为风积黄土，由淡灰黄色粉土组成，质地疏松均匀，主要分布于各地山梁之上，黄土的产状受古地形的控制。冲积层主要在河岸阶地上分布，由Ⅲ、Ⅳ级阶地堆积物组成，底部为砾石层，向上为粉质黏土与砂砾互层。基岩层主要为侏罗系和白垩系的红色、绿灰色砂岩、页岩、泥岩及砾岩、砂砾岩。工程所在区域地质构造较复杂，存在近代活动断裂引起的大于6 级地震，为次不稳定区。抗震设防烈度为8 度，地震动峰值加速度为0.20g，特征周期为0.45 s，设计地震分组属第三组，在临潭—宕昌断裂带影响范围内，自2008 年汶川地震后进入活跃期，随后的玉树地震和芦山地震表明其活跃度一直不减，仍处于活跃期。

3 滑坡勘察

3.1 细分滑坡体

滑坡体是由多个滑坡体复合的滑坡体，采用工程地质测绘方法来细分滑坡体。

首先采用无人机进行地形图测绘，测绘比例为1∶500，然后在此基础上开展工程地质测绘，以此来查明场地地形、地貌、地层、构造、滑坡体划分等。在工程地质测绘中未发现断裂构造，但岩石节理裂隙很发育，以剪节理为主，节理裂隙面平直、光滑，呈闭合状，无胶结，无充填，延展性好，延伸长度较大。走向节理玫瑰花图如图1 所示。

由图2 可知，垂直边坡走向和平行边坡走向的两组节理裂隙很发育。通过工程地质测绘可以把滑坡体细分为4 个小滑坡体（图2）。

图1 走向节理玫瑰花图Fig.1 Rose pattern of strike joint

图2 滑坡体细分示意图Fig.2 Subdivision sketch map of landslide mass

1#滑坡体沿滑动方向最长约110 m，最宽约60 m，平均厚度约7.1 m，滑坡体面积约6 400 m2，体积约4.5×104m3；前后缘相对高差约98 m，整体坡度约45°；后缘破裂壁最大高度约40 m，坡度较陡，几乎近直立状态，坡度约在65°～80°之间。

2#滑坡体沿滑动方向最长约88 m，最宽约58 m，平均厚度约6.8 m，滑坡体面积约4 400 m2，体积约3×104m3；前后缘相对高差约66 m，整体坡度约40°；后缘破裂壁最大高度约8 m，坡度约45°。存在一处次生边坡，沿滑动方向最长约20 m，最宽约20 m，相对高差约20 m，整体坡度约45°。该次生边坡后缘已出现明显的拉张裂隙，裂隙宽度约3～5 cm。

3#滑坡体沿滑动方向最长约110 m，最宽约72 m，平均厚度约3.3 m，滑坡体面积约5 900 m2，体积约1.9×104m3；前后缘高差约92 m，坡度约40°。紧邻国道上方3#滑坡体存在一处次生边坡，沿滑动方向最长约18 m，最宽约15 m，相对高差约16 m，整体坡度约45°。该边坡后缘也出现明显的拉张裂隙，并伴有错动、滑动现象，裂隙宽度约5～8 cm。

4#滑坡体沿滑动方向最长约98 m，最宽约60 m，平均厚度约7.4 m，滑坡体面积约3 800 m2，体积约2.8×104m3；前后缘相对高差约65 m，整体坡度在31°～56°之间；后缘破裂壁最大高度约35 m，坡度较陡，在45°～65°之间。

3.2 对滑坡体勘察的多种方法

勘察方法采用了槽探、钻探、物探、水文地质试验、原位测试、室外原位试验、室内试验等方法。综合判定各滑坡体的各项物理力学性质指标。

根据实际情况采用槽探和钻探的方式揭露场地地层岩性。根据不同地质条件采用干钻、清水回转钻进，在滑坡侧壁和滑坡后缘顶部开展槽探工作，对黄土状土取原状土样，质量等级为Ⅰ级，以准确测得黄土状土的物理力学指标。

原位测试包括标准贯入试验、圆锥动力触探试验，用于确定松散土体的密实度及力学指标。

采用物探的方法来确定场地构造情况，查明是否存在断裂，判定岩体的完整性。物探方法采用波速测试、高密电法和地震映像法3 种方法。波速测试采用RSM-SY5（T）非金属声波检测仪，测试点距0.5 m，测试岩体及岩块的纵波波速，评价岩体的完整性。考虑到滑坡体深度不大，基岩埋藏较浅，为了提高工作效率，采用高密电法和地震映像法来查明场地的构造情况。物探线共布置4 横4 纵覆盖整个滑坡区。

滑坡体参数的准确与否直接决定后期数值计算的准确性，为了提高计算参数的准确性，对滑坡体开展了现场原位试验工作。试验主要为现场密度试验，采用灌水法。为了取得场地的水文地质参数，开展了水文地质试验工作，采用现场渗透试验来确定土体的渗透系数()K，测试方法采用单环法，对黄土状粉土和碎石土分别开展测试，共计12 组。同时孔内实测地下水位，查明地下水情况。

在室内试验时，对于黄土状粉土主要开展土常规试验、黄土湿陷性试验、直剪试验；对于碎石土主要开展颗分试验、粗粒土大型直剪试验；对于强风化花岗岩、强风化砂岩、强风化砾岩，开展岩石剪切试验；对中风化花岗岩，开展岩石物理性质试验、单轴抗压强度试验、点荷载试验、岩石抗剪断试验[2]；对水化学成分分析开展水质简分析试验和易溶盐试验。

4 勘察综合成果分析

通过工程地质测绘得到该场地的滑坡可以分为4 个分滑坡体，各滑坡体之间关联极小，相互影响可以忽略不计。

4.1 地层岩性与构造

通过槽探和钻探得到场地地层岩性。地层主要由4 种岩土构成，分别是黄土状粉土、碎石土、砂砾岩、花岗岩。

（3）砂岩层（N）：强风化、棕红色，主要矿物成分为石英和长石，中粗粒结构，块状构造，泥质胶结，胶结程度一般，RQD（岩石质量指标）极差。该层在场地内分布不连续，按坚硬程度分类为极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量分级为Ⅴ级。

（4）砾岩层（N）：强风化，棕红色，主要矿物成分为石英和长石，块状构造，砾石呈浑圆状，一般粒径在5～30 mm，泥质胶结，胶结程度较好，RQD 极差。该层在场地内分布不连续，按坚硬程度分类为极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量分级为Ⅴ级。

（5）强风化花岗岩层：灰白色，棕红色，主要矿物成分为石英和长石，含有少量暗色矿物角闪石，结构基本被破坏，节理裂隙很发育，岩芯破碎，呈碎屑状，块状，RQD 极差。该层岩石点荷载强度平均值为0.08 MPa，换算成饱和单轴抗压强度为3.43 MPa，按坚硬程度分类为极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量分级为Ⅴ级。

（6）中风化花岗岩层：灰白色，主要矿物成分为石英和长石，含有少量暗色矿物角闪石，中粗粒结构，块状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈块状，短柱状，少量呈柱状，RQD 较差，该层在场地内连续分布，本次勘察勘探深度范围内未穿透该层。岩体完整程度为破碎，岩体基本质量分级为Ⅴ级。

地层构造：根据区域地质图，通过工程地质测绘，综合高密度电法和地震映像法2 种物探方法测试结果未发现有断裂，因此可以不考虑断裂对滑坡体的控制影响。

4.2 水文地质条件

地下水主要补给来源于大气降水，主要排泄方式为蒸发和侧向向渭河径流排泄。地下水类型主要是孔隙潜水和基岩裂隙水，其中孔隙潜水赋存于公路路堤以下的人工填土层，基岩裂隙水赋存于强风化和中风化花岗岩中。基岩节理裂隙发育，岩体完整程度破碎，为地下水的流通提供了良好通道。地下水位变化大，主要体现在连续降雨期间基岩裂隙水水位抬升，最高时抬升至基岩面以下2～3 m；非降雨期间，地下水水位持续下降，连续3 周不降雨后，水位观测孔内均未测到地下水，说明在非降雨集中期基岩裂隙水稳定水位位于观测孔孔底深度以下，地下水径流强烈，也说明基岩裂隙非常发育[3]。

滑坡区范围内透水层主要是黄土状粉土和碎石土，通过现场渗水试验测出的渗透系数如下：

（1）黄土状粉土透水性一般，渗透系数平均值为0.29 m/d。

（2）碎石土透水性好，渗透系数平均值为24.52 m/d。

4.3 滑坡体破坏模式分析

根据现场工程地质测绘，槽探、钻探揭露，确定该滑坡是沿松散堆积物与基岩分界线向下滑动，滑带为松散堆积物与基岩之间的过渡带，滑动带物质成分主要为碎石土。滑体由于经历多次滑动，导致岩土体结构受到不同程度的扰动，内部均匀性较差，空隙较多，局部充填较差，呈半充填状态，结构较为松散，物理力学性质较不稳定。根据上述勘察结果，可以确定滑床物质成分主要为花岗岩。滑床形态横向呈波状起伏，纵向呈折线形，总体上后陡前缓。滑动破坏可能存在以下两种方式。

（1）老滑坡体沿滑动带折线滑动破坏。由于采石活动持续时间较长，本区滑坡体是多次剪切破坏的结果，形成了多个老滑坡体。老滑坡属于牵引式滑坡，滑坡前缘由于受河流侵蚀、人工采石和人工开挖削坡，造成坡面变陡以致失稳，在后缘引起裂缝，随着变形的发展，后缘以后的斜坡体也产生变形失稳，出现新的滑动，从而导致滑坡体向后向上发展，最终形成一个面积较大且相对稳定的坡面。

通过地质调查，国道下方原有挡土墙形状规整，未见明显变形产生的裂缝，国道路面较为平整，未见横向鼓张裂缝，综合认为老滑坡体未见继续变形特征。在老滑坡体上设了监测点，进行短期监测，监测数据结果表明，老滑坡体监测点数据基本一致，未见明显变形。综上所述，勘察期间老滑坡体未见继续变形的特征，其现状处于相对稳定状态，但在强降雨、地震等诱发因素作用下，老滑坡体极有可能产生沿滑动带呈整体折线滑动的破坏。

（2）次生边坡在堆积层内近似圆弧形滑动破坏。在2#滑坡和3#滑坡国道上方的次生边坡存在高临空面，且坡度较大，后缘已发现拉张裂缝，并伴有错动现象。拉张裂缝在平面上呈圆弧形，在强降雨、地震等诱发因素作用下，在堆积层内发生近似圆弧形滑动破坏。同时还可能产生局部崩塌或片帮式滑动破坏，原因是滑坡后缘壁高度大，边坡陡，出露地层以黄土为主，垂直裂隙发育，随着时间推移，黄土中可溶盐成分融水流失，结构被破坏，垂直裂隙扩大，当深部裂隙完全贯通后，在强降雨和地震等极端诱发因素作用下，垂直裂隙外侧土体将脱离后缘壁产生浅表层片帮式滑动破坏。

5 数值计算模拟

5.1 参数选取

计算参数的选择对计算结果具有决定性的影响。综合钻探、物探、原位测试、室外及室内等多种勘察成果，计算中各层岩土主要数据如表1 所示。

5.2 数值计算评价

工况按照最有利直至最不利分为4 种。工况1：自重，不考虑地下水和地震的作用；工况2：自重+地下水（饱和状态）；工况3：自重+地震；工况4：自重+地下水（饱和）+地震作用（最不利工况）[4]。

表1 各层岩土主要计算参数Tab.1 Calculation parameters for different layers of soil

根据不同的滑动模式采用不同的计算模型。对于折线滑动模式，采用传递系数隐式解法进行稳定性评价和推力计算，并用摩根斯顿-普莱斯（Morgenstern-Price）法进行校核。对于圆弧形滑动模式，采用毕肖普（Bishop）法进行稳定性评价和推力计算，并用摩根斯顿-普莱斯法和简布（Janbu）法进行校核[5-6]。1#～4#滑坡每个滑坡设置1 条折线计算剖面和1 条圆弧形计算剖面。以1#滑坡体为例计算，1#滑坡体折线和圆弧滑动计算剖面模型见图3、图4，稳定性计算结果见表2、表3。

图3 1#滑坡体折线滑动计算剖面模型Fig.3 Cross-section model of polyline-sliding calculation of 1# landslide mass

图4 1#滑坡体圆弧滑动计算剖面模型Fig.4 Cross-section model of arc-sliding calculation of 1# landslide mass

1#滑坡体边坡稳定性计算结果见表2 和表3。

表2 1#滑坡体折线滑动稳定性计算结果Tab.2 Calculation results for stability of polyline-sliding of 1# landslide mass

表3 1#滑坡体圆弧形滑动稳定性计算结果Tab.3 Calculation results for stability of arc-sliding of 1# landslide mass

1#老滑坡体沿滑动带呈整体折线形滑动破坏时，工况1 和2 条件下，1.05≤FS＜1.15，老滑坡体处于基本稳定状态。工况3 条件下，1.00≤FS＜1.05，老滑坡体处于欠稳定状态，安全储备不足。工况4 条件下，FS＜1.00，老滑坡体处于不稳定状态。

如表3，各种工况下FS＜1.00，但考虑到黄土结构的特殊性，黄土直立性好，临空面自稳能力强，垂直裂隙发育，在强降雨、地震等极端条件下，在堆积层内发生近似圆弧滑动的可能性大；在目前没有强降雨的情况下高临空面边坡可能会在垂直裂隙发育的表层发生塌落式、片帮式滑动破坏。综上所述，后缘壁高临空面边坡在所有工况下均处于不稳定状态。计算结果和野外踏勘定性结果吻合：老滑坡体在野外没有发现明显的滑动地质迹象，说明老滑坡体在天然状态下比较稳定，但是表层的新近沉积层和风化层局部存在小型崩塌和掉块现象。

按照上述计算模型4 个滑坡体总计进行8 个计算模型。8 个计算模型结果是：4 个滑坡体的老滑坡体现在处于基本稳定状态，但在地震和强降雨作用等极端因素作用下，老滑坡体处于不稳定状态，需采取工程措施进行治理；1#、2#及3#滑坡体后缘壁高临空面边坡处于不稳定状态，需采取工程措施进行治理。

6 预防措施

（1）防水排水措施。在滑坡后缘山顶及两侧周界设置环形截水沟，使地表水不能进入滑坡体；在老滑坡体范围内设置横向和纵向排水沟，使地表水排出滑坡体和边坡以外，并注意沟渠的防渗；整平地表，堵塞裂缝和夯实松动地面，筑隔渗层，减少地表水下渗。

（2）削坡减重措施。1#、2#和3#老滑坡体坡度过陡，可采取分级台阶、自上而下的方式进行削坡减重治理；1#和2#滑坡体后缘壁临空面过高过陡，采取分级台阶、自上而下的方式进行削坡治理。对不稳定危岩体及浮石进行清理，对于规模小、危险程度高的危岩体，可采用静态爆破或手工方法予以清除消除隐患，降低临空面高度，减小斜坡坡度和上部荷载。

（3）支挡工程措施。在国道靠近老滑坡体侧设置支挡结构，可选用经济适用的重力式挡土墙支挡结构，防止浅表层滑坡和落石对公路车辆和人员的伤害。建议在国道靠近老滑坡体侧设置被动防护网，阻止崩塌岩石土体的下坠，起到边坡防护作用。

（4）植被修复措施。对各老滑坡体坡面及1#、2#、3#滑坡后缘壁临空面边坡削坡治理后，可采取植被修复措施，提高坡面抗风化能力，减少雨水冲刷。

7 结束语

（1）采用槽探、钻探、物探、原位测试、室外室内试验等多种方法勘察，综合判断岩土的物理力学性质指标，能够充分保证土层指标的准确性，能够使计算出来的结果与野外地质定性调查很好地吻合，在项目实践中效果显著。

（2）4 个滑坡体处于基本稳定状态，但在地震和长时间强降雨等极端因素作用下，滑坡体处于不稳定状态。1#、2#、3#滑坡体后缘壁高临空面边坡处于不稳定状态，需采取工程措施进行治理。

（3）滑坡治理措施可以采取降排水、削坡减重、挡墙支挡、植被修复等措施。