基于工程实例的滑坡稳定性分析

周艳坤

（国投工程检验检测有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

滑坡作为全球性三大地质灾害之一，我国也是滑坡灾害较为严重的地区，滑坡一旦发生，将会给生态环境以及人们的正常生活，造成重大威胁。近年来，随着工程建设的不断加快，加之自然因素的影响，我国滑坡频率有逐年增加趋势，造成重大经济损失。目前，全国范围内，西南山区山体滑坡最为严重，由于滑坡的危害性极大，国家亦加大了对滑坡的防治力度。因滑坡灾害给国家和人民生命财产造成大量损失，滑坡稳定性分析评价显得尤为重要，此外滑坡防治工作也必须以准确可靠的稳定性分析为前提。

作为岩土工程领域的重要课题之一，目前，滑坡稳定性分析方法主要分为定性和定量两大类［1］，其中定性分析主要是在工程地质勘察和测绘基础上，对滑坡各项力学、破坏形式以及不利因素等进行分析，从而对滑坡稳定性做出综合评价。目前，定性分析法主要包括历史分析法、地质类比法、图解法等。定量分析方法有数值分析法、理论分析法。我国现行国家规范 GB 50021－2001（2009 版）《岩土工程勘察规范》［2］、GB 50330－2013《建筑边坡工程技术规范》［3］、《工程地质手册》［4］等均介绍了一些滑坡稳定性分析的方法，包括瑞典条分法、简化毕肖普法（Bishop 法）、简布法（Janbu 法）等。然而无论定性分析方法，还是定量分析方法，均存在其局限性。在进行滑坡稳定性分析时，尤其天然滑坡，由于地质条件纷繁复杂，土体抗剪强度参数的选取、计算模型的合理性、潜在滑动面选取的准确性，都对最终稳定性分析的结论有较大影响。现阶段，绝大多数稳定性分析均建立在室内试验或现场试验的基础上，选取计算参数进行稳定性分析评价，然而试验参数与实际土体的参数均存在差异。因此从工程实例中，吸取参数选取和模型优化经验，对滑坡稳定性分析非常有必要。

本文根据云南省境内的某滑坡实例，结合完整的变形监测数据、地质条件补充勘察报告以及滑坡产生后现场实测数据，利用理正岩土边坡稳定性分析软件以及规范推荐的理论分析方法，综合分析了该滑坡发生的原因，并对前期滑坡稳定性分析工作中存在的不足进行剖析，同时对滑坡变形监测方案亦提出了分析建议，为以后类似滑坡稳定性分析监测提供宝贵经验。

1 工程概况

该滑坡场地位于云南省红河州的某小区内，该小区共 11 栋建筑物，均位于滑坡顶部。其中有 4 栋距离滑坡顶边缘线较近，最近处仅 2.4 m。在滑坡发生时，这 4 栋建筑物均随着滑坡发生而滑移倒塌。小区北面，即滑坡临空面为凹陡斜坡，斜坡高度约 350 m，倾角约 50°，坡面有植被覆盖。小区建筑物在建成后第 6 年，紧临斜坡临空面的 2 栋建筑物墙体开始出现裂缝，并伴随有不同程度发展，室外局部地坪及房屋前、后两侧散水沿平行于斜坡顶方向开裂。2017 年初，其中 1 栋北侧地梁与墙连接处、承台与上部结构连接处均存在较大裂缝，且承台与地面相对于上部主体结构有外移的趋势，地面与建筑物连接处亦存在拉裂现象。此外，西侧回填场地凹凸起伏较大，该片场地共经过 3 次回填，临近挡墙外立面存在较宽竖向裂缝，挡墙西侧于几年前形成较大冲沟。为了解该片区域及建筑物的变形发展情况，2017 年 2 月开始对该小区场地和建筑物进行了变形监测。2018 年底北侧斜坡发生深层滑坡，4 栋建筑物倒塌场地剖面示意图如图1 所示。

图1 场地剖面示意图

根据地质勘察结果，建筑场地位于一北东向南西延伸的中山山顶斜坡地段，出露地层主要为新生界上第三系砾岩、含砾粗砂岩层，地表覆盖一定厚度的第四系残坡积层，局部为第四系人工填土层。地层情况如下所述。

素填土①1（Qml）：由碎石、块石混含少量黏性土组成，回填时间小于 10 年，系新近填土，结构松散，稍湿。

黏土②：红褐或黄褐色，局部含 5 %～20 % 圆砾及卵石，局部相变为粉质黏土，以硬塑状态为主，局部可塑状态，稍湿；无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

全风化砾岩③1：灰褐、灰白或黄灰色，砾状结构，中厚层状构造；泥质松散状～弱胶结，全风化半成岩；砾石成分主要为强风化片麻岩及砂岩；钻探岩芯多呈松散～稍密碎石土状及稍密粉土、砂土状；干钻可钻进，用镐可挖据。

强风化砾岩③2：灰褐、灰白或黄灰色，砾状结构，中厚层状构造；泥质弱胶结～中等胶结，强风化半成岩；砾石成分主要为强～中等风化片麻岩及砂岩，呈亚圆形，砾径 2～25 mm，大者 50 mm，含量达 40 %～65 %。

2 边坡稳定性分析

2.1 边坡稳定性初步分析

在滑坡发展期，根据现场地质调查与测绘结果，对该场地进行了滑坡稳定性初步分析，经初步分析认为，该场地潜在滑动面主要存在 3 个，分别如下：滑动面①：素填土层与黏土层土层界面处；滑动面②：黏土层与全风化砾岩层交界面处；滑动面③：全风化砾岩层与强风化砾岩层交界面处。各潜在滑动面如图2 所示。

图2 初判潜在滑动面示意图

运用理正边坡稳定性分析软件对 3 个滑动面分别进行稳定性分析，计算其安全系数如表1 所示。

表1 初判滑动面稳定性安全系数

根据软件计算结果及 GB 50330－2013《建筑边坡工程技术规范》，一般工况下潜在滑动面①基本稳定，潜在滑动面②、③稳定；在暴雨工况下，潜在滑动面①不稳定，潜在滑动面②稳定，潜在滑动面③基本稳定。

2.2 实际滑动面分析

2018 年底，该场地出现了深层滑坡，滑动面如图3 所示。

图3 实际滑动面示意图

通过理正边坡稳定性分析软件对实际滑动面进行稳定性分析，滑坡稳定性安全系数如表2 所示。

表2 实际滑动面稳定性安全系数

根据软件结算结果及 GB 50330－2013《建筑边坡工程技术规范》，一般工况下，实际滑动面为基本稳定；在暴雨工况下，实际滑动面为不稳定，且具有较大安全隐患。

2.3 边坡稳定性分析

由第 2.1 和第 2.2 节计算分析结果可以看出，在进行滑坡初期稳定性分析时，判定潜在滑动面为各岩土层界面处，总共 3 个。用理正软件分别对这 3 个潜在滑动面采用了简化 Bishop 法和 Janbu 法进行稳定性分析，结果除了暴雨工况下的第①滑动面，其余滑动面均为稳定。这与现场实际情况比较吻合，由于素填土层在雨水作用下，稳定性降低，下滑力增加，西侧临近挡墙外立面出现了较宽竖向裂缝，回填区域变形较大，表现出了朝滑坡临空面变形的趋势。在监测期间，潜在滑动面②、③未表现出明显的滑动迹象，与前期初判结果吻合。但根据本次滑坡事实分析，本次滑坡实际滑动面为深层岩内部。由后续补充钻孔分析（孔深 80 m），在该场地地面50 m 以下为中风化花岗岩，其中部分孔位发现花岗岩存在软弱夹泥层。由现场实际滑动面岩土分析可知，此次滑动面贯穿了黏土层和砾岩层，并于深层中风化花岗岩中的软弱夹层面发展滑动，实际滑动面安全系数计算结果如表2 所示。

综上分析，此次滑坡产生的原因，主要是由于深层花岗岩软夹层在长期雨水渗透作用下，抗剪强度降低，滑面抗滑力减少，下滑力增加，最终导致本次滑坡的发生。从本次滑坡事故也可以看出，前期滑坡稳定性分析时，未考虑深层滑动面的影响，地质条件补充勘察深度不够，未探明花岗岩层及其软弱夹层的性状和分布。这也直接导致了后期监测方案的不足。

3 监测方案评价分析

3.1 监测方案

为及时掌握建筑物及场地的变形情况，结合现场实际施测条件，监测项目包括场地地面沉降、场地地面水平位移、挡土墙水平位移、建筑物沉降、建筑物水平位移、建筑物倾斜、场地土体深层水平位移。其中场地土体深层水平位移监测孔深为 30 m，进入强风化砾岩层约 10 m。

各监测项目监测频率为 1 次/月，雨季调整为 1 次/两周；当变化速率超过 3 mm/d，则监测频率调整为 1 次/d。

3.2 监测结果分析

3.2.1 建筑物变形监测结果

1）建筑物累计沉降量最大为 39.69 mm，沉降速率最大为 0.231 mm/d。根据建筑物沉降监测结果，各栋建筑物沉降变形均未进入稳定阶段。

2）建筑物各倾斜观测点斜率最大为 6.38 ‰，倾斜方向朝斜坡临空面方向。由基础不均匀沉降计算各栋建筑物整体倾斜最大为 1.273 ‰。

3）根据建筑物水平间距监测结果，建筑物间距水平位移最大累计值为 4.1 mm，位移方向为朝边坡临空面方向位移，水平间距变化速率为 0.11 mm/d。

4）挡墙水平位移监测。根据挡墙与建筑物间距监测结果，北侧挡墙段，相对于建筑物没有发生明显水平位移。西侧挡墙竖向裂缝左右两侧挡墙存在错动，结合建筑物与挡墙间距监测结果，场地西侧挡墙段相对于北侧挡墙段有外移趋势。

3.2.2 场地变形监测结果

1）地面沉降累计最大为 180.18 mm（见图4），最近一期最大沉降速率为 2.061 mm/d。

2）地面水平位移累计最大值为 229.8 mm，方向朝斜坡临空面，近一期最大水平位移速率为 2.39 mm/d，坡顶地面累计沉降曲线如图4 所示。

图4 坡顶地面沉降曲线图

3）土体深层水平位移监测。

根据土体深层水平位移监测结果，斜坡顶土体深层水平位移均表现为朝斜坡临空面方向偏移。第二级台阶上各监测孔土体深层水平位移表现为朝背离方向偏移。

综合本次各变形监测项目监测结果，该小区内北侧邻近斜坡区域土体，以现场连通裂缝为界，有朝边坡临空面方向水平位移的趋势，且场地和建筑物沉降变形未进入稳定阶段。

3.3 监测方案评价分析

根据滑坡前期相关监测方案内容来看，各监测项目基本能满足滑坡变形监测和预警的作用。2017 年进场监测后，由于监测过程中，水平和竖向位移值均发生较大变化，且地面裂缝也发展较快，在综合分析各项监测数据后，给出了滑坡预警，相关单位及时组织小区内滑坡变形范围内的居民撤离，成功避免了滑坡带来的重大人员财产损失。

但在后续滑坡稳定性分析过程中，监测数据却存在明显的不足，尤其是坡顶水平位移和深层土体水平位移，分析原因如下。

1）针对坡顶水平位移，由于未引进自动监测系统，监测频率较低，对现场变形发展掌握不够及时。此外，限于传统水平位移监测方法的原理，该场地范围广，地势起伏较大，不易找到基准参考点，故在水平位移监测精度方面存在一定问题。本次预警也是主要依据场地及建筑物竖向位移提供的数据分析。但对于滑坡监测，地面水平位移往往更具有代表性，且数据在预警方面的灵敏度更强。

2）关于监测方案报警值的确定，原监测方案中沉降变形累计报警值为 200 mm，变形速率为 3 mm/d。根据变形监测结果及现场实际情况，上述报警值和变形速率的确定明显不合理。根据检测结果，滑坡发生时，最大点的沉降累计值为 180.18 mm，最后一期最大变形速率为 2.061 mm/d。

3）针对深层水平位移，本次监测数据，基本不能反映滑坡迹象。主要原因在测斜孔深度，未进入中风化花岗岩，尚未穿过滑动面，测斜管整体随着滑坡体一起滑动，故从深层水平位移监测数据来看，各监测孔基本没有变化，测斜管布置如图5 所示。

4 结语

在本次滑坡事故中，充分暴露了前期滑坡稳定性分析和变形监测中存在的不足。进行滑坡稳定性分析时，应对场地进行详细的工程地质测绘和调查，了解滑坡场地的地质条件及可能存在的潜在滑动面，尤其对于高陡斜坡，深层滑动面的确定是必不可少的工作。此外，在选取土体参数时，应根据现场土质的实际情况选取；对于滑动面的抗剪强度指标，建议取 φ（土体内摩擦角）值较小的土层作为滑动面所在土层；若计算条件允许，可选择多个滑动面位置，选择最不利位置。通过计算分析，对于土岩结合边坡，圆弧滑动法计算的安全系数普遍偏大，不太符合实际，此类边坡建议采用折线滑动法，并考虑饱水工况。

图5 测斜管布置示意图

在进行滑坡变形监测时，应根据变形监测数据的变化趋势，合理调整监测频率。滑坡发展迹象较明显的场地，可引进自动化监测，24 h 实时监测，以便及时掌握变形情况，及时预警。另外，滑坡变形监测应更重视地表水平位移的监测，因水平位移对滑坡变形的敏感度要远远高于竖向位移，尤其对于深层滑坡。若布置了深层水平位移，则测斜管需穿过所有潜在滑动面并进入稳定岩土层，否则可能导致无法正确反映滑坡体的深层土体变形。