甘肃黄土台塬区单体滑坡稳定性评价与预测分析

何海颦 万宝峰

摘 要：为研究甘肃永靖黑方台黄土台塬斜坡滑坡稳定性情况及原因，本文采用计算模型、荷载组合和几何作图法对单体滑坡稳定性进行定量分析计算，并对黄土台塬斜坡稳定性计算结果进行定量评价与预测分析。

关键词：滑坡;稳定性;定量分析

中图分类号：P642.22文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）25-0155-04

Abstract： In order to study the stability and cause analysis of the slope of the Loess Tableland of Hefangtai， Yongjing， Gansu province， this paper used the calculation model， load combination and geometric drawing method to conduct quantitative analysis and calculation of the stability of single landslide， and made quantitative evaluation and prediction analysis of the slope stability calculation results.

Keywords： landslide;stability;quantitative analysis

甘肃永靖县为刘盐八库区（刘家峡、盐锅峡、八盘峡库区）的重点移民县。为了安置移民，在区内黄土台塬上多处建设了灌溉工程，由此诱发地下水位和岩土体结构发生改变，引发多处地质灾害，其中滑坡灾害最为频繁和严重，对移民区群众正常生产生活造成了严重威胁。

地表形变监测是监测滑坡的有效手段之一，常被应用于滑坡监测、评价与预测中。为了降低滑坡地质灾害造成的损失，本文对黑方台台塬斜坡滑坡稳定性进行合理的定量评价与预测。

1 黑方台滑坡定性评价与预测

黑方台滑坡主要包括焦家滑坡群、黄茨滑坡群、方台滑坡群和水管所滑坡群。

焦家滑坡群是黑方台台塬滑坡发育密度最大的地段，该区域内主要为黄土滑坡，具有剪出口位置高、临空条件好、滑速高、滑体破碎及能量释放较彻底等特点。黄土层内地下水位的抬升导致焦家滑坡群后缘塬30 m宽度范围内，发育一系列的平行滑坡后壁的弧形张裂缝，延伸长度为几十米至几百米不等，裂缝宽度多为几厘米至几十厘米，且该范围内滑坡后缘沉陷也较为严重。因此，从变形迹象及滑坡发展趋势来看，焦家滑坡群处于不稳定状态，存在随时滑动的可能。

黄茨滑坡群属于黄土-基岩滑坡，滑坡滑速较慢，以往发生过数次滑动。滑体上清晰可见多次滑动形成的梯级台阶，后缘沿台塬分布有一系列的拉张裂缝，堆积体前缘反翘形成明显的隆起带，滑坡变形趋势与变形迹象说明黄茨滑坡群处于不稳定状态。

方台滑坡群主要发生在黄土层内，滑坡规模较大，多处滑坡后壁经过人工削方减载处理，但目前仍可观测到较明显的变形迹象，滑坡后缘塬边50 m范围内，拉张裂缝与沉陷裂缝密布，耕地内的大量落水洞都已贯通，形成塌陷，滑坡整体稳定性较差，目前处于不稳定状态。

水管所滑坡群属黄土-基岩滑坡，滑体表面松散破碎。目前，滑体局部地段的变形仍在继续，滑坡后壁仍在不断坍塌，平行于后壁发育的拉张裂缝延伸长度约200 m，裂缝宽度数十厘米，裂缝之间最大下错距为20～30 cm，滑坡处于不稳定状态。

2 区域稳定性评价与预测

2.1 基于DEM计算的滑坡稳定性评价与预测

黑方台台缘周边滑坡发生频次高，滑坡多表现为原位溯源叠瓦后退式的滑动特征，同一个滑坡呈多期次滑动的相对独立的动态演化系统，其变形表现出复杂的非线性演化特征。基于滑坡变形演化方面的不确定性，通过三维激光扫描监测获取黑方台地区最新滑坡变形情况，而后结合1977年、1997年及2001年三期次DEM数据进行地貌恢复重建，在ArcGIS平台下分析研究滑坡变形演化特征。

通过上述计算发现：从1977年到2001年，黑方台滑坡后壁的平均后移距离达到113.07 m，平均后移侵蚀速率为3.01 m/a。近年来，黑方台滑坡整体稳定性变差，滑坡后移速率有加剧的趋势。如果不采取有效的防治措施，台塬还将继续下错滑动。

2.2 基于地下水位变化的滑坡稳定性评价与预测

引水灌溉使得地下水位抬升是灌區斜坡失稳的一个重要触发因素，这主要是因为在地下水水岩作用的范围内，黄土的物理、力学性质都发生了明显变化，其力学强度降低。为定量分析灌溉作用对水文地质条件的影响，建立了区内黑台水文地质模型，模拟分析灌溉前后地下水动力场的演化状况，预测不同灌溉条件下地下水动力场的发展趋势。计算结果表明，在保持现有的灌溉模式和灌溉量的条件下，地下水位尚未达到稳定，还将持续上升，上升速率为平均每年0.35 m。采用FLAC 3D软件计算地下水上升条件下的斜坡稳定性。结果表明，不同地下水位情况下，台塬整体位移分布规律基本一致，最大位移均出现在焦家崖头附近。但是，随着地下水位的升高，不稳定区域的面积逐渐增加[1-2]。

3 单体滑坡稳定性定量评价

3.1 几点说明

第一，将定量评价计算的重点放在滑坡现状的稳定性计算上。对于按区域分区整体治理，采取削方为主，计算滑坡后壁的稳定性，因此分别选取焦家村9号滑坡后壁剖面、焦家崖头滑坡后壁剖面、党川一带尚未发生滑坡的斜坡剖面和方台滑坡后壁剖面，只计算基岩之上的土体稳定性。根据四个剖面的计算结果分析评价黑方台分区斜坡的稳定性，为削方设计提供依据。

根据实地调查和勘查结果，拟对加油站滑坡实施抗滑工程治理，故对其进行整体和局部稳定性计算，并计算剩余下滑力，为抗滑工程布置提供依据。

第二，本次取样受客观条件所限，除钻孔中取了少部分样品外，大部分样品是沿已发生滑坡的后壁（滑床）所取。由于所取土样的后壁长期暴露在外，所取土样与同深度探井和钻孔中的土样相比，含水量明显偏低，因此其黏聚力（[c]）、内摩擦角（[φ]）值偏高。

3.2 计算方案的选取

根据边坡的岩土体结构特征及稳定程度，选取焦家村9号滑坡后壁（JH9）的a—a′剖面，焦家崖头13号滑坡后壁（JH13）的b—b′剖面，党川1号滑坡（DH1）的c—c′剖面和方台1号滑坡（FH1）的d—d′剖面进行计算。这些剖面与滑坡主滑方向一致。根据勘查资料，黄土滑坡可看作均质土坡，其滑动面为典型的圆弧形，因此稳定性分析选用瑞典圆弧条分法进行。

加油站滑坡为黄土-基岩滑坡，整体滑动面为折线形，而据钻探资料显示，其局部不稳定滑体滑面也为折线形，因此，加油站滑坡的整体和局部稳定性分析均宜采用传递系数法，计算滑坡稳定性和滑坡推力。

3.3 物理力学参数的选取

通过钻孔、探井和沿滑动面取样土体的物理力学试验结果，可得有关计算边坡稳定性各剖面岩土的物理力学参数（见表1）。

3.4 计算模型及荷载组合

3.4.1 计算模型。根据滑坡体的结构特征，将黄土斜坡定为模型a—a′、模型b—b′、模型c—c′、模型d—d′，滑坡坡面地形线及滑带均简化成折线。计算时取滑坡的单位宽度为1 m，简化为二维问题进行计算。

根据滑坡地形线及钻探揭示的滑动面，将加油站滑坡整体和局部不稳定滑体分别划分为10条和6条块进行计算。

3.4.2 荷载组合。荷载包括以下四方面。①自重：滑坡体无集中荷载，主要为滑体的自重;②地下水作用力：勘查结果表明，灌溉入渗在黄土滑坡体内形成渗流场，因此在黄土滑坡体的稳定性计算中，要考虑静水压力对边坡稳定性的影响;③连续降雨或大暴雨;④地震。

荷载组合：第一，自重;第二，自重+地震;第三，自重+连续降雨或大暴雨;第四，自重+连续降雨或大暴雨+地震。

4 单体滑坡稳定性定量分析计算

4.1 计算方法

根据几何作图法，先确定滑动面的圆心，采用水平力法对黄土斜坡的主轴剖面进行计算，求得稳定系数[K]，按表2中规范提供的滑坡稳定状态划分标准评价稳定性，并以此复核验证定性分析的结论。

由于影响滑坡稳定性的主要因素是大水漫灌所形成的入渗水的作用，另外由于该地区处于地震烈度Ⅷ度区，所以为评价滑坡在现状条件下的稳定程度及未来环境恶化条件下的发展趋势，选取四种方案评价滑坡稳定性。

方案一：现状条件下，无连续降雨或大暴雨且无地震的情况。

方案二：现状条件下，无连续降雨或大暴雨但有地震的情况。

方案三：现状条件下，有连续降雨或大暴雨但无地震的情况。

方案四：现状条件下，有连续降雨或大暴雨且有地震的情况。

4.2 计算结果评价

斜坡剖面稳定性计算结果如表3所示。

验算表明，不考虑水的作用和地震力的影响，焦家村滑坡后壁的稳定系数为1.000 2，处于欠稳定状态;方台滑坡后壁的稳定系数为1.121 8，表明在这种状态下，这一带的边坡处于基本稳定状态;焦家崖头斜坡和党川一带斜坡的稳定系数分别为1.288 9和1.157 4，处于稳定状态。

考虑水的作用力时，除党川一带的边坡稳定系数为1.062 5，处于基本稳定状态之外，台塬其余地带边坡的稳定系数都小于1，斜坡将进入失稳滑动状态。

考虑地震力的影响时，焦家村滑坡、焦家崖头滑坡、党川一带滑坡、方台滑坡的稳定系数分别为0.757 4、0.909 6、0.735 1和0.838 6，表明在地震影响下，斜坡将失稳滑动。

既考虑水的作用力又考虑地震力的影响时，焦家村滑坡、焦家崖头滑坡、党川一带滑坡、方台滑坡的稳定系数都小于1，表明在这种极端情况下，斜坡也将失稳滑动。

5 结论

上述分析與野外调查和工程地质定性分析的结论基本吻合，表明黑方台地区的斜坡在目前现状条件下，总体上处于次稳定状态，但焦家村滑坡群的后壁斜坡目前处于临界状态。当水动力条件恶化以后，除党川一带的斜坡仍然处于次稳定状态之外，焦家村滑坡后壁、焦家崖头边坡和方台滑坡后壁的任何一处斜坡都有可能出现失稳滑动的现象。综上，有必要对这些斜坡段实施一些辅助性的治理措施。

加油站滑坡在现状条件下稳定系数为1.261 2，整体稳定，即使在最不利的方案四的工况下也能维持欠稳定而不滑动。而在其右中部地下水溢出带处，受地下水的影响，现状条件下已处于临界状态，在遇到暴雨或者地震等突发情况下，该局部滑体将失稳滑动，末块剩余下滑力分别是1 127 kN/m和1 539 kN/m。有必要针对该局部滑体布置抗滑工程，同时配合做好排水工作[3]。

参考文献：

[1]李天磊.地下水诱发黄土滑坡机理及其稳定性分析[D].北京：中国地质大学（北京），2018.

[2]王潇.灌溉入渗效应及其对斜坡稳定性的影响[D].西安：西北大学，2018.

[3]亓星.突发型黄土滑坡监测预警研究[D].成都：成都理工大学，2017.