贵州大方县医院旧址斜坡变形特征及稳定性研究

林德洪，何旭东，田维强

贵州大方县医院旧址斜坡变形特征及稳定性研究

林德洪，何旭东，田维强

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质队，贵州省地矿局第二工程勘察院有限公司，贵州 遵义 563000）

通过对贵州大方县医院旧址一带变形斜坡的变形特征及地质环境条件进行详细勘查，分析研究了斜坡裂缝特征、斜坡区岩土结构特征等，总结了变形破坏机理。基于强度折减法及有限元数值法对斜坡稳定性进行稳定性计算，结果与现场较为吻合。认为该斜坡变形为不均匀沉降变形，受降雨及地下水动态变化影响明显，发生突发性滑动可能性小。

变形斜坡；滑坡；地质环境；稳定性计算；稳定系数

本文在贵州大方县医院旧址一带变形斜坡勘查资料基础上，对该斜坡的变形特征、影响因素进行分析研究，选取代表剖面进行建模计算，总结斜坡变形破坏机理，以期为斜坡变形综合治理提供科学依据。

1 研究区概况

研究区属于侵蚀溶蚀中山斜坡地貌区，海拔1600～1700m，斜坡中部坡面地形相对平缓，坡度为5°～15°，市政建筑物较为密集，坡面呈四级阶梯状。根据钻探资料（图1），斜坡区地层岩性为第四系人工填土层（Q4ml）及坡积土层（Q4dl）含碎石粉质粘土、偶夹大块石，厚15～26m；以及二叠系上统龙潭组（P3）泥岩、砂岩、页岩夹炭质页岩及粉砂岩，岩层产状：73°∠11°。

图1 综合钻孔柱状图及岩性照片

地下水来源于大气降水，降雨量随季节变化大；类型为松散孔隙水和基岩裂隙水，以第四系孔隙水为主，且地下埋深在不同区域差异较大，一般地下水位埋深5.65～8.60m，局部受地形突变影响出露地表。由于下伏泥岩为隔水岩层，第四系孔隙水在接受大区降雨入渗补给后，少量入渗补给强风化泥岩裂隙，大部分在第四系含碎石粉质粘土层的孔隙中向坡脚径流。第四系含碎石粉质粘土孔隙率高，透水性好。选取钻孔SK1及探井TJ6开展简易抽水试验，采用110QJ10－100深井潜水泵抽水, 钻孔抽水水量80～160m3/d（泵位26.9m），探井抽水水量80～160m3/d（泵位7.6m）。通过简易抽水试验可知研究区水力坡度i为75%～80%，孔隙水含水层渗透系数k为1.4 m/d～6.8m/d，给水度μ约为4.7×10-4～6.5×10-2。

2 斜坡变形特征

2.1 斜坡变形区边界

变形区南至书院街一带，北侧至保定街一带，东侧至人民北路一带地势平缓区，西侧在连花塘一带有少量特征不明显的裂缝，变形区在不同地段的变形部位差异性较大，斜坡东西向斜坡不均匀沉降区主要集中于大方县医院旧址至种子公司一带及二中旧址区域（图2）。

图2 变形区平面示意图

2.2 斜坡变形特征

大方县县医院旧址斜坡变形区形成历史久远，变形主要表现有地面开裂、建筑物墙体开裂及建筑物整体倾斜、挡土墙变形P等3种方式。

1）地面开裂：分布于种子公司、县医院旧址、原二中旧址操场及二中旧址教学区院内。变形的水泥地坪裂缝主要有15条（大于50cm 以上）。种子公司—县医院旧址裂缝整体沿隐伏基岩槽谷下错，发育较为集中裂缝共有8条，发育方向平行于建构筑物成为裂缝带，多发育次生裂缝，致使水泥地坪破裂，除县医院旧址进院大道（花台旁）为车辆碾压外，其余为不均匀沉降形成。根据钻探、结合收集资料，县医院旧址花台中部第四系厚，地裂缝沿花台一段基岩为近于南北向延伸槽状方向倾斜，建筑物沿槽状部位下座。县医院旧址住院大楼形成近于“八字型”裂缝，家属楼3单元整体发生不均沉降、向西侧倾斜。二中旧址教学楼区基岩成槽状，致使建筑及地面在沿槽状区下错。

2）建筑物墙体开裂及建筑物倾斜：主要位于县医院旧址住院楼、种子公司、二中旧址教学楼、二中旧址干砌石围墙变形。裂缝主要位于建筑物门窗角、墙角、构造柱附近的软弱部位，为地基土不均沉降诱发。

2.1.3 斜坡变形规律

通过变形区勘查，变形具有以下特点：

1）严重变形区集中，主要分布于种子公司—县医院旧址及二中旧址两个建筑物密集区域。

2）变形主要以沉降为主，变形时间与工程活动期整体接近，局部具有突发性的特点：县医院至种子公司、二中旧址变形区，二中前缘干砌石围墙变形，变形强烈集中于1990—1995年间，与大方县西大街沿线一带建设的时间基本吻合。

3 变形区稳定性计算及变形成因分析

3.1 研究方法

斜坡处于缓慢变形状态，斜坡变形稍滞后大气降雨，降雨几天后斜坡变形加剧，并产生较多新增裂缝。采用强度折减法及有限元数值模拟法对斜坡稳定性进行计算。由于勘查时没有找到滑动带，采用强度折减系数法时假设斜坡变形为堆积体与下伏基岩接触面产生蠕滑变形，推测滑动面为折线形（李辉等，2020；刘传正等，2009；聂高波，2020）；选用FLAC3D蠕变模块进行模拟计算。

3.2 计算参数的确定

斜坡区出露人工填土、含碎石粉质粘土、偶夹大块石，以及砂岩、泥岩、页岩夹炭质页岩及粉砂岩，勘查对主要岩土层进行取样分析。

1）碎石粉质粘土：在不同钻孔中采取9件土样作室内试验，土体基本参数及统计成果见表1。

2）岩体：在勘查中分别从不同的钻孔岩芯中采集了泥岩样9件，其室内试验指标及统计成果见表2。

表1 含碎石粉质粘土物理力学指标数理统计表

表2 泥岩物理力学指标数理统计

指标数值密度（g/cm³）单轴抗压强度(Mpa)抗剪强度力学指标单轴压缩指标 粘聚力C(Mpa)内摩擦角φ弹性模量E50（104Mpa）泊松比μ50 计数9 9 9 9°9 9 最大值2.64 24.50 2.67 31.20°2.74 0.34 最小值2.58 14.70 1.43 25.80°1.23 0.31 frm平均值(MPa)2.61 19.43 2.03 27.96°1.97 0.33 σ标准差0.02 3.67 0.44 1.91°0.54 0.01 δ变异系数0.01 0.19 0.22 0.07°0.27 0.03 ψ休正系数1.005080.881990.863690.95716°0.828250.97914 frk标准值(MPa)2.6257717.13991.7523326.758°1.631640.32094

3）建筑物：综合按C35混泥土考虑，其弹性模量取3.15e10kpa、泊松比取0.2，附加建筑荷载按30KN/层来计算。

3.3 强度折减法计算

3.3.1 计算模型选取及工况

根据前述斜坡变形破坏模式分析，大方县医院旧址斜坡整体稳定性计算公式均采用《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）附录E.1.1、E.1.2、E.2.1进行计算。根据斜坡的变形特征和岩土结构，选择2-2′剖面作为代表验算剖面（图3）。

计算工况为最不利荷载组合。

工况1：自重+地下水+荷载

工况2：自重+地下水+100年一遇特大暴雨+荷载。

3.3.2 计算结果

根据上述确定的计算参数（力学参数选用峰值）和计算剖面对变形区在工况1、工况2分别进行稳定性计算，计算成果见表4。

图3 代表计算剖面模型图

表4 不稳定斜坡稳定性系数和剩余下滑推力成果统计

3.4 数值模拟

将2-2′代表剖面根据建模要求延长得到二维剖面模型（图4）。土层由上到下所确定的本构关系分别为：Elastic、Burgers Model、Mohr-Coulomb。使用与强度折减法相同的参数。选取自重+建筑荷载工况，选用FLAC3D蠕变模块进行数值模拟，模拟结果见图5～8。

图4 网格划分图

由图5竖向位移云图可知，在建筑荷载施加平台出现的位移最为明显，其位移值大于其前端剪出口的位移值。同时图6也反映平台的水平位移大于剪出口的位移值。一般情况下，斜坡在其自身重力作用下，坡体剪出口位置的位移肯定是最大的，在坡脚还会出现应力集中。本分析条件下最大位移并不是出现在剪出口，进而说明斜坡平台在在建筑荷载作用下坡体产生蠕变，平台处的位移值都是大于剪出口的位移值。图7和图8是布置在坡体监测点得到的位移变化曲线，其横坐标是蠕变时间步，纵坐标是位移。由图7可知id=1100出现的水平位移最大，该点位与平台前缘。而布置在剪出口id=1545的位移值最小。图8也反映了id=1679的竖向变形最大，剪出口的位移值较小。

3.5 斜坡稳定性综合评价

通过强度折减法验算，变形斜坡在工况1时和工况2时，稳定性系数均＞1.15。数值模拟也发现，无论是水平位移还是竖向位移，斜坡剪出口的变形始终小于平台产生的水平位移和竖向位移。这与现场变形基本一致，斜坡自90年代初出现变形以来，并没有出现整体移动现象，这与现场的宏观状态相吻合，斜坡不会发生整体滑移变形。

图5 竖向位移图

图6 水平位移图

图7 水平位移监测曲线

图8 沉降监测曲线

3.6 斜坡变形成因分析

通过上述计算和验算排除斜坡滑移变形后，认为斜坡变形是不均匀的岩土体结构、特殊的水文地质环境，为斜坡的变形提供了动态条件，在后期不合理的工程活动中（建筑基础处理不当、集中抽排地下水等）为斜坡区的变形提供了外部动力条件产生的以沉降为主的变形。通过对斜坡区的地表、房屋变形特征进行调查后，并结合勘查资料分析，认为引发斜坡区的变形主要有自然因素与人为因素两方面的原因（黄健等，2020；杜文举和景淑媛，2020；丁秀美，2005）。

3.6.1 自然因素

1）根据钻探、井探，物探等勘察手段，并结合地质调查，区内碎石土的碎、块石含量在不同部位差异性大。一是在平面上，种子公司—县医院旧址变形区及二中变形区的碎块石含量明显高于其它区域，而在县医院家属楼旧址—县医院住院部旧址一带至二中围墙旧址之间的斜坡地带碎块含量最大。二是在剖面上，碎石土在不同部位，不同深度范围差异性大，从高密度电法物探图（图9）像反映出碎石土的不均匀性，电性表现为：高电阻率团构成的的碎块石团块呈透镜体分布，中—低电阻区的碎石土碎石含量低，且碎石粒径小，这处分布规律性较差。为地表产生不均匀沉降提供了良好的岩土结构环境。

图9 研究区4-4高密度电法物探示意图

2）抽水试验数据分析可知，地下水径流速度较大，孔与孔之间水力联系较强，水力坡降大；另外大方县曾有“99口井”之称。说明研究区地下水十分丰富，地下水主要赋存在碎石土层中，碎石土具有孔隙率高，透水性好的特点，加之土体中存在大量巨块石，是地下水富集、运移的良好场所，为地下水径流主要通道。丰富且活跃的地下水导致第四系土层很持续的难排水固结，一旦地下水位出现较强烈的下降将致使土体发生差异排水固结沉降，当地下水位抬升又产生土体软化及潜蚀作用导致土体结构松散，如此循环则是研究区长期出现地表变形的主要因素（蒋忠信，2003；王飞，2019；万宏宇等，2020；李刚和李恩兴，2020）。

3.6.2 人为因素

1）现场调查发现，斜坡区已变形的建构物均为浅基础变形区的变形时间均集中在建筑物修建后1～3年内或者建设初期。分析认为变形斜坡体地处大方县城中心地段，区内低矮建筑构物基础均置于杂填土中，杂填土结构松散，且为1990年以后堆积，为久固结土，承载力较低；部份建筑地基形式为杂填土和碎石土的混合地基，建筑物在两种土的接触部位未设置沉降缝，而造成不均匀沉降；部份基础位于不均匀的碎石土中，由于碎石土的碎块石含量在不同部位差异性较大，岩土体级配较好的地段建筑变形较弱，较差的部位变形较强；建筑物密布，受相邻基础影响，易产生不均匀沉降。

2）变形斜坡前缘西大街沿线一带在90年代进行全方位的工程建设，大量的工程建设中抽排地下水，致使区内地下水位降幅较大，土体因失水而产生固结、沉降变形，而当停止抽排地下水后水位恢复，变形逐渐减弱，如此反复，加剧土体的变形，形成地基的不均匀沉降。另外老城区大量生活污水顺坡、沟漫流，说明区内的排污、排水系统多处受损或堵塞，造成大量生活污水直接入渗，对区内地下水水位变幅存在一定的影响，同时加剧斜坡的变形。

4 结论

研究表明斜坡地表及建筑物变形不一定全部都是滑动变形，也可能是其它形式的变形。如大方县医院旧址斜坡变形区通过稳定性验算后发现发生滑动的可能性小，是在不良岩土条件和复杂的水文地质条件，在自然和人为活动的影响下，发生持续的水-土循环耦合作用引发以不均匀沉降为主的斜坡地表变形。

李辉，赵建青，马佰衡，等．2020．石家庄太行山区残坡积土滑坡变形破坏机理研究[J]．水力发电，46(11)：40-44+80．

刘传正，刘艳辉，温铭生，等．2009．中国地质灾害区域预警方法与应用[M]．北京：地质出版社．

聂高波．2020．基于强度折减法的土质边坡稳定性研究[D]．河南大学．

黄健，胡卸文，贺书恒．2020．九寨沟景区熊猫海上游右岸危岩发育特征及失稳机理分析[J]．四川地质学报，40(02)：284-289+308．

杜文举，景淑媛．2020．FLAC-3D在黄土滑坡变形特征分析中的应用[J]．四川地质学报，40(04)：638-641．

丁秀美．2005．西南地区复杂环境下典型堆积（填）体斜坡变形及稳定性研究[D]．成都理工大学．

蒋忠信．2003．某山区机场倾斜基底高填方滑坡与防治[J]．岩土工程技术，(01)：16-18+38．

王飞．2019．雅砻江上游互层斜坡深层倾倒变形破坏机制及稳定性评价[D]．中国地质大学．

万宏宇，向航，赖胜，等．2020．三峡库区万家坝滑坡变形区稳定性复核研究[J]．四川地质学报，40(02)：269-273．

李刚，李恩兴．2020．某堆积体斜坡变形特征及稳定性分析[J]．地质灾害与环境保护，31(03)：66-71+76．

A Study of Deformation Characteristics and Stability of Slope at the Former Site of Dafang County Hospital in Guizhou Province

LIN De-hong HE Xu-dong TIAN Wei-qiang

(The 114th Geological team, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources; The Second Engineering Survey Institute, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources Co.,Ltd., Zunyi, Guizhou 563000)

Based on the detailed investigation of the deformation characteristics and geological conditions of the deformed slope at the former site of the Dafang County Hospital in Guizhou Province, this paper has a discussion on the characteristics of the slope cracks, rock and soil structure in the slope area and deformation and failure mechanism of the slope. The stability of the slope is calculated by means of the strength reduction method and finite element numerical method. The calculation results are in good agreement with the field data. It is considered that the slope deformation belongs to non-uniform settlement deformation which is obviously affected by rainfall and groundwater dynamic change with a low possibility of sudden sliding.

deformed slope; landslide; geological environment; stability calculation; stability factor

2021-03-19

贵州省地矿局青年科研项目[黔地矿科合（2015）13号]

林德洪（1983— ），男，云南马龙人，水工环高级工程师，主要从事环境地质、生态修复等工作

P642.2

A

1006-0995（2021）02-0277-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.019