西和县十里镇吴家湾村不稳定斜坡稳定性及成因分析

罗艳花

（甘肃省核地质二一三大队，甘肃 天水 741000）

甘肃省陇南市西和县十里镇吴家湾村坡地不稳定斜坡灾害位于西和县吴家湾村，拟建的西和县城南垃圾中转站项目位于不稳定斜坡坡体下部，由于该工程修建后，不稳定斜坡对该工程的危害性较大，在地震、强降雨等极端条件下该斜坡可能随时失稳，严重威胁坡体下部的垃圾中转站正常运营及工作人员的生命财产安全，威胁人数约40人，潜在经济损失达2 300万元。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

吴家湾村不稳定斜坡区所在地十里镇吴家湾村位于西和县城南，所属地貌类型为剥蚀构造中低山区地貌的丘陵区（如图1所示），高程1 580～1 658 m，相对高差一般112 m，该区为黄土覆盖，周围沟壑纵横，山坡坡度起伏在10°～30°之间，地势总体东北高，西南低，自西南向东北倾斜，坡体呈现地形起伏强烈的特征，坡体总体为凹形坡，呈现上陡下缓地形，植被较为发育，覆盖率较高，由于历史原因、人类活动以及工程建设对自然坡体大量开挖，形成高陡临空的人工坡面，地貌变化较大，局部坡度高约50°～75°，部分植被遭到破坏，导致水土保持能力下降，局部发育小型崩塌和滑坡。

图1 研究区低山丘陵地貌

1.2 地层岩性

根据现场调查及勘探成果，区内地层主要为新近系（N）泥岩、第四系上更新统马兰黄土（Q3eol）、中更新统离石黄土（Q2eol）以及全新统崩塌堆积物（Q4col），由老到新分述如下：

（1）新近系（N）泥岩。分布于场地不稳定斜坡中下部，产状近水平，根据该区域地质资料，总厚度大于130 m。以红色泥岩、粉砂质泥岩与灰绿色泥岩、灰白色泥岩互层，顶部以灰绿色泥岩为主，夹有河湖相砂岩、砾岩，砾岩呈半成岩状态，泥质结构，层状构造，泥钙质胶结，力学强度低，具一定的膨胀性，雨水易软化崩解成泥状。

（2）第四系中更新统离石黄土（Q2eol）。主要分布于已整平场地坡脚地带，岩性为浅黄、褐黄色、红褐色粉质粘土，颗粒成分以粉粒、砂粒为主，其次为粘粒，颗粒均匀，结构稍密，上部垂直节理及孔隙发育，下部孔隙裂隙较上部发育少。含较多白色姜结石，分布不均，块径多为5～80 mm。层内夹杂数层桔红、褐红色古土壤层，层厚一般为0.5～1.5 m，岩性主成分要为粉质粘土，结构较密实，呈硬塑状。

（3）第四系上更新统马兰黄土（Q3eol）。马兰黄土，披覆于离石黄土地层之上。主要分布在勘查区北部斜坡体，呈被盖状披覆与山体上部，结构疏松-稍密，具有大孔隙结构，透水性较强，具有湿陷性，垂直节理裂隙与孔洞发育，钙质淋溶物含量较高，呈核状或斑点状分布，厚度变化较大。

（4）全新统崩塌堆积物（Q4col）。分布于不稳定斜坡下部，由近代崩塌堆积物组成，岩性以粉土为主，夹杂灰绿色强风化-中风化泥岩团块，浅黄、褐黄色，结构松散，具大孔隙。

1.3 地质构造

本勘查区未发现大的断裂构造，依据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），勘查区地震设防烈度为Ⅷ度，第二组，设计基本地震加速度为0.30 g。

1.4 水文地质条件

根据勘查区地下水的赋存条件、水力联系等将地下水分为黄土潜水和松散岩类孔隙水。

黄土潜水分布于黄土梁及斜坡地段，由于该不稳定斜坡上部坡面较为平缓，大部分为耕地，汇水面积大，易于接收大气降水及地表径流（农林灌溉等）的入渗补给。黄土内发育的大孔隙、垂直节理构成较好的入渗、径流通道和存储空间，下伏泥岩相对隔水构成黄土潜水含水层的隔水底板，潜水多沿泥岩隔水层顶面富集运移，在地势较低的黄土与泥岩接触面以泉的形式排泄，矿化度0.6～1.2 g/L，水化学类型为HCO3-—SO42-—Ca2+—Mg2+。黄土潜水的存在，使得黄土与下伏新近系泥岩接触面附近形成软弱带，容易诱发滑坡和崩塌。

碎屑岩类孔隙裂隙水多以风化层潜水的形式赋存于不稳定斜坡的新近系原位泥岩孔隙裂隙中，泥岩为相对隔水层，含水层具有不连续、薄层、透水性差等特征，水量贫乏，局部甚至基本不含水，单泉流量小于0.1 L/S。

2 不稳定斜坡发育特征

2.1 不稳定斜坡概况

项目拟建场地共发育两处不稳定斜坡，X01不稳定斜坡位于拟建的西和县垃圾中转站北侧，坡体形态呈弧形，坡宽80 m，坡高3.7～17.0 m，坡体走向81°，坡度42°～51°，坡体上部为马兰黄土，中部离石黄土，下部为新近系泥岩，坡体上陡下缓，X01不稳定斜坡中部发育一处崩塌，编号B01；X02不稳定斜坡位于拟建的西和县垃圾中转站东侧，与X01不稳定斜坡相连，坡体形态呈圆弧形（如图2所示），坡宽146.0 m，坡高17.0～43.7 m，坡度36°～50°，坡体上陡下缓，坡体上部为马兰黄土，中部离石黄土，下部为新近系泥岩，上部黄土层垂直裂隙发育，坡体近乎直立，中部发育一处较大崩塌，编号为B02，中下部泥岩层表层风化强烈。

图2 不稳定斜坡全貌

2.2 岩土体的物理力学性质

（1）马兰黄土物理力学性质。经对所采集的吴家湾村不稳定斜坡区马兰黄土土样进行常规物理力学指标、抗剪强度试验指标及土的易溶盐含量测试分析后，主要物理力学性质指标统计结果见表1。

表1 吴家湾村不稳定斜坡马兰黄土物理力学性质统计表

由上表统计分析，不稳定斜坡上覆马兰黄土天然含水率17.3%～21.1%，天然孔隙度49.4%～54.6%，塑限7.2%～8.7%，饱和度41.0%～53.7%，粘聚力17.2～19.8 Kpa，内摩擦角15.9°～16.9°，力学强度明显随含水率增加而降低。

（2）离石黄土物理力学性质。离石黄土土样进行常规物理力学指标、抗剪强度试验指标及土的易溶盐含量测试分析后，主要物理力学性质指标统计结果见表2。

表2 吴家湾村不稳定斜坡离石黄土物理力学性质统计表

由上表统计分析，不稳定斜坡上覆离石黄土天然含水率21.6%～24.6%，天然孔隙度44.7%～46.0%，塑限18.9%～20.2%，饱和度68.8%～79.8%，粘聚力20.2%～23.3 Kpa，内摩擦角21.6°～24.6°，力学强度明显随含水率增加而降低。

（3）泥岩物理力学性质。在吴家湾村不稳定斜坡体上钻孔、探井内分别选择不稳定斜坡体不同的代表性部位封装采集多组泥岩样品，进行物理力学性质的检测，主要强度指标和变形参数结果见表3。

表3 泥岩样品物理性质指标检测结果表

强度检测结果总体上反映出泥岩抗压强度大于抗拉强度的数倍，软化系数较低（0.69＜0.75），耐水性差，软化性较强，工程地质性质差，具有饱水状态下的力学强度迅速减弱的特点。不稳定斜坡体泥岩含水率为4.02%～11.02%，孔隙率32.6%～36.8%，抗剪强度C值0.03 MPa，φ值48°。

3 稳定性定性评价

3.1 定性评价

西和县十里镇吴家湾村不稳定斜坡的评价主要分为定性评价和定量评价，通过野外调查吴家湾村X01、X02不稳定斜坡坡面中上部黄土层垂直节理发育，土体疏松，沿黄土层与下部泥岩之间多发育崩塌及滑坡现象，下部泥岩风化强烈，岩体破碎，且不稳定斜坡坡脚高陡临空，若在强降雨以及其他外力的作用下，斜坡区将存在继续发育地质灾害的危险，综合分析认为，吴家湾村不稳定斜坡稳定性较差。

3.2 定量评价

通过对斜坡稳定性定性分析的基础上，根据斜坡地质结构、斜坡类型和可能出现的破坏形式，选取相应的计算方法和合理的计算参数对该斜坡的稳定性进行定量评价。

（1）计算公式的选取。根据野外勘查及室内分析，该斜坡以滑移的形式变形破坏，潜在滑面近似圆弧型，因此本次斜坡稳定性评价采用瑞典圆弧法进行计算。本次稳定性计算采用“理正岩土计算软件6.0版”进行斜坡稳定分析计算，搜索最危险滑裂面。计算公式为：

式中：

Ks——滑坡稳定系数；

ΣRi——各滑块沿圆弧滑面的抗滑力（kN/m）；

ΣTi——各滑块沿圆弧滑面的滑动力（kN/m）；

（2）计算参数确定。计算参数主要包括斜坡土体容重及抗剪强度参数（C、φ值）。

斜坡土体天然及饱和容重按原状样室内试验成果统计分析，结合野外钻探浅井揭露的土石比及孔（井）内地下水埋深情况综合确定。该斜坡离石黄土天然容重室内测试平均值为18.3 KN/m3，根据下式求取斜坡土体饱和容重为19.3 KN/m3；马兰黄土天然容重室内测试平均值为15.4 KN/m3，根据下式求取斜坡土体饱和容重为18.1 KN/m3。计算公式为：

式中：

γ——饱和容重（KN/m3）；

G——土体天然比重；

e——孔隙比；

γw——水的容重（1 KN/m3）。

土体抗剪强度参数C、φ值的取值，由于该不稳定斜坡最危险滑裂面主要位于黄土状粉土层内，因此不稳定斜坡土体抗剪强度参数取黄土状粉土参数，C、φ值主要采用室内试验值与工程类比值综合确定。本次计算土体C、φ值取值见表4。

表4 斜坡土体抗剪强度参数综合取值表

（3）稳定性计算结果。根据吴家湾村不稳定斜坡稳定性计算结果与稳定性评价标准得出以下结论：吴家湾村X01不稳定斜坡在自然状态下稳定性系数为1.035～1.116 7，处于基本稳定状态；在暴雨状态下稳定性系数为0.934 5～1.000 4，处于不稳定—欠稳定状态；在地震状态下稳定性系数为0.921 9～0.970 8，处于欠稳定状态。

X02不稳定斜坡在自然状态下稳定性系数为1.031～1.067，处于欠稳定—基本稳定状态；在暴雨状态下稳定性系数为0.955～0.999，处于不稳定状态；在地震状态下稳定性系数为0.941～1.068，处于不稳定—基本稳定状态。

4 成因分析

吴家湾村不稳定斜坡为人工开挖形成的土质＋岩质二元结构边坡，X01、X02不稳定斜坡高度在3.7～43.5 m，坡度在34°～51°，在强降雨的影响下出现局部变形破坏，主要表现为局部滑塌，从斜坡近期变形情况来看，坡体失稳的诱发因素主要为降雨及地震。

降雨对吴家湾村不稳定斜坡的影响主要表现在降雨致使斜坡土体的含水率增大，容重增大，即滑坡体的自重增大，自重增大从而使得斜坡的下滑力增大，当抗滑力不变的情况下，致使斜坡稳定性降低，同时由于降雨影响岩土体抗剪强度降低，降低了岩土体的抗滑力，降雨易致使斜坡体表层形成拉张裂缝，裂缝的发育将加快降雨入渗，降低土体吸力，增大孔隙水压力[1]。

地震对吴家湾村不稳定斜坡的影响主要表现在边坡内引起一种附加应力，可以引起岩土体局部破坏，从而改变岩土内部力学状态。会引起斜坡上部土体结构扰动而松动，使土体内颗粒之间的原有粘聚力改变或破坏，导致力学强度显著降低，从而导致本已处于潜在不稳定状态下的坡体失稳，直接引发坡体产生崩塌、滑动变形[2-3]。