安县大茶园斜坡变形机制及稳定性分析

石 洋，赵小鑫，杨欣玥，唐 磊，董建辉*

（成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610106）

1 概述

我国地质灾害频发，在西南地区，斜坡、泥石流等灾害问题尤为常见。我国多年来经过大量的研究人员分析、推论，对斜坡的变形机制以及稳定性进行了大量的研究分析，总结出许多相关研究方法。许向宁等［1］结合现场勘探资料和极限平衡法分析，研究了巴中市南龛斜坡变形破坏机制与稳定性； 任幼蓉［2］利用板裂结构理论和宏观地质法，研究了五峰山斜坡的变形破坏机制； 黄波林［3］通过现场详细勘察和极限平衡法，研究了廖家坪高陡斜坡的变形破坏机制和稳定性； 李沧海［4］结合现场勘察资料和极限平衡法，研究了柒树湾不稳定斜坡的变形机制及稳定性；陈全明等［5］通过数值模拟分析，研究了陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏机制； 宋彦辉等［6］通过定性分析和定量计算，研究了茨哈峡水电站右坝肩顺层岩质斜坡的破坏模式； 张宏阳［7］通过结合监测资料分析和数值模拟，分析了重庆市某广场不稳定斜坡变形机制和在降雨、库水位变化等多种情况下的稳定性； 吴道勇［8］通过现场调研、数值仿真试验，研究了地震作用下松散堆积层缓斜坡的变形机制及破坏模式； 史文兵［9］通过现场调查、过程模拟，研究了贵州煤洞坡变形体在地下开采活动影响下的斜坡变形破坏机制； 陈占岺［10］利用数值模拟分析，研究了鲁甸王家坡斜坡在暴雨、地震情况下的稳定性。

本文在现场地质勘察资料基础上，通过传递系数法，对大茶园斜坡影响因素和变形机制进行分析研究，评价斜坡稳定性，为斜坡的预防和治理提供依据。

2 斜坡区域概况

研究区域位于四川省绵阳市安县茶坪乡万佛村境内，地理坐标为东经104°27'，北纬31°68'。区内地形地貌主要以山地为主，为构造侵蚀中山地貌，地势整体呈南西高、北东低； 山体斜坡上下陡峻、中间平缓，坡度约为10° ～50°，平均坡度为25°，工程地质平面图如图1 所示。

图1 工程地质平面图

3 斜坡基本特征

不稳定斜坡平面形态呈“圈椅状”，前缘宽175 m，后缘宽约80 m，纵长约120 m ～130 m，面积约19 000 m2，后缘高程1 170 m，前缘高程1 139 m，相对高差31 m，斜坡坡向为172°，为一小型不稳定斜坡（见图2） ，斜坡体表面坡度一般为15° ～30°，平均坡度为25°，总体为前缘陡峭、中间平缓，斜坡剖面图如图3 所示。

图2 大茶园斜坡全貌

图3 大茶园斜坡剖面图

不稳定斜坡前缘有基岩出露，基岩与第四系覆盖层交界处有树木弯曲的现象，为不稳定斜坡变形提供了证据（见图4） 。

图4 斜坡前缘树木弯曲

大茶园斜坡体不稳定斜坡前缘有一条较为发育裂缝（见图5） ，该裂缝是地震过程中形成的地震裂缝。裂缝形态略具弧形，展布方向90°，宽度3 cm ～18 cm，深20 cm ～40 cm，长约180 m，侧壁出露土性为含碎、块石粉质黏土，碎块石成分含量（质量分数） 约占35% ～45%。

图5 裂缝

4 影响因素分析

4．1 地形地貌

斜坡区山体斜坡上下陡峻、中间平缓，坡度约10° ～50°，总体平均坡度为25°，多为第四系崩坡堆积层所覆盖，局部有基岩出露，中部为开阔的斜坡平台（见图6） 。

图6 斜坡中部全景

4．2 地层岩性

下伏基岩为寒武系下统清平组（∈1c） 砂岩，岩性为灰色薄～中层状长石云母石英粉砂岩及钙质泥质粉砂岩（见图7） ，岩层产状主要为264°∠59°。

图7 斜坡区域附近出露粉砂岩

4．3 地质构造及地震

研究区域地处四川龙门山褶断带与四川盆地结合部，分属两个一级构造单元： 以大光包斜冲断层为界，西北部属龙门山地槽、东南部属川西坳陷区；按构造型式分为北东向挤压带、太平场旋转构造及绵阳帚状构造。龙门山地区受三种构造形迹作用，褶皱、断层极其发育，构造十分复杂，区域稳定性差。

工作区内地震动峰值加速度为0．15g，地震基本烈度为7 度，地壳稳定性较差。

4．4 水文地质条件

区域内水文地质条件简单，地下水以变质岩裂隙水为主，赋存于基岩裂隙中，次为第四系松散堆积层孔隙水。地下水受大气降水补给，地下水径流途径短，水交替循环快，排泄于河谷地带。

4．5 降雨量

研究区域总降雨量大，且主要集中于5 月～10 月，占年降雨量87%。年均降雨量1 261 mm，主要集中在5 月～10 月，占年降雨量87%，7 月降雨量最多，为309．7 mm，1 月上旬最少，为1．4 mm。雨季时有暴雨发生，是地质灾害的诱发因素。坡表雨水下渗，对潜在滑带土的力学强度有一定的降低。

5 斜坡变形机制及稳定性分析

5．1 变形机制分析

受汶川“5·12”地震的强烈震动，大茶园不稳定斜坡上产生规模较大的裂缝。由于斜坡地势坡度较大，呈圈椅状的地形，有利于汇集大量雨水，且地震作用后，该斜坡土体松动，形成裂缝，在降雨特别是暴雨等不利斜坡稳定因素的长期累进性影响和作用下，大量的地表水及大气降水入渗至坡体内部，造成斜坡土体重量增加，增大了孔隙水压力，使处于极限平衡的坡体产生滑动；地表水及大气降水变成地下水渗透到潜在滑动面（带） 上，软化滑动面，降低了抗剪强度，减弱了稳定性，导致坡体变形失稳滑移。

斜坡体内无稳定的地下水位，随雨量的增加而改变，而且松散堆积物厚度大，结构松散，以碎石土为主，为强透水层，而下伏地层的砂岩则为相对隔水层，其基覆界面滞水性对软弱带软化饱水进而土体滑移起着重要作用。岩性、构造作用和地形地貌为不稳定斜坡的形成提供了物质基础及临空面，斜坡岩体向临空方向发生剪切蠕变，后缘拉裂产生裂缝，变形破坏模式为蠕滑—拉裂式。斜坡坡体中的软弱层接触面控制了坡体主应力及滑移方向，大气降水及地震对潜在滑带土的软化作用是不稳定斜坡形成的主要引发因素。

5．2 稳定性分析

5．2．1计算模型与工况

通过地质调查、勘查、分析表明，该斜坡为松散堆积层斜坡，综合确定斜坡的滑动带（面） 呈折线形，5 －5'，6 －6'，7 －7'剖面其最危险潜在滑面就是其基覆界面。

根据不稳定斜坡可能遭遇最不利情况，选取天然（Ⅰ） 、饱和（Ⅱ） 、地震（Ⅲ） 等三种工况来计算。

1） 工况Ⅰ：自重+天然状况，考虑勘查钻探时揭露的实际地下水位线，进行计算。

2） 工况Ⅱ： 自重+ 暴雨状况，考虑坡体处于全饱水状态。

3） 工况Ⅲ：自重+地震状况，考虑不稳定斜坡受地震外荷载影响，设防烈度为7 度。

由于地震后覆盖层结构变得松散，透水性变大，未考虑动水压力，同时在暴雨情况下易于饱和，因此工况Ⅱ考虑覆盖层全饱水。

5．2．2计算方法与结果

考虑天然、暴雨、地震三种工况，采用综合野外与室内分析的潜在滑面来计算潜在滑面弧形，故稳定性计算采用折线型滑动面计算公式，剩余下滑力计算按传递系数法。本次在不稳定斜坡的稳定性计算中，对5 －5' ～7 －7'剖面均进行稳定性计算，计算结果汇总于表1。根据计算结果，对不稳定斜坡进行稳定性分析评价，将稳定性划分为四级： 稳定系数Fs≥1．15 为稳定，1．15 ＞Fs≥1．05 基本稳 定，1．05 ＞Fs≥1．0 为欠稳定，Fs＜1．0 为不稳定。

表1 不稳定斜坡稳定性和推力计算成果表

计算结果表明：

1）5 －5'剖面潜在滑面在三种工况下都是处于稳定状态；

2）6 －6'剖面潜在滑面在三种工况下都是处于稳定状态；

3）7 －7'剖面潜在滑面在三种工况下都是处于稳定状态。

6 结论

1） 安县大茶园斜坡在汶川“5·12”地震之前未发生过任何变形现象，汶川“5·12”地震和降雨是斜坡产生变形的诱发因素。

2） 通过稳定性分析计算，安县大茶园斜坡体在三种工况下都是处于稳定状态。

3） 其变形破坏模式为蠕滑－拉裂式，随着中上部块体向前推挤位移，斜坡上部墙体裂缝的剪切量会在牵引的作用下逐渐增大。