黄土滑坡参数反演及稳定性分析

李 宏，程 辉，江荣昊，张晓宇

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710000)

0 引言

滑坡作为自然灾害的一部分,对人类的活动有非常大的影响,因此对其进行调查、研究、分析及治理显得尤为重要。滑坡的治理依据主要取决于滑带土的黏聚力(c)和内摩擦角(φ)等强度参数的正确与否[1],c值及φ值是滑坡稳定性分析和防治工程设计中十分重要而又难于确定的参数之一,其取值方法大致有3类[2]:

1)根据现场及室内试验资料,结合滑带土的地质条件和物理特征选取。

2)根据滑带土强度参数和物理性质的经验关系进行估算。

3)假定滑坡体的状态,利用极限平衡法进行抗剪强度参数反演。

目前获取滑坡体抗剪强度参数最常用的方法是基于极限平衡理论的反演分析[3],相对于其他两种方法,反演分析相对可靠、简单[4]。

通过反演分析方法,确定了某滑坡滑带土抗剪强度参数指标,为后续滑坡稳定性分析评价及后期治理方案的选择奠定了基础。

1 滑坡体特征分析

滑坡体物质成分主要以黏土为主。褐黄色,含铁猛质氧化物,局部含钙质结核,以硬塑状态为主。

根据现场钻孔及探井资料显示,该滑坡存在一个滑动带,在滑坡带土样中出现明显的擦痕(见图1,图2),滑带中可见大量钙质结核。

2 滑坡变形机制

2.1 地质条件

影响边坡稳定性的主要因素是岩土体的本身特性。对于土质边坡来说,主要受土体强度、软硬接触面的渗透性的约束。该滑坡隐患体及边坡出露的地层主要为第四系上更新统风成黄土。黄土地层垂直节理发育,内含较多钙质结核、姜石等,孔隙率高,含水量低,且黄土具有一定的水敏性[5],遇水后抗剪强度会迅速降低,这是形成滑坡的内在原因。同时受地形地貌、构造剥蚀及风化作用影响,风化物厚度较大。

2.2 地形地貌

该滑坡所在勘查区域的地貌单元为构造剥蚀中低山区。滑坡前缘及滑坡后缘相对高差较大,高差近25.0 m;坡度较陡,坡度约 30°～45°,按微地貌单元划分为陡坡地带。地貌形态见图3。

2.3 人类活动

根据现场调查,滑坡体下缘将进行深基坑开挖,坡脚距基坑底近5.0 m,应力重新分布而失稳破坏。就本勘查区而言,基坑开挖易产生高陡地形,形成临空面。

2.4 水文、气候条件

勘查区地下水类型主要为第四系孔隙、裂隙水,主要接受大气降水补给,以下降泉水的形式排泄。根据现场调查,滑坡前缘汇聚有一积水坑(见图4),为滑坡形成的明显特征,积水无法及时排泄,通过渗透使土体结构面的抗剪强度降低,抗滑力减小,而土体重度增加,下滑力增大。同时地下水溶解土体中的易溶物质,改变土体结构和化学成分,对坡体的稳定性产生了影响。

以上因素均对斜坡的稳定性产生不利影响,其中降雨对岩土体的浸润作用使其抗剪强度降低是导致崩滑的主要诱发因素。

3 试验参数与反演结果对比

3.1 室内试验数据分析

通过人工探井方式在该滑坡采取18组土样(包括滑坡土、滑带土)分别进行了快剪、饱和剪切及残余剪切试验,具体试验结果详见表1。

表1 室内试验成果统计表

3.2 抗剪强度参数反演计算

滑带土力学参数的反演计算是通过已有资料恢复已破坏滑坡的原始状态,推求处于极限平衡状态时滑坡几何形态参数与滑带土力学参数的关系,从而确定滑带土的力学参数[6]。

内摩擦角φ值的变化相对黏聚力c值的变化对滑坡稳定系数的影响更加敏感[7],故此次反演计算将固定黏聚力c值来反算内摩擦角φ值。

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根据GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范及DZ/T 0218—2006滑坡防治工程勘查规范对边坡的整体稳定性分级标准划分:稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定,见表2。

表2 稳定性安全系数分级标准

选取滑坡最不利滑动面进行反演计算,按天然工况进行,依据相关规范稳定性安全系数分级标准选取稳定系数K=1.05。

反演计算公式如下:

反演计算详见表3。

反演计算结果详见表4。

表3 滑带土抗剪强度参数反演过程计算表

表4 滑带土抗剪强度参数反演计算表

3.3 滑带参数的选取

综合室内土工试验、原位测试试验、反演分析计算、工程类比地区经验等因素综合分析确定该滑带土的参数:黏聚力c=17.0 kN,内摩擦角φ=15.2°。

4 稳定性分析

4.1 定性分析及评价

根据探井显示,滑坡体中上部位上覆坡残积土厚度较小,地形相对较陡;滑坡体下部坡残积土厚度较大,地形坡度相对较小。天然状态下处于稳定状态,发生滑塌的可能性较小。但是,滑坡前缘与侧边道路具有高差、易形成临空面,土体孔隙性大,降雨或强降水作用下雨水易下渗、土体重度增加、强度降低,易发生失稳。

在滑坡体前部削坡、修路及施工等人类活动的强烈影响下,坡脚及表面可见少量碎屑物从高陡切坡面散落,这些迹象充分说明该滑坡已重新复活,发生二次滑坡的可能性较大。

4.2 定量分析及评价

选取天然和暴雨两种工况进行稳定性验算,依据表2稳定性安全系数分级标准。运用北京理正软件,按照圆弧法计算各剖面稳定性系数计算结果,见表5。

表5 稳定性系数计算结果表

根据表5计算结果,该黄土边坡总体处于欠稳定状态,且不能够满足滑坡稳定的需求,在强降雨或人为因素的作用下,易产生失稳破坏。

5 结论

本文依托某工程,在实际地质勘查资料的基础上,对滑坡的变形机制、抗剪强度参数确定及滑坡稳定性进行了详细的分析计算,得出以下结论:

1)通过现场人工探井,确定了滑坡的最不利滑动面。

2)采用极限平衡法对滑带土的抗剪强度参数进行了反演计算,采用最不利原则,确定滑带土的抗剪强度指标为:黏聚力c=17.0 kN,内摩擦角φ=15.2°。

3)结合地质环境和空间分布特征,对该滑坡体的稳定性进行了定性及定量分析。在滑坡体前缘施工等人类活动及降雨天气的强烈影响下,该滑坡处于不稳定状态,发生二次滑坡的可能性较大。根据计算结果,在天然状态下处于欠稳定状态,暴雨状态下为不稳定状态。

4)对滑坡的研究分析为稳定性分析提供了一定的理论依据,同时为后续滑坡的防治提供强有力的支撑。