珠海市南水镇金龙边坡变形破坏特征及稳定性评价

赖波 江金进 江山 江宁 赵风顺

摘 要：边坡稳定性分析评价是边坡调查评价过程中一个不可或缺的环节。以珠海市金龙边坡为研究对象，分析了边坡的发育特征、影响因素、形成机制。在查明边坡岩土体出露及结构特征基础上，根据典型断面C、?值反演分析及敏感性分析结果，确定金龙边坡岩土体物理力学参数，采用极限平衡法对金龙边坡进行稳定性分析评价。评价结果表明：金龙边坡在天然工况下处于欠稳定状态，在饱和及饱和+地震工况下处于不稳定状态。

关键词：金龙边坡；岩质顺层边坡；发育特征；变形破坏；稳定性评价；珠海市

Deformation failure characteristics and stability evaluation of Jinlong Slope in Nanshui Town， Zhuhai

LAI Bo， JIANG Jinjin， JIANG Shan， JIANG Ning， ZHAO Fengshun

（Engineering Survey Institute of Zhuhai，Guangdong Province，Zhuhai 519000 Guangdong，China）

Abstract： The analysis and evaluation of slope stability is an indispensable link in slope investigation and evaluation. This article takes the Jinlong Slope in Zhuhai City as the research object to analyze its development characteristics， influencing factors， and formation mechanism. Through identifying the exposed and structural characteristics of the slope rock and soil， and based on the typical section C and φ Value inversion analysis and sensitivity analysis results， the physical and mechanical parameters are obtained of the rock and soil mass of the Jinlong slope. Then the limit equilibrium method is used to analyze and evaluate the stability of the Jinlong slope. The evaluation results indicate that the Jinlong slope lacks stability under natural conditions and is unstable under saturated and saturated+seismic conditions.

Keywords： Jinlong slope; rock bedding slope; development characteristics; deformation and failure; stability evaluation; Zhuhai

地質灾害作为自然灾害的一种，在珠海低山丘陵山脚地区经常发生，给山脚地区居民、行人、建筑物、车辆等带来严重的威胁（赖波等，2021，2023；刘春艳，2023），尤其是金湾区、斗门区人类居住较为密集的村子、香洲区老城区削坡建房及公路沿线一带，分布着较多不稳定边坡，而边坡稳定性分析一直是地质灾害调查、勘查中的一个重要环节，准确评价边坡稳定性，必要时采取巡查、防护或监测预警措施，对政府有效维护地区安全稳定有着重要意义。

根据边坡不同地质环境特征，采用不同的稳定性评价方法，是有效、精准评价边坡稳定性的重要手段。比如：采用3D EC数值模拟方法，获得了秦望山隧道南口高陡岩质边坡在天然工况下坡体沿坡面下滑的最大位移量，结合强度折减法获得了不同工况下的边坡稳定性安全系数（郝社锋等，2019）；采用模糊层次分析法（FAHP），通过对吉林省S303公路崩塌灾害体属性特征横向对比，确定了危险性评价指标，并在此基础上建立了危险性评价体系（刘洪博等，2020）；采用极限平衡法（Sarma）和赤平投影法分别对重庆丰都县城区红层边坡在顺向坡、斜向坡、反向坡情况下的稳定性进行了评价（蒋正等，2018）；试用云模型方法构建指标变权重模型，提出基于指标变权重复合云模型方法对福建省连江县黄岐镇对台客运站边坡进行了稳定性评价（陈忠源等，2021）；采用强度折减法（SRM）对常德市武陵区边坡进行了稳定性评价（何阳等，2019）；基于MATLAB编程进行特定级配与含石量的土石混合体边坡模型的构建，分别采用有限差分（FDM）与极限分析有限元（FELA）的方法对土石混合体边坡中块石和土体分开考虑进行计算，可有效评估土石混合体边坡的稳定性（贺勇等，2021）。通过蒙特卡罗法建立随机节理边坡模型，运用赤平投影法和离散元数值模拟分析了汶川县某拟建铁路隧道进口边坡稳定性（吴宇欣等，2021）；以边坡岩体结构类型为基础，建立了“岩体结构-指标组合赋权-未确知测度理论”的边坡稳定性预测评价体系（穆成林等，2019）。除此之外，还有一些学者对边坡稳定性进行了大量的研究，且取得了较好的成果（瞿婧晶等，2021；张秋霞等，2022；黄锋等，2022；罗伟等，2023）。

以上学者们在实际工作中，对研究的边坡进行了较深入地研究，采用合适的边坡稳定性评价方法，均取得了较好的成果。本文根据金龙边坡野外工程地质调查、剖面测量及钻探成果，在查明边坡斜坡结构特征、发育特征及形成机制的基础上，根据典型断面C、?值反演分析及敏感性分析结果，确定金龙边坡岩土体物理力学参数，采用极限平衡法对金龙边坡进行稳定性分析评价。此方法考虑了边坡滑体滑动时不仅要克服主滑面的抗剪强度，还要克服滑体本身的强度，根据坡体内的各类结构面来划分条块并且不要求各条块保持垂直，因此本文选择极限平衡法对金龙边坡进行稳定性评价。

1  边坡基本概况

2019年5月27日上午11时，正值中国南方“龙舟水”时期，珠海市普降大雨，南水镇附近雨量站记录过去24 h累计降雨量达到266.7 mm，珠海市地质灾害预警中心发布了橙色（二级）预警。由于金龙边坡中上部斜坡带岩土体达到饱水而失稳发生滑坡（图1）。虽然该边坡未造成人员伤亡及财产损失，但严重威胁坡脚人类生命及财产安全。

1.1  边坡地质环境特征

金龙边坡为早期人工削坡形成，坡高约114 m，坡脚线宽约180 m，坡度40～60°，坡向290°。坡顶为原始地貌，植被茂盛；坡面较裸露，因早期简易治理呈台阶状（共7级），每级高约15 m，每级平台宽1～2 m，平台内侧修有截排水沟；坡面下部建有片石护面。沿坡脚线建有一条宽4 m、深2 m的排水渠，排水渠外侧场地平整，为堆沙场、废品站、汽配维修店、驾校及车辆临时停靠场地，最近处距离坡脚约20 m。

边坡坡体内部出露泥盆系上统春湾组（D3c）粉砂岩、石英砂岩地层，两者岩层产状基本一致，呈整合接触，岩层倾向335°，傾角约20°。坡顶及坡面浅表层主要为第四系残积层（Q4del）粉质黏土和碎石土层（Q4ml）。受周边断裂构造影响，岩石较破碎，节理裂隙较发育。边坡坡顶无汇水区，地表水、地下水主要靠降雨补给，大部分雨水沿坡面流至坡脚，少部分下渗至坡体内部。

1.2  边坡发育特征

由于边坡顶部浅表层岩土体较为松散，且节理裂隙较发育，边坡表面长期受风化剥蚀，坡体内部受雨水浸润，导致岩土体物理力学性质变差，在强降雨过程中，岩土体失稳发生滑坡。滑坡体主要覆盖于坡面中上部，少部分滚落至坡脚。该滑坡平面形态呈圈椅状，滑动方向约290°，滑坡区纵向斜距最大67 m，横向宽约112 m，滑体平均厚3 m，体积约12 500 m3（图2-a）。

该滑坡主要为浅表层松散岩土体沿着坡面和基岩面缓慢下滑形成，因此，按照滑动面与层理面的关系，判断该滑坡属岩质顺层滑坡（图2-b）。

该滑坡发生后，其后缘出现明显的滑坡陡坎（图2-c），坡顶仍存不同程度拉张裂缝（图2-d）。从滑坡体分布来看，滑坡体呈上厚下薄的特征。滑坡强变形区主要发生在边坡顶部至坡面上部，且岩性主要由碎石土、全—强风化粉砂岩组成，而滑床以密实较好的中风化粉砂岩为主。滑动面埋深较浅，为1.0～4.0 m。从坡顶拉张裂缝来看，该滑坡体部分尚未完全脱离母体（图2-e），仍在发展阶段，在后期强降雨影响下，再次发生滑坡的风险较大。

2  滑坡影响因素及形成机制分析

2.1  滑坡影响因素

2.1.1  内因

1）岩土体类型及性质

边坡浅表层为碎石土、全—强风化粉砂岩，结构较松散，抗剪强度以及抗风化能力较低，在雨水浸润作用下易发生软化。另外，浅表层下伏基岩节理裂隙较发育，部分节理裂隙间有泥质填充物，结合强度较低，手捏可碎。

2）地形地貌

边坡为早期人工削坡形成的高陡边坡，坡高114 m，坡面坡度40～60°，坡面裸露。实践证明：边坡坡高越高，坡体则应力越大，发生崩滑的可能性也越大；边坡坡度越陡，坡脚则应力越集中，边坡失稳的可能性也越大。

3）水文地质条件

边坡仅在坡脚测得地下水位埋深1.2～1.6 m，因此边坡稳定性可以忽略地下水的作用，但该边坡坡面浅表层岩土体结构较松散、基岩节理裂隙较发育，雨水沿节理裂隙入渗坡体内部，致使浅表层岩土体物理力学性质降低，导致边坡稳定性变差。

2.1.2  外因

1）降雨

降雨使浅表层结构较松散的岩土体达到饱和、自重增加、抗剪强度下降，从而改变边坡原有平衡状态，加速滑坡形成；同时，多次干湿交替变化使岩土体更容易发生开裂，这不仅为地表水入渗提供了通道，也加速了裂缝的形成发展。

2）风化作用

边坡浅表层岩土体受风化作用明显，此过程将逐渐改变原岩结构。

3）人类工程活动

金龙边坡为早期人工削坡所致，人工爆破开挖山体致使边坡浅表层岩土体剥离，边坡坡面更加裸露，受雨水冲刷明显，同时破坏了原岩结构，导致岩体完整性变差。

2.2  滑坡形成机制分析

通过对金龙边坡影响因素分析，其形成机制及演化过程大致分为以下5个阶段（图3）：

滑坡前期阶段：边坡被人工削坡，导致坡面坡度变陡、岩土体裸露。

滑坡孕育阶段：边坡浅表层岩土体受风化剥蚀和雨水浸润，导致岩土体物理力学性质变差，逐渐软化。

滑坡形成阶段：边坡浅表层岩土体受雨水冲刷而不断流失，雨水沿节理裂隙侵蚀内部岩体，致使坡体浅表层逐渐形成软弱带（滑动面）。边坡顶部岩土体受雨水冲刷、风化、重力多种因素作用下，形成多条拉张裂缝。

滑坡滑动阶段：边坡浅表层岩土体及软弱带逐渐形成后，受持续性降雨或强降雨作用，雨水润滑软弱带，致使软弱带受力强度降低，从而导致浅表层岩土体产生蠕滑变形，最终发生滑动。

滑坡停止阶段：当滑动面上部荷载得到释放，且滑坡体自重和滑动面受力强度对等时，滑坡体不再滑动，即滑坡体与滑床出现相对平衡状态，表明滑坡已经停止。

3  滑坡稳定性分析评价

3.1  评价方法

根据金龙边坡典型断面C、?值反演分析及敏感性分析结果，确定金龙边坡岩土体物理力学参数。根据岩土体出露及结构特征，采用极限平衡法对金龙边坡进行稳定性分析评价。

3.2  岩土体物理力学参数确定

3.2.1  物理力学参数反演分析

当边坡浅表层岩土体荷载和滑动面抗剪强度参数与边坡坡向坡度等特征基本一致时，边坡的理论最小稳定系数接近于1，此时边坡处于最危险阶段（临界状态），求取整个滑面抗剪强度值，其值为平均值，数值虽不太精准，但可作校验之用。

本次金龙边坡岩土体物理力学参数反演稳定性系数，根据典型断面在天然工况下取值1.05，反算方法采用图解法，先依次取黏聚力C、内摩擦角?值，分别反求?、C值，在C-?坐标图上求出直线，并综合考虑试验数据，最终确定抗剪强度指标。

反演公式如下：

黏聚力：

c=（K_s∑W_i sinα_i-tan?∑W_i cosα_i）/L

内摩擦角：

?=arctan（（K_s∑W_i sinα_i-c?L）/（∑W_i cosα_i ））

反演计算模型见图4（根据滑坡孕灾体面积、自重、滑面倾角等因素，将滑坡孕灾体划分为16个条块，分别计算稳定系数），结果见表1。

3.2.2  C、?敏感性分析

根据典型断面C、?反演分析成果及KS与C、?关系曲线（图5、图6），选取稳定性系数KS =1.05作为基准数。其中：?的敏感区间为14.5～20.5，区间宽度6；C的敏感区间为20～26.0，区间宽度6；而当C不变时，?每增加1°，则KS值增加0.02～0.03，增加2%～3%；而当?不变时，C值每增加1 kPa，则Ks值增加0.02～0.03，增加2%～3%。因此，典型断面中KS对?的敏感性与C相当。

3.2.3  物理力学参数确定

根据典型断面C、?值反演分析及敏感性分析结果，确定金龙边坡岩土体物理力学参数见表2。

3.3  滑坡稳定性计算与评价

根据金龙边坡岩土体出露及结构特征，采用极限平衡法计算分析边坡的稳定性及安全性。

3.3.1  极限平衡法

金龙边坡滑动面受软弱面及顺向结构面控制，这些构造面呈起伏不平的折线型展布，而折线型滑动面的滑坡可采用基于极限平衡理论的传递系数法来评价斜坡的稳定性及计算滑坡的剩余下滑力。极限平衡法的核心思想是假定岩土体是理想的塑性材料，按极限平衡原则进行力和力矩的分析，认为边坡滑动体必须破裂成可以相对滑动的块体才能发生整体移动，也就是滑体滑动时不仅要克服主滑面的抗剪强度，还要克服滑体本身的强度。

利用极限平衡理论来计算稳定系数（Kf）及传递系数法计算滑坡剩余下滑推力。

1）稳定系数（Kf）计算

Kf 计算公式

K_f=（∑_（i=1）^（n-1） {{{W_i [（1-r_U ）cosα_i-Asinα_i ]-R_Di }tan?_i+C_i L_i } ∏_（j=i）^（n-1） φ_j }+R_n）/（∑_（i=1）^（n-1） {[W_i （sinα_i+Acosα_i ）+T_Di ] ∏_（j=i）^（n-1） φ_j }+T_n ）

其中，

R_n=（W_n （（1-r_U ）cosα_n-Asinα_n ）-R_Dn ）tan?_n+C_n L_n

T_n=W_n （sinα_n+Acosα_n ）+T_Dn

∏_（j=i）^（n-1） φ_j=φ_i φ_（i+1） φ_（i+2）………φ_（n-1）

式中：Kf为稳定系数；W为滑体重量（kN·m-1）；C为滑带体的黏聚力（kPa）；?为滑带体的内摩擦角（°）；A为地震加速度（单位：重力加速度g）；φ_j为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数（j = i），即φ_j=cos（α_i-α_（i+1） ）-sin（α_i-α_（i+1） ）tan?_（i+1）。

2）滑坡剩余下滑推力计算

采用传递系数法计算，由于边坡浅表层无地下水，此处不考虑地下水的影响，计算公式如下：

P_i=P_（i-1）×ψ+K_s×T_i-R_i

其中：下滑力 T_i=W_i （sinα_i+Acosα_i ）

抗滑力 R_i=W_i （cosα_i-Asinα_i ）+C_i L_i

传递系数 φ_j=cos（α_（i-1）-α_i ）-sin（α_（i-1）-α_i ）tan?_i

式中，Ks为安全系数，Pi为第i块滑坡剩余下滑力（kN·m-1）。

根据边坡形态及变形破坏特征，选择前述典型断面进行滑坡稳定性计算。选定天然、饱和、饱和+地震3 种工况进行滑坡稳定性计算。

3.3.2  稳定性计算结果

依据典型断面结构模型，各工况下边坡稳定性计算结果见表3至表5。

3.3.3  稳定性评价

通过稳定系数计算公式，得到典型断面在不同工况下稳定性系数，根据典型断面稳定性计算成果，参照GB/T 32864－2016《滑坡防治工程勘查规范》及GB 50330－2013《建筑边坡工程技术规范》稳定性判别标准，金龙边坡在不同工况下稳定性判断结果见表6。

4  结论

1）金龙边坡为早期人工削坡形成的高陡边坡，在强降雨作用下，坡面中上部浅表层岩土体失稳发生滑坡，滑坡区平面形态呈圈椅状，滑坡体岩性主要为碎石土及全—强风化粉砂岩。影响边坡失稳的内因包括岩土体类型及性质、地形地貌、水文地质条件，外因包括降雨、风化作用及人类工程活动。

2）根据金龙边坡地质环境条件及岩土体结构特征，利用典型断面C、φ值反演分析及敏感性分析结果，确定金龙边坡岩土体物理力学参数，采用定量分析中的极限平衡法计算不同工况下边坡的稳定性。从计算结果可知：金龙边坡在天然工况下处于欠稳定状态，在饱和及饱和+地震工况下处于不稳定状态。

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收稿日期：2023-06-02；修回日期：2023-09-01

基金项目：珠海市城市地质调查（含信息化）项目（MZCD-2201-008）资助

第一作者简介：赖波（1985- ），男，学士，高级工程师，主要从事水工环地质调查研究工作。E-mail：410271798@qq.com

引用格式：赖波，江金进，江山，江宁，赵风顺，2024.珠海市南水镇金龙边坡变形破坏特征及稳定性评价［J］.城市地质，19（1）：20-28