四川德格城区斜坡变形机理与稳定性评价

杨 斌，曹 慧，尹江涛，高德政

(1.西南科技大学 环境与资源学院，四川 绵阳 621010;2.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610023;4.甘孜藏族自治州国土资源局，四川 康定 626000)

四川德格城区斜坡变形机理与稳定性评价

杨 斌1，曹 慧2，尹江涛3，高德政1

(1.西南科技大学 环境与资源学院，四川 绵阳 621010;2.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610023;4.甘孜藏族自治州国土资源局，四川 康定 626000)

结合四川省甘孜州德格县城区色曲河左岸城区不稳定斜坡治理的具体工程实例，通过野外地质勘查，查明了该地区斜坡地形地貌、地层岩性、岩土体结构特征和水文地质条件。在此基础上对该地区进行了边坡变形机理和破坏模式特征研究，以及斜坡稳定性评价分析。并根据上述研究成果，提出了德格县城区色曲河左岸城区不稳定斜坡的治理方案，此方案为相关部门进行地质灾害治理提供了决策支持依据。

不稳定斜坡;变形机理;破坏模式;稳定性评价;四川德格县

0 引言

中国是世界上地质灾害最严重的国家之一，同时中国山地面积广阔，新构造运动强烈，断裂构造发育，地震活动极为频繁，加之地形坡降大、降水集中，为不稳定斜坡的发育提供了非常有利的条件。在地质灾害发育过程中，大型不稳定斜坡具有分布面广，危害较大之特点，而危害方式常以地面开裂或下陷为主，并导致房屋变形、开裂、倾斜、墙基错断等，直接威胁着人民群众的财产生命安全［1］。因此，分析研究不稳定斜坡的变形机理及稳定性并提出合理的治理方案具有十分重要的意义。

德格县位于四川省甘孜藏族自治州西北边境，青藏高原东南边缘，金沙江东岸。县城所在地更庆镇位于金沙江一级支流色曲河中游，区内沟谷深切，地势狭窄，河谷阶地不发育，城镇多沿山麓斜坡或坡洪积台地修建，地质环境条件较差。同时，色曲河左岸城区三级平台于2007年4月发生了大规模建筑物和地面变形，给县政府办公大楼、交流干部住宿楼、县委办公楼等建筑设施造成了严重破坏，严重影响了政府部门的正常办公和生活。因此，在分析该地区地质环境、变形情况、危害程度和发展趋势基础上，对色曲河左岸城区不稳定斜坡变形机理及稳定性评价进行分析研究，从而为防治工程方案选择和应急防治工程设计提供科学依据。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区范围位于四川省甘孜州德格县主城区以东，呈南北向分条带状展布，南侧以县政府为界，北侧至县监狱，面积约0.15km2。地理位置大致为:东经98°34′，北纬 31°48′，行政隶属德格县更庆镇。区内地势主要受色曲河水系切割控制，总体地势为东西两侧高，中部低，北部高南部低。色曲河谷地由北向南穿越城区，谷地向下游方向倾斜2°～3°，谷宽150～250m，谷底高程3196.50～3199.61m。谷地东为渐次增高的构造侵蚀剥蚀高山，山势高耸，谷坡陡峻，起伏连绵，梁顶高程3998～4263m，山顶圆缓，坡面凹凸不平，发育浅切割冲沟，城区东侧主要有四条，斜坡坡角25°～40°，局部可达 65°，坡面发育山地灌丛草原植被，覆盖率约55%。在斜坡西侧基岩坡麓地带发育坡洪积斜地，经后期人工改造后形成阶梯状地形，由西向东依次发育三级台地［2］。

1.2 地质构造和新构造运动

研究区内地质构造属青藏滇缅印尼“歹”字型构造头部向中部转折部位与金汤弧型构造西翼之南缘和雅江旋卷构造的西北部分。岩层在后期构造作用挤压下，断裂和褶皱比较发育。而德格县位于三江弧形构造以北，第四纪以来，新构造运动十分强烈，随青藏高原整体隆升2000m以上。隆升还具有振荡性，并在色曲谷地两侧形成侵蚀堆积台(阶)地，台(阶)面高于当地侵蚀基准面数米至三十余米，在广大基岩山区形成了起伏大、坡度陡，连绵不绝的高山峡谷。地质剖面分析如图1所示:

图1 德格县城区地质剖面图Fig.1 The cross-section of the Dege county

1.3 斜坡工程地质条件

由于岩土体主要分布于斜坡后东侧基岩山区，岩体在斜坡区被掩埋于坡洪积层和卵石层之下，埋藏深度8.6～37.1m，属三叠系中下统(T1-2)云母片岩。表部岩层风化强烈，强风化厚度一般小于3m。岩层呈薄层状，片理发育。岩层物理力学性质较差。根据取样试验分析(试样微风化)，岩石自然密度为2.61g/cm3，饱 和 密 度 为 2.61g/cm3，抗 拉 强 度2.41MPa，内摩擦角 39.7°，粘聚力 2.44MPa，变形模量0.31×104MPa，天然抗压强度10.21MPa，饱和抗压强度8.85MPa。具体物理力学指标见表1、表2。根据斜坡体成因类型的不同，可划分为人工填土、坡洪积含碎石、角砾粉质粘土、粉土夹薄层碎石土、冲积土卵石类土三种类型［3］。各类土体因形成环境的差异，物理力学性质差异明显，其具体物理力学指标取值见表1、表2。

表1 岩石物理参数取值Table 1 The value of rock physical parameters

表2 岩石力学参数取值Table 2 The value of rock mechanical parameters

2 斜坡变形特征及破坏模式研究

2.1 斜坡变形特点分析

通过对色曲河左岸城区斜坡工程地质调查，区内斜坡变形具有以下四个特点。

①在纵向上具有一级平台较稳定，二级平台在北侧县监狱—城关小学—粮食局一带以填土不均匀沉降为主，三级平台以斜坡蠕滑变形为主的特点。据调查，斜坡变形主要集中于三级平台所在的县委、县政府、县人大、交流干部住宿楼、县工会一带，一级平台未见明显的变形破坏痕迹。

②在平面上表现为变形范围大的特点。本次斜坡变形涉及德格县主城区三级平台的大部分地段，变形区面积为10706m2;在县中队—城关小学一带的二级平台变形区面积为11955m2。

③变形时间具有突发性的特点。据调查，除历史变形裂缝外，本次斜坡变形具有突发性的特点，变形时间主要集中于2007年4月28日前后，且变形强烈。

④具有危害性大的特点。此次斜坡变形危害巨大，除造成县政府办公大楼成为危房外，还造成2005年新修建的县委大楼墙体出现多处开裂、变形;交流干部住宿楼整体向西倾斜5cm，向南倾斜3cm，并出现墙柱错断;县人大政协办公楼整体向西倾斜18cm。严重影响了政府各级部门的正常工作。

⑤据斜坡变形区所处位置、变形性质的不同，将整个斜坡划分为县政府—人大政协—县委—公安局大院的所在的三级平台斜坡蠕滑变形区和县中队—城关小学所在的二级平台不均匀沉降变形区。

2.2 破坏模式分析

根据野外地质调查，在斜坡变形区范围内未发现明显的滑动面，坡体后缘拉裂缝亦未贯通，前缘未发现剪出口，可见城区三级平台斜坡变形属于滑坡变形的初始蠕变阶段［4］。综合分析斜坡结构特征和已有变形迹象，得出斜坡变形破坏模式存在两种情况:第一种是沿卵石层界面产生折线型滑动，可能在二级或三级台地前缘剪出破坏;第二种是在斜坡含碎石粉质粘土层内部形成滑动面，产生圆弧型滑动，在三级台地前缘或二级台地前缘形成牵引式的剪出破坏。

结合研究区应急监测资料，通过分析可以判定县公安局—县委—人大政协—县政府一带的三级平台斜坡处于初始滑移变形阶段，在天然状态下处于基本稳定状态，在暴雨或地震作用下可能沿三级平台前缘下滑失稳。县中队—城关小学一带的二级平台尚未完填土的成固结沉降，在地表雨水的浸润作用下可能进一步固结沉降，并向二级平台前缘临空一侧产生侧向挤压变形，随着地面变形和建筑物变形的进一步演变，将可能产生滑移破坏。

3 斜坡变形特征及破坏模式研究

3.1 斜坡稳定性定性评价

通过前述斜坡变形机制及破坏模式分析，并结合本次应急监测资料，判定县公安局—县委—人大政协—县政府一带的三级平台斜坡处于初始滑移变形阶段，在天然状态下处于基本稳定状态，在暴雨或地震作用下可能沿三级平台前缘下滑失稳［5］。县中队—城关小学一带的二级平台尚未完成填土表现为固结沉降，在地表雨水的浸润作用下可能发生进一步变形，并向二级平台前缘临空一侧产生侧向挤压变形，随着地面变形和建筑物变形的进一步演变，将可能产生滑移破坏。

3.2 极限平衡法斜坡稳定性计算

根据前述斜坡变形破坏模式分析，当三级平台斜坡沿卵石层界面附近形成滑动带，产生蠕滑时，其滑面结构为折线型。按《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)的相关要求，并结合该斜坡灾害的特点，采用刚体极限平衡法的传递系数法定量分析计算其稳定性与剩余下滑推力［6］。分析计算公式如下:

根据斜坡形态结构特征分析及可能的剪出口进行分析，潜在可能的滑动面可能有多种破坏模式，一种是整体滑坡模式;另一种是在局部地段产生分级滑动模式。对其分析过程如下:

①整体滑动模式:根据斜坡形态结构特征，斜坡可能产生的整体滑动模式有以下两种，一种是沿卵石层顶部含碎石粉质粘土中形成滑动带，产生折线型滑动;另一种是在各勘探剖面中沿三级平台上部含碎石粉质粘土层中形成滑动带而产生折线型滑动，在二、三级平台前缘陡坎下剪出破坏。稳定性计算过程中，将两种可能性均进行计算，以稳定系数较小值作为滑坡整体稳定性。

②局部分级滑动模式:主要分布于县政府—县工会楼一带的三级平台和次级小平台，其坡体可能沿三级平台前缘底部或三级平台上部的次级小平台底部产生次级滑移破坏。

3.3 斜坡稳定性综合评价

根据《滑坡防治工程勘查规范》第9.4.6条的规定，通过斜坡稳定系数Fs来评价其稳定状态。通过计算，县政府、县工会一带的三级平台及次级小平台在天然工况条件下处于欠稳定状态，其稳定系数Fs介于1.07～1.09;在暴雨饱和与地震工况条件下处于不稳定状态，其稳定系数 Fs介于0.91～0.97。而县委院坝次级滑动面稳定性系数不管在天然工况条件下，还是地震或饱和工况条件下稳定性系数Fs均大于1.10，该区域处于稳定—基本稳定状态［7］。

由计算结果可知，德格县城区色曲河左岸斜坡除整体不稳定外，还在存在局部滑动的可能，尤其是县政府一带，在暴雨饱和工况或地震工况条件下均处于不稳定状态，存在局部滑移失稳的可能性。其剩余下滑推力天然工况条件下为87.71～351.04kN/m;在暴雨饱和工况条件下为19.3～227.29kN/m;在地震工况条件下为57.62～175.84kN/m。

4 防治方案建议

4.1 应急防治方案建议

根据斜坡变形特征与稳定性分析计算，并结合实际工程应用情况，提出了六点应急防治措施，分别为:①斜坡的前缘及其陡坎地带及其周边地带设立明显的警示标志，提醒当地居民及过往行人远离斜坡区，注意绕行;②对斜坡体上的裂缝进行全面填补、夯实，减少地表径流或雨雪的入渗量，提高斜坡体的稳定性;③严禁在斜坡及其周边区域(尤其是斜坡前缘)进行各种不利于斜坡体稳定的取土、耕作、开挖等活动;④对斜坡实施长期的动态监测，在雨季和雨雪连绵时段，必须进一步加强对斜坡的监测，派专人守护现场，行人车辆绕行，更不要围观，同时加强对斜坡前缘、陡坎、后壁、裂缝、地下水出露等情况的巡查，发现异常及时通知当地居民、行人紧急避险;⑤严禁开展对斜坡体加载的活动，如在斜坡上种植增大滑体荷载的高大树种，对斜坡体上的建筑活动应严格限制;⑥为了增加斜坡的稳定性，还可采用在斜坡后侧进行适当的清方减载，对斜坡前缘进行堆载反压，对表层松散土体进行喷锚支护。

4.2 治理方案建议

在分析斜坡变形破坏机理的基础上，考虑到斜坡体上建筑物密集，地面基本被利用作各种建设用地，提出了以下两种治理方案。

①抗滑挡墙+桩板墙+排水设施相结合的综合治理方案

根据不同地段斜坡变形强弱的不同，采用不同的工程治理方案。其中在县政府、人大政协、县委所在的三级平台前缘及县工会前缘各布置一排抗滑桩，其中三级平台前缘分布段总长约172m、县工会前缘分布段长约90m，共布置抗滑桩44根(三级平台前缘29根、工会前缘15根)，桩间距6m，桩长20m左右。此外，为防止斜坡东侧地表雨水进入斜坡体，在斜坡变形区以外的基岩坡麓修建截水沟1条;在坡面修建排水沟4条，排水沟总长560m。在县中队—城关小学所在的二级平台不均匀沉降变形区设计抗滑挡墙，总长约183m。

②锚杆桩+削方减载+钢管排桩+排水设施相结合的综合治理方案

针对斜坡体上建筑物的变形，采用锚杆桩抑制斜坡体的变形和地基补强，这种工程措施主要用于县委办公楼。针对荷载是斜坡运动的主要因素，可以对斜坡体进行削方减载，主要方法为:拆除老旧建筑物，并不再其上修建新建筑物，其次，对斜坡体上的土体进行减坡削方，有效减低坡体荷载。针对斜坡体塑性流动为主，整体性滑动为次的特点，采用钢管排桩加注浆对斜坡土体进行固化，挤密，形成类似地下连续墙的抗滑工程。宜分排布设，共设计三排，根据本次应急抢险的成功经验，在强变形区所在的三级平台前缘设计钢管桩3排，桩间距0.60m，排距0.80m，三排桩成梅花形布置，桩体宜深入卵石层或基岩3～5m。，桩长15m。预计设计钢管桩根1306根，其中三级平台前缘853根;工会前缘及档案馆一带共453根。

以上两种方案均可有效地防止斜坡蠕滑变形，其中第二种方案从技术和经济方面具有施工方便简单的优点，但治理效果受注浆效果的影响较大且工程费用相对较高;第一种方案具有施工难度较大的缺点，但治理工程效果和工程质量易于保证，且治理工程费用相对较低的特点。在实际应用过程中，可以根据项目工程需求选取相应的治理措施。

5 结论

通过对四川省德格城区不稳定斜坡变形区分析研究，得出该区域以第四系坡洪积层蠕滑变形为主，区内主要物质组成为含碎石、角砾粉质粘土和碎石土，部分地段覆盖人工填土，尤其是含碎石、角砾粉质粘土层厚度较大，呈可塑—软塑状，具备斜坡蠕滑变形的物质基础。并对研究区斜坡蠕滑变形的破坏模式进行了分析探讨，最终确定斜坡将在软塑的含碎石、角砾粉质粘土层中产生折线型滑动，滑动面埋深6.2～12.6m，平均9.39m，体积10.53万 m3。经分析计算得出在天然工况条件下，斜坡的稳定系数为1.11～1.14，处于基本稳定状态;在暴雨饱和工况条件下稳定性系数为1.03～1.08，处于欠稳定状态;在天然+地震工况条件斜坡稳定系数为0.95～1.02，处于欠稳定—不稳定状态，坡体可能下滑失稳，为潜在滑坡。该研究结论为相关部门进行灾后治理提供了相应的决策支持依据。

［1］颜丹平，宋鸿林，傅昭仁.扬子地台西缘江浪变质核杂岩的出露地壳剖面构造地层柱［J］.现代地质，1997，1(3):290～297.

［2］刘艳辉，刘传正，李铁锋.三峡库区巴东复杂斜坡系统变形机理数值模拟与稳定性研究［J］.水文地质工程地质，2007，49(1):47 ～52.

［3］唐辉明，马淑芝，刘佑荣，等.三峡工程库区巴东县赵树岭滑坡稳定性与防治对策研究［J］.地球科学:中国地质大学学报，2002，27(5):621-625.

［4］巨能攀，赵建军，邓 辉，等.黄山高速滑移弯曲边坡变形机理分析及应急治理对策［J］.地球科学进展，2008，23(5):474-481.

［5］黄润秋，赵建军，巨能攀，等.汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26(2):239-246.

［6］张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.北京:地质出版社，1994.

［7］李建林，刘 杰，王乐华.多因素作用下隔河岩电站厂房高边坡变形机理及岩体稳定性研究［J］.岩土工程学报，2007，29(9):1289-1295.

Deformation mechanism and stability estimation of slope in the Dege county of Sichuan Province

YANG Bin1，CAO Hui2，YIN Jiang-tao3，GAO De-zheng1
(1.College of Environment and Resource，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China;2.Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute CO.，LTD OF MCC，Chengdu 610023，China;3.Bureau of Land and Resources，Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture，Kangding 626000，China)

In combination with the specific example of unstable slope treatment project in the left bank of Sequ River in Dege City，Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture，Sichuan Province，and through the geological survey，the authors identify the slope topography，formation lithology，structure characteristics of rock and soil and hydrogeology conditions.On this basis，the deformation mechanism and the possible failure modes of slope are studied，and the slope stability is evaluated.According to the results of the study，the treatment proposal of the unstable slope is proposed，which should provide for the strategic decision in geological disaster defense.

unstable slope;deformation mechanism;failure model;stability evaluation;Dege county，Sichuan Province

1003-8035(2010)02-0030-05

TU94+3.2

A

2009-12-07;

2010-03-07

西南科技大学博士基金项目(2009A116)

杨 斌(1979—)，男，新疆石河子人，博士，讲师，地球探测与信息技术专业，主要从事生态地质环境评价等领域中的教学与科研工作。

E-mail:xjgis@126.com