某不稳定斜坡的变形机理与稳定性分析评价
2014-05-29程海英
程海英
（安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）
1引言
不稳定斜坡是指在受到各种地质、气候、人类工程活动等作用影响时，具有自然滑动或蠕动、崩塌或坡面泥石流等变形或失稳迹象的斜坡。处于蠕变阶段的不稳定斜坡，在台风暴雨、持续强降水等诱发条件下，极有可能进一步演变，甚至发生滑动或剧滑，其潜在危害程度可能达到重大级。因此，分析研究不稳定斜坡的变形机理及稳定性评价具有十分重要的意义。本文以某一不稳定斜坡为研究对象，对其稳定性做出定性评价、定量分析，从而为工程防治方案设计与选择提供科学依据。
2 不稳定斜坡体基本特征及危害对象
2.1不稳定斜坡体基本特征
2.1.1不稳定斜坡地貌特征
不稳定斜坡位于云南省红河州建水县，所处区域为低中山地貌。不稳定斜坡后缘高程约1351m，前缘高程约1335m，相对高差近16m。斜坡总体坡向186°，平均坡度31°~34°。不稳定斜坡边界的确定主要是以不稳定斜坡剪切滑动形成的台坎为界，斜坡上部主要沿后缘边界呈弧形条带状分布，下部堆积体平面上整体呈扇形分布。坡面植被一般发育，主要分布于坡体顶部平台，以玉米为主。
2.1.2不稳定斜坡变形特征
通过对不稳定斜坡的工程地质调查与测绘，不稳定斜坡变形破坏方式主要后缘张拉裂缝。裂隙L1产状275°∠85°，裂隙面呈微张状，张开度1~2cm，深度1.4m，无充填物，地表延伸长度约2m。
2.1.3不稳定斜坡物质结构特征
据调绘及探槽成果表明，不稳定斜坡覆盖层为矿渣土及粉质黏土。矿渣土分布于坡体浅表层；粉质黏土分布于坡体中、下部浅表层；下伏基岩为三叠系中统个旧组灰岩（T2g），含大量褐煤矿，浅灰色，出露地层多为强风化。
2.1.4不稳定斜坡岩土体物理力学性质
对不稳定斜坡体内土层进行取样，根据取样分析结果表明：不稳定斜坡土体天然含水率平均为11.3%；天然密度平均1.87g/cm3；比重为平均2.73；天然内摩擦角为平均14.3°；天然内聚力平均39.4kPa；土体饱和度为49。
2.2不稳定斜坡危害对象
目前该不稳定斜坡处于蠕滑变形阶段，不稳定斜坡整体在天然状态下处于基本稳定状态，在强降雨等不利因素诱发下，不稳定斜坡局部极有可能产生进一步的滑动变形，不稳定斜坡一旦产生变形，将直接威胁斜坡前缘成品油管道的正常运行，将产生不可估量的经济损失。该不稳定斜坡险情为较重要级，对其初步评估危险性大，根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），危害对象等级划分为三级。因此，对该不稳定斜坡的治理势在必行。
3 不稳定斜坡稳定性分析计算与评价
3.1不稳定斜坡近期发育阶段
通过调查判断该不稳定斜坡破坏方式属于牵引式滑坡，现整体在天然状态下处于稳定状态，在暴雨及地震情况下可能发生破坏。
3.2不稳定斜坡稳定性影响因素
3.2.1降雨对不稳定斜坡的影响
该地区平均降雨量736~796mm，雨季集中于5~10月，大、暴雨多集中6~8月，范围小、强度大的“单点暴雨”频繁发生；该时段为斜坡失稳的主要防范期。
坡体主要为粉质黏土，灰黄色、红褐色，呈可塑～硬塑，稍湿。坡体浅表层分布矿渣土，灰黑色、黑褐色，厚度约为0.2~0.3m，夹小碎石，碎石成分为浅灰色的灰岩、黑色煤矿，棱角~次棱角状，粒径大小不一，其中碎石粒径一般为2~6cm，含量30%~40%。坡体物质透水性较好，雨水多在重力作用下入渗至坡体内，增加了坡体自重，软化了土体，影响坡体的稳定性，因此强降雨是斜坡失稳的主要因素。
3.2.2地表水和地下水对斜坡的影响
研究区属孤立人工堆积区，汇水面积小且附近无河流经过，因此地表水对不稳定斜坡发生滑动的影响较小。
研究区主要接受大气降水补给，水量小，降雨入渗转化为地下水沿斜坡方向向下径流。滑坡区地形坡度较陡，坡体结构较松散，利于地下水的排泄，因此，地下水对滑坡前缘及滑坡的稳定性影响相对降雨来说较小，但暴雨或持续降雨期，雨水通过入渗转化为地下水入渗至滑床，并在坡体上形成统一地下水位时，对整个坡体的稳定性将产生较大影响。
3.3不稳定斜坡岩土体物理力学参数分析与评价及参数取值
3.3.1不稳定斜坡岩土体物理力学参数分析与评价
经过室内试验，不稳定斜坡岩土体试验成果统计见表1。通过现场与室内实验得出了不稳定斜坡坡体内岩土体的基本物理力学参数。经过对比分析，坡体土重度现场与室内试验结果相差不大，土体粘聚力C值、内摩擦角Φ值与分析判断结果基本相符。
3.3.2不稳定斜坡岩土体物理力学参数取值
不稳定斜坡的C、Φ值选取依据为本次工作取样的试验统计结果，由于研究区雨季降雨量较大，不稳定斜坡受雨水影响而造成的灾害影响严重，因此将暴雨工况下土体重度γ的增值加大。通过宏观判断、类比试验成果和按照差异统计规律得出计算参数最后取值见2。
3.4不稳定斜坡稳定性计算与评价
3.4.1计算模型与计算方法的确定
根据前述不稳定斜坡变形破坏模式分析，不稳定斜坡沿后缘裂隙形成滑动带，其滑面结构为圆弧型。按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2002）的相关要求，并结合该不稳定斜坡灾害的特点，不稳定斜坡稳定性采用瑞典条分法利用理正设计软件进行计算，过程见稳定性计算书。具体计算公式如下：
其中：孔隙水压力NWi=γWhiWLicosαi，近似等于浸润面以下土体的面积hiWLicosαi乘以谁的容重γW；渗透压力产生的平行滑面分力：
图1 剖面A-A′不稳定斜坡整体稳定性计算剖面图
渗透压力产生的垂直滑面分力：
式中：Wi——第i条块的重量（kN/m）；
Ci——第i条块内聚力（kPa）；
表1 岩土体计算参数试验成果统计表
表2C、Φ值选值表
Li——第i条块滑面长度（m）；
αi——第i条块滑面倾角（°）；
βi——第i条块地下水流向（°）；
A——地震加速度（重力加速度g）；
Kf——稳定系数。
3.4.2计算数据准备
a.计算工况选择
根据不稳定斜坡变形的特点，选择天然、暴雨、地震等3种工况。天然和地震工况采用天然重度、天然内摩擦角、天然内聚力。暴雨工况采用饱和重度、饱和内摩擦角、饱和内聚力。
b.计算剖面的选择
根据前述潜在滑面的分析，变形模式为沿后缘裂隙面潜在滑动，且整体产生圆弧型潜在滑动。整体稳定性计算选取剖面A-A′见图1。
3.4.3不稳定斜坡滑动模式推力及稳定系数计算成果
经计算，将A-A′勘探剖面沿剪出口剪出稳定性计算成果汇总列于表3。
3.4.4不稳定斜坡综合评价及发展趋势分析
a.不稳定斜坡稳定性状态分级
根据《滑坡防治工程勘查规范》第9.4.6条的规定，滑坡稳定状态应根据其稳定系数按表4确定。
b.不稳定斜坡稳定综合分析评价
由表4计算结果可知：
在天然工况斜坡稳定系数为1.773＞1.15；
在地震工况斜坡稳定系数为1.628＞1.15；
在暴雨工况斜坡稳定系数为1.039＜1.05.
综上所述，不稳定斜坡在天然、地震工况下均处于稳定状态，在暴雨工况下处于欠稳定状态。在未来处于持续性暴雨条件下，坡体可能沿后缘拉张裂隙面发生滑动由坡体前缘剪出。
表3 滑坡沿圆弧型滑面滑动稳定性计算成果汇总表
表4 不稳定斜坡稳定状态分级表
c.不稳定斜坡变形发展趋势
据此次调查和应急勘查资料表明，天然工况下不稳定斜坡整体处于稳定状态，在暴雨工况下稳定性系数为1.039处于欠稳定状态。因此，在未来持续暴雨的作用导致局部变形加剧最终导致坡体滑移。为尽快消除地质灾害隐患，对该不稳定斜坡采取一定的工程措施是必要的。
4 结论与建议
4.1结论
（1）通过对研究区不稳定斜坡勘察、测绘、工程测量、探槽、取样测试、现场试验等工作，查明了不稳定斜坡区地形地貌、地层岩性等因素有利于地质灾害的孕育和发育，在暴雨等不利因素下降低了斜坡的稳定性，有利于滑坡的活动。
（2）不稳定斜坡稳定性评价采用了圆弧型法对可能的潜在滑动面进行稳定性及推力计算与评价即确定滑坡将在后缘裂隙产生滑动。通过对不稳定斜坡的稳定性分析，验算了不同工况下斜坡的稳定性。经计算，不稳定斜坡在暴雨工况下稳定系数为1.039，处于欠稳定状态。
4.2建议
（1）尽快对该不稳定斜坡采取一定的工程措施，根据斜坡变形成因机制分析及计算结果，建议在不稳定斜坡前缘处设置抗滑挡土墙作为防治方案。
（2）应加强监测工作，动态监测工作应贯穿于斜坡治前、治中、治后等所有环节，确保防灾减灾目的的实现。
（3）不稳定斜坡治理后，相关部门对滑坡区必须严格控制人类工程活动，避免引发安全隐患■
