广元市江口小学滑坡稳定性研究

王元新 ，刘建豹

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100)

1 引 言

江口小学滑坡位于广元市剑阁县江口镇江口小学内，为牵引式土质滑坡。目前江口小学滑坡处于蠕动变形阶段，整体仍处于基本稳定状态，但在暴雨工况下，可能处于欠稳定状态或极限平衡状态，严重威胁居民的生命财产安全。本文根据该滑坡的变形形成机制，结合其所处的地质环境条件，运用瑞典条分法、传递系数法对该滑坡的稳定性进行评价，对确保滑坡体上居民生命财产的安全具有重要的实际意义［1］。

2 滑坡区概况

2.1 地层岩性

区内出露地层自上而下主要为人工填土、第四系含碎石粉质粘土及白垩系剑门关组上段(K21j)泥质粉砂岩。地层发育较完整，其中基岩小范围有出露。

(1)第四系(Q)。区内第四系分布较广，厚度变化较大，覆盖于中生代地层之上。主要由人工填土、闻溪河冲洪积层(含碎石粉质粘土(Qal+pl)和砂卵(漂)石层)及山前残坡积含碎石粉质粘土(Qel+pl)组成。

(2)白垩系剑门关组上段泥质粉砂岩(K21J):主要出露于滑坡的前后缘处，岩性以紫红色泥质粉砂岩为主，厚层状～巨厚层状，强风化－中风化，地层产状为:倾向355°～100°，倾角较缓，为4°～6°，节理裂隙稍发育，据区域地质资料，该层厚度为260 m～470 m。

2.2 地质构造、地震与新构造运动

区内地质构造属梓潼向斜北翼，岩层产状，倾向350°～10°，倾角一般为4°～6°，未见断层及次级褶皱，地质构造简单，勘查区为顺向坡。工作区抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度值为0.15 g。设计地震分组为第二组。勘查区新构造运动以间歇性抬升为主，在河流沿岸断续分布多级陡崖与阶地，这些陡崖底部标高与阶地标高大致相对应，陡崖分布与江河冲刷切割密切相关。

2.3 水文地质条件

区内地下水类型为第四系松散层中上层滞水和红层裂隙水。上层滞水主要接受大气降水补给，于坡体表面小水沟排出，斜坡体土以粉质粘土为主，渗透性较差，水量贫乏。红层裂隙水受大气降水和上层孔隙水补给，由于红层以泥质粉砂岩为主，裂隙闭合，贯通性差，其赋水性差、流量小。总体，该区地下水贫乏。在坡体左前缘以外约50 m处见泉水出露，常年流量稳定，平均流量约100 ml/s。由于表层填土厚度分布不均，松散、欠固结，上层滞水未形成统一含水层，基岩裂隙水埋深较深［2］。

2.4 人类工程活动

区域内无大型工矿企业，主要为江口小学教学场所。区内工程经济活动以农耕垦殖，其中破坏地质环境的人类工程活动主要有复建住宅及其他建筑、修路时对山体进行了一些规模不等的切坡及在学校多期建设中由于切坡形成了Ⅰ、Ⅱ两级平台。人类工程活动对滑坡的稳定性有一定的影响。

3 滑坡体特征

区内海拔高程400 m～700 m，相对高差300 m，属侵蚀剥蚀低山台梁宽谷中坡地貌。台梁顶部平阔宽展，山坡呈阶梯状，主要分为3 个台阶(河漫滩、一级阶地、二级阶地)。

江口小学滑坡位于闻溪河右岸低山斜坡地带，属第四系填土及含碎石粉质粘土斜坡，是典型的闻溪河一级阶地。坡体地势前缓后陡，形状沿学校围墙，长度约100 m，最大宽度约110 m，面积为0.01 km2，坡体土体厚度4.2 m ～11.7 m，平均厚度为8 m，斜坡体方量约为80 000 m3，属小型滑坡。地面高程为421 m ～447 m，最大相对高差26 m，坡体平均坡度25°，总体坡向355°。在学校多期建设中由于切坡形成了Ⅰ、Ⅱ两级平台，Ⅰ、Ⅱ平台前缘设挡土墙，墙高约2 m ～6 m。Ⅰ级平台为学校操场，下方是一个天然斜坡，坡体前缘设有挡墙，紧邻高江路。Ⅱ级平台为办公楼及教学楼。区内植被较差，除山顶上有少量成片树林外，其余地段皆为灌丛、耕地和荒坡。

根据现场地质测绘、地质调查及结合前期成果综合分析，斜坡边界的判定主要以基岩的出露、地表出现的变形开裂、地形变化和微地貌变化为依据。前后缘边界主要位于岩层分界线上，前后缘均有基岩出露，前缘位于闻溪河右河岸高江路上，河岸有基岩出露，出露岩层产状10°∠6°。后缘位于江口小学校门处，后面为一基岩出露陡坎，后缘出露岩层产状355°∠4°。左右边界以围墙变形破坏剧烈、地裂缝为判定依据，判定左右边界分别位于学校左右围墙处，如图1所示。

图1 江口小学区域地质平面图

4 滑坡变形形成机制

江口小学不稳定斜坡属第四系堆积层填土及含碎石粉质粘土斜坡。根据踏勘及现场勘探分析地形地貌、岩土性质、水文地质条件和人类工程活动是影响该斜坡稳定性的因素。其中造成滑坡滑动的主要外界影响因素是大气降水和地震作用。该斜坡自1998年9月16日以来发生变形，5·12 汶川大地震导致江口镇小学靠近斜坡后缘一幢综合楼地面开裂长30 m，裂缝宽2 cm～5 cm，目前已成为危房而停止使用，目前在小学操场及前缘围墙多处形成宽5 cm ～10 cm的拉张裂缝，在暴雨以及前缘闻溪河河水位上涨条件下，地表水从地表裂缝流向坡体内，致使土体饱和，自重加大，潜在滑动面处的土体抗剪强度降低，减少了抗滑力，有利于潜在滑动面的进一步发展及贯通，最终导致斜坡失稳［3］。同时江口小学生活污水管道陈旧，有漏水现象，也不利于斜坡的稳定。

5 滑坡稳定性分析

5.1 滑坡稳定性宏观分析

据调查访问，江口小学不稳定斜坡存在不同程度的变形，主要表现在坡体表面、建筑物裂缝，根据斜坡体的变形特征。目前，该滑坡在天然状态下处于基本稳定～稳定状态阶段，其变形主要为地面裂缝。但在暴雨等因素诱发下，降雨一方面使坡体重度加大，另一方面雨水沿地面裂缝和基岩裂隙下渗形成地下水，使滑带及滑体抗剪强度降低。由于滑坡前后缘高差较大，前缘有临空面，在重力作用下土体可能沿剪切面滑动，使不稳定斜坡处于欠稳定～基本稳定状态，严重威胁斜坡体上江口小学师生的生命财产安全。同时，也对前缘高江路造成破坏，甚至可能对前缘的闻溪河造成堵塞。

5.2 滑坡推力计算及稳定性评价

(1)荷载组合

本次斜坡推力计算，目的是为斜坡在不同工况条件下的稳定性评价及斜坡防治提供依据。计算荷载考虑滑体自重、地表荷载、暴雨、地下水、河水位、河水位降落、地震等因素。

(2)计算剖面、方法及参数选择

①计算剖面

本次稳定性计算选取1－1'剖面作计算剖面，如图2所示，分别对4 个可能的潜在滑面进行稳定性计算，最终选取稳定性系数最低、下滑推力最大的滑面作为最不利滑面，并为工程治理提供依据，4 个潜在滑面分别为:

滑面1:堆填土内部最不利滑面(自动搜索)，滑面不涉水;

滑面2:堆填土内部最不利滑面(自动搜索，墙顶剪出口)，滑面不涉水;

滑面3:素填土与含碎石粘土接触面，滑面不涉水;

滑面4:含碎石粘土与下伏基岩接触面，滑面涉水。

图2 剑阁县江口小学不稳定斜坡工程地质剖面图(1－1')

②计算方法

a.圆弧滑动法—滑面1、滑面2

滑面1、滑面2 为堆填土内部滑动，属典型的土质滑坡，滑动面近似圆弧形，滑坡稳定性计算方法采用圆弧滑动法计算安全系数和滑坡推力，其最不利滑面采用自动搜索确定。

b.传递系数法—滑面3、滑面4

滑面3 为素填土与含碎石粘土接触面，滑面4 为含碎石粘土与下伏基岩接触面，其滑面形态均呈现折线形，可采用传递系数法计算潜在滑面稳定性及滑坡推力［4］;

③参数选择

滑坡目前整体处于基本稳定状态，前缘亚区现状处于蠕动变形阶段，滑面尚未完全形成贯通，滑面抗剪强度指标应根据室内试验、反演分析、工程类比及参考地区经验等来综合确定，如表1所示。

反演分析选取前缘填土内部滑面作计算模型，反演条件选择暴雨工况条件下，稳定系数取Fos=1.03，反算方法可采用图解法，并综合考虑室内试验数据，最终确定抗剪强度指标［5］。

表1 滑坡稳定性计算参数综合推荐表

5.3 稳定性计算及结果评价

本次计算采用北京理正岩土设计软件进行剩余下滑力计算，如表2所示。

表2 稳定性计算成果表

本次稳定性计算选取1－1'剖面作计算剖面，通过分别对4 个潜在滑面进行稳定性计算，为本次斜坡体最不利滑面，并为后续工程治理提供设计依据。

5.4 敏感性分析

影响堆积体稳定性的主要因素包括滑带抗剪强度参数(C、φ 值)、滑体饱水情况及滑体容重的变化等。其中，滑体容重的确定主要根据土工试验，其取值相对较准确，而C、φ 值的取值中影响因素较复杂。本次勘查主要以C、φ 值作分析，研究其对滑坡稳定性的作用。计算中选取1－1'剖面作为计算的基础。由此求得不同取值情况下的稳定性系数。

通过敏感性分析，在Φ=10.6°、C=20.2 kPa处，φ 升高1°，稳定系数K 值大约提高5.05%;C 值提高1 kPa，稳定系数大约增大3.45%;地下水位抬升0.1 m，稳定系数大约下降1.825%。由此可见，φ 值对稳定系数的影响最大，其次是C 值，地下水位影响最小。

5.5 防治工程方案建议

根据本次勘查，在掌握斜坡可能形成滑坡的机制和主要诱发因素基础上，对其进行工程治理，主要采取截排水和抗滑支挡相结合的综合治理工程措施。

(1)截排水工程

地表水和地下水对滑坡体的稳定性有重要影响，因此必须进行治理，建议如下:

①经调查，学校的排水系统陈旧，甚至在有些部位未设排水设施，故对斜坡外围平台修建截水沟，防止地表水下渗至滑坡体内;

②沿坡体上的修建排水沟，并与学校、高江路排水系统相连接，使之形成一个完整的排水系统。

(2)抗滑支挡工程

①对高江路内侧原有挡墙进行加固和修复(加高加厚)，并增加适量的泄水孔;亦可重新修建挡墙，完善排水设施。

②在高江路挡墙内侧处修建一排抗滑桩。

(3)对现有地面裂缝进行封填。

(4)因该处产生滑动的主要为填土内部，且填土主要分布在Ⅰ级平台前缘，故从技术和经济角度可采用清方减载的方案，但考虑学校Ⅰ级平台为学生主要的活动场所之一，且学校的土地资源相对紧缺，经征求校方意见，认为采用清方减载的方案不可行。

6 结 语

在“5.12”大地震后，江口小学不稳定斜坡表面形成大量下错、拉张裂缝，在暴雨条件下，地表水从地表裂缝流向坡体内。由于斜坡上部土层结构松散，欠固结，透水性较好，致使土体饱和，自重加大，潜在滑动面处的土体抗剪强度降低，从而使土体沿斜坡向下缓慢滑移，有利于潜在滑动面的进一步形成及贯通，最终导致斜坡失稳。江口小学不稳定斜坡一旦变形失稳，就可能产生整体滑坡或局部滑坡，将直接危及斜坡上部操场上的师生、中部与后缘的教学楼、办公楼、教工宿舍以及其中教职员工及师生。同时造成高江路(该道路是江口镇至高观的重要道路)堵塞，甚至可能对闻溪河造成一定的堵塞，形成“堰塞湖”，该斜坡的潜在危险性大，通过截排水和抗滑支挡相结合的综合治理工程措施，目前坡体是稳定的。

［1］程建军，廖小平，王浩等．滑坡推力计算方法的对比研究与应用［J］．水文地质工程地质，2008(1):44～48．

［2］王恭先，徐峻龄，刘光代等．滑坡学与滑坡防治技术［M］．北京:中国铁道出版社，2004:94～106．

［3］黄润秋．20 世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制［J］．岩石力学与工程学报，2007，26(3):433～455．

［4］时卫民，郑颖人，唐伯明．滑坡稳定性评价方法的探讨［J］．岩土力学，2003，24(4):245～255．

［5］周海清，刘东升，陈正汉等．基于传递系数法的滑面指标反算方法的研究［J］．地下空间与工程学报，2010，6(6):1161～1167．