基于Geo-Slope的土质滑坡稳定性分析

童建波，何 坤

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

0 引 言

芦山地震后，地震区滑坡、泥石流与崩塌等地质灾害加剧，加之震区降雨集中，导致地质灾害时有发生，严重影响了该地区人民的生命财产安全及当地的经济建设.本研究以震区某土质滑坡为例，运用Geo-Studio 中的Slop/W 模块，结合该滑坡地质环境条件，分析评价了该滑坡体在天然、暴雨与地震3 种工况下的稳定性［1－5］.

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区处于川西高原与四川盆地的过渡带，地跨扬子陆块区与羌塘—三江造山系2 大一级构造单元.地形上严格受构造控制，为典型的高山峡谷地貌，地形特点为西高东低，境内大渡河由北向南流动.区内平均海拔在2 000 m 左右，最高点为大雪山主峰贡嘎山，海拔7 556 m.沿大渡河两岸支沟发育，与大渡河呈正交分布，在其交汇处多形成泥石流扇或冲洪堆积地貌，河谷或沟谷均呈“V”字型，谷缘到谷底的相对高差较大，一般在2 000 ～3 000 m 之间.

研究对象的滑坡区属高山缓脊峡谷地貌，主要以斜坡、陡坎与缓坡平台地貌为主，地形一般在28 °左右.不稳定斜坡为村民聚居区，以阶梯状旱地与居民民房为主，部分地方为灌木丛，在斜坡底部和中上部有村道经过.滑坡前缘高程为1 913 m，后缘高程为2 002 m，最大高差约89 m.

1.2 地层岩性

研究区出露地层主要为第四系残坡积层(Q4el+dl)，基岩为三叠系上统须家河组(T3xj).从上至下大致分为:

1)第四系残坡积层(Q4el+dl).碎石土，厚度约为3 ～12 m，灰黑色，松散～稍密，干燥～稍湿，碎石石质成分为强风化～中风化砂岩和页岩，棱角状，粒径多2 ～10 cm，表层为耕植土.

2)三叠系上统须家河组(T3xj).海陆交互相含煤沉积，以灰色石英砂岩、长石石英砂岩、厚层砂岩、薄层砂岩及粉砂岩为主，夹泥岩、煤层及透镜状菱铁矿层，厚约600 m.

滑坡区出露均为灰色砂岩与页岩，产状为285°∠42°.

1.3 地质构造及地震

研究区经历了晋宁运动、澄江运动、海西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等多期次构造运动，形成了川滇南北向构造带、北东向龙门山构造带及北西向构造带.

该区地处青藏高原地震区的鲜水河地震带、安宁河地震带及龙门山地震带交汇部位，其中，鲜水河地震带地震活动最强烈，对本区的波及和影响较大，其他2 个地震带的影响相对较弱.根据地震资料统计，研究区外围300 km 范围内自1216年以来，共记载7.0 ～7.9 级地震7 次，6.0 ～6.9 级地震21 次，5.0 ～5.9 级地震71 次.

根据国家标准GB18306－2001《中国地震动参数区划图》，该区地震基本烈度调整为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.3 s.

1.4 水文地质条件

研究区地下水主要以松散层孔隙水与基岩裂隙水的形式赋存.孔隙水主要赋存于第四系残坡积体碎石土覆盖层中，直接接受大气降水补给，并向地势低洼和基岩裂隙处运移，在斜坡底部有下降泉出露;基岩裂隙水赋存于三叠系上统须家河组(T3xj)裂隙中，补给来源主要是大气降水和第四系孔隙水.地下水径流与区内气象、水文关系密切，同时又受地形地貌、地层岩性及地质构造等控制，一般以浅部或谷坡地带径流、运移，途径短，循环深度浅，在含水层被割的沟谷，以下降泉形式排泄，转化为地表水为其主要特征.

1.5 气象水文

研究区属大陆性季风高原型气候，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温16.5 ℃.5月至10月受西南季风气流控制，空气暖湿，雨量逐渐增多，降雨量占全年的90%以上.在丰雨期，大量降雨是滑坡的主要诱发因素，特别是历时长、强度高的降雨过程.雨水渗入地下后，使岩土体水分饱和、软化，降低了岩土体的抗剪强度并增强了岩土体的容重.同时，地下水的动水压力和静水压力，随着地下水位的升高及流速加大而增大，很容易诱发滑坡.

1.6 人类工程活动

据现场实际调查，滑坡区人类工程活动主要为村民农耕、修筑民房和乡村公路.其中，用块石堆积的阶梯状旱地，土体结构松散，透水性强;修筑民房和乡村公路开挖断面大，工程弃方随地堆积等.这些工程活动均不利于滑坡区的稳定性.

2 滑坡区基本特征

2.1 滑坡区边界、规模与形态特征

滑坡区全貌图如图1 所示.滑坡平面呈长条状，主滑动方向为338 °，地形坡度约23 °，滑坡前缘以公路开挖形成的陡坎断面为界，其高程为1 913 m，左侧以出露的页岩和砂岩为界，右侧以页岩出露形成的山脊为界，后缘以陡坎为界，其高程为2 002 m，前后缘相对高差约89 m，横向宽约75 m，纵向长约210 m，面积约为1.2 ×104m2，平均厚度为7.8 m，体积约为9.4 ×104m3，为小型土质滑坡.

2.2 滑体特征

图1 滑坡区全貌示意图

滑坡区的滑体为第四系残坡积层(Q4el +dl)，位于2 个山脊之间，左右两侧均有基岩出露，平面呈长条状.根据地质钻探揭露，滑坡前部为碎石土，厚约5.5 m，黄褐色，稍湿，松散，石质成分以中风化的砂岩为主，棱角状，粒径主要集中在2 ～12 cm，最大粒径约30 cm，剩余为粉质黏土，表层1 m 左右为耕植土，结构松散;滑坡的中后部1 m 左右为耕植土，黄褐色，干燥～稍湿，硬塑～可塑，含植物根系，2 ～9.2 m 为碎石土，灰色，干燥～稍湿，松散，石质成分以中风化的砂岩为主，棱角状，粒径主要集中在4 ～15 cm.

整个滑坡体覆盖层厚度纵向看主要集中在5.5～9.2 m 区间，其中，表层0 ～1 m 为耕植土，为人工用块石堆积形成的阶梯状旱地，结构松散，1 m 以下为杂乱堆积的碎石土，易于地下水的渗入.可见，滑坡体为居民居住区和耕地，人工改造对坡表地貌影响较大，使坡体呈阶梯状台地地貌.坡体上多处地下水出露水，对坡体的稳定性影响较大，尤其在底部与基岩接触带含水量高，强度较低，易形成软弱带，产生压缩变形和侧向挤压变形，稳定性差，在不利条件作用下极易产生滑动.

2.3 滑动带及滑床特征

滑动带主要分布于滑坡体底部与基岩接触带，根据钻探岩芯揭露滑带土为软弱带，厚度0.1 ～0.2 m，埋深5.4 ～9.2 m，岩芯软，含水量高，呈软塑～可塑状，手捏有较强的滑感.软弱带土体的强度较低，尤其是受地下水浸泡影响，其抗剪强度低，稳定性差，在不利条件的作用下容易产生滑移变形.

滑坡区滑床为三叠系上统须家河组(T3xj)页岩与砂岩，滑坡区右侧山脊出露大面积页岩，滑坡区左侧和后缘砂岩出露，岩层产状为285 °∠42 °，层面与坡体斜交，对滑坡稳定性影响不大.

2.4 滑坡变形特征

滑坡区前缘较缓，中部坡度较陡，后缘较缓.在2008年汶川地震以前，该地区房屋就有开裂迹象，汶川地震后，房屋裂缝扩大，特别是在雨季之后，房屋裂缝变形迹象明显.2013年芦山地震后，许多新修砖瓦房经历过一次雨季之后，其地面和墙面出现拉裂缝，甚至有的墙面出现倾斜.整体上来看，滑坡后缘房屋裂隙较多，其变形较其他地方强烈，整个滑坡体都有缓慢蠕动变形的迹象，据此推测该滑坡区处于蠕动变形阶段.

3 滑坡稳定性分析

3.1 计算模型

图2 滑坡体剖面图

Slop/W 模块以极限平衡理论为基础，利用力和力矩平衡计算边坡失稳的安全系数.极限平衡理论假设为:对滑面包含的所有土的强度参数的内聚力和内摩擦角的折减是同一安全系数，所有条块的安全系数相同.该滑坡横向宽约75 m，纵向长约210 m，岩土体性质变化小，故通过实验数据，工程地质类比与反演，综合取值确定的平均容重、平均内聚力、平均内摩擦角作为整个滑坡稳定计算的强度参数.

根据钻孔资料和滑坡边界特征在Slop/W 模块中建立该滑坡稳定性计算模型.该滑坡区滑坡地质剖面如图2 所示.模型中滑面为指定的折线形滑面，岩土体本构模型采用Mohr-Coulomb 模型，采用摩根斯坦—普瑞斯(Morgenstern-Price)法、毕肖普(Bishop)法、简布(Janbu)法、一般方法(Ordinary)计算稳定性.

3.2 计算工况

根据滑坡区的地质环境背景及形成机制，计算中主要考虑暴雨与地震因素，稳定性计算评价采用以下3 种工况类型:①工况1，自重;②工况2，自重+暴雨;③工况3，自重+地震.

3.3 计算参数

根据实验数据及相关工程类比，综合确定了该滑坡体的物理力学参数表1 所示.

表1 滑坡体稳定性计算值

3.4 稳定性计算

根据稳定性计算模型、工况及计算参数，利用Slop/W 模块计算了该滑坡体在3 种工况下的稳定性，其滑坡安全系数如表2 所示.

表2 滑坡安全系数结果

由表2 可见，4 种计算方法中:Bishop 法计算的安全系数最大，偏安全;Janbu 法计算的安全系数最小，偏不安全［1］.通常，Bishop 法适用于圆弧形滑面的滑坡，Janbu 法适用于复合型滑面的滑坡.由于该滑坡区为沿基覆界面滑动的土质滑坡，因此采用Janbu 法计算较符合实际情况［2］.从计算结果中可以看出，该滑坡体在天然及地震工况下，处于基本稳定状态;在暴雨工况下，处于欠稳定状态.这与滑坡稳定性受降雨影响大致吻合.

4 结 论

通过对滑坡区基本特征的分析，定性和定量的稳定性评价，可以得出以下结论:

1)该滑坡区为一小型土质滑坡，坡体变形主要为拉张裂缝，整体稳定性受降雨影响大.滑体为碎石土，透水性好，滑带为可塑～软塑黏土.在雨季，雨水易沿着坡体下渗到基覆界面，并向坡脚渗流，在水的软化作用、沿滑面向下的动水作用、垂直滑面向上的静水压力作用下，滑带土抗剪强度减小，滑体的下滑力增大，滑坡的稳定性降低，滑坡可能由蠕滑变形发展成为整体的失稳破坏.

2)由滑坡区的稳定性计算可知，在天然及地震工况下，滑坡区处于基本稳定状态;在暴雨工况下，滑坡区处于欠稳定状态.可见，该滑坡区受降雨的影响较大，需要采取相应的防治措施，如修建截排水沟与抗滑桩等.

［1］郑涛，张玉灯，毛新生.基于Geo-Slope 软件的土质边坡稳定性分析［J］.水利与建筑工程学报，2008，6(1):6－8.

［2］张克恭，刘松玉，等.土力学(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2005.

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［4］林贤蓬.基于Geo-Slope 的某滑坡堆积体稳定性分析［J］.中国水运，2010，10(2):121－122.

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