基于某工程实践的花栗树包滑坡Ⅰ稳定性分析与评价

2014-08-16鲁玉芬方从严吴贵琴

宿州学院学报 2014年11期

鲁玉芬，方从严，吴贵琴，开明

1.芜湖职业技术学院建筑系，安徽芜湖，241003； 2.湖北省地质勘查基础工程公司，湖北武汉，430000； 3.芜湖市勘察测绘设计研究责任有限公司，安徽芜湖，241003

鲁玉芬1，方从严1，吴贵琴2，开明3

以花栗树包滑坡Ⅰ的工程实践为例，通过整理相关勘察资料、岩土试验等资料，分析了该滑坡的基本情况、滑坡体的物质组成、结构特征及物理力学性质；探讨了该滑坡的破坏机理；用极限平衡法对该滑坡体的稳定性进行了计算，并对它在不同工况条件下的稳定性进行分析、评价与预测。

花栗树包滑坡Ⅰ；稳定性；分析与评价

本文研究的花栗树包滑坡由三个独立的滑坡Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组成，位于湖北省兴山县香溪河左岸峡口新集镇游峡路，复建兴(山)秭(归)公路在滑坡Ⅰ前缘、滑坡Ⅲ后缘通过。该花栗树包滑坡为一经过多次变形而形成的老滑坡，目前处于局部复活变形阶段。在暴雨状态下处欠稳定状态，一旦失稳，危及对象多，灾情极为严重。尤其是其中的花栗树包滑坡Ⅰ，面积(4.5×104) m2，为中型土质滑坡。已有资料显示，每逢暴雨，花栗树包滑坡Ⅰ多次出现滚石伤人事件，并影响到滑坡外围村庄居民的安全出行。根据危害对象和直接经济损失情况，确定花栗树包滑坡Ⅰ防治工程等级为Ⅲ级。本文主要研究花栗树包滑坡Ⅰ的稳定性。

1 滑坡基本情况

1.1 地形地貌

花栗树包滑坡Ⅰ总体呈凸形缓坡，平均坡度约27°；滑坡区内微地貌较明显，有次级冲沟，陡坎发育。后缘呈圈椅状，陡壁不明显，主滑方向为159°，滑坡地形呈前陡后缓形态，滑舌有较明显的外凸现象。滑坡体前缘直抵螃蟹沟及游峡路，高程为194～215 m，坡角为30°～40°；后缘高程为290～295 m，坡角为22°～25°。滑坡体前陡后缓，前缘坡度变化大，后缘为坎高1～2 m的人工梯田，滑坡坡堆积体后侧为基岩逆向坡，地形坡度25°～35°。

1.2 滑坡体的物质组成及物理力学性质1.2.1 滑体

花栗树包滑坡Ⅰ滑体主要包括含碎石粉质粘土、碎块石土，现分别描述如下。

(1)含碎石粉质粘土：呈灰黄色或红褐色，饱和、可塑-硬塑状态，切面光滑，干强度高，高韧性。夹30%～45%的碎块石，碎块石的成分为粉砂岩、粉砂质泥岩，粒径一般为4～5 cm，最大块径超过1 m，滑坡体内大部分地段均有分布，土石比为7∶3～6∶4。

(2)碎块石土：碎块石土为杂色、稍湿、密实状态，成分主要为长石砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩。块径一般为20～30 cm，最大超过1 m，呈中-微风化状态。夹15%左右的粉质粘土，呈饱和、软-可塑状态，切面光滑，干强度高，高韧性。滑坡体内大部分地段均有分布，土石比为2∶8～4∶6。

花栗树包滑坡Ⅰ滑体物质包括粉质粘土、含碎石砾石粉质粘土、碎块石等，滑体物质组成粗细颗粒含量、粒径变化范围极大，结构不均一，且土体密实度不一，因而土体的物理力学性质变化较大。

1.2.2 滑带

滑带土主要为粉质粘土，呈灰褐色，切面光滑，含10%～15%左右的角砾，角砾粒径一般为0.2～2 cm。角砾有机械磨圆的痕迹，具有明显的剪切挤压和滑动特征，局部可见砾石的定向排列，在探井中的土体内可见摩擦镜面和擦痕。勘察阶段,对滑带原状土样进行了常规物理力学试验、抗剪强度试验和颗粒分析试验，试验结果见表1。

表1 滑带土主要物理力学性质统计表

表1显示，由含水量、孔隙比以及塑、液相关指标说明该滑带土为饱和、可塑、局部软塑状态，压缩系数与压缩模量说明该滑带土的压缩性较高，由抗剪强度指标说明干强度高、韧性高。

根据滑带土颗粒分析试验可知，滑带土主要由粉质粘土、砾、砂等物质组成，其中，小于0.075 mm细粒含量为30.9%～57.9%，小于1 mm的砂粒含量为7.02%～27.95%，大于2 mm细砾级含量为25.11%～56.18%，基本不含大于60 mm的卵石颗粒，室内分别定名为含砾、砂粉质粘土和粉质粘土。这种物质组成决定其具弱透水性。

1.2.3 滑床

滑床为长石砂岩与粉砂质泥岩互层，一般与滑带直接接触的滑床主要为紫红色粉砂质泥岩，呈薄层-中厚层状，风化较为强烈，强风化层厚度一般为0.4～2.9 m；砂岩呈灰黄色，中厚层-巨厚层状，抗风化能力较强，强风化层厚度较薄。

勘察阶段,对滑床岩样进行了常规物理力学指标试验，具体物理力学参数见表2。

表2 滑床物理力学参数成果表

表2显示，该滑床土的孔隙率、吸水率比较大，说明岩石力学性质较差，渗透性较大，抗风化能力较差；软化系数较小(<0.75)，说明岩石吸水饱和后，抗压强度降低越多，岩石软化性越强；粉砂质泥岩属极易软化岩石，岩体基本质量等级为Ⅳ级；长石砂岩属较硬岩，但其裂隙较发育，基本质量等级为Ⅲ级。

2 影响滑坡稳定性的主要因素

影响花栗树包滑坡Ⅰ稳定性的内因是滑坡的地形、地貌、水文地质与工程地质环境、滑坡体物质组成、结构及其空间分布等，外因是暴雨及暴雨期间坡脚的冲刷等。

2.1 地形地貌

滑坡区处于中等切割丘陵沟谷区，局部斜坡坡度大，由于雨水冲刷侵蚀，局部形成陡坡地形，加上后期人工改造，滑坡区具备较大的高差，为滑坡失稳提供了条件。

2.2 滑坡体的工程地质环境

滑坡区滑体岩性为含碎块石粉质粘土和碎块石层，下部滑床主要为粉质粘土，总体上呈滑体硬、滑面软的上硬下软结构，在多种因素诱发下，滑带土易产生局部、整体的流塑变形，从而导致堆积体沿软弱带失稳、下滑变形。

2.3 暴雨

滑坡所在地兴山县属大陆性季风气候区，夏季酷热与暴雨频繁等变化性气候。暴雨多，降雨时间长，丰富的雨量成为地下水的主要补给源。降雨入渗，使得土体水饱和，增加了岩体重力和下滑力；再加上碎块石土碎石含量高，块径大，局部还有架空现象，地表水易沿孔隙下渗，地下水在垂直循环时受滑带土相对隔水层的阻隔，使地下水沿滑带表面向坡下流动，从而使潜在滑移面饱水，强度降低。随着软弱结构面的贯通，最终可能发展为沿滑带的整体滑动。暴雨是斜坡失稳的主要触发因素。

2.4 洪水冲刷

滑坡前缘坡度均较陡，且都紧邻冲沟，在暴雨时期，洪峰流量大，因而在行洪时冲刷淘蚀作用极强。从现场看，局部块石、漂石间的细粒土被掏空，呈块石架空结构的潜在不稳定结构体。这种直接的冲刷淘蚀作用，将使滑坡体前缘的土体稳定性大为降低，对整个滑坡体的稳定性产生较大影响。

3 滑坡稳定性分析与评价

3.1 滑坡稳定性分析

滑坡稳定性分析方法主要有极限平衡法、数值分析法、工程地质类比法以及模糊综合判别法等。由于极限平衡法简化假设条件，分析计算工作得以大大简化，在工程实践中被广泛应用[1-14]。因此，本次滑坡稳定性分析也采用极限平衡法。

分析时，将该滑坡按186°方向Ⅰ-Ⅰ剖面和159°方向Ⅵ-Ⅵ剖面建立模型，进行计算(图1、图2)。

图1 Ⅰ-Ⅰ剖面分析条块图

图2 Ⅵ-Ⅵ剖面分析条块图

在滑坡分析与计算中，滑面的粘聚力C和内摩擦角φ是非常重要的计算参数，参数选择合理与否，是评价稳定性的关键所在。本文采用地质勘测分析、反演分析以及参考类似工程经验等方法，进行参数取值。

3.1.1 地质勘测

根据滑体土现场试验结果，花栗树包滑坡Ⅰ滑体天然重度变化较大，试验值为20.5～21.0KN/m3，饱和重度为21.4～21.7KN/m3，考虑到滑体堆积物主要由碎块石土组成，局部夹有大块石，因此，重度建议值为：天然状态为21.0KN/m3，饱和状态为21.5KN/m3。

滑带土抗剪参数的取值以室内试验为基础，参考反演分析结果等进行确定(表3)。

表3显示，由天然状态到饱和状态，该滑带土的抗剪强度参数值均减小，说明随着岩石含水率的增加，其抗剪强度参数降低，说明水对岩石抗剪强度有明显的弱化作用，因此水是导致该花栗树包滑坡Ⅰ产生破坏的直接原因之一。

表3 滑带土抗剪强度指标统计表

3.1.2 反演分析

根据勘察分析，该滑坡目前没有整体滑动，但变形明显。花栗树包滑坡Ⅰ局部出现小型溜滑，处于极限平衡状态。按《岩土工程勘察规范》中推荐的极限平衡剩余推力法进行抗剪强度参数反演计算(表4)[5]。

表4 抗剪强度指标统计表参数反演分析成果表/Ks值

由于该滑坡目前处于蠕变状态，根据《岩土工程勘察规范》，综合分析花栗树包滑坡体的地质条件、滑体及滑带土的物理力学参数、试验及反演分析结果，并类比相似工程实践经验，确定滑坡稳定系数可取Ks=1.00，滑带土体力学参数C=24 kPa，φ=18°。

3.2 滑坡稳定性评价3.2.1 计算工况

该滑坡为不涉水滑坡, 根据水文观测，在无雨季节，地下水接近滑带位置，在遭遇降雨后水位上升较快，可达到滑体厚度一半的位置。计算时，取天然工况地下水位为滑带滑体交界面，10年一遇暴雨工况取水位为滑体厚度一半位置。计算工况如下:

工况1 自重+地表荷载；

工况2 自重+地表荷载+10年一遇暴雨。

3.2.2 计算结果

运用理正软件，采用传递系数法，计算Fst和Ks，计算结果见表5。

由表5可知，花栗树包Ⅰ滑坡在沿186°方向稳定系数较大，无论是工况1还是工况2都不会产生整体的滑移破坏(沿186°方向主要的破坏模式为崩塌)。沿159°方向在天然工况下稳定系数较低，说明目前是欠稳定的，安全储备很低。

在遭遇年暴雨状况下，稳定系数为0.998，滑坡Ⅰ将处于失稳状态。

表5 滑坡稳定性计算成果表

3.2.3 敏感度分析

该滑坡为非涉水滑坡，影响其稳定性的因素主要是降雨和其自身的土体物理力学性质。降雨入渗，改变了地下渗流场，导致斜坡稳定性降低。根据整体稳定性计算，遭遇20%暴雨时，坡体稳定系数下降达0.08～0.1，对整体稳定影响极大。φ值对坡体稳定性影响较C值敏感：滑坡的C值提高1 kPa时，稳定系数提高0.013；φ提高1°，稳定性系数提高0.036。φ值对滑体的稳定性影响是C值的2.77倍。