根达坎滑坡稳定性分析

杨啡，邓辉，杨迪惠

（1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059；2.四川核工业地质局281大队，西昌 615000）

暴雨或连续降雨一直是诱发滑坡的重要因素，一般情况下，其主要破坏原理为暴雨或冰雪融水形成的径流，顺坡面沿坡体的节理、裂隙和破碎带渗入斜坡岩土体内，产生动、静水压力，并降低岩土体的粘聚力和内摩擦角，使斜坡的抗滑力减小，最终导致滑坡［1－2]。本文通过根达坎滑坡在降雨条件下的稳定性变化来研究暴雨对坡体的影响，发现坡体在暴雨工况下蠕滑现象将进一步加剧并可能再次发生滑动，可以在滑坡前缘堆载反压，在坡顶和坡表上设置截排沟，防止雨水进入滑坡体；同时对后缘变形明显部位采用预应力格构锚联合支护形式，同时加强监测工作。

1 滑坡区概况

1.1 地形地貌

根达坎滑坡位于云南省德钦县北西方向佛山乡溜筒江行政村澜沧江上游河段右侧，左侧为214国道。澜沧江上游河段河谷总体呈北西向展布，江水由北向南流，河谷深切，两岸岸坡自然坡度一般为20°～45°，局部为悬崖峭壁，部分河段河谷较宽阔，阶地发育。滑坡高程2 060～2 800 m，规模纵横向约800 m×700 m，推测方量5 000×104m3，属巨型滑坡（图1）。高程2 500 m以上地表植被发育，地形较完整，地形坡度呈20°～30°，滑坡前缘剪出口高于江面60 m，剪出口以下基岩裸露，地形坡度较陡，一般40°～50°，剪出口前缘临空面较好，两岸支流发育，形成沟梁相间的地貌形态。根达坎滑坡特征明显，平面形态呈舌形，后缘显现圈椅状，滑坡后缘及边界发育多条拉张裂缝（图2）。根达坎堆积体规模巨大，坡体结构松散，滑底面较平缓，在连续降雨条件下可能加剧变形，失稳产生滑动，掩埋214国道，危及下游人民的生命财产安全。

图1 根达坎滑坡地貌形态

图2 根达坎滑坡区平面示意图

1.2 地质构造

根达坎滑坡地处青藏高原东南，是滇藏地质构造转折衔接的重要部位，是地质构造强烈挤压地带。新生代时期，地质构造活动强烈，断裂构造发育，相应构造线发育形迹特点是：以北北西为主，次为北西向和近南北向。研究区内位于地震动峰值加速度0.10 g区，相应地震基本烈度为Ⅶ度。研究区出露地层岩性主要为二叠系的轻度变质岩，岩层近直立倾向坡内，岩层产状NE∠80°。坡体后缘存在拉裂陡坎，发育多条拉张裂缝，裂缝宽度较小并充填细小砾石及粉质黏土。

1.3 地层岩性

根达坎滑坡的地层岩性主要由第四系坡、冰积层（Qdl＋fgl）和二叠系下统吉东龙组第二段第二层（P1j2－2）及第三段（P1j3）板岩组成。根达坎坡体主要由坡积层、崩积层，冰水堆积层及冲积层组成，岩性为砂土、黏土和砾石，堆积体固相可简单地看做由“二元介质”组成，即软弱的砂土和坚硬的角砾石，砂土为基质，角砾石为填充物，而角砾石级配较为宽阔。滑动带由粉质黏土夹细砾组成，粉质黏土含水量较高，C，φ值较低。经地质钻孔、平硐勘察的滑面埋深变化较大，垂直等高线方向，从高到低，深度由浅到深，滑面的平均埋深在70～80 m左右（图3）。滑坡体下伏基岩表层风化较严重，破碎，物理力学性质差，抗压、抗剪强度较低，在暴雨条件下易于饱水产生冲蚀破坏。

1.4 气象、水文条件

滑坡研究区内受澜沧江流域影响，夏季潮湿多雨，雨季集中在在7、8月份，日降雨量可达50 mm。由于冰雪融水及大气降水集中，可能导致滑坡变形加剧。坡面降水一部分通过表面径流汇入河流，一部分通过裂隙下渗补给地下水，转变为地下渗流水。地下水主要接受大气降水的垂直入渗补给及冰雪融化水，总体径流方向由北西向东南，以裂隙下降泉的形式排泄于滑坡前缘的冲沟，泉水出露点高程2 200 m，澜沧江面水位2 060 m，澜沧江两岸地下水位高于江水，澜沧江为区内的最低排泄基准面，地下水径流条件较好。

2 滑坡变形特征

图3 根达坎滑坡区地质剖面图

滑坡体坡面上纵、横发育大量的裂缝，追踪裂缝发育的方向，基本可圈闭为滑坡边界线。后缘陡壁出现了覆盖层错台现象，前缘靠近左右冲沟两侧有少量裂缝，裂缝张开度较小，方向大致与主滑方向平行。在高程2 150 m的平硐深处揭露有一层灰黑色、棕黄色、褐红色高塑性黏土接触带土，接触带土中见大量的磨砾，磨砾石磨圆度好，次圆状－圆状，具定向排列，为堆积体缓慢蠕滑变形的滑动带。物质组成以冰水堆积为主，韵律结构不明显，堆积体物质成分主要为含孤石的块石、碎石质粉土。冰水沉积层中夹有多层碎石、块石层，结构松散，局部密实。据勘探资料，该堆积体厚度一般为70～80 m。初步估算滑坡堆积体方量达3 000×104m3以上。目前滑坡堆积体总体处于蠕滑变形状态，由于雨季持续降雨，滑坡堆积体稳定性将进一步恶化，加剧堆积体的变形。

3 滑坡形成机理

根达坎滑坡整体在空间上呈圈椅状，后缘可见拉裂陡坎并发育多条拉张裂缝，边界裂缝较为明显，见图2。根据平硐和钻孔资料显示，滑坡滑面形态随高程降低由陡变缓，靠近剪出口部位滑带清晰可见，滑底面较平缓，剪出口前缘临空面发育较好。滑面上覆坡体结构松散，坡体主要由冰水堆积层及冲积层组成，岩性为砂土、黏土和砾石。在降雨集中条件下，雨水通过坡表裂缝入渗到坡体内部，软化滑带土，降低粉质黏土的黏聚力和内摩擦角，使坡体提供的抗滑力减小从而产生滑动。根据滑坡的地形地貌及变形迹象推测坡体曾经发生过下滑，前缘坡体在自重和降雨的作用下失稳滑动带动后缘拉裂，滑面贯通产生变形滑动，形成蠕滑－拉裂式滑坡。目前处于暂时稳定的阶段，但坡体在连续降雨条件下可能导致裂缝加剧变形，降低坡体的稳定性。

3.1 稳定性计算模型

GeoStudio（SLOPE／W）软件基于坡体条分的极限平衡理论，稳定性计算采用极限平衡理论的不平衡推力传递系数法公式进行稳定性计算（图4）。

图4 不平衡推力传递系数法计算简图

式中，ψi为第i块段的剩余下滑力传递至i＋1块段时的传递系数（j＝i）即：ψi＝cos（θi－θi＋1）－sin（θi－θi＋1）tanφi＋1；Wi为第i个条块的自重；Ti为第i个条块的下滑力；Ri为第i个条块的抗滑力；θi为第i个条块滑动面倾角；ci为第i条块黏聚力，k Pa；φi为第i条块内摩擦角，（°）；Li为第i条块滑面长度，m；A为地震加速度系数；RDi为渗透压力垂直滑面的分力；TDi为渗透压力平行滑面的分力；ru为孔隙压力比。

3.2 计算剖面的确定

根据钻探及平硐资料共测绘两个剖面，纵向主剖面（如图3）。结合现场情况，地层资料和岩层产状，采用GEO－SLOPE边坡稳定性计算软件指定滑面方法进行验算，采用极限平衡理论的不平衡推力传递系数法公式进行稳定性验校核，工况计算简图见图5。

图5 根达坎堆积体稳定性计算剖面图

根达坎滑坡稳定性计算参数依据剪切试验结果和反演分析指标，综合经验指标来确定坡体稳定性分析的物理力学参数，有关参数见表1，计算模型如图6所示。

表1 坡体物理力学计算参数

图6 滑坡稳定性计算模型

3.3 稳定性计算工况

工况一：天然状态

不利工况二：自重＋暴雨（饱和状态）

不利工况三：自重＋暴雨＋地震（校核工况，动力水平向峰值加速度采用50 a超越概率5%的峰值加速度0.168）

根达坎滑坡治理的保护对象为214国道，根据《公路路基设计规范》（JGT D30－2004）第7.2.2条第1款有关规定，判断坡体的安全系数标准分别为［3]：

工况一：自重（天然状态）为1.3

工况二：自重＋暴雨（饱和状态）为1.2

工况三：自重＋暴雨＋地震为1.05

通过在GEO－SLOPE边坡稳定性计算软件中建立滑坡模型，划分地层单元，设定岩土体参数，采用不平衡推力传递系数法计算得出该滑坡在3种工况条件下的安全系数结果（表2）。

表2 滑坡安全系数计算结果

计算结果表明，Ⅰ－Ⅰ′剖面在天然工况下安全系数在1.283～1.309之间，处于稳定状态；暴雨工况下安全系数在1.160～1.198之间，地震工况安全系数在1.012～1.042之间，这两种工况条件下均处于基本稳定状态；Ⅱ－Ⅱ′剖面在天然工况下安全系数在1.294～1.311之间，处于稳定状态；暴雨工况下安全系数在1.159～1.184之间，地震工况安全系数在1.038～1.056之间，这两种工况条件下均处于基本稳定状态。

4 数值模拟与不稳定计算

FLAC3D是国际通用的岩土工程专业分析软件，具有强大的计算功能和广泛的模拟能力，尤其在变形问题的分析方面具有独特的优势［6]。针对该研究区内滑坡的变形破坏，采用有限差分软件FLAC3D进行三维数值模拟分析，具有形象直观的特点，便于分析滑坡特征的变形破坏。

（1）模型范围

根据滑坡勘察数据资料，在CAD中绘制平面模型，导入ANSYS中建立三维模型，并网格化，利用ANSYS－FLAC3D接口程序，生成如图7的计算模型。计算模型范围，垂直河流方向（Y轴方向，指向河流为正）宽1 500 m，顺河方向（X轴方向，指向河流上游为正）长950 m，铅直方向（Z轴方向，向上为正）高程2 000～3 100 m。

（2）岩性及本构模型

为了方便计算，对该滑坡的三维模型进行了概化，模型从上至下依次为滑坡堆积体、滑动带、板岩，岩层物理力学参数见表1。计算模型采用岩土工程中应用最为广泛的Mohr－Coulomb弹塑性模型。

（3）边界条件及初始条件

下部固定约束，左右两侧法向约束，厚度方向前后侧面法向约束，上坡面为自由边界，全场自重应力通过重力加速度g＝9.81 m／s2施加。

（4）单元及节点数目

经过网格划分，计算模型如图7，模型共有477 027个单元，85 894个节点。

图7 根达坎滑坡三维模型

（5）收敛标准

计算根达坎滑坡的不稳定变形过程中，地表径流的冲刷以及侵蚀对坡表造成的变形无法定量化，为了便于计算，取土体饱和点为变形最大点。在暴雨工况条件下，计算过程采用体系最大不平衡力与典型内力的比率R小于定值10－5作为收敛标准，达到收敛标准，变形计算终止。经过收敛计算，滑坡整体不稳定变形见图8～9。

图8和图9分别为堆积体所在斜坡在天然状态和降雨状态下的三维整体位移云图。计算结果显示，在暴雨工况条件下，滑坡表层堆积体的变形轮廓明显，靠近滑坡后缘的蠕滑位移明显。在高程2 700 m的滑坡中后缘产生最大0.32 m的拉张位移，是天然状态下（最大达0.14 m）的2.3倍，高程2 300 m的坡体中部也有少量圈闭的拉张位移（图9），这说明降雨对滑坡堆积体的影响较大，滑坡在降雨条件下出现失稳破坏的可能性较天然状态大。并且变形位移随高程的降低而减少，结合滑坡调查产生的张拉裂缝，本次模拟计算与实际情况较为符合。

图8 天然状态下整体位移云图

图9 饱和状态下整体位移云图

图10为堆积体所在斜坡在降雨状态下的三维剪应变增量等值线图。从表面上看，剪应变增量较大的部位主要集中在滑坡堆积体后缘和侧缘边界上以及滑坡堆积体后前缘，据此可判断在降雨状态下最有可能先发生破坏的部位主要集中在滑坡堆积体后缘，随着蠕滑位移量的增大，滑动面逐渐贯通，滑坡整体从而产生“拉－压－剪”的推移破坏模式，由此说明降雨对滑坡堆积体的稳定性将产生较大影响。

5 滑坡治理措施建议

结合上文计算结果，滑坡在天然工况下处于稳定状态，在暴雨工况下处于基本稳定状态，坡体在暴雨状态下中部和后缘位移变形明显。为确保滑坡安全稳定，建议措施为在滑坡前缘堆载反压，在坡顶和坡表上设置截排沟，防止雨水进入滑坡体；同时对后缘变形明显部位采用预应力格构锚联合支护形式，以保证214国道及下游人民的生命、财产安全。

图10 饱和状态下剪应变增量等值线图

6 结论

（1）该滑坡体主要为坡积层和冰水堆积体，成分相对较简单，堆积体厚度随高度减小而增加，堆积体边界及滑坡后缘发育多条拉张裂缝，属蠕滑－拉裂型滑坡。

（2）该滑坡通过计算表明在天然工况下安全系数较高，整体处于较稳定状态；在暴雨工况和地震工况下，安全系数降低，滑坡体处于基本稳定状态。通过暴雨工况条件下的三维数值模拟，结果显示滑坡后缘的变形量明显，坡体可能沿纵剖面向产生新的拉张裂缝，危及214国道。

（3）由于计算参数的取值有较高的可信度，所以计算结果与实际情况基本吻合。该滑坡在暴雨或连续降雨的情况下，坡体蠕滑现象将进一步加剧并可能再次发生滑动，建议措施为在滑坡前缘堆载反压，在坡顶和坡表上设置截排沟，防止雨水进入滑坡体；同时对后缘变形明显部位采用预应力格构锚联合支护形式，同时加强监测工作，以保证214国道及下游人民的生命、财产安全。

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［5]李智毅，王智济，杨裕云，等.工程地质基础［M].武汉：中国地质大学出版社，1990.

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