重庆某山体滑坡成因及稳定性分析

侯家其,陈 聪

(重庆交通大学 河海学院，重庆 400074)

1 概述

滑坡是一种在自然条件因为某种诱发因素造成边坡滑动的自然现象[1]。滑坡主要发生在降雨多的季节，尤其是7月[2]。2010—2015年底全国发生的地质灾害分布进行统计、分析，滑坡灾害是主要的地质灾害[3]。滑坡是地质灾害中造成的财产损失和人员伤亡最大的[4]，降雨导致的滑坡多余其他因素导致的滑坡[5]。并且随着降雨的增多，财产损失和人员伤亡也随之增加。滑坡堆积大量的碎石和泥浆可能造成河道淤积，形成堰塞湖，造成的危害性可能会更大。滑坡预报作为一种预报措施，可以提前发布某些地方会出现滑坡灾害，通知人员撤离，避免巨大的人员伤亡，是地质灾害防灾减灾重要的手段之一[6]。随着建设用地的增加，防治滑坡灾害显得越来越重要。

2 工程概括

滑坡位于云阳县某地。滑坡平面形态呈横长形，滑坡方向为121°，宽度约为760 m，纵长约65～280 m，面积为11.9×104m2。勘查区斜坡坡体骨架有内陆河湖相沉积的侏罗系中统沙溪庙组(J2s)砂岩、砂质泥岩，斜坡表面大部为第四系滑坡堆积物、崩坡积物、残坡积物等覆盖。变形始于2014年8月28日，于8月31日下午发生大面积滑动。变形最强烈区域为滑坡中部前缘，滑动区面积约0.5 km3，滑坡滑动方量约80×104m3，原滑体土结构已解体破坏。滑坡后缘出现大量地面裂缝、下挫陡坎及拉裂槽，滑坡范围内建筑不同程度开裂、变形。滑坡中后部输电铁塔歪斜，输电线拉断。前缘薛家沟隧道进洞口塌陷，隧道损毁严重(后缘陡坡局部垮塌，造成房屋及地面开裂如图1所示，中后部地裂如图2所示)。

图1 后缘外侧房屋地裂示意

图2 中后部地裂示意

该滑坡的前缘部分为平面滑动，中后缘部拉张变形、下错。中后部变形裂缝多集中于房屋地面和墙体，裂缝多贯通到地面，主要以拉张裂缝为主，滑坡前缘局部形成鼓丘。滑坡区房屋多为村民自建，基础多置于前填后挖平场后形成的崩坡含碎石粉质粘土地基上，对变形敏感，损毁严重。

3 滑坡成因分析及稳定性宏观判断

3.1 滑坡成因及诱发因素分析

滑坡成因主要有以下几方面：

1) 滑坡区及后缘陡崖上方汇水面积大，滑坡区地表排水不畅。滑体后部为陡崖崩坡积物，巨粒、粗粒含量多，物质松散，下部泥岩层阻止了雨水的继续下渗，导致地下水容易汇聚。在暴雨条件下，雨水通过表层的泥土往下渗入，导致坡体的地下水位急剧上升，产生的静水压力增大。滑坡后部A区滑床后陡前缓，在水压力作用下形成“水垫”效应，使土体内部抗剪急剧下降；降雨使土体的重量增加，土体的滑动力增加而抗滑力减小，降雨也使土体更加松软，促使坡体变形，导致坡体的滑动。

2) 滑坡阶梯状，两级平台之间地形较陡，形成临空面；前缘临近薛家沟，受溪水不断冲刷局部临空，为滑坡形成提供了地形条件。

3) 坡体上方修筑有房屋、农田水塘等，坡体前部出现削坡现象，人类活动破坏了边坡的平衡，使得坡体变薄，加快了雨水下渗速度，地下水的形态，边坡的含水、荷载增加，促进了滑坡的形成和发育。

通过对滑坡的成因分析，主要有3个因素诱发滑坡：暴雨、坡体滑坡后缘加载、前缘局部削坡等。

3.2 滑坡稳定性宏观判断

滑坡总体为横长形，中部呈舌状突出。根据地貌形态、变形特征及剖面形态，可将滑坡分为后缘A区和前缘B区2个小区(如图3所示)，滑坡主要沿岩土界面滑动。

图3 滑坡分区示意

滑坡A区滑体厚、滑面平缓，结构松散，地下水位较高，大部分现状处于稳定状态，暴雨后处于基本稳定～欠稳定状态；A区中部削方区控制段在削除后缘土体的同时中部阻滑段土体亦被大量削除，宏观分析现状处于稳定状态，天然和暴雨条件下边坡基本稳定，不会出现滑坡的情况。

滑坡B区滑坡土体相对较薄，两侧变形轻微，前缘回填土较厚，滑面面起伏较大，宏观分析处于稳定状态；B区中部滑塌区结构松散，地形坡度较大，现状处于出现滑坡，暴雨条件下可能会发生滑坡。

由于滑坡体汇水面积大，坡体结构松散，且最近几年重庆极端天气增多，暴雨不断，而汛期将至，受此影响滑坡可能发生再次滑动。

4 滑坡稳定性分析及发展变化趋势

4.1 计算模型及方法

根据边坡滑面的形态以及滑动的方式，边坡稳定性计算采用基于刚体极限平衡理论的传递系数法，该方法基于以下假设：

1) 将滑坡稳定性问题视为平面应变问题；

2) 滑动力以平行于滑动面的剪应力τ和垂直于滑动面的正应力δ集中作用于滑动面上；

3) 条块间的作用力合力方向与滑动面倾角一致，剩余下滑力为负值时，则传递的剩余下滑力为0；

4) 沿整个滑动面满足静力的平衡条件，但不满足力矩平衡条件。

极限平衡理论变现为滑动力与抗滑力之比，公式如下：

(1)

其中：

Ri=Nigφi+ciLi

(2)

Ti=Wisinθi+Δpicosθi

(3)

Ni=Wicosθi-Δpisinθi-Ui

(4)

(5)

Wi=rVi+rsatVid+Fi

(6)

(7)

(8)

式中Fs为稳定性系数；Wi为第i条块的地面荷载之和,kN/m；Ci为第i条块内聚力标准值,kPa；φi为第i条块内摩擦角,°；Li为第i条块滑动面长度,m；θi为第i条块滑面倾角,°；Ni为第i条块滑体在滑动面法线上的分力,kN/m；Δpi为第i条块土体两侧静水压力的合力,kN/m；Ui为第i条块土体底部孔隙压力,kN/m；ψj为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)。

此次计算模型假定为二维平面应变问题，计算采用的宽度和坡长比较大，滑坡的厚度与宽度比较大。在采用宽度和坡长比、滑坡的厚度与宽度比都较大的情况下，计算得到的二维和三维滑坡稳定系数比较接近[7]。计算的工况采用现状水位和20年一遇暴雨两种工况。

4.2 计算参数的分选

1) 滑体重度

取野外大容重试验成果标准值作为滑体容重值。天然状态下滑体土容重(γd)取值为19.9 kN/m3，饱和状态下滑体土容重取值为20.5 kN/m3，暴雨状态下容重取值为按1/3饱和计算。

2) 滑带C、φ值

由于滑体土碎石含量较多，室内试验中剔除了较大的碎石，部分样品试验时失水较严重，进行了重塑，因此抗剪强度φ值略低，计算时将φ值试验值提高1.10倍。室内试验确定滑体土的抗剪强度推荐值见表1。

表1 滑体土抗剪强度取值

4.3 计算结果

滑坡稳定性计算结果见表2。

表2 滑坡稳定性计算结果统计

4.4 稳定性综合评价

根据计算得到Fs的值，通过划分取值范围，按稳定系数分4级(见表3)。

表3 边坡稳定性等级划分

1) 工况自重+地表荷载+现状水位

整体稳定性：计算得到整体稳定系数Fs=1.156，整体处于基本稳定状态。

局部稳定性：A区局部稳定系数分别为1.635，处于稳定状态，不会再次滑坡；B区局部稳定系数为1.132，处于基本稳定状态。

2) 工况自重+地表荷载+20年一遇暴雨时

整体稳定性：整体稳定Fs=1.022，处于欠稳定状态。

局部稳定性：A区局部稳定系数为1.082，处于基本稳定状态；B区局部稳定系数为1.026，处于欠稳定状态，可能会再次发生滑坡。

根据滑坡的不同表现形式，本次对滑坡的前缘和后缘采用分区进行稳定性计算，并分析滑坡的前缘和后缘的稳定性和整体稳定性，其计算结果与实际情况基本吻合。暴雨情况下由于计算整体稳定系数所选控制段结构松散，地形坡度较大，计算得到的整体稳定系数比A、B区小，更容易发生滑坡，整体A区稳定情况比B区好，计算结果可信。

4.5 发展变化趋势

滑坡为推移式滑坡，区域正在进行一系列减重减载的措施，目前，坡体在天然条件下不会再次出现滑坡的可能，但是在暴雨条件下，荷载、地下水位等一系列的变化，坡体会再次失稳，可能会因为暴雨而发生滑坡。滑坡区大量地表裂缝为地表水下渗提供了良好通道，其后缘汇水面积大，随着降雨等因素的不断作用，若削方不当，滑坡有向欠稳定～不稳定发展的趋势。

4.6 危害性预测

目前滑坡体上居民已全部搬迁，隧道区域的滑坡区正在进行削方减载。滑坡稳定性与地下水活动关系密切，受降雨影响明显，滑坡规模较大，成灾可能性大。滑坡发生大规模滑动后变形逐渐趋于稳定，但滑坡再次启动的条件仍然存在，成灾条件较充分。威胁范围包括后缘云双路、滑坡区及前缘隧道施工区。若滑坡再次失稳，将危及滑坡区内的施工人员、后缘移民为15户61人、云双道路为830 m、输电铁塔、隧道施工，严重影响场区正常的开发利用及隧洞的正常运营。

5 措施建议

根据滑坡特征、成因机制、稳定性、目前所处状态及滑坡区土地开发利用，建议采用工程治理措施。建议治理工程以削方减载、回填反压为主，结合局部挡墙与截排水工程。目前，滑坡中部薛家沟隧道区域上方正在进行削方减载施工，削方工程宜结合滑坡稳定性、隧道施工及场区开发利用来进行。滑坡后缘陡坡危岩单体建议清除或采用工程支挡。

6 结语

本文结合具体的滑坡案例，对滑坡的成因、发展趋势进行分析，通过对滑坡区分区，采用基于刚体极限平衡理论的传递系数法，计算2种工况下分区区域的稳定性，区域暴雨条件下相对自然条件下更容易发生滑坡，分区A比分区B稳定情况更好。在暴雨条件下，滑坡再次启动的条件仍然存在，成灾条件较充分，并提出削方减载、回填反压等一系列治理措施建议，可为类似工程提供借鉴。