段家村滑坡不同工况下稳定性研究

荣富强，黄继超，王铁霖

（1.河南省地质矿产勘查开发矿局第二地质环境调查院，河南 郑州 450003；2.三门峡市自然资源和规划局，河南 三门峡 472000）

1 工程地质背景

1.1 研究区地质背景

研究区地貌属黄土覆盖丘陵区，地势西高东低，缓坡状向东倾伏地，年平均降雨量674 mm 左右，属淮河水系。地层岩性，上部为第四系沉积的粉质黏土地层，下为古近系半胶结的砂砾岩地层；区内地下水主要以第四系松散孔隙水形式赋存；研究区无地质构造通过，构造条件简单。

1.2 滑坡基本特征

1.2.1 滑坡周界与滑体特征

段家村滑坡位于汝阳县柏树乡，滑坡位于柏树乡杨沟段家村，地理坐标北纬34°07′13″，东经112°22′49″。地处黄土覆盖丘陵区，地势西高东低，缓坡状向东倾伏，东侧有冲沟，地面坡度15°～35°。滑坡长125 m，宽170 m，滑动方向约110°。滑坡上居住着段家村村民。滑坡地层岩性，上部有5 m左右的第四系沉积的粉质黏土地层，下为古近系半胶结的砂砾岩地层。该滑坡在平面上近似簸箕状，后缘存在多条平行裂缝且陡壁明显。滑体剖面呈凹形，坡向110°，整体坡度约45°，体积10万m3。滑坡顶部标高443 m，坡脚标高427 m，相对高差16 m。上覆2～5 m 厚的粉质黏土，节理裂隙发育，坡顶覆盖植被，中部滑体平坦，平台状，坡脚道路高5 m左右，坡体后缘和前缘均为陡坡，坡度＞50°。具体见图1。

图1 段家村滑坡工程地质平面图

1.2.2 滑坡物质结构特征

滑坡物质结构由滑坡堆积粉质黏土、碎石土及下伏砂砾岩组成。其中碎石土碎石含量约70%，块度5～10 cm。滑坡堆积物结构破碎、疏松，且滞留于滑坡中部坡度较陡的地方，雨水季节在暴雨的情况下极易发生滑动。滑床为古近系半胶结的砂砾岩，局部夹杂少量粉质黏土，砂砾岩呈紫红色。

根据物探剖面解释成果和勘探资料：在0～120 m 粉质黏土层厚度变化不大，厚度为3～6 m。在160～240 m 段粉质黏土层厚度稍微变厚，多在6～10 m变化。整体表现为表层粉质黏土层，推测滑动面埋深在2～7 m，走向约110°。

1.3 滑坡稳定性状态

从野外调查综合分析，认为该滑坡目前处于基本稳定—不稳定状态。由滑坡后缘存在的拉张裂缝及部分村民房屋出现的裂缝来看，滑坡局部地段仍处于不稳定状态，加之滑体前缘有临空条件、滑体内有一定范围的饱水层等，在雨季或暴雨条件下，滑体再次活动的可能性较大，并对滑体后缘居民生命财产等会造成一定影响。

1.4 滑坡形变现状

现状条件下滑坡体变形主要将集中在居民房屋墙体开裂、地基不均匀沉降、道路开裂下挫等特征。由其分布可以看出滑坡后缘变形特征较为明显，目前已出现5～15 cm的下挫迹象，滑坡中部房屋墙体开裂较为集中，滑坡前缘凌空面未见明显变形迹象见图1。

1.5 失稳机制分析

由于滑坡坡体破碎，多数居民房屋存在不同程度的开裂破坏，在一定条件下可能失稳。初步分析其失稳机制主要有以下几个方面：由于坡体节理、裂隙较发育，且降雨较集中，致使雨水沿着上部黄土节理、裂隙面入渗，致使土体遇水软化，对坡体造成侵蚀从而降低了土体抗剪强度。加之滑体整体坡度较陡，且坡体前部存在人工削坡现象，加大了凌空面；导致坡体下滑力往往集中在前部，加之坡体缺少抗滑力，易导致在雨季或暴雨天气下坡体整体失稳，从而发生崩塌式滑动现象。

1.6 滑坡危险性分析

段家村15 户，160 人都在滑坡体上居住，现今已引起3 户房屋产生不同程度的开裂，裂缝宽3～12 cm，随着滑坡体的不断滑动，房屋开裂的数量将不断增加，险情等级为中等。

2 滑坡稳定性分析

2.1 极限平衡法滑坡稳定性计算

2.1.1 计算模型

根据野外调查和滑坡勘察等资料综合分析，结合以往工作经验，通过滑坡滑动面的形态特征初步判断为“折线型”，因此此次滑坡稳定性评价模型采用传递系数法。根据滑坡体、滑动带及滑床的地质结构，选取不同断面进行计算。

滑坡稳定性系数理论计算公式：

式中字母含义同规范规程。

2.1.2 计算剖面及条分

滑坡体岩性主要为粉质黏土层，且可认为均质土体，验算按传递系数法进行。在计算土条的划分过程中，研究还综合考虑了滑体岩性分布特点及地下水埋深等因素，划分结果见图2。

图2 段家村计算分块图

2.1.3 工况的选择

天然工况：荷载组合主要为，滑体自重，滑面土体抗剪参数取天然抗剪值，滑体重度取天然重度。

暴雨工况：荷载组合主要为，滑体自重，滑面土体抗剪参数取饱和抗剪值，滑体重度取饱和重度。

2.1.4 计算参数的选择

根据土工试验成果资料及地区经验，经综合分析，确定滑体计算参数取值见表1。

表1 滑坡稳定性计算参数表

2.1.5 计算参数的确定

选取A-A'剖面在暴雨条件下计算其稳定系数为0.78，进行反算，反算结果为：暴雨：C＝17.00 kPa；φ＝12.50°。

2.1.6 滑坡稳定性计算

滑坡稳定性计算成果见表2。

表2 滑坡稳定性计算结果表

由表2可以看出，该滑坡在工况1情况下，滑坡稳定系数为1.09，大于1，因此判定在天然状态下处于本稳定状态；工况2情况下，滑坡其稳定系数为0.78，小于1，因此判定在暴雨状态下处于不稳定状态。另外需要说明的是，上述状态均未考虑地震因素的影响。

2.2 强度折减法滑坡稳定性计算

2.2.1 计算模型确定模拟对象，从而建立计算模型。模型顺坡面方向长125 m，铅直方向高16 m。根据实际工况条件此次模型边界条件为：左、右侧水平约束，底面双向约束，顶面为自由边界。计算模型共由1 126个单元组成。

2.2.2 计算结果

计算结果如图3所示。该滑坡代表断面的稳定系数为 0.98，为不稳定边坡。模型中最大剪应变为9×10-6，云图区表示最大剪应变为0。

图3 段家村模型计算云图

3 结语

通过根据物探剖面解释成果和勘探资料，推测滑动面埋深在2～7 m，走向约110°；根据极限平衡法计算不同工况下滑坡稳定性，其在天然状态下基本稳定状态；暴雨状态下处于不稳定状态。计算结果与现场调查相吻合；根据强度折减法计算滑坡稳定性，其处于不稳定状态，计算结果过于保守，与实际情况相差较大。通过分析比较，极限平衡法计算结果更能够反映当前滑坡真实状况。鉴于滑坡地质灾害具有随机性、模糊不确定性和复杂性等特点。建议当地政府积极采取相应工程措施，加强对滑坡体的监测工作。