地质灾害体稳定性计算及评价分析

赵俣钧

（湖南省地质灾害调查监测所，湖南 衡阳 421200）

0 引言

2019 年汛期，尤其是7 月6—8 日的连续强降雨，雨水从祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体护坡坡面及后缘大量渗入地下，导致地下水位升高，同时对土体形成长期冲刷和浸蚀，大量松软土体向下滑移，7 月9 日晚祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体发生滑坡（数据库统一编号为430426011254），导致坡体前缘长约65 m 挡土墙被损毁、宽约60 m 的混凝土拱形格构变形。该滑坡现已威胁到祁东县委政府大院内工作人员及机关食堂的安全，发生灾险情后，我单位有关专家及技术人员于7 月10 日立即赶赴现场，进行实地调查，与祁东县政府、县自然资源局有关领导现场商讨应急处置方案，并委派技术人员指导进行应急处置。

1 治理区自然地理与区域地质环境条件

1.1 自然地理条件

1.1.1 位置与交通

拟治理滑坡区位于祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体南侧山坡，其中心地理坐标为东经112°05′48.3″，北纬26°48′00.2″，场区位于祁东县县城内，交通十分便利。

1.1.2 气象、水文

祁东县地处亚热带季风湿润气候区，四季分明，季节变化较大。大气降雨充沛，雨量集中，每年5—8 月是祁东县的雷雨大风期。据祁东县气象站1981—2014 年资料，一般年降雨量1048mm～1450mm，多年平均降雨量1267.9mm，最大年降雨量1787.5mm，最小年降雨量996.0mm，月最大降雨量397.8mm，月最小降雨量0.1mm；最大日降雨量163.0mm。20 年一遇最大小时降雨量为40.6mm，50 年一遇最大小时降雨量为93.0mm。

1.2 区域地质环境条件

1.2.1 地形地貌

场区内原地貌类型属剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大，地势总体是北高南低。护坡区海拔标173.60～202.0m，相对高差28.40m，坡比1 ∶1.25～1 ∶1.5，边坡下方为祁东县委政府办公楼及机关食堂。

1.2.2 地层岩性

根据地表调查和钻探揭露以及浅井、探槽揭露情况，场区内上覆土层主要据调查，区内出露的地层岩性主要为第四系人工堆积层（Q4ml）、残坡积土（Q4el+dl）、泥盆系中统棋梓桥组（）石灰岩，各地层特征如下。

1.2.2.1 第四系土层

素填土（Q4ml）：褐红色、灰白色，软塑、松散，土质不均匀，主要为黏性土夹少量碎石，局部为混凝土碎块。该层主要分布于边坡格构区域，为格构施工回填平整边坡新近填土，层厚1.0～2.5 m，物理力学性质差。

粉质黏土（Qel+dl）（滑体土）：褐黄色，可塑，土质不均匀，含大量碎石及角砾，该层为滑坡堆积土。厚度2.20～8.00m，土体本身湿度较大，物理力学性质较差。

粉质黏土（Qdel）：灰褐色，软塑，土质不均匀。该层为滑带土，厚度0.2～0.30 m，土体本身湿度较大，物理力学性质差，钻探岩芯观察未见明显滑动痕迹或擦痕。

黏土（Qel+dl）：褐红色，软塑～可塑，土质较均匀。厚度1.40～6.20 m，土体本身湿度较大，物理力学性质差，局部可塑状黏土为滑床。

1.2.2.2 泥盆系中统棋梓桥组（D2q）

中风化石灰岩：灰褐色，隐晶质结构，中厚层状构造，裂隙较发育，岩芯较完整，以柱状为主，柱长为10 cm～30 cm，岩质较硬，锤击声脆。全部钻孔揭示，该层未揭穿，揭露层厚3.20 m～7.90 m。此层石灰岩，可识别结构及构造，岩芯完整，这次勘探2 个钻孔钻遇溶洞，全充填，充填软塑状黏土，其他钻孔见溶蚀现象以及小溶孔。

1.2.3 地质构造与地震

据《1 ∶20 万邵阳幅区域地质报告》，勘查区位于新华夏构造体系中，据现场调查并结合资料，未发现活动性断裂构造迹象。

根据衡阳地震史和近期资料记载，场区从未发生过大于Ⅵ级的地震，属弱震区。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），场区地震设防烈度为等于Ⅵ度区，地震动峰加速度值a=0.05 g，地震动反应谱特征周期Ts=0.35s。

1.2.4 水文地质条件

1.2.4.1 地下水类型

场区地下水类型主要为第四系土层中的上层滞水与岩溶裂隙水。第四系上层滞水主要赋存于第四系土层中，其水量季节变化大，雨季时水量较大，旱季时干涸。岩溶裂隙水赋存于下伏基岩岩溶裂隙中，埋藏较深，滑坡后缘钻孔均未见水位，中部钻孔以及前缘钻孔地下水位埋深2.6～15.6 m，水位年变幅2～4 m。

1.2.4.2 地下水的腐蚀性评价

这次勘探采取钻孔水样进行化验与分析，根据试验结果，判定场区内地下水化学类型属HCO3--SO42-/K++Na+-Ca2+型，按《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009 年版）[1]，可判定场区地下水对混凝土结构及混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

1.2.5 不良地质现象及特殊性岩土

经现场工程地质钻探以及调查，场区岩溶稍发育，2 个钻孔钻遇溶洞，溶洞内全充填粉质黏土，厚度0.50～0.60 m，其他钻孔见溶蚀现象以及小溶孔。

区内特殊性岩土主要为素填土，呈红褐色、灰白色，软塑，主要成分为黏性土夹少量碎石组成，局部为混凝土块，厚度1.0～2.5 m，未完成自重固结，系新近填土。

2 设计标准

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016 年版）和《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），场区地震设防烈度为Ⅵ度[2]，地震动峰加速度值a=0.05g，地震动反应谱特征周期Ts=0.35s。

20 年一遇最大小时降雨量为40.6 mm，50 年一遇最大小时降雨量为93.0 mm。

截排水沟采用20 年一遇小时暴雨强度作为设计标准，50年一遇小时暴雨强度校核。

截排水沟设计流速最小为0.4 m/s；排水沟超高标准：超高20 cm。滑坡治理工程等级为II 级，一般工况下安全系数取1.25，自重+降雨（饱和）工况下安全系数取1.05，结构重要性系数为1.0。

3 地质灾害体稳定性计算及评价

3.1 确定计算剖面

滑坡稳定性计算选取1-1'、2-2'、3-3'、4-4'共4 条剖面进行计算，并对可能的滑动面进行稳定性计算，为工程设计提供依据。

3.2 确定计算参数

根据《祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体滑坡重大地质灾害详细勘查报告》提出的滑坡体重度、c、ϕ值，在这次设计进行复核[3]。滑坡区内岩土体力学参数详见0.3 勘查主要结论中表0-1 以及表0-2。

3.3 稳定性计算结果

滑坡使用滑坡推力核算，旨在为滑坡在各种施工环境下的稳定水平评估和预防提供参考。计算负载需要考量地下水、降雨、滑坡体自身质量等要素。

3.3.1 自重

滑体自身质量施加在条块位置的最核心的作用力。自然施工环境下，地下水位下方与上方分别采用饱和重度与天然重度；暴雨施工情况下，参照《地质灾害防治工程勘查规范》（DB 50/143—2003）第12.1.6 条，降雨级别达到暴雨时应充分重视降水对滑坡体自身质量的作用，降水渗透区域按照饱和重度核算，降水渗透区域与地下水位之间的区域依旧使用天然重度，降水渗透深度根据降雨力度、土地渗透水平等一同评估，鉴于滑体土不够紧实、降水容易渗透，可以将整个滑体都划归为渗透范围，滑体使用饱和重度，滑体表面使用饱和重度。

3.3.2 水压力

水压力通常是由浮托力、动水与静水压力3 个部分组成的。

暴雨施工情况下，降水顺着裂缝进入滑带周围，构成地下水渗流，会形成动水压力，另外，地下水渗流也导致浮托力出现，使滑床抗力减少，进而导致抗滑力下降，动水压力和浮托力为影响滑坡稳定性的关键因素之一。

地震荷载：根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）的规定，场地位于抗震设防烈度为Ⅵ度区，不计地震荷载。

应根据其危害水平和有可能导致的物质损失、荷载组合、稳定性核算、施工情况等进行滑坡治理，见表1。具体计算结果见表2。

表1 稳定性计算工况、荷载组合

表2 祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体滑坡稳定性计算结果

这次设计对祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体滑坡稳定性计算选取4 条剖面对滑动面进行稳定性计算。根据稳定性计算结果，可得出如下结论：在天然工况下，祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体滑坡整体均处于稳定状态[4]。

在暴雨工况下，祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体滑坡整体均处于欠稳定～不稳定状态。

3.4 滑坡参数敏感性分析

滑坡选取2-2'剖面作为分析剖面，见表3。根据表3 滑坡2-2'剖面（暴雨工况）参数反演表数据，画出滑坡2-2'剖面参数反演成果C-ϕ关系（F=1.0）曲线、F-ϕ关系曲线及F-C关系曲线，如图1～图3 所示。

图1 滑坡2-2'剖面参数反演成果C-ϕ/关系（F=1.0）曲线

图2 滑坡2-2'剖面参数反演成果F-ϕ/关系曲线

图3 滑坡2-2'剖面参数反演成果F-C 关系曲线

表3 滑坡2-2'剖面（暴雨工况）参数反演表

由图2 可见，F-ϕ关系曲线中的直线簇倾角为15°，图3F-C关系曲线中的直线簇倾角为23°，因此表明暂时稳定系数F对黏聚力的反应比对的内摩擦角反应灵敏。

3.5 稳定性综合评价

由稳定性计算结果可知：天然状态下，滑坡体处于暂时稳定状态，但是在暴雨或强降水状态下，滑坡体处于不稳定状态。显然，计算结果与滑坡现状稳定、在暴雨（饱和）状况下滑坡裂缝扩展，滑坡进一步发展的结论是相吻合的，从而也验证了稳定性定性判断的正确性和调查结果的可靠性。

根据现场勘查，目前坡体已经发生过滑动，但是大部分滑体仍堆积于原滑动面上，且原有格构、挡土墙已失效，且滑坡后缘已经形成新的临空面，如果遇到连续降水或强降水，滑体将继续下滑并且带动滑坡后壁以上土体下滑。虽然现在已经采取了紧急除险措施，但是为了彻底消除滑坡的威胁，必须采取相应的工程支挡措施，因此必须尽快对该处地质灾害点进行治理，以免造成人员伤亡和财产损失。

4 结语

综上所述，通过勘查可知，祁东县玉合街道祁丰社区九塘组山体滑坡重大地质灾害能治可治，只要设计合理，施工得当，完全可以达到消除滑坡隐患的目的，保证当地居民安居乐业，减灾效益明显。项目的实施还可为区内的经济发展提供良好的外部条件，所创造的社会效益显而易见。