葛 莎，劉之葵，高伊航，高幼龍

(1.桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林541004;2.廣西巖土力學(xué)與工程重點實驗室，廣西 桂林541004;3.中國地質(zhì)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，北京100083;4.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定071000)

0 前 言

滑坡一般是指斜坡上的巖土體受到河流沖刷、地下水活動、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，沿某一軟弱結(jié)構(gòu)面或最大剪力帶產(chǎn)生剪切破壞并向坡下發(fā)生顯著水平位移的現(xiàn)象。影響滑坡規(guī)模和程度的因素較為復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、巖土體性質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及人工活動等都將對滑坡的形成和發(fā)展有一定的影響作用［1-3］。隨著滑坡巖土體強度不斷變化，地質(zhì)應(yīng)力、邊坡內(nèi)部應(yīng)力的調(diào)整和斜坡體上植被的生長，巖土體強度逐漸提高，滑坡會在自重作用下逐漸恢復(fù)其穩(wěn)定性，最后趨于停止［4］。

20 世紀(jì)80 年代以來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和自然因素的影響，滑坡地質(zhì)災(zāi)害呈逐年加重的趨勢［5］。降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素之一，Rahardjo、Rahimi 等［6-7］分別根據(jù)5 d 前期降雨對邊坡穩(wěn)定性的影響進行了研究。Chang Kang-Tsung 等［8］研究了邊坡滑坡發(fā)生的臨界降雨量以及其對邊坡的影響。重慶市北碚區(qū)浸口滑坡是降雨引起的大型滑坡，進行穩(wěn)定性評價是治理滑坡的重要手段，李揚波等［9］以圓弧滑動面為對象，采用模式搜索法和不平衡推力法計算潛在滑動面的剩余下滑力，并得到最大滑坡推力的滑動面不一定是最危險滑動面。本文結(jié)合三峽庫區(qū)地質(zhì)條件和降雨條件，對浸口滑坡的形成條件、穩(wěn)定性影響因素進行分析評價，分三種工況對滑坡安全系數(shù)和滑動面進行穩(wěn)定性計算和論證，以了解由該滑坡引發(fā)的泥石流和崩塌的形成機制及其發(fā)展趨勢。

1 滑坡基本地質(zhì)特征

浸口滑坡位于重慶市北培區(qū)北溫泉鎮(zhèn)淺丘斜坡中下部，坡角10 ～30°，整體從上到下變陡。滑坡后緣地勢較陡，滑坡右側(cè)是一條沖溝，沖溝自上至下由淺變深，最深處達(dá)3 ～4 m;滑坡左側(cè)是基巖陡壁，高20 ～30 m;前緣地勢較平緩。浸口滑坡的地層特征列入表1。

表1 浸口滑坡地層特征Tab.1 Stratigraphic characteristics of Jinkou landslide

浸口滑坡(圖1)在平面上呈長舌狀，由北西向南東延伸，主滑方向為165 ～130°，滑坡長370 m，寬約50 ～130 m，面積約22.32×103m2，平均厚度約11.9 m，體積約26.7×104m3。其左側(cè)以基巖陡壁為界，右側(cè)上部崩坡積厚度大，現(xiàn)變形跡象不明顯，則右上部邊界推測在堆積體外側(cè)，右側(cè)下部以沖溝為界?；潞缶墳橐换⌒螤畹匦危蟊跒榛鶐r陡壁，后緣高程約452 m。前緣地帶平緩，以階梯狀的農(nóng)田為界，高程約360.2 m，前后緣高差約92 m。

滑坡區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量為1 107.1 mm，大于1 000 mm的年份占70%，最大降雨量為1 544.8 mm，最低降雨量740.1 mm;降雨多集中分布在5 ～9 月，約占全年降雨量的70%，其中大雨、暴雨多發(fā)生在7 ～8 月。勘查區(qū)內(nèi)現(xiàn)發(fā)育一條沖溝，切割深度3 ～4 m。同時由于斜坡上部的地表水影響，區(qū)內(nèi)還有兩條流經(jīng)地表的水流，水流小，受季節(jié)影響大。

圖1 浸口滑坡平面示意圖Fig.1 Plan schematic diagram of Jinkou landslide

2 滑坡形成機制分析

由于三峽庫區(qū)特殊的地質(zhì)環(huán)境，滑坡穩(wěn)定性的影響因素眾多，滑坡的發(fā)生是內(nèi)、外因共同作用的結(jié)果［10］。該滑坡體主要由粉質(zhì)粘土夾砂泥巖碎塊石組成，塊石之間有架空現(xiàn)象(圖2)，部分填充有粉質(zhì)粘土?；庐a(chǎn)生的內(nèi)因是與地形斜坡傾向一致的軟、硬相間的巖土組合;而人類的工程活動則是造成滑坡體失穩(wěn)的直接外因;坡體失穩(wěn)是滑動帶土體抗滑力與下滑力長期作用的結(jié)果。而風(fēng)化作用與水的作用也是影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素，經(jīng)鉆孔勘察揭示，坡體內(nèi)地下水類型主要為第四系松散層孔隙水及基巖風(fēng)化裂隙水，主要接受降雨補給，向地勢低處徑流，屬季節(jié)性水。基巖風(fēng)化裂隙水主要接受大氣降雨及第四系松散層堆積孔隙水補給，向地勢低處排泄。降雨和地下水等對滑坡失穩(wěn)起到了重要的誘發(fā)作用，地下水和降雨長期滲透，雨水對滑坡體表面土體的沖刷以及滲流帶走土中細(xì)小的顆粒，使土體結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致土體軟化，土體的抗剪強度降低，導(dǎo)致滑坡體不穩(wěn)定［11-12］。地下水高于滑面任一高度將對滑坡體產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)，將進一步擴大滑體裂隙聯(lián)通面，從而產(chǎn)生蠕變，形成滑坡。

此外，植被對斜坡的防護作用也是極其重要的。植物根系對坡體表層和淺部起到穩(wěn)固作用，使土壤抗剪強度增大;樹根還能扎根于堅硬的巖土體中，在一定程度上控制巖石裂縫的擴展，錨固和支撐土體;植被還能攔截和吸收雨水、地下水等，保持土壤相對干燥，降低土體水壓力，增強滑坡體穩(wěn)定性［13］。

圖2 架空現(xiàn)象Fig.2 Aerial phenomenon

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性分析原理

邊坡安全系數(shù)和滑體所對應(yīng)的滑動面的確定是進行邊坡穩(wěn)定性評價的關(guān)鍵［14］?；路€(wěn)定分析方法分為定量分析方法和半定量分析方法［15］，本文采用定量分析方法對滑坡區(qū)穩(wěn)定性進行分析。浸口滑坡形成近四十年來未發(fā)生變形，但隨著時間的變化，在地下水、人類工程活動及其他外力作用下，滑坡可能產(chǎn)生滑動，潛在的滑動面是土巖交接面。對主剖面，采用傳遞系數(shù)法計算(見圖3)，將滑坡體的坡面地形線與潛在滑動面簡化為折線。計算取滑坡單位寬度為1.0 m。穩(wěn)定性系數(shù)按式(1)計算。

圖3 傳遞系數(shù)計算圖Fig.3 Transfer coefficient calculation chart

式中:Fs為滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)，Ψi為傳遞系數(shù);Ri為第i 計算條塊滑體抗滑力(kN/m);Ti為第i 計算條塊滑體下滑力(kN/m);Ni為第i 計算條塊滑體在滑動面法線上的反力(kN/m);ci為第i 計算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);φi為第i 計算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°);li為第i 計算條塊滑動面長度(m);αi為第i 計算條塊地下水流線平均傾角，一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值(°)，反傾時取負(fù)值;Wi為第i 計算條塊自重與建筑等地面荷載之和(kN/m);θi為第i 計算條塊底面傾角(°)，反傾時取負(fù)值;Viu為地下水位以上單位土體的體積;Vid為地下水位以下單位土體的體積;PWi為第i 計算條塊單位寬度的滲透壓力，作用方向傾角為αi(kN/m)，根據(jù)野外調(diào)查、鉆孔抽水試驗，土體滲透系數(shù)大于1×10-7m/s，i 為地下水滲透坡降，為地下水滲透的水力坡度，指滲透途徑水頭損失與滲透途徑長度的比值，此處，在數(shù)值上，i=sinαi;γi為水的容重(kN/m3)，取10;γ 為巖土體的天然容重(kN/m3);γsat為巖土體的飽和容重(kN/m3)。

根據(jù)該滑坡的特征，對其3 個工況進行計算:

①工況1(現(xiàn)狀工況):自重+地面荷載，安全系數(shù)1.15;

②工況2(暴雨工況):自重+地面荷載+暴雨(二十年一遇)，安全系數(shù)1.15;

③工況3(校核工況):自重+地面荷載+暴雨(二十年一遇)+地震，安全系數(shù)1.03。

3.2 計算參數(shù)的選取與確定

滑動面抗剪強度參數(shù)的準(zhǔn)確性是計算滑坡穩(wěn)定分析的關(guān)鍵?？赏ㄟ^室內(nèi)試驗、野外原位試驗或根據(jù)已知資料反算來計算抗剪強度指標(biāo)。室內(nèi)試驗選擇的原狀土或重塑土重復(fù)剪試驗可根據(jù)滑坡的具體地質(zhì)條件來確定。根據(jù)室內(nèi)試驗資料，結(jié)合其他類似工程參數(shù)，并參照現(xiàn)場大容重實驗，滑體的天然重度γ=19.5 kN/m3，飽和重度γsat=20.0 kN/m3;抗剪強度指標(biāo):天然狀態(tài)下c=24.86 kPa，φ=11.26°;飽和狀態(tài)下c=16.13 kPa，φ=10.75°。

用反算法求取滑體的抗剪強度。反算法是在假定邊坡處于極限平衡狀態(tài)下，由邊坡土體的內(nèi)觀或外觀實測位移、應(yīng)力與破壞特征，據(jù)極限平衡條件反分析，計算求得巖土體的力學(xué)參數(shù)和變形強度指標(biāo)，這種滑坡反分析方法，由于滑動體被作為大型剪切試驗來考慮，確保了分析模型的可靠性，計算出的綜合抗剪強度指標(biāo)較符合實際滑動情況。

通過調(diào)查邊坡研究區(qū)的實際情況和對室內(nèi)土工試驗成果仔細(xì)研讀，以最有可能發(fā)生滑動破壞的滑帶土的抗剪強度指標(biāo)作為研究對象，根據(jù)前期勘察得到的滑帶強度參數(shù)，考慮飽和與天然狀態(tài)兩種情況，結(jié)合項目現(xiàn)場實際勘測的極限平衡邊坡進行反演計算，系統(tǒng)確定邊坡的巖土體抗剪強度指標(biāo)。本文采用理正邊坡計算分析軟件進行分析計算。利用穩(wěn)定系數(shù)1.05 進行的反算，綜合考慮后，對滑帶土的抗剪強度指標(biāo)取值:天然狀態(tài)下c=24 kPa，φ=13.6°;飽和狀態(tài)下c=16.1 kPa，φ=8.5°。

反算法求解出滑帶土的抗剪強度(c、φ 值)與室內(nèi)實驗方法取得的巖土參數(shù)相差不大，結(jié)合當(dāng)?shù)仡愃乒こ毯徒?jīng)驗，綜合考慮最安全因素，確定滑坡抗剪強度為反算法求得的抗剪強度值?？辜魪姸戎笜?biāo)c、φ 值是計算滑坡穩(wěn)定性中最有效、最關(guān)鍵的指標(biāo)。目前，絕大多數(shù)滑坡穩(wěn)定性計算都是采用室內(nèi)指標(biāo)或工程經(jīng)驗指標(biāo)，但該滑坡采用現(xiàn)場大容重試驗和反算法計算，能夠最大限度的接近工程實際，具有較高的可靠性。

3.3 滑坡穩(wěn)定性分析

從上述計算結(jié)果分析來看，該滑坡可能沿165°產(chǎn)生變形滑動，同時在碎石路下方可能發(fā)生次級剪出，所以以剖面8-8'為計算剖面，如圖4。

圖4 8－8'剖面示意圖Fig.4 8－8'schematic cross-section

三種工況計算條分圖(見圖5)。暴雨情況下根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗和水文氣象資料顯示結(jié)果綜合得到二十年一遇的暴雨地下水位浸潤線;坡體失穩(wěn)是滑動帶土體抗滑力與下滑力長期作用的結(jié)果，工況三在工況二的基礎(chǔ)上，考慮滑坡推力計算在足夠安全系數(shù)條件下(取最大值1.25)的穩(wěn)定系數(shù)，充分的考慮了滑坡下滑力，使得地震荷載在足夠安全范圍內(nèi)得到了充分的考慮。工況三滑塊間推力計算公式如下:

式中:Fn、Fn-1分別為第n 塊、第n-1 塊滑體剩余下滑力;Ψ 為傳遞系數(shù);γt為滑坡推力的安全系數(shù);Gnt、Gnn分別為第n 塊滑體自重沿滑動面、垂直滑動面分力;φ 為第n 塊滑體沿畫動面土粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值;ln為第n 塊滑體沿滑動面長度。

圖5 三種工況計算條分圖Fig.5 Slice calculation drawing of three conditions

根據(jù)以上反算結(jié)果的抗剪強度指標(biāo)，以及不同工況下考慮地下水位浸潤線的計算條分圖，采用傳遞系數(shù)法計算滑坡各剖面各工況穩(wěn)定性系數(shù)(Fs)結(jié)果見表2。而滑坡沿8-8'發(fā)生整體滑動的可能性較小，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但在發(fā)生暴雨(二十年一遇)和地震的情況下可能發(fā)生滑動。而在碎石路下方的次級剪出口，現(xiàn)狀欠穩(wěn)定，在發(fā)生暴雨(二十年一遇)和地震的情況下不穩(wěn)定。

表2 穩(wěn)定性計算結(jié)果一覽表Tab.2 Results schedule of stability calculation

4 滑坡發(fā)展趨勢及危害性預(yù)測

通過穩(wěn)定性計算可知，該滑坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，在二十年一遇的暴雨條件下欠穩(wěn)定，可能發(fā)生變形;在有地震發(fā)生的時候，該滑坡不穩(wěn)定。因此，現(xiàn)階段該滑坡還處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)生變形跡象。隨時間的變化，在地震、地下水、人類工程活動及其他外力作用下，滑坡的抗剪強度降低，可能發(fā)生滑動;且該滑坡中上部部分地段屬于人類工程活動區(qū)，將來可能發(fā)生開挖、加載等工程活動，對滑坡的穩(wěn)定性`不利，可能造成滑坡在開挖處滑動剪出，從而引起該滑坡整體滑動。另外，該滑坡地處縉云山東側(cè)溝谷地帶，匯水條件較好，地形坡度較陡、上覆土層結(jié)果松散、地表水和地下水豐富，在暴雨條件下局部還可能發(fā)生坡面泥石流，方量幾十方到幾萬方不等。

該滑坡體內(nèi)無房屋，僅在前緣處有農(nóng)田，滑體中部有一條碎石路通過，若發(fā)生滑動，農(nóng)田將受損，碎石路將變形破壞，后果較嚴(yán)重;但若將來在滑坡范圍內(nèi)進行人類工程活動，則滑坡將影響人員的生命財產(chǎn)安全，造成一定的損失。

5 浸口滑坡導(dǎo)致的其他致災(zāi)體及其趨勢分析

5.1 泥石流

在滑坡后緣的西北側(cè)有一處泥石流溝，正處于后緣陡崖處，于2005 年7 月前暴雨中發(fā)生崩塌滑動，形成了泥石流溝，溝長約70 ～100 m，寬20 ～30 m，厚度約1 ～3 m，平面上呈“S”彎曲狀，前緣呈散狀。溝內(nèi)及側(cè)壁出露須家河組(T3xj)的灰白、黃灰色的粉砂巖，溝內(nèi)物質(zhì)主要是砂巖碎塊石夾粉質(zhì)粘土，粒徑2 ～20 cm，大的塊石粒徑可達(dá)7 ～8 m，碎塊石間部分由粉質(zhì)粘土沖填，部分碎塊石有架空現(xiàn)象。在泥石流溝的后緣仍有大塊石處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，由傾倒的樹枝支撐，隨時有崩滑的可能。后壁的砂巖中可見裂隙發(fā)育，將巖體切割，也有掉塊的現(xiàn)象。

因此，該泥石流溝現(xiàn)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨等外力作用下仍可能發(fā)生崩塌、滑動，且已崩滑下來的大塊石部分處于架空狀態(tài)(見圖2)，也有再次崩落的可能，危害坡下安全。

5.2 崩塌堆積體

在滑坡右邊界的中后部有一處崩塌堆積體，該堆積體向西面延伸，崩積體主要物質(zhì)成分是粉質(zhì)粘土夾砂巖碎塊石，碎塊石粒徑0.1 ～3 m 不等，局部大塊石粒徑達(dá)5 m;母巖主要是粉砂巖，部分已風(fēng)化成砂土，該崩積體厚度約34 ～36 m 左右，厚度大，鉆孔內(nèi)未揭示到地下水。根據(jù)剖面9-9'顯示(圖6)，該處原始地形呈“凹”字形，崩積體沿9-9'方向整體滑動變形的可能性較小，但在堆積體內(nèi)部可能發(fā)生滑動，并在平臺下部剪出?，F(xiàn)按圓弧滑動法進行計算，計算條分圖如圖7。計算參數(shù)取值在參考浸口滑坡參數(shù)取值的同時，結(jié)合經(jīng)驗取值如下:潛在滑動面的粘結(jié)強度取21.5 kPa;內(nèi)摩擦角取12.1°;重度取19.5 kN/m3。

圖6 9－9'剖面示意圖Fig.6 9－9'schematic cross-section

圖7 崩塌堆積體計算條分圖Fig.7 Slice calculation drawing of the collapse accumulation

計算得出的穩(wěn)定性系數(shù)是1.137，崩塌堆積體現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但在暴雨等外力作用下可能發(fā)生局部崩塌、掉塊現(xiàn)象，同時也可演變成類似區(qū)內(nèi)浸口滑坡一樣的滑坡。若人類工程活動在該崩坡積體上加載，或開挖崩坡積體，則崩塌堆積體也可能發(fā)生失穩(wěn)滑動。

滑坡災(zāi)害常常伴隨著崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。根據(jù)最接近工程狀況的抗剪強度指標(biāo)c，φ是進行滑坡穩(wěn)定性評價的關(guān)鍵，但按規(guī)范中很少能針對實際工程進行最符合工程概況的抗剪強度指標(biāo)計算。本文根據(jù)反算法和大容重試驗得出最接近實際工程條件的抗剪強度指標(biāo)，具有較高的實際意義。根據(jù)規(guī)范中的三種工況對滑坡進行穩(wěn)定性評價，得出最危險滑動面在三種工況下的安全系數(shù)分別為1.093、1.012、0.953，穩(wěn)定狀況分別為基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定?；录捌浒殡S產(chǎn)生的泥石流和崩塌在考慮二十年一遇的暴雨和地震(工況三)可能會造成較大的經(jīng)濟損失。因此，合理的監(jiān)測與必要的防護措施是預(yù)防該處地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要手段。

6 結(jié) 論

對浸口滑坡，在深入分析其基本地質(zhì)特征、變形特征以及形成機理的基礎(chǔ)上，通過宏觀變形特征揭示了滑坡變形破壞的本質(zhì)及其發(fā)展趨勢，通過以上分析，得出了以下結(jié)論:

①滑坡穩(wěn)定分析的可靠性直接取決于滑動面抗剪強度參數(shù)的準(zhǔn)確性?？辜魪姸戎笜?biāo)c，φ 值是計算滑坡穩(wěn)定性中最有效、最關(guān)鍵的指標(biāo)。目前，絕大多數(shù)滑坡穩(wěn)定性計算都是采用室內(nèi)指標(biāo)或工程經(jīng)驗指標(biāo)，但該滑坡采用現(xiàn)場大容重試驗以及反算法，能夠最大限度的接近工程實際，具有較高的可靠性。

②通過穩(wěn)定性計算可知，該滑坡整體現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，在二十年一遇的暴雨中欠穩(wěn)定，可能發(fā)生變形;在有地震發(fā)生的時候，該滑坡不穩(wěn)定。

③滑坡體上(碎石路下方)存在次級剪出口，位于碎石土中，現(xiàn)狀欠穩(wěn)定，在發(fā)生暴雨(二十年一遇)和地震的情況下不穩(wěn)定。

④滑坡體地下水的改變使得滑坡土體與滑移帶土體抗剪強度降低，滑移帶土體軟化，靜水壓力與水浮托力增大，致使滑坡體失穩(wěn)。該滑坡具有推移式滑動的特征。

⑤降雨和人類工程活動是誘發(fā)滑坡的主要因素。其中降雨對滑坡的影響主要表現(xiàn)在兩個方面:一方面當(dāng)雨水入滲補給地下水時，使非飽和帶土層的含水量增加，增加了該土層的濕容重，從而導(dǎo)致自重荷載增加;另一方面滑體及滑帶在地表水入滲作用下，降低了滑帶土的抗剪強度，從而導(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性下降。另外，修筑道路等人類工程活動，改變了斜坡的原始形態(tài)，破壞了斜坡巖土體力學(xué)平衡狀態(tài)，從而進一步促進了滑體的變形。

⑥滑坡區(qū)內(nèi)還發(fā)現(xiàn)兩處致災(zāi)體，泥石流和崩塌堆積體。泥石流現(xiàn)狀欠穩(wěn)定，崩坡堆積體現(xiàn)狀基本穩(wěn)定。在人類工程活動下泥石流和崩塌堆積體均處于欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定。

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