周郭榮 金愛芳 苗會超 周秀蓮 李宜峰

(1.中基發(fā)展建設(shè)工程有限責(zé)任公司，北京 101300; 2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081)

0 引言

滑坡是嚴(yán)重威脅人類生命財產(chǎn)安全的地質(zhì)災(zāi)害之一，必須對其進(jìn)行專門工程地質(zhì)勘查。有學(xué)者曾針對常用的滑坡穩(wěn)定性分析剛體極限平衡法中的四種方法進(jìn)行了理論上的剖析和比較，總結(jié)了四種方法各自的優(yōu)點(diǎn)和不足[1]；有根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析方法就滑帶土組成特征及其成因進(jìn)行初步探討[2]。盡管滑坡穩(wěn)定性研究工作已經(jīng)取得了巨大的成就，但以上研究僅針對滑坡特點(diǎn)的某一方面進(jìn)行了研究，對滑坡發(fā)生的地質(zhì)條件及作用因素考慮不足。而滑坡發(fā)生的地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作用因素多且有不確定性[1]，同時勘查要點(diǎn)與技術(shù)手段均有所不同，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)在滑坡勘查中更重視地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查，綜合分析地質(zhì)環(huán)境特征，判斷滑坡生成的地質(zhì)背景以及其可能的變形失穩(wěn)模式，從地質(zhì)地貌演化的自然過程去分析滑坡形成、演化及其影響因素的客觀規(guī)律。

(2)更加關(guān)注滑坡變形失穩(wěn)原因的探討，分析地震、暴雨、洪水、開挖、爆破、加載等自然因素與人類工程活動對滑坡形成與演化過程的影響。

(3)滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)的不唯一性，常常表現(xiàn)為較高的敏感性；特別是對于滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)率定方面，由于室內(nèi)土工試驗(yàn)多使用擾動土，滑坡反演分析法得出的滑帶土力學(xué)性質(zhì)往往較為準(zhǔn)確。

(4)穩(wěn)定性計算方法依然具有不確定性，規(guī)范推薦方法多具有較多的假定條件，而有限元、離散元等較為先進(jìn)的計算方法在實(shí)際運(yùn)用過程中，仍需要根據(jù)工程特征人為地對邊界條件進(jìn)行干預(yù)。

(5)勘查結(jié)果常常取決于勘查人員的經(jīng)驗(yàn)，勘查方案的制定多依賴于工程類比，以尋求較少的工作量和較高的工作效率。

(6)勘查過程的結(jié)束并不等于工作的完結(jié)，后續(xù)的工作，如滑坡在治理工程施工以及維護(hù)過程中的變形監(jiān)測，常不斷地補(bǔ)充、修訂前一個勘查階段對滑坡的認(rèn)識，始終處于一個不斷完善的過程。

在以往研究基礎(chǔ)上，基于滑坡的特點(diǎn)及發(fā)生地質(zhì)條件和作用因素，從滑坡宏觀變形跡象調(diào)查與識別到滑坡穩(wěn)定性定量分析方法的選擇與應(yīng)用，將貫穿整個滑坡勘查的關(guān)鍵問題歸納為4個方面：滑坡要素分布和發(fā)育調(diào)查與滑坡穩(wěn)定性定性評價、滑帶識別與位置判定、參數(shù)取值和計算模型確定、滑坡穩(wěn)定性定量分析。以四川雙碑小學(xué)滑坡主滑面縱向1-1′剖面為例，通過關(guān)鍵問題的識別與分析，掌握了滑坡的基本特征，為后續(xù)滑坡防治工作提供支撐，并為其他滑坡勘查及防治提供借鑒。

1 雙碑小學(xué)滑坡概況

雙碑小學(xué)地處四川盆地西北部的構(gòu)造剝蝕淺丘地貌區(qū)。校區(qū)場地大部分已硬化，僅局部地表見第四系坡殘積層或人工填土分布，無基巖出露；西南面街道與校區(qū)場地前緣形成一段2級人工陡坡，坡角75°，漿砌片石護(hù)面。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，雙碑小學(xué)教學(xué)樓后側(cè)排水溝至操場中部無滑動變形跡象，局部裂縫為地震時產(chǎn)生的剪切裂縫，震后沒有擴(kuò)展。以此為界可分為兩個變形體：

變形體1長180 m，寬60 m，厚約5～10 m，滑體體積約21600 m3，目前尚處于緩慢變形階段，未產(chǎn)生整體滑動。其中前緣高程490 m，后緣高程505 m，高8.5 m，坡度75°，在高3.5 m設(shè)有寬2 m的平臺，坡面有寬0.4 m的漿砌片石護(hù)面，平臺為綠化帶，坡頂為通向?qū)W校的水泥道路?；录舫隹诓幻黠@，僅校區(qū)場地前緣道路路面結(jié)構(gòu)向外突出，以此為界，后方為建校時半填半挖形成的平坦場地。

變形體2長160 m，寬30 m，厚約2～5 m，總體積約15330 m3。已產(chǎn)生滑塌5處，一般長20～30 m，寬8～15 m，面積706 m2，體積約為2471 m3。其中前緣高程505 m，后緣高程525 m?；录舫隹谖挥诮虒W(xué)樓和雜物房后面、坡腳擋墻前的排水溝處，以此為界，后側(cè)擋墻傾角80°，高1.6 m，后方丘陵斜坡整體坡角為25°～50°，呈雜亂的階梯狀，局部陡崖高3～5 m；前方為教學(xué)樓和雜物房，基礎(chǔ)為磚石條基，埋深1.2 m。 (見圖1)

圖1 滑坡遠(yuǎn)景圖

2 滑坡特征調(diào)查與穩(wěn)定性定性評價

滑坡特征調(diào)查是穩(wěn)定性定性評價的前提與基礎(chǔ)，也為后續(xù)定量分析計算模型和方法的確定提供依據(jù)。特征調(diào)查主要通過現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查滑坡獨(dú)特的地形地貌特征和發(fā)育過程，輔以文字記錄、素描圖和照片，宏觀分析滑坡的形成機(jī)制和破壞模式， 其關(guān)鍵內(nèi)容包括：

(1)滑坡后緣地面是否沉降，有無形成滑坡壁和滑坡臺階，滑坡壁的位置、產(chǎn)狀、高度、滑坡壁面上擦痕方向及與滑坡壁平行的裂縫，可能再次滑坡的滑動面;

(2)滑坡裂縫的分布、類型、長度、走向以及在監(jiān)測過程中各裂縫的擴(kuò)展情況；

(3)滑坡后緣掉坎或洼地、兩側(cè)邊界掉坎、沖溝或地層接觸關(guān)系、前緣剪出口狀況以及滑坡體上滑坡階地是否發(fā)育等現(xiàn)象[3]；

(4)滑動帶部位滑痕指向、傾角，裂縫的位置、方向、深度、寬度、產(chǎn)生時間、切割關(guān)系和力學(xué)屬性[4]；

(5)地下水類型、層數(shù)、水位、水量、流向、水壓、動態(tài)和補(bǔ)給來源，以及地表水的分布情況；

(6)滑坡帶內(nèi)外工程設(shè)施的破壞、變形等現(xiàn)象，滑坡體上樹木等的變形、位移及其破壞的時間和過程。

上述調(diào)查的關(guān)鍵內(nèi)容在本勘查中均有典型表現(xiàn)。目前變形體1位于校區(qū)場地內(nèi)，上覆人工填土層厚3～5 m，下伏坡殘積土層及強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，場地大部分已硬化，僅東北側(cè)為菜地，地表水易于入滲?！?·12”地震時產(chǎn)生5條橫向張拉裂縫、6條縱向剪切裂縫、6處地表沉降坑；裂縫長15～75 m，寬3～15 mm；沉降坑面積4～30 m2，沉降量10～20 mm；西南側(cè)一段長約20 m圍墻倒塌，東南側(cè)教職工宿舍樓及基礎(chǔ)多處開裂。2009年8月強(qiáng)降雨期間，校區(qū)前緣的三處橫向張拉裂縫變寬，并新增3條橫向張拉裂縫、5條剪切裂縫；裂縫長5～30 m，寬2～10 mm；西南側(cè)新修圍墻產(chǎn)生寬10 mm的貫通張拉裂縫；校門前新修水泥路局部路面結(jié)構(gòu)層外突100 mm，上方護(hù)欄拉斷，下方護(hù)面墻伸縮縫張開10 mm。據(jù)監(jiān)測顯示上述裂縫仍在逐漸擴(kuò)展。典型變形特征如圖2—圖4所示。

圖2 變形體1 教職工樓立柱斷裂

圖3 變形體1校門前的橫向張拉裂縫

圖4 變形體1前緣路面結(jié)構(gòu)層外突現(xiàn)象

變形體2位于教學(xué)樓和雜物房后方丘陵斜坡上，上覆坡殘積土層厚1～3 m，下伏強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，植被發(fā)育?！?·12”地震時產(chǎn)生5處滑塌，滑塌后緣陡坎高0.7～1.0 m，側(cè)壁高0.4～0.6 m，有明顯的滑動擦痕，滑體厚約2～5 m，整體均呈圈椅狀構(gòu)造；2009年8月強(qiáng)降雨期間原有的滑塌周邊有新的小裂縫出現(xiàn)，裂縫長3～5 m，寬1～3 cm。在“5·12”地震時變形體2前緣長約20 m的坡腳擋墻和長約10 m的圍墻被擠垮，重修后局部仍有外鼓跡象；擋墻前側(cè)排水溝處產(chǎn)生橫向鼓脹裂縫長約85 m，寬5～20 mm，局部沉降或鼓起5～10 mm，排水溝側(cè)壁外傾約15°，目前變形仍在繼續(xù)發(fā)展，前方教學(xué)樓及雜物房基礎(chǔ)無變形跡象。典型變形特征如圖5和圖6所示。

圖5 變形體2 局部滑塌后緣陡坎

圖6 變形體2 剪出口處鼓脹裂縫

通過對現(xiàn)場踏勘和變形特征調(diào)查，進(jìn)一步分析滑坡變形形成機(jī)制、發(fā)育階段情況與滑坡破壞模式，以確定滑坡面(帶)形態(tài)，從而對滑坡穩(wěn)定性定性評價。

3 滑帶識別與位置判定

山體(或坡體)滑坡變形現(xiàn)象的最主要特征是滑帶即坡體沿坡內(nèi)一定部位的“帶(或面)”作整體滑動，因此滑帶(滑動面)的識別和位置判定是滑坡穩(wěn)定性分析和滑坡防治工程中的關(guān)鍵問題。有些滑坡特別是老滑坡的滑帶，一般可以根據(jù)其外貌特征并通過地質(zhì)勘查找到，然而在實(shí)際工程中，大部分滑坡滑帶的特征并不明顯，因此在滑坡勘查過程中，需做好以下工作：

(1)同一區(qū)域，相同類型的滑坡和滑帶土的特征往往相似，廣泛收集本地區(qū)內(nèi)前人所做的地質(zhì)成果資料以及區(qū)域研究工作，包括區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等，分析工作區(qū)滑坡相關(guān)特征。

(2)滑帶識別：滑帶土是在特定的物理化學(xué)條件下形成強(qiáng)度較低，呈可塑狀、軟塑狀甚至流塑狀的巖土體。它包含多種黏土礦物和非晶物質(zhì)，并沿滑坡面沉淀和聚集，其厚度可以從數(shù)毫米到數(shù)米[5]?；瑤烈蚧祀s了滑床及滑體的多種破碎巖石，且由地下水?dāng)y來沉淀物易于污染而色雜，又因受動力作用大、發(fā)熱而有輕微變質(zhì)現(xiàn)象，甚至偶爾可見擦痕以及燒灼的痕跡，故滑帶巖土比其上、下巖土的含水量大、松散、擾動、混雜、破碎[6]。

(3)滑帶位置判定：在滑體地下水位以上的黏性土、粉土、人工填土和不易塌孔的砂土內(nèi)應(yīng)采用干法鉆進(jìn);在地下水位以下的巖土層內(nèi)，以及在滑帶及其上下5 m范圍內(nèi)應(yīng)采用單動雙管鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn);嚴(yán)重縮孔或塌孔時應(yīng)采用跟管或泥漿護(hù)壁[5,7]。在滑帶及其上下5 m范圍內(nèi)，回次進(jìn)尺不得大于0.3 m，及時按鉆進(jìn)回次逐次記錄，編錄時要注意回次進(jìn)尺和殘留巖芯的分配，以免人為劃錯層位。在滑帶鉆進(jìn)中遇縮徑、掉塊和漏水現(xiàn)象，此時一般鉆進(jìn)速度會突然變快而鉆機(jī)震動變小，當(dāng)出現(xiàn)此情況應(yīng)減慢鉆速。判定滑帶(面)位置時要細(xì)致認(rèn)真，因?yàn)殂@孔口徑小，巖芯數(shù)量少，容易造成判斷錯誤。描述巖芯，及時、準(zhǔn)確判定滑帶位置并取樣、試驗(yàn)，同時滿足鉆孔設(shè)計書的要求。

(4)整理資料時，對物探、鉆探與地表調(diào)查資料的綜合對比與分析，確定滑動區(qū)的滑動面、滑體邊界、構(gòu)造界限、滑坡成因等，繪制主滑方向剖面圖。

雙碑小學(xué)滑坡目前處于緩慢變形階段，未形成連續(xù)的滑動面，滑帶不甚明顯，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和鉆探結(jié)果顯示，地下水主要沿第四系坡殘積土層和強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖接觸帶活動，場地中前部有穩(wěn)定的地下水位，致使沿此接觸帶巖土體浸水軟化呈軟塑土狀，強(qiáng)度低，易變形，成為最危險的潛在滑動帶。 滑帶照片見圖7、圖8。

圖7 變形體1軟塑狀滑帶土

圖8 變形體2 土巖接觸面滑帶

4 參數(shù)取值和計算模型確定

在滑坡治理工程勘查設(shè)計中，其穩(wěn)定性計算模型可分為“滑動面為單一平面或圓弧形”和“滑動面為折線形”兩種類型，計算模型確定和參數(shù)取值直接關(guān)系到滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，同時也影響著防治工程方案的選擇與工程造價。

4.1 參數(shù)取值

計算中所采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)的選取合理與否，是評價滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在?；w土的重度可根據(jù)土工試驗(yàn)、大重度試驗(yàn)、類比分析和反演分析綜合確定；滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ取值更是關(guān)系重大，具體可根據(jù)滑帶土土工試驗(yàn)以類比分析、現(xiàn)場直剪試驗(yàn)及反演分析法綜合確定[8]。其中反演分析是根據(jù)極限平衡剩余推力法進(jìn)行滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演，對滑坡穩(wěn)定系數(shù)和滑帶c、φ值的關(guān)系進(jìn)行反演分析計算。經(jīng)過反演分析獲得雙碑小學(xué)滑坡主滑面縱向1-1′剖面安全系數(shù)與c、φ之間的關(guān)系如圖9、圖10所示。結(jié)果表明，c值對坡體穩(wěn)定性影響較φ值敏感。在φ=15°、c=13.5 kPa處，φ值每提高1°，坡體安全系數(shù)提高0.025，c值每提高1 kPa，坡體安全系數(shù)提高0.052，c對滑體的穩(wěn)定性影響是φ值的2.08倍。因此，c值變化對安全系數(shù)影響較大。

圖9 反分析Ks-c關(guān)系曲線

圖10 反分析Ks-φ關(guān)系曲線

此外，可根據(jù)地區(qū)具有類似工程地質(zhì)條件滑坡治理工程的相關(guān)案例，按照不同方法加權(quán)平均的算法，綜合確定滑帶土的物理力學(xué)參數(shù)。對于雙碑小學(xué)滑坡巖土體物理力學(xué)指標(biāo)，在類比參考以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值的基礎(chǔ)上，結(jié)合1-1′剖面反演分析結(jié)果，確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)見表1。

表1 計算參數(shù)綜合選取

4.2 計算模型的確定

依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T32864—2016)中滑坡穩(wěn)定性評價方法[9]確定計算模型。一般情況，傳遞系數(shù)法計算的穩(wěn)定系數(shù)比簡布法計算的要大;當(dāng)滑動面為光滑連續(xù)的曲線時，兩者穩(wěn)定系數(shù)的計算值相差不大[1,10]，傳遞系數(shù)法的計算結(jié)果可以用來作為穩(wěn)定性評價的依據(jù)。但是在其他情況下特別是滑動面傾角變化較大時，應(yīng)當(dāng)同時利用兩種甚至多種方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析[1,11]，比較計算結(jié)果，選擇最優(yōu)的穩(wěn)定系數(shù)值作為評價依據(jù)[1]。

雙碑小學(xué)滑坡為堆積層滑坡，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性評價，用簡布法進(jìn)行校核，采用傳遞系數(shù)法計算剩余下滑力。以主滑面縱向1-1′剖面為例進(jìn)行計算，如圖11—圖13所示。

圖11 雙碑小學(xué)滑坡主滑面縱向1-1′剖面穩(wěn)定性計算剖面

圖12 1-1′剖面變形體1穩(wěn)定性計算模型簡圖(單位：m)

圖13 1-1′剖面變形體2穩(wěn)定性計算模型簡圖(單位：m)

5 滑坡穩(wěn)定性定量分析

滑坡穩(wěn)定性定量分析是通過滑坡滑動模式推力及穩(wěn)定性系數(shù)計算，進(jìn)而判定滑坡體的穩(wěn)定性，在其計算過程中，關(guān)鍵問題是如何選擇合理的工況，并對計算結(jié)果結(jié)合宏觀變形標(biāo)志進(jìn)行合理的解釋。

5.1 計算工況條件

穩(wěn)定系數(shù)是用定值法表示實(shí)際具有的安全儲備[12]，所以計算工況的選擇首先必須根據(jù)規(guī)范的要求確定，但是在實(shí)際工程中，由于勘查、測繪工作的詳盡程度、資料的準(zhǔn)確程度、滑坡發(fā)展的把握程度、地下水的變化、巖土材料強(qiáng)度的變化、地震的作用、工程的重要程度和滑坡的危害程度等不同[13]，加上滑坡工程地質(zhì)條件的多樣性與復(fù)雜性，規(guī)范中規(guī)定的計算工況并不能包括所有可能發(fā)生的條件，因此，在穩(wěn)定性計算時，需要根據(jù)誘發(fā)滑坡變形失穩(wěn)的可能邊界條件組合進(jìn)行選擇。在雙碑小學(xué)滑坡中，依據(jù)調(diào)查和勘探的實(shí)際情況，滑坡暴雨工況以10年一遇(5%頻率)暴雨考慮；滑坡體上的建筑物荷載按10 t/m2考慮；滑坡區(qū)處于Ⅶ度區(qū)，地震加速度按0.10g考慮[14]。結(jié)合滑坡區(qū)的實(shí)際情況，滑坡穩(wěn)定性計算采用以下三種工況條件[14]：

(1)工況Ⅰ(最小安全系數(shù)1.15)：自重；

(2)工況Ⅲ(最小安全系數(shù)1.05)：自重+暴雨(十年一遇、5%頻率)+地下水；

(3)工況Ⅳ(最小安全系數(shù)1.02)：自重+地震+地下水。

5.2 計算結(jié)果

采用軟件對雙碑小學(xué)滑坡變形體1和變形體2的1-1′剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果見表2、表3。

5.3 計算結(jié)果分析

滑坡穩(wěn)定性定量分析是定性評價的一個量化表達(dá)，是通過力學(xué)原理，對滑坡體滑動力(矩)及抗滑力(矩)在各種工況下的定量計算，確定滑坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)Ks，對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析進(jìn)而判定滑坡體的穩(wěn)定性。

表2 變形體1滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

表3 變形體2滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T32864—2016)中滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)[9]，雙碑小學(xué)滑坡變形體1整體穩(wěn)定性較好，不會產(chǎn)生整體性滑動，但在地震作用下覆蓋土體蠕變可能造成大面積的地面開裂、沉降和建筑物變形，場地前緣由于公路切坡形成高陡的臨空面，使得校區(qū)前緣部分穩(wěn)定性較差，在天然工況下基本穩(wěn)定，在暴雨和地震工況下基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定，這與目前場地后方裂縫無變化、前方裂縫變寬并有新裂縫出現(xiàn)的實(shí)際情況是相符合的；變形體2整體在天然工況下基本穩(wěn)定，但在暴雨或地震工況下欠穩(wěn)定，這與實(shí)際情況是較為吻合的。具體結(jié)果見表4。

表4 1-1′剖面滑坡穩(wěn)定狀態(tài)統(tǒng)計表

因此，綜合來看，目前雙碑小學(xué)滑坡變形體1前緣安全儲備不足，在暴雨或地震作用下可能進(jìn)一步變形；變形體2安全儲備不足，在暴雨或地震作用下可能產(chǎn)生局部滑塌。這與滑坡宏觀變形標(biāo)志，以及對滑坡誘發(fā)因素的分析是一致的，計算結(jié)果也是可信的。

6 結(jié)論

(1)基于滑坡災(zāi)害，提出了在滑坡勘查過程中需重點(diǎn)關(guān)注滑坡特征調(diào)查與穩(wěn)定性定性評價、滑帶識別與位置判定、參數(shù)取值和計算模型確定、滑坡穩(wěn)定性定量分析四個關(guān)鍵技術(shù)問題。

(2)雙碑小學(xué)滑坡目前處于緩慢變形階段，未形成連續(xù)的滑動面，滑帶不甚明顯，主要由地下水活動造成。

(3)通過雙碑小學(xué)滑坡三種工況條件下的穩(wěn)定性定量分析，結(jié)果表明變形體1整體穩(wěn)定性較好，不會產(chǎn)生整體性滑動，但局部在地震工況下欠穩(wěn)定；變形體2整體在天然工況下基本穩(wěn)定，但在暴雨或地震工況下欠穩(wěn)定，結(jié)果與實(shí)際情況較吻合，為后續(xù)提出科學(xué)合理的滑坡防治方案提供依據(jù)。