袁家地湾头滑坡成因机制与稳定性评价

张御阳，裴向军

（成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059）

0 引言

广元市处于四川北部边缘，山地向盆地过渡地带，地质环境条件复杂多变，地质灾害较为发育。受5.12汶川地震及2010年7月22日—23日的持续强暴雨影响，该地区发生了大量的崩塌、滑坡等地质灾害，严重地威胁了广大人民群众的生命安全。袁家地湾头滑坡位于朝天区东溪河乡中坝村，属于持续强暴雨触发的土质滑坡，威胁中坝村4组29户居民的生命和财产安全。在深入调查研究该滑坡体的变形特征的基础上，并结合室内计算，对该滑坡体的稳定性进行了认真的分析和评价，并据此提出来该滑坡的防治方案。

1 工程地质环境条件及成因分析

1.1 滑坡概况

勘察区在区域上位于四川盆地北部龙门山北东向构造带向米仓山东西向构造带过渡地区，属于龙门山构造侵蚀中低山河谷地貌区，微地貌单元属山前斜坡地貌，整体地形南高北低，该滑坡地形坡度角一般为31°，前缘高程为690～700m，后缘高程798～824m，整个斜坡呈阶梯状（见图1）。

本区出露地层主要是志留系滑天坡组及第四系全新统的残坡积物。其中滑天坡组主要岩性为灰褐色绢云母千枚岩，产状322°∠44°。

本区位于区域地质构造复杂的龙门山印支褶皱。北临摩天岭加里东褶皱带，区内主要构造为林庵寺—三星洞逆冲推覆断层、菜子坝推覆构造带、龙门山印支褶皱带明月峡背斜。

图1 袁家地湾头滑坡平面图

本区地下水类型为松散土层孔隙水和基岩裂隙水，主要靠大气降水补给，动态变化大，径流途径短，沿斜坡向地势较低的地方排泄。

1.2 滑坡结构特征

受2010年7月23日特大暴雨的影响，整个滑坡左侧部分坡体已经发生失稳变形。经调查发现，其前缘以小路上侧出露基岩为界；后缘以靠近山脊侧出露基岩处为界；左侧紧靠已失稳部分坡体，并以出露基岩处为界；右侧以公路交叉口向滑坡体下出露基岩为界。滑坡的主滑方向约为328°，滑坡轴长约210m，宽约170m，平面上呈蹄形，面积约3万m2，体积约18万m3，为一中型土质滑坡。根据钻孔揭露表明滑坡体的前缘和后缘的覆盖层厚约2.2～6.5m，中间厚度较大约11.2～12.8m。以上滑坡范围内，基岩稳定，无滑动现象，基岩上覆土层主要为粉质黏土。粉质黏土在浸水饱和后抗剪强度降低，易发生剪切破坏，是构成滑带的主要物质基础，滑床为基岩，滑体以粉质黏土为主（见图2）。

图2 袁家地湾头滑坡全貌

1.3 滑坡变形特征

滑坡体主要变形都是浅表层的岩土体的滑塌。经过走访调查，滑坡主要发育有4条裂缝和5处浅表滑塌，其中裂缝的裂开长度在3～20m，宽度在5～30cm，基本已被村民充填。根据斜坡变形特征，滑坡划分为强变形区和弱变形区。

图3 强变形区后部裂缝

图4 强变形区下缘的滑塌

其中强变形区在中部左侧的陡坡，该处上缓下陡，地貌上为一凸形坡。发育有2条裂缝和5处浅表滑塌。其中强变形区后部的1号裂缝（见图3）长约20m，宽约5～20cm。5处浅表滑塌最大的约40m3，最小的约9m3，其中最大一处位于强变形区下缘（图4）。

1.4 滑坡成因分析

该滑坡形成由内因和外因两方面组成，内因主要是地形、物质组成、地层结构、地下水活动等因素。外因主要是降水、人类工程活动和地震等。厚实的松散堆积层为该滑坡的产生提供了物质来源；滑坡所在的山体坡度较大，山形较陡，对坡体保持稳定不利；坡体表层的粉质黏土富含绢云母等亲水矿物质，持水性较好，抗剪强度较低；基岩主要是绢云母千枚岩，岩石易风化、透水性差，硬度较低，为该滑坡的形成提供了有利的地层条件；丰富的降水和地表水渗入土体，增大了土体的重度，降低了滑动土的力学强度，并在自重下表层土体发生蠕变，局部已拉张变形，为该滑坡的形成提供了有利的激发条件。

上述几种因素中，降雨是该滑坡的主要诱发因素。2008年，滑坡左侧靠山顶处修筑一条乡间公路，由于开挖使后缘岩体暴露于坡表。2010年7月23日持续暴雨后，大量降水渗入岩土体的裂隙和斜坡松散堆积层的粉质黏土中，因其下伏基岩隔水性好，透水性差，导致降雨一方面使滑体重度增加，加大下滑力，另一方面造成滑带土受浸泡软化，力学性质降低，从而造成已失稳部分坡体的破坏。

斜坡2－2′剖面中部的强变形区由于是下陡上缓的凸形坡，坡的前缘形成一个不利的临空面，坡后发育一条5～20cm宽的长裂缝，同时大部分的局部浅表垮塌均发育于此，在遭遇地震，持续暴雨的情况下，极有可能发生破坏（见图5）。

图5 斜坡2－2′剖面工程地质剖面图

2 滑坡稳定性评价

2.1 传递系数法分析整体稳定性

选取沿主滑方向的2条工程地质剖面1－1′和2－2′作为稳定性计算剖面，根据钻探资料分析，该滑坡滑面近似于折线形，采用极限平衡传递系数法计算滑坡的稳定性，计算出不同工况下的稳定性系数和剩余下滑力，提出滑坡防治工程的设计依据（见图6～7）。

图6 2－2′计算剖面模型

图7 1－1′计算剖面模型

2.1.1 滑坡物理参数确定

（1）滑体土重度的确定

滑坡体以粉质黏土为主，夹杂少量的千枚岩碎石，结合土壤室内试验平均值，经综合考虑后，天然重度取19.29kN/m3，饱和重度21.04kN/m3。

（2）抗剪强度参数取值

计算采用室内试验值结合当地经验值经综合分析后确定土体的抗剪强度参数。确定稳定性验算抗剪强度参数取值如下：天然状态下C＝24.79kN，φ＝21.93°，暴雨工况下C＝22.06kN，φ＝19.88°。

2.1.2 滑坡稳定性计算

（1）计算工况选取

由于该滑坡的稳定性主要影响因素为降雨，且处于地震设防烈度为Ⅶ度的地区，因此主要考虑以下3种工况，采用传递系数法对滑坡进行稳定性计算，各工况及其参数取值情况见表1。

表1 滑坡稳定性计算工况条件表

（2）计算方法及结果

稳定系数k计算公式如下：

式中：k—— 稳定系数；

Ri—— 作用于第i块段抗滑力（kN/m）；

Ti——作用于第i块段滑动面上的滑动分力（kN/m）；

Rn—— 作用于第n块段的抗滑力（kN/m）；Tn——作用于第n块段的滑动面上的滑动分力（kN/m）；

Ψj——第j块段的剩余下滑力传递至第j＋1块段时的传递系数（j＝i）。

上式中Ri与Ti分别按照式（2）～（3）计算：

式中：Ni——作用于第i块段滑动体上的法向分力

（kN/m），Ni＝ （Wi＋Qi）cosαi；

Φi—— 第i块段滑带土内摩擦角（°）；

Ci—— 第i块段滑动面上黏聚力（kPa）；

li—— 第i块段滑面长（m）；

Wi—— 第i块体重量（kN/m）；

Qi——作用于第i块段滑动体上的建筑荷载

（kN/m2）；

Ai—— 第i块段饱水面积（m2）；

di—— 第i块段滑动倾角（°）。

剩余下滑力计算公式：

式中：Ei～1——第i～1条块的剩余下滑力（kN/m），

作用于分界面的中点；

αi—— 第i条块所在滑面倾角（°）；

K——不稳定斜坡推力安全系数。

计算过程中，工况1条件下，安全系数取1.15，工况2条件下安全系数取1.05，工况3条件下安全系数为1.02，计算结果见表2。

表2 滑坡稳定性计算和分析结果

2.2 对滑坡部分不利稳定的坡体进行分析

由于2－2′剖面中部的坡体是上缓下陡的凸形坡，临空条件较好，易导致局部失稳。用理正岩土软件的边坡稳定性分析模块对其进行分析。

物理参数天然状态下重度取19.29kN/m3，饱和重度22.54kN/m3，抗剪强度参数取值天然状态下C＝26.73kN，Φ＝23.90°，暴雨工况下C＝24.98kN，Φ＝22.80°。

计算方法采用瑞典条分法，计算公式为：

式中：l——单个土条的滑动面长度；

W——条块重力；

W1——水位面以上条块重力；

W2——水位面以下条块重力，采用饱和重度计算；

Z——条块上方水位面高出条块底面中点的距离；

ui——水位降落前堤身中的孔隙水压力；

β——条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角；

C，φ——土的抗剪强度指标。

计算结果分析得到一条较为危险的滑动面AA′（见表3和图8）。

表3 滑坡稳定性和推力计算成果

2.3 利用GeoStudio软件对滑坡进行分析

以上分析可知，2－2′剖面是该斜坡最危险的部分。利用边坡稳定性模块Slope/W该滑坡建立模型（见图9）。根据勘察，各钻孔取样在勘探的深度范围内地下水含量较小，且由于斜坡在暴雨状态下可能发生失稳，因而参数选取暴雨工况下进行分析。

图8 计算得出的危险滑面

图9 GeoStudio对滑坡2－2′剖面建立的模型

通过 Ordinary、Bishop、Janbu、Morgenstem.Price方法分析滑面可能出现的位置，得出以下稳定性系数（见表4）和潜在滑面（见图10）。

图10 GeoStudio分析得出的潜在滑面

表4 GeoStudio分析得出的2－2′剖面稳定性系数

通过GeoStudio软件运行结果来看，该坡面稳定性系数在1.03～1.09之间处于欠稳定到基本稳定状态。在暴雨工况下，可能会发生失稳。

3 结语

本文通过实地调查、工程勘察，并通过传递系数法，瑞典条分法计算，使用GeoStudio软件分析后认为：

（1）该滑坡破坏机制为蠕滑拉裂型，稳定性影响因素主要为地形地貌、岩性组合、持续暴雨和人类工程活动，尤其是持续暴雨影响最为强烈。根据传统的极限平衡法分析，坡体整体在天然状态下处于基本稳定状态，在暴雨状态下处于欠稳定状态。根据瑞典条分法分析，坡体中部的凸形坡在暴雨工况下极易发生失稳破坏。通过GeoStudio软件分析，可以确定分析结果和极限平衡法、瑞典条分法的分析结果基本一致。

（2）根据滑坡稳定性影响因素分析，建议采用桩板墙＋裂缝夯填的治理方案，确保坡体上居民生命财产安全。

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