剑阁县迎水乡迎水小学滑坡稳定性分析

李成志

（四川省一三五勘察设计有限公司，四川泸州 646000）

剑阁县迎水乡迎水小学滑坡是位于迎水河左岸的一条带状滑坡，滑坡的稳定性受迎水河河水位变化影响较大，特别是河水的上涨和消落，往往容易导致滑坡变形失稳。分析滑坡的工程地质条件，针对滑坡形成机制，采用反演进行稳定性评价，是对该滑坡稳定性评价较适用的方法。

1 滑坡基本特征和工程地质条件

迎水小学滑坡位于迎水河左岸岸坡，迎水小学西南侧上，滑坡地面高程 405～412m。据地表地质测绘，滑坡体长约130m，宽10～15m，厚6～8m，体积约1.09×104m3。滑坡体平面上呈一长“条带”形，两侧边界不明显，以保护对象为圈定范围，滑坡潜在剪出口为迎水河河床，滑动面为潜在最危险滑裂面。滑坡所处地形坡度20°～40°，后缘迎水小学食堂内发现有张开5～15cm宽的拉裂缝；滑坡前缘为迎水河侵蚀切割形成的陡峭临空面，滑坡体总体主滑方向约为217°，滑坡基本特征如图1。

图1 剑阁县迎水乡迎水小学滑坡特征图

滑坡区出露的地层主要有：

1）第四系全新统冲洪积层（Q4el+dl）

①粉质粘土：分布于整个勘查范围内的滑坡坡表，褐黄色，为河流冲洪积而成，呈可塑～硬塑状，主要成份为粘粒，含少量碎石，碎石含量约占10%～20%，粒径一般在2～5cm，最大可达12cm。刀切面稍具光泽，手可搓成条，韧性中～高等，干强度中～高等，不均匀，据工程地质调查及工程地质钻探揭示，该层钻孔揭露厚度在3.0～6.5m。

②粉砂土：浅灰色，软塑～可塑，主要成份为粘粒，含较多粉砂，粉砂含量约占 20%～40%，级配不良，为亚圆形，轻微胶结，母岩成分主要为石英、长石等矿物，为第四系河流冲洪积层形成。

2）白垩系下统白龙组（K1b）：

③灰白色，中厚层状，层状结构，主要矿物成分为长石、石英，含少量粘土矿物，含量约占 10%～20%，该层受风化剥蚀，节理裂隙较发育，岩体破碎，岩芯多呈碎块状或短节柱状，岩质较硬，锤击声脆。该层在整个场地内分布不均，厚度变化大。

④中风化砂岩:灰白色，中厚层状，层状结构，主要矿物成分为长石、石英，含少量粘土矿物，含量约占 10%～20%，该层岩芯较完整，岩芯多呈短节柱状，岩质较硬，锤击声脆。该层在整个场地内分布不均，厚度变化大，钻孔揭示未见底。

⑤强风化泥岩:褐红色，中厚层状，泥质结构，主要矿物成分为粘土矿物，含少量石英和长石，含量约占 20%～30%，该层受风化剥蚀，节理裂隙较发育，岩体破碎，岩芯多呈碎块状，岩质极软，用手可折断，岩石水稳性差，失水易开裂崩解。该层在整个场地内均有分布，由于差异性风化作用影响，该层厚度变化大。

⑥中风化泥岩:褐红色，中厚层状，泥质结构，主要矿物成分为粘土矿物，含少量石英和长石，含量约占 20%～30%，该层受风化剥蚀较弱，岩芯较完整，岩芯多呈长节柱状，岩质相对较硬，岩石水稳性差，失水易开裂崩解，滑坡区地形及岩土工程条件见下页（图2）。

2 滑坡的成因及形成机制分析

迎水小学滑坡所处坡体主要由第四系冲洪积层粉质粘土①和粉砂土②组成，下伏基岩则为白垩系下统白龙组（K1b）泥岩组成，区内岩体受多期构造运动作用，浅部岩体破碎，裂隙发育，这些堆积层和破碎岩体为滑坡的形成提供了物质基础；同时，滑坡坡体下伏基覆面坡度相对较大，这又为坡体潜在滑动带（面）的形成创造了一定的条件；剑阁县迎水乡迎水小学滑坡为一滑坡低山地貌，坡度较陡，前缘为迎水河库岸形成的临空面，近年来，特别是2009年迎水河洪灾对库岸滑坡区的冲刷和侵蚀，进一步破坏了滑坡的原始状态，为滑坡的发生，发展提供了变形空间条件。

图2 滑坡平面及工程地质图

据钻孔揭露土层为冲洪积粉质粘土，勘探钻进过程中冲洗液漏失严重，土层结构松散，空隙较大，且滑坡坡体局部裂缝发育，为地表水的渗透提供了便利条件。受09年迎水河洪水冲刷库岸的影响，坡体局部出现土体溜塌现象，土体内部结构发生变化，加上每至降雨季节，雨后大量雨水顺着松散堆积层或原有地表裂缝下渗后，长期在基覆界面处积聚，对其浸泡软化，增加了动水压力，使土的抗剪强度降低，减小了滑坡的抗滑力；滑坡前缘迎水河在洪水期河水位的上升和洪水后河水位的逐渐消退，影响地下水位的升降，从而改变着滑坡土体的渗透条件，地下水的增加，浸湿范围加大，浸湿程度加剧，使滑坡岩土体的含水量增大，土体重力增加，滑面抗剪强度降低，而地下水位的下降引起滑坡坡体外静水压力的消失，则容易引起滑坡土体内外压力的不平衡从而导致滑坡失稳；在这些因素的共同作用下，将导致坡体向下发生滑移变形。

3 稳定性验算及评价

3.1 计算荷载及工况

根据滑坡发生的地质背景和形成机制，由于滑坡坡顶上存在 2层教学楼，故考虑建筑荷载的作用，取建筑静荷载4KN/m2，其稳定性计算分以下五种工况：

工况Ⅰ：天然工况，考虑坡体在现状条件下不受外界因素的影响。

工况Ⅱ：暴雨工况，考虑今后在滑坡区遭遇暴雨时地表无排水工程造成降雨下渗使潜在滑体重量增加，饱和浸水平均高度按1/3滑体厚度考虑。

工况Ⅲ：自重+地震。

工况IV：迎水河涨水+暴雨工况，河水位水位值由405.58m上涨至409.95m，考虑1/3暴雨地下水位线。

图3 传递系数法计算条分示意图

工况V：迎水河落水+暴雨工况，河水位水位值由409.95m下降至405.58m，考虑1/3暴雨地下水位线。

3.2 计算方法

3.2.1 滑坡稳定性计算：

本次根据《滑坡防治工程设计与施工规范》（DZ/T 0218—2006）推荐的不平衡传递系数法计算滑坡的稳定性和推力。

滑坡稳定性和推力计算公式为：

1）稳定性系数计算公式

式中：ψj—第 i块段的剩余下滑力传递至第 i+1块段时的传递系数（j=i），ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi1

Wi—第 i条块的重量（kN/m）；Ci—第 i条块内聚力（KPa）；Φi—第 i条块内摩擦角（°）；Li—第 i条块滑面长度（m）；αi—第i条块滑面倾角（°）；βi—第i条块地下水线与滑面的夹角（°）；A—地震加速度（重力加速度g）；Kj—稳定系数。

2）剩余下滑推力计算公式选择

其中，传递系数ψ=cos（ai-1-ai）-Sin（ai-1-ai）·tanφi

下滑力Ti=Wisinαi+Acosαi

抗滑力Ri=（Wi（sinαi-Acosαi）+Ci Li

Pi—第i条块推力（kN/m）；Pi-1—第i条块的剩余下滑力（kN/m）；Wi—第i条块的重量（kN）；Ci、ψi—第i块的内聚力（KPa）及内摩擦角（°）；Li—第i条块长度（m）；αi—第i块的滑面倾角（°）；A—地震加速度（重力加速度g）；Ks—设计安全系数。

图4 河（库）水位上升引起的地下水位浸润线变化

图5 河（库）水位下降引起的地下水位浸润线变化

②迎水河水位上升、下落时地下水位浸润线计算。

式中：yp——水位上升后的河（库）水位（从隔水层顶面起算）（m）；hp——水位上升前的河（库）水位（从隔水层顶面起算）（m）；s——水位上升前计算点至河（库）岸距离（m）；s′——水位上升后计算点至河（库）岸距离（m）；y——水位上升后计算点的地下水位（从隔水层顶面起算）（m）；h——水位上升前计算点的地下水位（从隔水层顶面起算）（m）。

当河（库）水位下降时（图5），如河（库）水位下降前河（库）水位与地下水位相同，地下水位浸润线可按下式计算：hx,t=h0,0-(h0,0-h0,t)F(λ)

式中：h0,0—下降前的河（库）水位（从隔水层顶面起算）（m）；h0,t—下降后的河（库）水位（从隔水层顶面起算）（m）；hx,t—河（库）水位下降后计算点的地下水位（从隔水层顶面起算）(m)；F（λ）—河（库）水位对地下水位的影响系数；t—河（库）水位下降所经历的时间(s)；a—导水系数 (m2/s)；K—渗透系数（m/s）；M—含水层厚度(m)；μ—给水度；x—水位下降后计算点到河（库）岸距离（m）。

图6 滑坡稳定性分析计算模型

根据以上计算公式，采用北京理正岩土商业软件的渗流分析计算模块对浸润线进行模拟计算，再将模拟计算结果代入边坡稳定分析模块中进行滑坡稳定性计算，其计算结果模型如图6。由于该滑坡为局部变形，故以变形区段作为计算依据，采用反算法室内试验结合求得粉质粘土①天然抗剪强度内聚力标准值C值14.13 KPa，内摩擦角φ值18.93°；饱和抗剪强度内聚力C值11.28KPa，内摩擦角φ值15.55 °；粉砂土②天然抗剪强度内聚力标准值 C值9.68 KPa，内摩擦角φ值21.76°；饱和抗剪强度内聚力C值8.05KPa，内摩擦角φ值 17.61°。再根据滑动面物质组成特征，结合工程类比，并考虑滑体土在迎水河河水侵润作用下有被软化，强度降低的可能，故根据抗剪强度分析值进行0.8倍的折减后使用；根据试验成果确定粉质粘土①天然重度取r=18.6kN/m3，饱和重度取rd=20.5kN/m3，粉砂土②天然重度取r=20.7kN/m3，饱和重度取rd=20.8kN/m3。

表1 迎水小学滑坡稳定性验算成果表

3.3 验算结果

应用计算机对该滑坡在多种不同因素组合情况下的稳定性计算，计算成果见表1。

上述计算表明，滑坡体在天然状态下处于稳定状态，与实际情况相吻合，在迎水河涨水和落水状态下处于基本稳定～欠稳定状态，滑坡局部可能发生小的变形，但不会引起总体失稳，这个跟现状滑坡变形相符；滑坡在20年一遇暴雨状况下稳定性较差，滑坡将处于临界稳定状态，有可能整体失稳。

4 建议处理措施

通过上述验算，在大多数情况下滑坡仍可处于稳定状态，鉴于迎水小学滑坡所处位置与迎水小学关系及对学校影响的重要性，为了确保学校的正常教学程序和师生的安危不受影响，为了防止滑坡滑移和迎水河对滑坡的冲刷侵蚀，建议对滑坡体前缘部位和滑坡坡体表面采取适宜的抗滑工程和坡面护坡工程进行处理，不能随意人为破坏滑坡体的基本形态；同时应对滑坡坡体变形做监测预警处理，以避免造成不必要的伤害。