青島市嶗山區(qū)北九水滑坡穩(wěn)定性評價

黃銳 陳勇

摘要 通過對青島市嶗山區(qū)北九水滑坡的工程現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)收集的各種地質(zhì)資料及巖土勘察數(shù)據(jù)，在定性分析的基礎(chǔ)上，采用《巖土工程勘察規(guī)范》中的折線型滑動面的推力傳遞系數(shù)法，通過定量計算對青島市嶗山北九水滑坡的穩(wěn)定性進行了評價。結(jié)果表明，北九水滑坡在天然狀態(tài)條件下于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

關(guān)鍵詞 滑坡;穩(wěn)定性評價;系數(shù)傳遞法

中圖分類號 S181.3;TU411.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）33-11816-03

基金項目 國家自然科學(xué)基金項目（41072203）。

作者簡介 黃銳（1989- ），男，陜西漢中人，碩士研究生，研究方向：巖石特性及其本構(gòu)方程、巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評價。

收稿日期 2014-10-20

青島市嶗山區(qū)北九水滑坡位于北宅街道辦事處我樂社區(qū)東南，白沙河?xùn)|岸，其上方為北九水風(fēng)景區(qū)售票處及進出景區(qū)的公路，該區(qū)處于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生，將會給當(dāng)?shù)鼐用窈瓦^往車輛及游客造成嚴重威脅。因此，針對嶗山區(qū)北宅街道辦事處北九水滑坡目前存在的問題，對其進行地質(zhì)災(zāi)害治理是十分迫切和必要的。

1 工程地質(zhì)調(diào)查

1.1 地層特征

覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Qal+pl4），以礫石、砂土、巖屑及大量漂石為主（約占60%），稍密，厚度大，均勻性較差?；靥罟探Y(jié)時間約200年。該層在擬建場地范圍內(nèi)分布廣泛，揭露厚度1.20～18.00 m，平均厚度10.62 m;層底埋深1.20～18.00 m;層底標高110.73～136.82 m。

基巖層主要為花崗巖，淺肉紅色，主要礦物成分為石英、長石。中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，構(gòu)造節(jié)理和風(fēng)化裂隙不發(fā)育。該層在擬建場地分布廣泛，性質(zhì)穩(wěn)定。在勘察期間未揭穿該層，最大揭露厚度18.50 m。

1.2 地貌特征

北九水滑坡隱患位于白沙河?xùn)|岸，屬于構(gòu)造侵蝕河谷岸坡地貌。

滑坡隱患體范圍內(nèi)地形起伏較大，地面標高116.66～229.91 m，西側(cè)被白沙河沖刷切割成高度為5～13 m高的陡坡，坡度30°～90°不等，局部大于90°。滑坡坡體前緣下方為白沙河河道，河道內(nèi)為粒徑大小不一的卵礫石，見礫石最大直徑>10 m。坡體上方多為農(nóng)田，植被發(fā)育。滑坡體東側(cè)為

山前坡地，滑坡體平臺為進出嶗山北九水風(fēng)景區(qū)的公路，人

類工程活動強烈。

1.3 滑坡體形態(tài)特征

北九水滑坡平面呈上窄下寬的不規(guī)則狀，其前緣位于白沙河的東岸，前緣高程120.31～127.16 m，寬度140 m，后緣位于山坡上，最后緣高程為160.05 m，寬度82 m，滑坡體縱長25～91 m，橫寬60～140 m，平面面積約7 378.54 m2。滑坡體揭露厚度1.20～18.00 m，平均厚度10.62 m，根據(jù)測算，滑坡體的體積約78 360 m3。

1.4 水文地質(zhì)條件

北九水滑坡總體坡度較陡，坡體上無大的地表水體分布，僅零星分布有供農(nóng)田灌溉用的小蓄水池。地下水類型以第四系孔隙潛水和塊狀巖類基巖裂隙水為主，單井涌水量50～100 m3/d。區(qū)內(nèi)地下水接受大氣降水及河流入滲補給。研究期間，實測穩(wěn)定水位埋深2.0～11.0 m，穩(wěn)定水位標高118.33～132.86 m，平均127.46 m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，研究區(qū)地下水位年變化幅度約2 m。根據(jù)注水試驗結(jié)果確定滑坡體屬中等透水-弱透水地層。

1.5 滑坡體物理力學(xué)性質(zhì)

滑體土層天然重度為19.0 kN/m3，飽和重度20.3 kN/m3。天然直接抗剪強度c=10 kPa，=35°，飽和直接抗剪強度c=8 kPa，=30°。

滑床巖石飽和單軸抗壓強度Rc標準值為73.147 MPa，定量判斷為堅硬巖。巖體完整性指數(shù)Kv按公式計算Kv=（Vpm/Vpr）2=0.76，定量判斷巖體完整程度屬于完整。

巖體基本質(zhì)量指標BQ=90+3Rc+250Kv=499.441，定量判別巖體基本質(zhì)量級別屬Ⅱ級。各巖體工程特性指標建議值見表1。

表1 巖體工程特性指標

注：Max為最大值;Min為最小值;Φm為平均值;γ為重度;c為粘聚力;φ為內(nèi)摩擦角（“*”為等效內(nèi)摩擦角）;模量中E為彈性模量。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)邊坡的地形地貌形態(tài)、地質(zhì)條件和滑坡變形破壞的基本規(guī)律，追溯滑坡演變的全過程，預(yù)測滑坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢及其破壞方式。

2.1 滑坡變形特征及發(fā)育史

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)今活動的跡象主要發(fā)生在滑坡體前緣，主要為一些小規(guī)模的滑塌。最近發(fā)生的時間為：2010年7月發(fā)生兩次小規(guī)模的滑塌，滑塌總方量約3 m3;2011年6月25日，在暴雨的沖刷下再次發(fā)生小規(guī)模的滑塌，滑塌總方量約5 m3。另外，在收費站附近的公路上有3～4組裂縫，裂縫走向81°～94°。

由此可知該滑坡處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，在暴雨及外力震動作用的影響下，易再次產(chǎn)生滑塌，甚至更大規(guī)模的滑坡。

2.2 滑坡類型及變形破壞模式

根據(jù)上文可知該滑坡屬于二級小型淺層-中層滑坡，變形方式為自前緣向后部牽引—推移式滑塌，對地表破壞主要表現(xiàn)為差異性垂直和水平位移，對地表設(shè)施破壞性強。

2.3 滑坡影響因素及成因機制分析

從北九水滑坡產(chǎn)生、發(fā)展的過程分析，滑坡體巖土類型、地形地貌、大氣降水、外力震動以及河流沖刷是其產(chǎn)生的主導(dǎo)因素。

巖土體類型：厚度較大的第四系坡洪積層的存在，為滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)?；聟^(qū)域內(nèi)，第四系堆積體平均厚度大于10 m，其巖性以礫、卵石及粘性土為主，這種地層結(jié)構(gòu)為易滑坡地層。

地形地貌：滑坡后部為斜坡，坡度一般30°～40°，地形坡角條件為滑坡形成與位移提供了條件。

大氣降水：該區(qū)為溫帶海洋性氣候，降水多集中在6～9月，約占全年降水量的65%～80%，區(qū)域內(nèi)降雨量大且集中，雨水下滲，不但降低土體的抗剪強度，還提高滑體重量，使滑坡體極易產(chǎn)生滑動，降雨尤其是大暴雨，是引發(fā)嶗山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。

外力的震動：滑坡體上方即為進出北九水風(fēng)景區(qū)的公路，每天都有很多的車輛、游客及當(dāng)?shù)卮迕駨拇私?jīng)過，由此產(chǎn)生的震動會對滑坡體的穩(wěn)定性造成很大的影響。

河流沖刷：滑坡體下方即為白沙河，暴雨期間，在其強烈的沖刷作用下，使坡體前緣形成的臨空面高度5～13 m，易產(chǎn)生滑塌。

研究表明，滑坡體的前緣發(fā)生多次小規(guī)模的滑塌，并且在滑坡體上方前緣收費站處有多組平行于坡體前緣的裂縫，目前未產(chǎn)生過較大規(guī)模的滑坡。根據(jù)綜合情況分析判斷，北九水滑坡處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 定量分析

在前述定性分析的基礎(chǔ)上，通過運用極限平衡法——傳遞系數(shù)法，計算滑動面的剩余推力，從而對邊坡的穩(wěn)定性進行定量分析。

3.1 計算剖面

選擇對應(yīng)滑坡主滑方向的1-1′、2-2′工程地質(zhì)剖面進行計算。計算模型見圖1、2。

3.2 計算方法及計算公式

傳遞系數(shù)法最早是在新建寶

圖1 1-1′剖面滑坡穩(wěn)定性計算條分示意

圖2 2-2′剖面滑坡穩(wěn)定性計算條分示意

雞—成都鐵路時的1954年由我國最著名的滑坡專家徐邦棟提出的[1]。該方法可用于3個方面：一是計算穩(wěn)定系數(shù)，判斷滑坡處于穩(wěn)定、不穩(wěn)定還是極限狀態(tài);二是計算滑坡體推力，為滑坡治理設(shè)計提供依據(jù);三是用于反分析，反算土的強度指標。除用于反分析外，其他兩方面都被列入了規(guī)范。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001），巖土工作人員通常采用基于極限平衡理論的折線型滑動面的推力傳遞系數(shù)法對滑坡進行穩(wěn)定性分析及計算[2]。

用于計算穩(wěn)定系數(shù)方面，1977年首次列入《工業(yè)與民用建筑工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（TJ21-77），后列入《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-94）和GB 50021-2001的《條文說明》[3]。公式的形式是：

Fs=n-1i=1（Rin-1j=iψi）+Rn

n-1i=1（Tin-1j=iψj）+Tn

ψi=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tani+1

n-1j=iψj=ψi×ψi+1×ψi+2×……×ψn-1

Ri=Nitani+ciLi

Ti=Wisinθi

Ni=Wicosθi

Wi=Viuγ+Vidγ′+Fi

式中，F(xiàn)s為滑坡穩(wěn)定性系數(shù);

ψj為傳遞系數(shù)，第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(shù)（j=i）;

Ri為作用于第i塊的抗滑力（kN/m）;

Ti為作用于第i條塊滑動面上的下滑分力（kN/m）;

Ni為第i條塊滑動面的法向分力（kN/m）;

ci為第i條塊的粘聚力（kPa）;

i為第i條塊的內(nèi)摩擦角（°）;

Li為第i條塊滑動面的長度（m）;

θi為第i條塊底面傾角（°），反傾時取負值;

Wi為第i條塊自重與建筑等地面荷載之和（kN/m）;

γ為巖土體的天然容重（kN/m3）;

γsat為巖土體的飽和容重（kN/m3）;

Fi為第i條塊所受地面荷載（kN/m）[4]。

3.3 計算工況

工況一：自重+地表荷載+天然狀態(tài)。

工況二：自重+地表荷載+20年一遇暴雨（連續(xù)降雨）。

3.4 計算條件及參數(shù)選取

主滑體土中含有約60%的礫石、砂土、巖屑及大塊漂石，滑坡體的力學(xué)指標根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗值確定。天然狀態(tài)下粘聚力經(jīng)驗值為5 kPa，內(nèi)摩擦角35°;飽和狀態(tài)粘聚力經(jīng)驗值為4 kPa，內(nèi)磨擦角為14°。

現(xiàn)滑坡體上方為農(nóng)田、售票亭、公路以及過往的行人車

輛，在穩(wěn)定性計算分析時地表荷載在建筑范圍內(nèi)按5 kN/m

取值。

3.5 滑坡穩(wěn)定性設(shè)計標準的確定

滑坡地質(zhì)災(zāi)害危害性等級為二級，滑坡剩余下滑力安全系數(shù)在暴雨工況最小不得小于1.15，據(jù)滑坡實際情況，該滑坡取1.15。

4 滑坡穩(wěn)定性綜合評價

按照上述計算工況對北九水滑坡穩(wěn)定性進行了計算，計算結(jié)果如表2所示。依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》DZ/T0218-2006規(guī)定[5]，其判別標準見表3。

滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，北九水滑坡在天然狀態(tài)條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

滑坡在天然狀態(tài)下，利用1-1′剖面，根據(jù)前面的公式，可計算出主滑面抗剪強度變化對滑坡穩(wěn)定性影響程度，結(jié)果見表4。計算結(jié)果顯示，當(dāng)滑帶土內(nèi)聚力c值每增加1 kPa，滑坡穩(wěn)定系數(shù)提高0.027～0.029，當(dāng)滑面強度內(nèi)摩擦角值每增加1°，滑坡穩(wěn)定系數(shù)提高0.101～0.126，表明滑帶土內(nèi)摩擦角的變化對滑坡穩(wěn)定性影響更為顯著。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

表3 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

表4 主滑面抗剪強度對滑坡穩(wěn)定系數(shù)影響的敏感性分析

5 結(jié)論

（1）根據(jù)滑坡體的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)形式等主要因素可知滑坡類型為堆積層（土質(zhì)）滑坡，屬殘坡積層滑坡亞類;按滑坡體的規(guī)模屬淺-中層滑坡，運動形式為牽引式滑坡，按其發(fā)生的原因?qū)僮匀换拢鶕?jù)測算，滑坡體的體積約78 360 m3，屬小型滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患。

（2）滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，北九水滑坡在天然狀態(tài)條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）滑坡穩(wěn)定性分析的可靠性，除計算方法外，地質(zhì)條件是否清楚，參數(shù)選用是否適當(dāng)，常常更加重要。計算條件與現(xiàn)場條件之間（包括地質(zhì)條件和地下水條件），有時存在很大差異。無論傳遞系數(shù)法還是別的方法，必須把條件簡化，包括現(xiàn)場條件的簡化和計算條件的簡化，否則無法建立通用的計算方法。因此，不宜過分依賴計算，應(yīng)特別注意定性分析與定量分析相結(jié)合，進行綜合分析。

參考文獻

[1] 沈堯亮，侯殿英.傳遞系數(shù)法的原型與衍生[J].工程勘察，2010，12（1）：477-486.

[2] 雷建強.堆積層滑坡穩(wěn)定性分析[J].城市道橋與防洪，2012，2（3）：19-21.

[3] 顧寶和，毛尚之.滑坡穩(wěn)定性分析傳遞系數(shù)法的討論[J].工程勘察，2006，12（3）：8-11.

[4] 顧寶和，高大釗，朱小林，等.GB 50021- 2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[5] 中國地質(zhì)調(diào)查局.DZ/T0218-2006，滑坡防治工程勘查規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2006.