滑坡勘查中滑坡稳定性实例评价分析

滑坡勘查中滑坡稳定性实例评价分析

吴德运

（中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队 ）摘要：滑坡地质灾害每年均会给社会造成较大的人员伤亡和财产损失，滑坡的产生受多种引发因素影响，往往也是多种因素叠加的结果。如何准确分析滑坡的稳定性是治理滑坡的关键。本文是以一个滑坡实例，评价滑坡稳定性的分析过程。关键词：滑坡 稳定性安全系数 稳定状态1 滑坡区自然条件及地质环境条件1.1 自然条件该滑坡处于中纬度带，属亚热带季风气候区，多年平均降雨量1100mm，最大年降雨量1522.4mm，最小年降雨量694.8mm。5～9月为雨季，其降雨量占全年降雨量的70%以上。一小时最大降雨量达75.2mm，一日最大降雨量达193.3mm。具起伏，稍粗糙，多为泥质、铁质充填，部分为钙质充填。2.4 滑坡水文地质本滑坡地下水主要为第四系覆盖层松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。覆盖层孔隙水水量贫乏，赋水性弱，主要接受大气降水次为农作物灌溉渗入补给。地下水沿基岩面排泄，或渗入下伏基岩裂隙中。基岩浅部裂隙发育，含裂隙水，赋水性弱，动态变化大。补给主要靠覆盖层地下水渗入，排泄主要受微地貌控制，流量小。1.2 地质环境1.2.1 地形地貌滑坡区属鄂西中低山地貌单元。由于地壳长期间歇性抬升，形成山高坡陡、河谷深切的地貌特征。1.2.2 地层岩性滑坡区分布的地层有：第四系：残坡积碎石土、残坡积堆积土。三叠系中统：中厚至厚层微晶白云质灰岩、泥灰岩、中厚层泥质条带灰岩、肉红色中厚层亮晶鲕状灰岩及灰绿色泥岩。岩层产状总体向北东向倾，倾角为35o－70°之间。1.2.3 水文地质条件受地层岩性结构和地质构造影响，滑坡区内地下水主要以三叠系中统岩溶裂隙水和第四系松散岩孔隙水的形式赋存。2.5 滑坡岩土物理力学性质2.5.1 滑体岩土物理力学性质滑体主要由第四系崩坡积碎块石夹粘性土组成，碎石含量达70％以上，受取样条件，滑体中采取的原状样土工试验所作的物理力学指标仅能代表碎石土中所夹粉质粘土的物理力学性质，因此要得到滑体物理力学性质需综合考虑。2.5.2 滑带土岩土物理力学性质滑带主要成分为粉质粘土夹砾石，粉质粘土呈可塑状，含量约60%。砾石成份为泥灰岩、灰岩，呈次棱角状、次圆状，直径2～40mm。 2.5.3 滑床岩土物理力学性质滑床岩性为三叠系中统泥灰岩，强～中风化程度，岩石较为破碎，节理裂隙发育。其天然密度为2.67-2.71g/cm3,含水率为0.49－0.82％，饱和单轴抗压强度为32.3－43.4MPa。2.5.4 滑坡岩土物理力学参数建议值滑坡稳定性计算参数建议值见下表：2 滑坡基本特征及类型2.1 滑坡地形地貌滑坡区地形南高北低，地形总坡度15o－20o，为侵蚀构造低山区。滑坡区最低点标高330m，最高点滑坡后缘，标高3m，相对高差34m。2.2 滑坡空间形态该滑坡为覆盖层滑坡，平面形态呈舌形，地形上为围椅状，滑坡两边周界清晰。滑坡体北低南高，主滑坡轴线长86m，前缘宽98m，标高330m ，后缘宽66m，标高3m。滑坡的面积为0.732×104m2，总体上是前厚后薄，中间厚两侧薄的态势，滑体平均厚度为5m，体积约3.66×104m3。滑坡主滑方向为311度，滑体坡度15～30度，中部滑坡平台呈舒缓波状，中部靠后缘出现陡坎。滑带抗剪强度参数滑坡体容重γ(kN/m3)C（kPa）φ（o）滑床基岩容重γ(kN/m3)滑床基岩饱和单轴抗压强度（MPa）建议值天然状态22.52013.526.932.3饱和状态23.51913.03 滑坡稳定性分析评价3.1 滑坡变形宏观分析3.1.1 变形现象组成该滑坡体的主要物质成分为稍松的碎块石土夹粘性土。地表水极易下渗，地下水在滑带附近富集，使滑带土软化，强度降低，产生滑移。滑坡为半封闭洼地，地貌上为负地形，前缘出现变形平台及鼓丘，中后缘出现拉张裂隙。由于路建设中挖除了滑坡坡角，发生滑体下部覆盖层沿基岩面在当时临空面滑移变形，宽30～50m，长约80m，厚4～7m，滑移土石方量约1.7×104m3，现滑移所形成的拉张裂缝和滑移面上的擦痕均清晰可见。3.1.2 影响因素影响边坡稳定性的因素可分为内在因素和诱发因素。内在因素主要有：地形地貌、岩土性质和岩土结构；外在因素主要有：人类活动和降雨。影响该滑坡失稳的主要因素有如下几项：（1）第四系覆盖层主要为崩坡积碎块石夹粉质粘土，为滑坡的产2.3 滑坡物质组成及结构特征 (1)滑体滑体物质组成主要为第四系崩坡积碎块石夹粉质粘土，黄褐－黄灰色，稍密－中密，碎块石直径一般为0.4－0.8m，最大达1.2m，成分主要为泥灰岩、灰岩，其含量约占70%。滑体厚度一般为2.3-6.7m。(2)滑带滑带主要成分为粉质粘土夹砾石，灰黄－褐黄色，粉质粘土呈可塑状，含量约70%，具有挤压条纹状构造，砾石成份为泥灰岩、灰岩，呈次棱角状－次圆状，直径2～20mm。部分砾石表面见擦痕，表面具滑感。(3)滑床滑床为三叠系中统泥灰岩，强～中风化程度，浅灰－黄灰色，中厚层～厚层状构造，岩石较为破碎，地层倾向为19～40度，倾角41～75度，岩石节理裂隙发育，裂隙面倾角为60～75度，裂隙面均较平直，略•190•

中华民居2011年11月

生提供了物质基础。（2）地形地貌为滑坡产生提供了条件。滑坡区地形南高北低，滑坡为半封闭洼地，地形总坡度20o左右，相对高差34m。（3）人类活动是产生滑坡的重要因素。在修建道路时，由于开挖土石方，形成高度大于10m的陡坎，由于挖除了滑坡坡角，引起滑体的滑移变形。目前，滑坡体周围，人类工程活动不断，加大了滑坡产生的可能性。（4）滑坡区降雨充沛。降雨渗入地下，不仅增加滑体重度，降低滑带的凝集力和内摩擦角，同时形成地下水动水压力，影响滑坡的稳定。3.1.3 滑坡变形破坏模式该滑坡在地貌上特征明显，地表起伏较大，组成滑体的物质主要为崩坡积碎石夹粘性土，结构松散，透水性强。滑带为岩土交界面。滑坡在前缘存在临空面，为道路施工开挖形成，高度约10m，近直立。滑坡前缘抗滑力减小，滑坡体稳定性减小。在外界因素，特别在暴雨和人类工程活动不利因素组合下易产生岩土交界面整体失稳，变形方式主要为前缘局部滑塌，进而牵引上部滑体，产生牵引－推移式破坏。滑块编号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 AiLi (m)（m2）10.188 17.190 33.690 40.680 25.920 51.810 60.315 30.492 50.625 59.565 5.690 3.590 7.170 8.810 5.0 9.830 8.750 4.0 6.310 6.380 36.97 29.66 22. 20.85 19.45 17.45 16.88 16.88 16.87 17.76 18.28 θi(度)3.2.3 计算过程（1）滑坡主滑剖面分块数据剖面分块数据滑块面积滑块长度滑块倾角粘聚力Ci(KPa)20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 19.019.019.019.019.019.019.019.019.019.019.0内摩察角φi(度)13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.013.013.013.013.013.013.013.013.013.013.0自然状态饱和状态自然状态饱和状态100.530 20.010 （2）稳定性计算成果根据稳定性计算，主剖面在不同工况组合下计算结果如表 滑坡稳定性计算成果表3.2 滑坡稳定性极限平衡法分析3.2.1 计算模型该滑坡防治工程等级为Ⅱ级，为不涉水滑坡。根据规模及形态，稳定性计算采用主滑方向剖面。包括两个不同计算工况，分别为：工况1：自重＋地表荷载＋现状水位；工况2：自重＋地表荷载＋20年一遇暴雨水位。计算剖面图、条块划分见下图：工况组合编号12荷载组合内容自重＋地表荷载自重＋地表荷载＋20年一遇暴雨抗滑稳定安全系数1.201.15稳定系数1.1871.011稳定状态基本稳定欠稳定滑坡稳定状态分级滑坡稳定性系数稳定状态Fs ＜1.001.00＜ Fs≤1.051.05＜Fs ≤Fst Fs≥Fst不稳定欠稳定基本稳定稳定※Fst 为滑坡稳定性安全系数通过稳定性计算，该滑坡主剖面在自然工况下稳定性系数为Fs＝1.187，基本稳定；20年一遇暴雨工况条件下稳定性系数为Fs＝1.011，欠稳定。（3）滑坡推力计算 根据本滑坡特点，确定其地质灾害危险性分级为Ⅱ级，工况组合滑坡稳定性计算剖面图（工况1）选用为自重＋地表荷载＋20年一遇暴雨，因此选取抗滑稳定安全系数为k=1.15。计算成果如下：滑坡推力计算成果表分块编号1 2 3 4 5 滑坡稳定性计算剖面图（工况2）K=1.1536.93112.992128.629133.110125.290103.743133.872167.420196.439265.185287.4326 7 10113.2.2 计算方法根据分析，该滑坡属第四系覆盖层沿基岩面滑坡，基岩面呈折线状，因此，本滑坡稳定性计算采用折线滑动法（传递系数法）进行计算。（见下图）（4）滑坡推力曲线根据滑坡推力计算成果，绘制滑坡推力曲线如下：滑坡稳定性计算简图计算公式为：滑坡推力曲线图3.3 滑坡稳定性敏感因素分析（下转第188页）•191•

中华民居2011年11月

不受冲刷的混凝土，或厚大构件内部的混凝土。（3）火山灰水泥、粉煤灰水泥具有泌水性小、和易性好、抗溶蚀性能较强，但存在干缩性大、抗冻和抗碳化性能差的严重缺点，因此，除水下不受冲刷的混凝土或厚大构件内部混凝土外，其它部位不宜使用。（4）抗硫酸盐水泥多使用于受硫酸侵蚀的混凝土中，但硫酸盐及含硫酸盐的复合早强剂最好不用，以免受增多“微孔通道和裂缝”之害。（5）近年试用粉煤灰等量取代硅酸盐水泥浇筑混凝土并在初凝时在表面加涂有机硅涂层以防治初凝期增生微孔、裂缝之害，而取后期可大减微孔裂缝之利。相比之下利多效宏，可以经配比试验以后予以推广。综上述，显然在混凝土工程中，正确选用水泥品种是十分重要的。混凝土拌合用水的质量。（3）裂缝宽度必须在施工规范的宽度以内，对超过0.2毫米的宽缝必须专题加以处理。（4）施工中应将混凝土结构表层（包括保护层）的质量作为重中之重，加以控制管理。不但要使全部混凝土符合设计和施工规范要求，而且对表层的石子粒径、保护层厚度、水灰比、养护等增加检查次数。实际上在钢筋保护层内有一粒超设计和规范规定的大粒径石子，就多一个C1-为害钢筋和混凝土的“通道和裂缝”。（5）在混凝土振捣的同时，应加用手工插钎，贴模板钎插密实，以加强钢筋保护层的紧密度，在确保结构的几何尺寸、钢筋位置准确的前提下，确保混凝土振捣密实。（6）钢筋安装时，应严格控制保护层厚度均匀、达标。应设置数量足够、强度高于构件设计强度、质量合格的混凝土或砂浆垫块；侧面使用的垫块应用铁丝扎牢在钢筋上，并埋入混凝土中间，不得露在保护层内；所有垫块按规定间距互相错开，分散布置。在双层或多层钢筋之间，应用短钢筋支撑或采取其它有效措施，以保证钢筋位置的准确。6 要控制混凝土中的含碱量（1）含碱量控制检查：①检查混凝土原材料试验报告和氯化物、碱的含量计算书，混凝土中氯化物和碱的总含量应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010和设计的要求。②对重要工程的混凝土所使用的碎石或卵石应采用岩相法检验碱活性骨料的品种、类型和数量（也可由地质部门提供）。若骨料中含有活性二氧化硅时，应采用化学法和砂浆长度法进行检验；若含有活性碳酸盐骨料时，应采用岩石柱法进行检验。判定为有潜在危害时，属碳酸盐反应的，如必须使用，应以专门的混凝土试验结果做好最后评定。③潜在危害属碱—硅反应的，应遵守使用含碱量小于0.6%的水泥或采用能抑制碱—骨料反应的掺合料。当使用含钾、钠离子的混凝土外加剂时，必须进行专门试验。（2）混凝土最大碱含量（kg/m3）（包括水泥、化学外加剂、掺合料、骨料和拌合水中含减量之和）限值，施工措施以及拌和混凝土所用原材料质量配合比、施工要求等，都必须符合设计规定和《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268）和现行国家有关标准规定。9 海水环境中的混凝土配合比、所用原材料性能选用要慎重。（1）受海水、盐雾、盐碱土地基或其他侵蚀性介质作用的面层混凝土，应适当增加单位水泥用量。（2）因为混凝土强度等级和水化热、收缩有矛盾，与泵送、养护方法有关系，所以在海水环境中浇筑混凝土应对所用水泥品种、标号、掺合剂、促凝剂、减水剂等，以及配比、养护、防侵蚀方案等，要事先请所涉及的相关专家进行论证、评定。施工中稍有不慎都会给船闸耐久性能造成不良好后果，往往会给整治、恢复船闸的使用功能增加投资。（3）受力筋能满足变形构造要求的，不再增加温度筋；构造筋不能起抗约束作用并将大裂缝分散成小裂缝的作用时，应增配温度筋。据王铁梦教授介绍：“通过混凝土裂缝的水流量，与裂缝条数的平方成反比，与裂缝宽度的三次方成正比”。所以经采取分散裂缝措施，可对增加较窄裂缝条数，减少裂缝宽度有利。可直接减少含C1-为害，减少混凝土“水灰比”也有相同作用。（4）浇筑大体积混凝土应遵守现行《大体积混凝土施工规范》（GB50496）的规定。（5）依国家“强制性条文”中的规定，钢筋代换应由设计单位负责。因此，钢筋代换时应办理设计变更文件，以确保满足原结构设计的要求。7 强化施工“质量检验评定”工作参建船闸工程的各主体单位，应信守“工程合同”、“招投标文件”规定，各自在各自的工作岗位按各自承担的质量责任，依照合同程序、标准和规定，对工程质量进行检验评定，确保工程质量。8 施工中应做好混凝土产生孔道和裂缝的防治工作（1）加强科学养护。有资料显示：混凝土浇筑和凝结期间的温度高于湿养护期的温度时（每高5℃强度下降约1.9Mpa），对后期强度有不利影响。因此，要建立施工温测、温控制度，按科学依据控制湿养温度。特别要遵守现行《热天混凝土施工规范》和《冬天混凝土施工规范》的规定。（2）混凝土浇筑完成后，应立即加以复盖，保温或加温施行连续湿养至少7天，最好14天。湿养期间要严防裸露和干风、海风、盐雾侵蚀，这对封堵微孔通道和裂缝的效果都很显著。养护用水质量必须符合（上接第191页）滑坡的稳定性受各种内在因素和外在因素的影响，如滑坡的形态、滑坡岩土体的物理力学参数特性、地下水位的变化等。若不受人为因素的影响，滑坡的形态特征在短时间内变动较小，因此滑坡的稳定性主要受滑坡岩土体的物理力学性质影响较大，根据实践经验，影响滑坡稳定性的主要因素是滑带土的凝聚力和内摩擦角。本次重点选择滑带土强度影响因素进行敏感性分析。分析结果见下表。滑坡抗剪强度参数敏感性分析表10 结语钢筋混凝土是一种复合建筑材料，至今存有部份微小孔隙连成的“通道”和受环境影响生成的“裂缝”问题待解。在海水环境中，C1-就是在干湿度交替作用下，日益在这些“通道和裂缝”中积累、腐蚀为害近海船闸的钢筋、混凝土结构，防止船闸钢筋混凝土结构的“耐久性”日益降低，提出上述浅见，难免挂一漏万，敬请先达批评指正。14.0 1.116 1.140 1.165 1.1 1.214 1.238 1.262 1.287 1.312 1.336 14.5 1.143 1.167 1.192 1.216 1.241 1.265 1.290 1.314 1.339 1.363 15.0 1.170 1.194 1.219 1.243 1.268 1.292 1.317 1.342 1.366 1.391 15.5 1.197 1.222 1.242 1.271 1.295 1.320 1.344 1.369 1.393 1.418 16.0 1.224 1.249 1.274 1.298 1.323 1.347 1.372 1.396 1.421 1.445 计算分析表明，滑带土内摩擦角φ值对滑坡稳定性影响较敏感，其敏感性明显大于滑带土凝聚力C值。3.4 滑坡稳定性综合分析23 24 25 φ C16 17 18 19 20 21 22 从滑坡稳定性计算可以看出，在基本工况条件下，该滑坡稳定系数为1.187，稳定状态为基本稳定，在20年一遇暴雨工况条件稳定系数为1.011，稳定状态为欠稳定，如受人类工程活动影响等外在因素，滑坡将会整体失稳。12.0 1.009 1.030 1.058 1.082 1.107 1.132 1.156 1.181 1.205 1.230 12.5 1.035 1.060 1.084 1.109 1.134 1.158 1.183 1.207 1.232 1.256 13.0 1.062 1.087 1.111 1.136 1.160 1.185 1.209 1.234 1.258 1.283 13.5 1.0 1.130 1.138 1.162 1.187 1.211 1.236 1.261 1.285 1.310 •188•