得荣县某不稳定斜坡稳定性分析及控制措施

　　摘 要：边坡失稳与滑坡作为一种常见和重大的地质灾害严重威胁着人们的生命财产安全，对于不稳定斜坡的变形机理和稳定性分析早已引起国内外学者的高度重视。本文以甘孜州得荣县某不稳定斜坡为例，结合实地勘察分析了其变形机理，采用不平衡推力法评价了不同工况下的稳定性，并根据上述研究成果，提出了该不稳定斜坡的控制措施，为相关部门进行地质灾害治理提供了重要依据。
　　关键词：不稳定斜坡；变形机理；稳定性分析；控制措施

　　1 工程地质条件
　　中国是世界上地质灾害最严重的国家之一，同时中国山地面积广阔，新构造运动强烈，断裂构造发育，地震活动极为频繁，加之地形坡降大、降水集中，为稳定斜坡的发育提供了非常有利的条件。在地质灾害发育过程中，大型不稳定斜坡具有分布面广，危害较大之特点，而危害方式常以地面开裂或下陷为主，并导致房屋变形、开裂、倾斜、墙基错断等，直接威胁着人民群众的财产生命安全[1]。因此，分析研究不稳定斜坡的变形机理及稳定性并提出合理的治理方案具有十分重要的意义。
　　得荣县地处四川省甘孜州南部，青藏高原东南缘横断山脉北端，川西高原高山狭(深)谷区。境内沟壑纵横，高山与峡谷并列，地形变化的总趋势是东南低而西北高。全县总面积中，高山约占96%，极高山约占3%，平坝约占1%。不稳定斜坡位于构造剥蚀、溶蚀高山峡谷地貌，低点位于西侧的定曲河，高点位于不稳定斜坡东侧的斜坡，高程2680m，高差300m左右。
　　该地属山地亚热带气候，气温随海拔高度升高而降低。多年年均降雨量330.6mm，且年际年内变化较大，降雨主要集中在6～9月，约占全年总降雨量的86%。
　　得荣县属金沙江水系，金沙江自北向南，流经县境西部和西南部边缘。定曲河为金沙江一级支流和常年性河流，水流自北向南流经不稳定斜坡体前缘，不稳定斜坡位于定曲河左岸，该处定曲河呈“U”型谷，东侧沙麦顶～扎丁、西侧松里～仲根～卡日共一带为一级宽缓台阶，海拔高程约3000m，宽约500～1000m。
　　不稳定斜坡勘查区下伏基岩为泥盆系中下统格绒-穷错组上段(D1-23)砂质板岩、绿片岩，地表为第四系上更新统冰水堆积层(Q3fgl)含角砾、碎石土、全新统崩坡积层(Q4col+dl)碎石、块石粉质粘土、冲洪积层(Q4al+pl)砂卵砾石层。
　　本区地处横断山脉北端，受区域性强大的压应力作用，产生了一系列延绵数百至千公里的大断裂和紧密褶皱。区内构造线呈北西向展布，其展布方向与河流一致，由东北向西南，褶皱发育递减，断裂发育递增。贯穿全区的里甫～日雨断裂和布吉断裂，将整个区内褶皱分为二个次级单元：中心绒复向斜，得荣复背斜。
　　2 不稳定斜坡形态规模
　　灾害体共发育有1#不稳定斜坡(XP1，由XP1-1、XP1-2两部分组成)、2#不稳定斜坡(XP2，由公路边坡及坡面危石区组成)以及后山危岩区(W1，由16个典型危岩体及3个孤立危岩组成)。
　　不稳定斜坡XP1：体积约24.0×104m3，按厚度分类为中层不稳定斜坡，按体积分类为中型不稳定斜坡。大部分溜滑物质堆积在斜坡上和斜坡坡脚处，平面形态呈“倒钟形”，发育在第四系覆盖层中。前缘高程2394m，后缘高程2473m左右，相对高差约80m，主滑(主崩)方向278°。沿主滑(主崩)方向长约115m、横向平均宽约120m。坡体厚度约26.0m～13.6m，平均厚度约20m。
　　不稳定斜坡XP2：体积约24.2×104m3，按厚度分类为浅～中层不稳定斜坡，按体积分类为中型不稳定斜坡。平面形态呈“弯曲的长条”形，是发育在第四系覆盖层中的崩滑式土质不稳定斜坡。前缘高程2395m，后缘高程2436m左右，相对高差约40m，主滑(主崩)方向275°～284°。沿主滑(主崩)方向长约30m～45m、横向平均宽约335m。坡体厚度约10.4m～22m，平均厚度约10.2m。斜坡中间顶部，长约15m，宽约160m范围，坡表堆积大量松散危石。
　　3 斜坡稳定性影响因素
　　不稳定斜坡的影响因素包括地形地貌、地层岩性、地表水作用、地下水作用、地震作用、不合理的人类工程活动等以下几个方面：
　　(1) 地形地貌。地形地貌条件控制了崩塌和不稳定斜坡发生的临空条件，并影响松散软弱岩体的分布范围及规模，制约了不稳定斜坡等地质灾害发生的物源条件，并影响到人居生态分布和地质灾害威胁对象的分布，因而对地质灾害的类型、规模、危害程度等均起到控制作用。区内地貌以中山地貌为主，河谷平坝区较少，总体上地形切割强烈，沟壑纵横密布，地形临空条件发育，有利于地质灾害的发育。
　　(2) 地层岩性。据统计，得荣县境内地质灾害点多分布于泥盆系中下统格绒-穷错组上段(D1-23)灰岩夹石英砂岩地层，其次为三迭系上统曲嘎寺组中段(T3q2)地层，岩性为以灰岩为主。该坡体由碎块石夹土组成，土与块石、碎石的胶结程度极不均匀。在外界因素尤其是地表水的触发下，松散堆积体易分解后溜滑崩落。
　　(3) 地表水作用。降雨形成地表水，由于坡体物质具有渗透性，暴雨季节雨水的下渗对滑体土的浸润会产生不利于斜坡稳定的影响。特别是雨季时雨水的时降时停，导致斜坡内地下水位的升降变化，一方面使斜坡土饱水，导致饱和重度增大，另一方面使其浸润软化。地下水的升降会产生一定的动水压力，这些因素都易导致不稳定斜坡的产生。地表水的下渗作用是不稳定斜坡产生溜滑崩落的重要外因。
　　(4) 地下水作用。不稳定斜坡体的基岩接触带为相对的隔水层，滑体中所含的孔隙潜水等地下水易沿基岩层面富积。同时，基岩中的裂隙水也在向坡体外渗透软化滑带土，使其力学强度降低，滑体易沿此部位滑移。地下水产生的孔隙水压力以及浮托力是不稳定斜坡产生的重要内因。
　　(5) 地震作用。区内处于多组构造形迹(断层)集中区，地应力相当集中，金沙江地震区地震活动频繁，地震活动常有发生，地震震级也较高，2013年得荣地震直接导致了不稳定斜坡上岩体的崩落。
　　(6) 不合理的人类工程活动
　　不稳定斜坡所处高山峡谷地区适宜工类进行修房造屋的地方极少，人类进行工程活动不可避免需进行边坡开挖，不稳定斜坡的形成与当地居民修筑房屋、修筑公路切除坡脚是密不可分的。
　　4 斜坡变形破坏机理分析
　　根据物质组成、结构特征和成因机制分析可知不稳定斜坡XP1、XP2变形破坏模式有一定的差异性。
　　不稳定斜坡XP1前缘有较好临空面，斜坡土体厚度较大，潜在滑面位于基覆界面。基覆界面为地下水排泄通道，该层含水量较高，地下水受高山融雪补给丰富，长期处于饱和状态，土体抗剪强度较低，物质组成较为细腻，粗颗粒含量较少。坡面由于百姓自建挡墙，坡面发生失稳破坏的可能性较小，斜坡坡脚成为应力集中部位，在坡体自重应力长期作用下，坡体向临空面方向沿坡脚部位剪应力集中带形成剪切破裂面，并持续的蠕动变形。在地表水入渗、地下水径流活动不断加剧的情况下，优势裂隙面不断扩展，地表变形也将趋于明显。在久雨或暴雨的作用下，一方面坡体孔隙充水，产生孔隙水压力与浮托力，另一方面地下水导致潜在滑带土软化，使其抗剪强度迅速降低。在岩土体自重而产生的下滑力作用下，迅速向基覆界面软弱带贯通，最终产生突发性的破坏。XP1主要表现为牵引式整体滑动变形破坏。
　　不稳定斜坡XP2前缘受定曲河河流切割作用，形成高陡自然边坡，后期由于城市建设，修建公路开挖坡脚，形成人工切坡高陡临空面。XP2区后缘覆盖层延伸较近，基覆界面坡度较陡，因此，沿基覆界面发生整体滑移破坏的可能性较小。根据XP2变形破坏特征，主要表现为坡表物质在降雨、震动等作用下发生溜滑破坏，沿支挡工程顶部向后延伸、发展，重新达到斜坡自稳坡脚的一个过程。因此，不稳定斜坡XP2变形破坏模式为边坡失稳破坏。
　　5 斜坡稳定性分析
　　评价分析不稳定斜坡的稳定性时考虑三种工况：自重(含自然状态水位)、暴雨、地震力。①工况一：自重+天然水位；②工况二：自重+暴雨，土体饱和，岩土体物理力学参数为饱和状态参数；③工况三：自重+天然水位+地震。
　　5.1 不稳定斜坡计算模型
　　通过钻探揭露潜在滑带，综合分析不稳定斜坡可能剪出口，得出不稳定斜坡可能发生折线型滑动，计算模型如图3，对不稳定斜坡各个剖面分别进行上述三种工况下的稳定性计算分析。
　　5.2 稳定系数计算公式[2] 　　式中： 　　式中： —第i块的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数(j=i)，
　　
　　—第i条块的重量(kN/m);
　　—第i条块内聚力(kPa);
　　—第i条块内摩擦角(°);
　　—第i条块滑面长度(m);
　　—第i条块滑面倾角(°);
　　—第i条块地下水流向(°);
　　—地震加速度(单位：重力加速度g);
　　—稳定系数。
　　5.3 计算参数的确定
　　根据参数反演与室内试验，确定不稳定斜坡的稳定性计算参数。
　　5.4 斜坡稳定性计算
　　针对不稳定斜坡的典型剖面进行稳定性分析计算，本文仅列举部分表格。
　　稳定性计算结论评述：
　　(1) 天然状态下：XP1处于稳定状态，XP2处于基本稳定～稳定状态，
　　(2) 暴雨状态下：XP1整体处于基本稳定状态，XP2处于欠稳定～基本稳定状态，
　　(3) 地震状态下：XP1处于稳定状态，XP2处于基本稳定～稳定状态，
根据计算结果，灾害体天然状态及地震状态处于基本稳定～稳定状态，在极端暴雨工况下处于欠稳定～不稳定状态，与现场宏观实际情况吻合。
　　6 防治方案建议
　　根据斜坡变形特征与稳定性分析计算，并结合实际工程应用情况，提出了六点应急防治措施，分别为：①斜坡的前缘及其陡坎地带及其周边地带设立明显的警示标志，提醒当地居民及过往行人远离斜坡区，注意绕行；②对斜坡体上的裂缝进行全面填补、夯实，减少地表径流或雨雪的入渗量，提高斜坡体的稳定性；③严禁在斜坡及其周边区域( 尤其是斜坡前缘)进行各种不利于斜坡体稳定的取土、耕作、开挖等活动；④对斜坡实施长期的动态监测，在雨季和雨雪连绵时段，必须进一步加强对斜坡的监测，派专人守护现场，行人车辆绕行，更不要围观，同时加强对斜坡前缘、陡坎、后壁、裂缝、地下水出露等情况的巡查，发现异常及时通知当地居民、行人紧急避险；⑤严禁开展对斜坡体加载的活动，如在斜坡上种植增大滑体荷载的高大树种，对斜坡体上的建筑活动应严格限制；⑥为了增加斜坡的稳定性，还可采用在斜坡后侧进行适当的清方减载，对斜坡前缘进行堆载反压，对表层松散土体进行喷锚支护[3]。
　　不稳定斜坡XP1整体处于基本稳定～欠稳定状态，坡面局部由于降雨及人为因素处于失稳状态，XP1-1区由于水管爆裂，导致局部溜滑，坡面上形成明显的凹槽，坡面上的块石沿斜坡崩落，砸坏车辆和房屋墙壁，冲进了下部房屋内。不稳定斜坡XP2整体处于欠稳定～基本稳定状态，坡表由于降雨局部产生溜滑，形成小型凹槽，危石堆积区在降雨及地震作用，发生大量落石，最大粒径0.5m3，对下方派出所、公路行人及车辆构成较大威胁。
　　通过灾害体特征、变形破坏模式分析与稳定性分析计算，同时考虑到防治工程的施工环境、经济合理性与环境适应性，建议采用抗滑桩板拦石墙+被动网+坡面清危对灾害体进行综合治理。
　　XP1-1区采用抗滑桩板拦石墙治理，设置于斜坡下部公路内侧挡墙位置，抗滑桩截面1.5m×2.0m，中对中间距5m，长12m，嵌固段深度6m，共设抗滑桩6根，挡土板置于背坡侧。XP1-2区在滑坡前缘剪出口、公路内侧设置一排抗滑桩，设计抗滑桩桩型B～E四种桩型。B型桩截面尺寸1.8m×2.4m，桩长23m，嵌固端为总桩长的1/2，共3根；C型桩截面尺寸1.8m×2.4m，桩长20.0m，嵌固端为总桩长的1/2，共2根；D型桩截面尺寸1.5m×2.0m，桩长15.0m，嵌固端为总桩长的1/2，共15根，E型桩截面尺寸1.5m×2.0m，桩长12.0m，嵌固端为总桩长的1/2，共6根。
　　XP2不稳定斜坡采用抗滑桩板拦石墙治理，在斜坡坡脚公路内侧挡墙位置，设置一排抗滑桩板墙，桩截面1.0m×1.5m，中对中间距5m，长15m，嵌固段深度7m，共设抗滑桩70根，挡土板置于背坡侧。斜坡上部危石采用人工风镐破碎清危。
　　7 结语
　　(1) 灾害体共发育有XP1和XP2两个不稳定斜坡， XP1主要表现为牵引式整体滑动变形破坏，XP2主要表现为边坡失稳破坏。
　　(2) 斜坡的不稳定是地形地貌、地层岩性、地表水作用、地下水作用、地震作用、不合理的人类工程活动等多种影响因素共同作用的结果，产生破坏的原因是多方面的，其力学机制是很复杂的，还有待于岩土工程界学者的进一步研究。
　　(3) 灾害体天然状态及地震状态处于基本稳定～稳定状态，在极端暴雨工况下处于欠稳定～不稳定状态，与现场宏观实际情况吻合。该研究结论为相关部门进行灾后治理提供了相应的决策支持依据。
　　(4) 通过灾害体特征、变形破坏模式分析与稳定性分析计算，同时考虑到防治工程的施工环境、经济合理性与环境适应性，建议采用抗滑桩板拦石墙+被动网+坡面清危对灾害体进行综合治理。
　　参考文献：
　　[1] 颜丹平, 宋鸿林, 傅昭仁. 扬子地台西缘江浪变质核杂岩的出露地壳剖面构造地层柱 [J]. 现代地质，1997, 1(3): 290–297. (YAN Dan-ping, SONG Hong-ling, FU Zhao-ren. The exposed section of the crust tectonic stratigraphic column of Jianglang metamorphic core complex in the western margin of the Yangtze Platform[J]. Geoscience 1997, 1(3): 290–297. (in Chinese))
　　[2] 门玉明，王勇智，郝建斌，李寻昌．地质灾害治理工程设计[M]．北京: 冶金工业出版社，2011．(MEN Yu-ming, WANG Zhi-yong, HAO Jian-bin，LI Xun-chang. Design of geological hazard control engineering[M]. Beijing: metallurgical Industry Press, 2011. (in Chinese))
　　[3] 杨 斌, 曹 慧, 尹江涛, 等. 四川德格城区斜坡变形机理与稳定性评价[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2010, 2(21): 30–34. (YANG Bin, CAO Hui, YIN Jiang-tao, et al. Slope Deformation Mechanism and Stability evaluation in Dege County of Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2010, 2(21):30–34. (in Chinese))