西和縣十里鎮(zhèn)吳家灣村不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性及成因分析

羅艷花

（甘肅省核地質(zhì)二一三大隊(duì)，甘肅 天水 741000）

甘肅省隴南市西和縣十里鎮(zhèn)吳家灣村坡地不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害位于西和縣吳家灣村，擬建的西和縣城南垃圾中轉(zhuǎn)站項(xiàng)目位于不穩(wěn)定斜坡坡體下部，由于該工程修建后，不穩(wěn)定斜坡對(duì)該工程的危害性較大，在地震、強(qiáng)降雨等極端條件下該斜坡可能隨時(shí)失穩(wěn)，嚴(yán)重威脅坡體下部的垃圾中轉(zhuǎn)站正常運(yùn)營(yíng)及工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，威脅人數(shù)約40人，潛在經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2 300萬(wàn)元。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

吳家灣村不穩(wěn)定斜坡區(qū)所在地十里鎮(zhèn)吳家灣村位于西和縣城南，所屬地貌類型為剝蝕構(gòu)造中低山區(qū)地貌的丘陵區(qū)（如圖1所示），高程1 580～1 658 m，相對(duì)高差一般112 m，該區(qū)為黃土覆蓋，周圍溝壑縱橫，山坡坡度起伏在10°～30°之間，地勢(shì)總體東北高，西南低，自西南向東北傾斜，坡體呈現(xiàn)地形起伏強(qiáng)烈的特征，坡體總體為凹形坡，呈現(xiàn)上陡下緩地形，植被較為發(fā)育，覆蓋率較高，由于歷史原因、人類活動(dòng)以及工程建設(shè)對(duì)自然坡體大量開(kāi)挖，形成高陡臨空的人工坡面，地貌變化較大，局部坡度高約50°～75°，部分植被遭到破壞，導(dǎo)致水土保持能力下降，局部發(fā)育小型崩塌和滑坡。

圖1 研究區(qū)低山丘陵地貌

1.2 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及勘探成果，區(qū)內(nèi)地層主要為新近系（N）泥巖、第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q3eol）、中更新統(tǒng)離石黃土（Q2eol）以及全新統(tǒng)崩塌堆積物（Q4col），由老到新分述如下：

（1）新近系（N）泥巖。分布于場(chǎng)地不穩(wěn)定斜坡中下部，產(chǎn)狀近水平，根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)資料，總厚度大于130 m。以紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰綠色泥巖、灰白色泥巖互層，頂部以灰綠色泥巖為主，夾有河湖相砂巖、礫巖，礫巖呈半成巖狀態(tài)，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，力學(xué)強(qiáng)度低，具一定的膨脹性，雨水易軟化崩解成泥狀。

（2）第四系中更新統(tǒng)離石黃土（Q2eol）。主要分布于已整平場(chǎng)地坡腳地帶，巖性為淺黃、褐黃色、紅褐色粉質(zhì)粘土，顆粒成分以粉粒、砂粒為主，其次為粘粒，顆粒均勻，結(jié)構(gòu)稍密，上部垂直節(jié)理及孔隙發(fā)育，下部孔隙裂隙較上部發(fā)育少。含較多白色姜結(jié)石，分布不均，塊徑多為5～80 mm。層內(nèi)夾雜數(shù)層桔紅、褐紅色古土壤層，層厚一般為0.5～1.5 m，巖性主成分要為粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，呈硬塑狀。

（3）第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q3eol）。馬蘭黃土，披覆于離石黃土地層之上。主要分布在勘查區(qū)北部斜坡體，呈被蓋狀披覆與山體上部，結(jié)構(gòu)疏松-稍密，具有大孔隙結(jié)構(gòu)，透水性較強(qiáng)，具有濕陷性，垂直節(jié)理裂隙與孔洞發(fā)育，鈣質(zhì)淋溶物含量較高，呈核狀或斑點(diǎn)狀分布，厚度變化較大。

（4）全新統(tǒng)崩塌堆積物（Q4col）。分布于不穩(wěn)定斜坡下部，由近代崩塌堆積物組成，巖性以粉土為主，夾雜灰綠色強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化泥巖團(tuán)塊，淺黃、褐黃色，結(jié)構(gòu)松散，具大孔隙。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

本勘查區(qū)未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構(gòu)造，依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），勘查區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.30 g。

1.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘查區(qū)地下水的賦存條件、水力聯(lián)系等將地下水分為黃土潛水和松散巖類孔隙水。

黃土潛水分布于黃土梁及斜坡地段，由于該不穩(wěn)定斜坡上部坡面較為平緩，大部分為耕地，匯水面積大，易于接收大氣降水及地表徑流（農(nóng)林灌溉等）的入滲補(bǔ)給。黃土內(nèi)發(fā)育的大孔隙、垂直節(jié)理構(gòu)成較好的入滲、徑流通道和存儲(chǔ)空間，下伏泥巖相對(duì)隔水構(gòu)成黃土潛水含水層的隔水底板，潛水多沿泥巖隔水層頂面富集運(yùn)移，在地勢(shì)較低的黃土與泥巖接觸面以泉的形式排泄，礦化度0.6～1.2 g/L，水化學(xué)類型為HCO3-—SO42-—Ca2+—Mg2+。黃土潛水的存在，使得黃土與下伏新近系泥巖接觸面附近形成軟弱帶，容易誘發(fā)滑坡和崩塌。

碎屑巖類孔隙裂隙水多以風(fēng)化層潛水的形式賦存于不穩(wěn)定斜坡的新近系原位泥巖孔隙裂隙中，泥巖為相對(duì)隔水層，含水層具有不連續(xù)、薄層、透水性差等特征，水量貧乏，局部甚至基本不含水，單泉流量小于0.1 L/S。

2 不穩(wěn)定斜坡發(fā)育特征

2.1 不穩(wěn)定斜坡概況

項(xiàng)目擬建場(chǎng)地共發(fā)育兩處不穩(wěn)定斜坡，X01不穩(wěn)定斜坡位于擬建的西和縣垃圾中轉(zhuǎn)站北側(cè)，坡體形態(tài)呈弧形，坡寬80 m，坡高3.7～17.0 m，坡體走向81°，坡度42°～51°，坡體上部為馬蘭黃土，中部離石黃土，下部為新近系泥巖，坡體上陡下緩，X01不穩(wěn)定斜坡中部發(fā)育一處崩塌，編號(hào)B01；X02不穩(wěn)定斜坡位于擬建的西和縣垃圾中轉(zhuǎn)站東側(cè)，與X01不穩(wěn)定斜坡相連，坡體形態(tài)呈圓弧形（如圖2所示），坡寬146.0 m，坡高17.0～43.7 m，坡度36°～50°，坡體上陡下緩，坡體上部為馬蘭黃土，中部離石黃土，下部為新近系泥巖，上部黃土層垂直裂隙發(fā)育，坡體近乎直立，中部發(fā)育一處較大崩塌，編號(hào)為B02，中下部泥巖層表層風(fēng)化強(qiáng)烈。

圖2 不穩(wěn)定斜坡全貌

2.2 巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)

（1）馬蘭黃土物理力學(xué)性質(zhì)。經(jīng)對(duì)所采集的吳家灣村不穩(wěn)定斜坡區(qū)馬蘭黃土土樣進(jìn)行常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)指標(biāo)及土的易溶鹽含量測(cè)試分析后，主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 吳家灣村不穩(wěn)定斜坡馬蘭黃土物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

由上表統(tǒng)計(jì)分析，不穩(wěn)定斜坡上覆馬蘭黃土天然含水率17.3%～21.1%，天然孔隙度49.4%～54.6%，塑限7.2%～8.7%，飽和度41.0%～53.7%，粘聚力17.2～19.8 Kpa，內(nèi)摩擦角15.9°～16.9°，力學(xué)強(qiáng)度明顯隨含水率增加而降低。

（2）離石黃土物理力學(xué)性質(zhì)。離石黃土土樣進(jìn)行常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)指標(biāo)及土的易溶鹽含量測(cè)試分析后，主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 吳家灣村不穩(wěn)定斜坡離石黃土物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

由上表統(tǒng)計(jì)分析，不穩(wěn)定斜坡上覆離石黃土天然含水率21.6%～24.6%，天然孔隙度44.7%～46.0%，塑限18.9%～20.2%，飽和度68.8%～79.8%，粘聚力20.2%～23.3 Kpa，內(nèi)摩擦角21.6°～24.6°，力學(xué)強(qiáng)度明顯隨含水率增加而降低。

（3）泥巖物理力學(xué)性質(zhì)。在吳家灣村不穩(wěn)定斜坡體上鉆孔、探井內(nèi)分別選擇不穩(wěn)定斜坡體不同的代表性部位封裝采集多組泥巖樣品，進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)的檢測(cè)，主要強(qiáng)度指標(biāo)和變形參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 泥巖樣品物理性質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表

強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果總體上反映出泥巖抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度的數(shù)倍，軟化系數(shù)較低（0.69＜0.75），耐水性差，軟化性較強(qiáng)，工程地質(zhì)性質(zhì)差，具有飽水狀態(tài)下的力學(xué)強(qiáng)度迅速減弱的特點(diǎn)。不穩(wěn)定斜坡體泥巖含水率為4.02%～11.02%，孔隙率32.6%～36.8%，抗剪強(qiáng)度C值0.03 MPa，φ值48°。

3 穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

3.1 定性評(píng)價(jià)

西和縣十里鎮(zhèn)吳家灣村不穩(wěn)定斜坡的評(píng)價(jià)主要分為定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)，通過(guò)野外調(diào)查吳家灣村X01、X02不穩(wěn)定斜坡坡面中上部黃土層垂直節(jié)理發(fā)育，土體疏松，沿黃土層與下部泥巖之間多發(fā)育崩塌及滑坡現(xiàn)象，下部泥巖風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，且不穩(wěn)定斜坡坡腳高陡臨空，若在強(qiáng)降雨以及其他外力的作用下，斜坡區(qū)將存在繼續(xù)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)，綜合分析認(rèn)為，吳家灣村不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性較差。

3.2 定量評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)斜坡穩(wěn)定性定性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、斜坡類型和可能出現(xiàn)的破壞形式，選取相應(yīng)的計(jì)算方法和合理的計(jì)算參數(shù)對(duì)該斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

（1）計(jì)算公式的選取。根據(jù)野外勘查及室內(nèi)分析，該斜坡以滑移的形式變形破壞，潛在滑面近似圓弧型，因此本次斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。本次穩(wěn)定性計(jì)算采用“理正巖土計(jì)算軟件6.0版”進(jìn)行斜坡穩(wěn)定分析計(jì)算，搜索最危險(xiǎn)滑裂面。計(jì)算公式為：

式中：

Ks——滑坡穩(wěn)定系數(shù)；

ΣRi——各滑塊沿圓弧滑面的抗滑力（kN/m）；

ΣTi——各滑塊沿圓弧滑面的滑動(dòng)力（kN/m）；

（2）計(jì)算參數(shù)確定。計(jì)算參數(shù)主要包括斜坡土體容重及抗剪強(qiáng)度參數(shù)（C、φ值）。

斜坡土體天然及飽和容重按原狀樣室內(nèi)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合野外鉆探淺井揭露的土石比及孔（井）內(nèi)地下水埋深情況綜合確定。該斜坡離石黃土天然容重室內(nèi)測(cè)試平均值為18.3 KN/m3，根據(jù)下式求取斜坡土體飽和容重為19.3 KN/m3；馬蘭黃土天然容重室內(nèi)測(cè)試平均值為15.4 KN/m3，根據(jù)下式求取斜坡土體飽和容重為18.1 KN/m3。計(jì)算公式為：

式中：

γ——飽和容重（KN/m3）；

G——土體天然比重；

e——孔隙比；

γw——水的容重（1 KN/m3）。

土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)C、φ值的取值，由于該不穩(wěn)定斜坡最危險(xiǎn)滑裂面主要位于黃土狀粉土層內(nèi)，因此不穩(wěn)定斜坡土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)取黃土狀粉土參數(shù)，C、φ值主要采用室內(nèi)試驗(yàn)值與工程類比值綜合確定。本次計(jì)算土體C、φ值取值見(jiàn)表4。

表4 斜坡土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)綜合取值表

（3）穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。根據(jù)吳家灣村不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得出以下結(jié)論：吳家灣村X01不穩(wěn)定斜坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.035～1.116 7，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為0.934 5～1.000 4，處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為0.921 9～0.970 8，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

X02不穩(wěn)定斜坡在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.031～1.067，處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為0.955～0.999，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為0.941～1.068，處于不穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4 成因分析

吳家灣村不穩(wěn)定斜坡為人工開(kāi)挖形成的土質(zhì)＋巖質(zhì)二元結(jié)構(gòu)邊坡，X01、X02不穩(wěn)定斜坡高度在3.7～43.5 m，坡度在34°～51°，在強(qiáng)降雨的影響下出現(xiàn)局部變形破壞，主要表現(xiàn)為局部滑塌，從斜坡近期變形情況來(lái)看，坡體失穩(wěn)的誘發(fā)因素主要為降雨及地震。

降雨對(duì)吳家灣村不穩(wěn)定斜坡的影響主要表現(xiàn)在降雨致使斜坡土體的含水率增大，容重增大，即滑坡體的自重增大，自重增大從而使得斜坡的下滑力增大，當(dāng)抗滑力不變的情況下，致使斜坡穩(wěn)定性降低，同時(shí)由于降雨影響巖土體抗剪強(qiáng)度降低，降低了巖土體的抗滑力，降雨易致使斜坡體表層形成拉張裂縫，裂縫的發(fā)育將加快降雨入滲，降低土體吸力，增大孔隙水壓力[1]。

地震對(duì)吳家灣村不穩(wěn)定斜坡的影響主要表現(xiàn)在邊坡內(nèi)引起一種附加應(yīng)力，可以引起巖土體局部破壞，從而改變巖土內(nèi)部力學(xué)狀態(tài)。會(huì)引起斜坡上部土體結(jié)構(gòu)擾動(dòng)而松動(dòng)，使土體內(nèi)顆粒之間的原有粘聚力改變或破壞，導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度顯著降低，從而導(dǎo)致本已處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)下的坡體失穩(wěn)，直接引發(fā)坡體產(chǎn)生崩塌、滑動(dòng)變形[2-3]。