镇原县南川中学不稳定斜坡稳定性计算评价及影响因素探析

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(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050)

镇原县隶属于甘肃庆阳市，位于甘肃省东部，庆阳市西南部。南川中学不稳定斜坡位于镇原县南川乡卢李村，镇原县至南川乡卢李村有省道S303公路和乡道004公路通行，从镇原县到南川乡卢李村大约10 km。乡道004公路虽坡陡弯急，但可适应中、轻型车辆通行，交通较为便利。

1 研究区斜坡体地质特征概况

1.1 斜坡体地貌特征

南川中学不稳定斜坡所在坡体卢李山为一黄土山梁，受东西两条沟谷的切割呈“三角形”，山顶最高海拔为1 330 m，山脚海拔为1 170 m，相对高差为160 m，斜坡总体呈上缓下下陡的台阶状，最大坡度近垂直，整体平均坡度约43°，受雨水冲刷，坡面形成了4条冲沟。

1.2 不稳定斜坡基本特征

不稳定斜坡在平面上呈簸箕状，不稳定斜坡后缘位于南川中学后部坡顶平台与陡坎的交界部位，左右两侧以山脊为界，前缘至斜坡前缘陡坎下部坡脚。

1.3 不稳定斜坡变形特征

南川中学不稳定斜坡坡体共发育大小裂缝7条，除裂缝LF7为垂直于坡向的横向裂缝外，其余6条裂缝走向均垂直于斜坡下部陡坎走向，最大裂缝LF5：宽0.7～2.1 m，可见深度为4.0～4.5 m，最大长度约为16.5 m。由于斜坡黄土垂直节理发育，不稳定斜坡坡体上串珠状落水洞较发育，坡体共发育对斜坡稳定性影响较大的落水洞18处，其中最大落水洞k05：直径约4.3 m，深约2.2 m，许多落水洞下部呈贯通状。受人类工程活动的影响，现存对不稳定斜坡稳定性产生不利因素的废弃窑洞共6个，最大窑洞d2：平均宽度约2.8 m，平均高度约2.7 m，深约6.2 m，部分窑洞顶部已发生垮塌，造成上部落顶，诱发裂缝及落水洞的形成。由于受到不利因素的影响，在南川中学后侧第一级陡坎中下部发育4处凹腔，最大凹腔aq4：平均宽度约3.2 m，平均高度约2.5 m，深约1.9 m。

2 不稳定斜坡稳定性计算分析与评价

2.1 定性分析

不稳定斜坡主要变形迹象为坡体上发育的串珠状落水洞、学校后部第一级陡坎发育的走向近垂直与陡坎走向的裂缝、及陡坎中下部发育的凹腔，在不稳定斜坡后缘及坡面未发现其他的变形迹象，据此推断，目前，该不稳定斜坡尚未形成统一的滑带。根据钻探、井探、槽探揭露，南川中学不稳定斜坡体主要是由风成马兰、离石黄土(粉土及粉质粘土)组成，推测斜坡潜在滑裂面近似呈圆弧形。斜坡自2008年以来，一直处于局部缓慢蠕动滑移和前缘频繁塌落状态。2013年的石油探测和近期的降雨，加剧了斜坡的变形。目前斜坡体上裂缝、落水洞、凹腔较发育，受人工开挖坡脚，坡体前部临空条件好，推测剪出口位于南川中学后部坡脚。综合分析，该不稳定斜坡体整体处于稳定基本稳定～稳定状态。

2.2 定量计算分析

2.2.1 计算模型

(1)定量计算分析采用理正岩土计算6.0软件、瑞典条分法等方法相结合，先用里正岩土计算6.0软件导入计算剖面，并搜索最危险潜在滑裂面，然后用瑞典条分法进行稳定性计算分析，最后根据最危险的潜在滑裂面建立计算模型进行稳定性校核及下滑力计算。

(2)本次选取典型剖面进行稳定性计算。

2.2.2 计算方法

(1)瑞典条分法(圆弧型滑动面)

采用瑞典条分法(圆弧型滑动面)计算不稳定斜坡稳定性系数，计算公式如下：

(1)

推力计算公式：

对剪切而言：Hs=(Ks-Kf)×∑(Ti×cosαi)

(2)

对弯矩而言：Hm=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosβi)

(3)

2.2.3 计算工况

根据不稳定斜坡实际情况，选择工况Ⅰ天然状态滑体自重+地表荷载+地下水，工况Ⅱ滑体自重+地表荷载+暴雨，工况Ⅲ滑体自重+地表荷载+地下水+地震三种工况进行(见表1)。

表1 不稳定斜坡稳定性计算工况类型表

2.2.4 计算荷载

稳定性计算中主要荷载有：土体自重、暴雨、地面荷载、地下水压力。

土体自重：地下水位以上部分采用天然容重，地下水位以下采用饱和容重；

暴雨：如降雨入渗深度小于地下水位面埋深，降雨入渗范围内按饱和重度计算，降雨入渗范围以下、地下水位面以上仍按天然重度计算；降雨入渗深度大于地下水位面埋深，地下水位面以上按饱和重度计算；由于坡面地表裂缝大量发育，地表水易下渗，本计算结合不稳定斜坡现状，考虑暴雨时土体按三分之一饱水状态进行计算；

地面荷载：本不稳定斜坡上无集中建筑物群和公路等，地面荷载取0 kN/m2；

地下水压力：由于地下水埋深较大，在本次勘查中所有勘探点均未见地下水，故不考虑动水压力的影响。

2.2.5 计算结果分析

根据勘查和现场调查情况，对镇原县南川中学不稳定斜坡进行了整体稳定性计算，并对次级潜在滑裂面进行了验算。计算参数取值采用推荐值。

从计算结果中可以看出：

(1)东段不稳定斜坡整体在工况Ⅰ(自重)、工况Ⅲ(自重+地震)条件下均处于稳定状态，在工况Ⅱ(自重+暴雨)处于基本稳定～稳定状态；

(2)中段不稳定斜坡整体在工况Ⅰ(自重)、Ⅱ(自重+暴雨)、Ⅲ(自重+地震)条件下均处于稳定状态；

(3)西段不稳定斜坡整体在工况Ⅰ(自重)、工况Ⅲ(自重+地震)条件下均处于基本稳定～稳定状态，局部坡段在工况Ⅱ(自重+暴雨)条件下处于不稳定状态；

上述计算结果说明，在强降雨等不利因素的影响下，不稳定斜坡发生整体变形失稳的可能性较小，局部坡段产生滑移变形的可能性较大。

3 不稳定斜坡稳定性成因机制分析

根据不稳定斜坡的地质条件和变形特征分析， 影响该不稳定斜坡稳定性的因素是较复杂的，有人为因素和自然因素，其中主要是不稳定斜坡的地形地貌土体的类型和性质、土体结构、地质构造、水的作用、地震和人类的工程活动等。

3.1 自然因素

3.1.1 地形地貌

镇原县南川中学不稳定斜坡坡顶高程1 310 m，坡脚高程1 160 m，相对高差50 m，坡度25°～48°，呈上缓下陡的阶梯形；上部坡度35°～40°，局部呈直立或倒坡，平均坡度约43°，总体上坡型呈凸型，是滑坡发育的有利地形条件。斜坡体上冲沟较多，裂缝、落水洞、凹腔较为发育，易于地表水汇集下渗，为滑坡形成创造了有利的地形条件。

3.1.2 地质条件

组成斜坡的岩土体工程地质性质较差，上部黄土疏松，垂直节理和落水洞发育，具有自重湿陷性，强度低，遇水易湿陷、崩解，下部离石黄土，地震影响，结构破碎，节理发育，强度也较低，易失稳滑动。

3.1.3 地质构造与地震

斜坡区地质构造较为简单。历史上曾发生多次大的地震，而且强度大，频率高，余震不断。地震不仅直接诱发滑坡，而且松动了稳定斜坡的岩土体结构，降低了抗剪强度指标，为后期滑坡的形成提供了软弱面。其中“5.12”汶川地震和华北油田石油探测放炮是南川中学不稳定斜坡发生变形的主要因素之一。

3.1.4 降雨

斜坡区内多年平均降雨量为489.5 mm，本区日最大降水量109.5 mm(1977年7月5日)，日最大降水量106.9 mm(1980年7月27日)，最大小时降水量44.9 mm(1980年8月18日)。降雨是该不稳定斜坡滑动变形的主要引发因素。

3.2 人为因素

3.2.1 开挖坡脚

南川中学在开发过程中为扩展建设用地的场地，对学校后部的坡脚进行了开挖，使坡体产生了较大的临空面，减弱了坡体前缘段潜在的抗滑力，破坏了坡体原有的平衡结构，加剧了滑坡灾害的发生。

3.2.2 窑洞开挖

原有坡体开挖的大量窑洞被废弃，导致原有土体的结构被破坏，在强降雨等不利因素的影响下，地表水下渗，导致窑洞顶部及侧壁产生裂缝，局部窑洞已垮塌，加剧了局部坡段的变形破坏。

3.2.3 石油探测放炮

区内实施三维地震勘探石油，强裂的地震波，对山体稳定性产生较大影响，间接地加剧南川中学不稳定斜坡的变形。

4 结语

通过稳定性计算结果，并结合勘查和现场调查情况对不稳定斜坡影响因素进行分析得出：东段不稳定斜坡整体在工况Ⅰ(自重)、工况Ⅲ(自重+地震)条件下均处于稳定状态，

在工况Ⅱ(自重+暴雨)处于基本稳定～稳定状态；中段不稳定斜坡整体在工况Ⅰ(自重)、Ⅱ(自重+暴雨)、Ⅲ(自重+地震)条件下均处于稳定状态；西段不稳定斜坡整体在工况Ⅰ(自重)、工况Ⅲ(自重+地震)条件下均处于基本稳定～稳定状态，局部坡段在工况Ⅱ(自重+暴雨)条件下处于不稳定状态；由此可见，不稳定斜坡整体在三种工况下均处于基本稳定～稳定状态，局部坡段在工况二下处于欠稳定～不稳定状态、在工况三下处于基本稳定～稳定状态。此外，暴雨对该不稳定斜坡稳定性的影响要大于地震对不稳定斜坡的影响。

[1]天水市北山芦家湾滑坡稳定性分析[J].甘肃地质.2012.21(3)：52-55.

[2]滑坡学[M].中国地质大学出版社.2000：10-13.