基于TM和SRM的滑坡稳定性分析及防治研究

张云波，王建收，张钟远

（1.中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550000；2.青岛地质工程勘察院，山东 青岛 266000；3.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650000）

滑坡作为一种常见的地质灾害，往往威胁人们的生命安全、社会生产等，造成一系列经济损失以及人员伤亡[1]。因此有必要对滑坡灾害进行工程防治，而对滑坡进行稳定性分析是防治的前提。许多学者在滑坡稳定性及其防治领域作了大量研究。吕文斌等[2]以西宁市张家湾滑坡为研究对象，在进行充分现场调查的基础上，结合极限平衡法和有限元法，研究了滑坡的形成机理、发展过程和剪出口位置，定量评价了该滑坡在天然工况、暴雨工况和地震工况3种不同工况条件下的稳定状态。董建辉等[3]以梅子坪滑坡为研究对象，通过现场地质调查，对滑坡影响因素、变形机制、破坏模式及稳定性进行了分析。黄刚等[4]通过查明滑坡区的工程地质与水文地质条件，结合现场调查及勘探成果，分析该滑坡变形特征、影响因素及形成演化过程，并采用Midas GTS NX有限元分析软件对滑坡在暴雨工况下的稳定性进行了分析。杜文举等[5]以陕西-黄土滑坡为例，利用有限差分法FLAC-3D软件对在自然和暴雨条件下黄土滑坡的变形进行数值模拟分析。

本文以石阡县桐木湾滑坡为研究对象，通过野外地质调查，对该滑坡的特征及影响因素进行分析，基于极限平衡的传递系数法和有限元的强度折减法对其进行稳定性对比分析，并进行防治措施对比分析，为该滑坡的防治提供科学有力的依据。

1 滑坡特征

石阡桐木湾滑坡全貌及滑坡主轴面分别如图1、图2所示。滑体主滑方向为152°，南北纵长约102 m，东西横宽约103 m，滑坡面积约0.007 7 km2，滑体厚约2~3 m，滑体滑坡方量约为2.4×104m3。该滑坡后缘位于缓坡地带，前缘有一溪沟，地表表现为地面及房屋开裂（如图3），调查发现滑体上裂缝L1、L2、L3、L4、L5都为张拉裂缝，且L3裂缝宽度达4 cm，错段处还有局部隆起现象，滑坡体土层较薄，基岩为粉砂质页岩，破碎且节理裂隙发育。滑体主要为残坡积粉质黏土与强风化的粉砂质页岩，强风化粉砂质页岩破碎且节理裂隙发育，孔隙较大，渗水性好。滑带为强风化粉砂质页岩与中风化粉砂质页岩分界线，岩土破碎，在暴雨情况下岩土参数下降，为滑坡的形成提供条件。滑坡后壁为圆弧形，滑坡体上分布不同程度的张拉裂缝，按滑坡性质划分为牵引式滑坡，按滑坡厚度划分为浅层滑坡。滑床为中风化粉砂质页岩，基岩稳定，滑床为相对隔水层，对滑带岩土有一定的软化及侵润作用。

图1 滑坡全貌

图2 滑坡主轴面（A-A'）

图3 房屋开裂

通过滑坡特征可知，滑体为松散岩土质滑坡，滑面为强风化粉砂质页岩与中风化粉砂质页岩的分界面，呈现为折线型滑动，按滑坡性质划分为堆积层牵引式滑坡。其为松散层、浅层、中型牵引式滑坡，处于蠕变阶段。

2 滑坡影响因素分析

该滑坡为推移式滑坡。由于有利滑坡的地形地貌条件、岩层工程性质差，修建房屋增加上部荷载以及开挖形成陡坎为滑坡提供临空面等人类工程活动影响，遇到强降雨且地表排水系统混乱，导致该滑坡的形成。

2.1 不利的地形条件

滑坡体前缘存在一河沟，河沟受河水冲刷切割，左河岸形成一定规模的临空面。在暴雨期间，河水流量加大，对其滑坡前缘土体存在一定的冲刷作用。滑坡体地形地貌为山地地貌，地貌从高至低呈台阶状，台阶高度2~3 m，地表临空面较多，从其地形地貌分析有利于滑坡的形成。

2.2 不利的岩土组合

滑坡体岩土构成也是滑坡发生的间接因素之一，土层较薄，滑坡体岩层破碎，节理裂隙发育，滑坡体极有可能沿岩石强风化与中风化分界线滑动。

2.3 人工活动

由于当地居民对房屋的修缮扩建与场地的限制，几乎每户都是屋前高填方，屋后高切方，增加了滑体上部荷载及临空面，加上地表排水的混乱，地表水体下渗到滑坡岩土体中，软化岩土体，同时受地表水体冲刷作用，增大滑体自身重度，造成滑坡形成。

2.4 极端暴雨气候

根据当地居民反映，滑坡发生前，该区域连续降雨，且雨量较大，地表水冲刷滑坡岩土体，增加滑体自身质量度，软化滑带岩土体抗剪指标，造成滑坡形成。

3 稳定性分析

3.1 计算工况及参数选取

工况Ⅰ为自重+地表荷载，工况Ⅱ为自重+地表荷载+暴雨。滑坡计算参数根据试验值及反演综合确定见表1。

表1 岩土体物理力学参数及滑带参数

3.2 传递系数法（TM）

3.2.1 计算模型

滑坡潜在滑带形态呈折线型，采用不平衡推力传递系数法计算滑坡稳定性系数和推力，计算剖面如图4所示，按（GB 50330—2013）《建筑边坡工程技术规范》[6]采用折线行滑动法稳定系数计算公式：

图4 计算剖面

式中：Pn为第n条块单位宽度剩余下滑力（kN/m）；Pi为第i计算条块与第i+1计算条块单位单位宽度剩余下滑力（kN/m）；当Pi＜0时（i＜n）时取Pi=0；Ti为第i条块单位宽度重力及其他外力引起的下滑力（kN/m）；Ri为第i计算条块单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力（kN/m）；ψi-1为计算条块对第i计算条块的传递系数。

3.2.2 计算结果

在天然状态下，滑波稳定性系数为1.169，小于1.20，处于基本稳定状态。在饱水状态下，滑波整体稳定性系数为1.026，小于1.05，大于1.0，处于欠稳定状态，详细结果见表2。

计算结果表明，影响滑坡稳定性的主要因素是滑带强风化岩体饱和软化，强风化岩体抗剪强度降低，与现场实际情况基本一致。

3.3 强度折减法（SRM）

选取滑坡主轴剖面（A-A'剖面）进行数值模拟，采用Midas GTX NX软件中的强度折减法，将计算剖面划分为网格单元，根据表1参数取值和表2荷载分布情况，分别模拟工况Ⅰ、工况Ⅱ条件下桐木湾滑坡的稳定性。模拟结果如图5、图6所示，工况Ⅰ稳定性系数为1.156，处于基本稳定状态，工况Ⅱ稳定性系数为1.013，处于欠稳定状态。强度折减法计算的稳定性系数比传递系数法较低，强度折减法计算云图与调查显示的裂缝L1、L3、L4实际变形情况相吻合。

表2 剖面滑坡折线滑动稳定性计算

图5 工况Ⅰ（Fs=1.156）

图6 工况Ⅱ（Fs=1.013）

4 防治措施

根据防治方案的优越性与缺陷，分别从安全性、施工可行性、经济合理性3个方面进行比选。

4.1 安全性

方案一：截排水沟+挡土墙工程是针对滑坡体治理的主动防治方案，其中截排水沟无论采用现浇砼或浆砌片石修筑，其施工安全性风险较低；由于滑体为残破积土、回填土及强风化粉砂质页岩，在挡土墙施工过程中，其安全风险主要有一点，由于场地限制，挡土墙作业面开挖，由于残破积土、回填土加强分化层厚度将近5 m，开挖过程中可能出现次生垮塌现象。而挡土墙距房屋较近，需严格控制开挖作业面坡度，不能在作业面2 m范围内堆放材料，再做好作业面地面排水工作。如做到上述措施，该挡土墙施工的安全风险仍在可控范围。方案一的安全性总体可行。

方案二：搬迁措施是针对滑坡体治理的被动防治方案，通过对滑坡体危害对象（住户）的整体搬迁达到防治目的，整体搬迁过程中只需注意路上的交通安全即可，基本不存在安全隐患。

4.2 施工可行性

方案一：截排水沟+挡土墙工程。滑坡区距县城约6 km，距水泥厂及砂石场较近，其材料购买地均较近；距滑坡区内有乡村公路通过、且主干路面均已硬化，施工材料通过货车能直接运输到区内。区内已通电，该区紧靠沟渠，施工用水可直接从沟渠中抽取、施工用电可直接向当地居民电网搭接。在实地调查过程中已确定滑体最大剪出口处，如果占道具有挡土墙施工的平台，滑坡后缘及两侧主要为耕地，修筑截、排水沟不会造成其房屋损坏。通过对当地村民的民访及村委会调查，当地村民对该工程比较支持；通过上述对材料来源，材料运输，施工用水、电，施工平台、百姓支持、劳动力等多方面的调查分析，综合认为方案一施工可行性较高。

方案二：整体搬迁。滑坡区内住户有25户，90%住户的房屋为2～3层的砖混结构，如果进行整体搬迁，其拆迁工作量、材料运输工作量较大，在外购置宅基地的难度太大，而据当地政府反映，附近已无适合这么多居民住户的集中安置点。另外，对当地老、中、青不同年代的人进行访问调查，当地大部分居民（特别是中、老年人）对搬迁具有强烈的抵触情绪，认为这是世代居住之地，搬迁后生活、生产上有诸多不便。因此，对该区进行整体搬迁的方案可行性较低。

4.3 经济合理性

方案一：截排水沟+挡土墙工程。按国家下发的治理费用预算，治理费用比国家预算稍高。一次投入的经济合理性较高。

方案二：整体搬迁。按国家及当地补偿标准，约为90万元；按绿化率、三通工程占地面积进行合计，结合重新选址的征地面积，按国家及贵州省地方补偿标准计算，费用约68万元，合计约158万元，尚未包括对原住区内经果林的补偿费用、平场三通费用、搬迁协调工作费用和青苗补偿等其他费用。方案二是一项耗时、耗精力、耗资金的工程，直接投入的费用多，隐形投入的资金较高，其经济合理性较差。

通过上述二个方案的比选，推荐以“截排水沟+挡土墙工程”作为桐木湾滑坡治理方案。

5 结论

（1）该滑坡为推移式滑坡。由于滑坡的地形地貌条件、岩层工程性质差，修建房屋增加上部荷载以及开挖形成陡坎为滑坡造成临空面等人类工程活动影响，强降雨且地表排水系统混乱导致该滑坡的形成。

（2）在工况Ⅰ条件下，TM计算Fs=1.169，SRM计算的Fs=1.156，处于基本稳定状态；在工况Ⅱ下，TM计算Fs=1.026，SRM计算的Fs=1.013，处于欠稳定状态；SRM法计算的稳定性系数较低。

（3）该滑坡治理考虑安全性、施工可行性、经济合理性3个方面，方案比选后推荐“截排水沟+挡土墙工程”的治理方案。