极限平衡法对边坡整体和局部稳定性评价

秦永才QIN Yong-cai

（广西壮族自治区二七三地质队，贵港 537101）

1 工程概况

岑溪市某边坡位于二级公路的东侧约20m，影响线路长约120m，边坡的后缘以陡缓交界地段为界，与前缘相对高差约70m。该边坡场地在2013 年为原规划新农村建设项目，已切坡计划建房，并修筑截排水沟，但后期由于疏于管护、雨水的冲刷等作用，水土流失较严重，于2016 年4月发生滑坡，初现变形，起初位于滑坡侧翼局部的一户房屋出现多处变形、地面隆起等现象。近几年，该边坡侧翼一直处于蠕滑状态，现已发展为高陡边坡，主要为村民切坡建房，在暴雨或持续降雨情况下，边坡局部出现再次滑动变形的可能性较大，严重威胁该边坡坡下住户约31 人人身及137.6 万元房屋财产安全。但是，边坡中轴未见明显的变形破坏现象，该点现已被列为自治区级和当地政府部门地质灾害隐患群测群防监测点，2021 年3 月坡面已安装4 台国家地质环境监测仪器，据监测数据显示及访问该点的地质灾害监测员，边坡整体稳定。

1.1 地形地貌

边坡位于构造一侵蚀中低山地貌。坡体形态呈平直形，地面标225～295m，相对高差约70m，自然坡度25～35°，坡向范围扇形300°。山坡坡面生长桉树、灌木、杂草，坡脚为道路及建筑用地，植被覆盖率约50%。

1.2 地层岩性

根据区域地质及现场勘查资料，该地出露的地层岩性主要为砂岩残坡积黏土层（Q4el+dl），表层有部份填土层（Q4ml）。下伏地层为志留系下统大岗顶组砂岩、灰岩（S1d）。半山基岩出露，为泥质粉砂岩，且坡表风化，岩层产状为260∠5°，该边坡为斜向坡。

1.3 地质构造

滑坡区距边坡最近的构造为北西方向2.5km 处的云录逆断层，断层总体呈北东-南西走向，在岑溪市境内长约14km，断层倾向北西、倾角40～70°，受构造影响，断层对该区域岩土体造成了整体性破坏，为地质灾害的发育提供了良好条件，边坡内未发现其他明显的构造运动。据资料记载地震烈度为Ⅵ度。

1.4 水文地质

该边坡位于构造一侵蚀中低山区，是分水岭地区。地表水不发育，地下水也不发育，区域地下水类型可划分为：残坡积层（Qel-dl）的松散岩类孔隙含水层，志留系下统大岗顶组砂岩（S1d）裂隙水含水层，志留系下统大岗顶组灰岩（S1d）裂隙水含水层。

1.4.1 松散岩类孔隙含水层

残坡积层（Qel-dl）：分布在山麓边坡上，一般厚度为0-25m，为黏土、砂砾石土，主要接受大气降水或地表水的渗透补给，储存水的条件差，季节性变化大，未见泉水出露，为透水不含水层，富水性弱。

1.4.2 志留系下统大岗顶组砂岩（S1d）裂隙水含水层

裂隙水主要赋存于粉砂岩风化裂隙中，构造裂隙相对较发育，地下水具有良好的储存和运移空间，植被中等发育，主要接受大气降雨的入渗补给，呈分散式迳流，其迳流方向与地形坡向基本一致，大部分在沟尾、谷底等低洼处以沟尾泉（分散流）的形式排泄。地下水径流模数平均值8.75L/s.km2，泉流量0.1L/S 左右。勘查期间（2021 年7 月）在所有的6 个钻孔中均未发现有地下水。

1.4.3 志留系下统大岗顶组灰岩（S1d）裂隙水含水层

属于覆盖型碳酸盐岩裂隙溶洞水，上覆为孔隙水，水量贫乏；上覆第四系冲洪积层，厚度普遍小于20m；下伏含水岩组为志留系下统大岗顶组，岩性以灰岩为主。单位涌水量常见值均小于100m3/d，含水量贫乏。下伏碳酸盐岩、碎屑岩间夹层，水量中等。

1.5 边坡现状分析

1.5.1 边坡现状

经现场调查，边坡坡向中轴方向（见图1，1-1 剖面）被人工切成四个边坡和四级台阶。坡脚处可见两面砂浆片石挡土墙，由于工程质量问题发生轻微开裂的现象，除此之外边坡其他位置未见有明显变形破坏现象，据现场仪器和监测人员反映，边坡整体稳定。但边坡侧翼切坡建房处（位于2-2 剖面线西北端）已发生浅层滑坡地质灾害现象：①切坡脚北侧某住户一层楼房屋内四墙角及墙体、地板可见十余条裂缝，裂缝总体呈近东西向条带状展布，宽2～20mm，长0.5～3m，门庭前可见水泥地板隆起约20cm，说明该边坡侧翼局部岩土体可能在蠕动、变形，趋向欠稳定状态；②由于土质松散，土体长期裸露暴晒，雨水冲刷，造成土体加速风化及水土流失，是该点地质灾害发育的重要因素。

图1 边坡平面图

1.5.2 滑坡形成机理

综合分析，影响滑坡稳定性的因素分内因和外因两种：

①内因。1）风化残积层上部的土体物质以结构较为松散的粘性土为主，夹松散碎块石，抗剪强度较低，是形成滑坡的物质基础。2）原始自然边坡整体坡度较大，坡脚临空面的存在，是滑坡形成的有利地形条件。3）孔隙和土体裂隙较发育，有利于雨水沿上部松散土层下渗，使坡面上部的粘性土处于饱水状态，其抗剪强度降低，是滑坡形成的重要条件。

②外因。1）降雨是影响滑坡的主要因素。尤其是连续降雨和强降雨，雨水渗入土体，不但使边坡土体重度增大，而且使相对隔水面附近的土体受到浸泡饱水软化，抗剪强度降低，形成软弱面，在重力作用下，引发边坡土体沿软弱面滑移，产生变形破坏。2）人类工程活动。由于新农村项目建设，人们在自然边坡前缘切坡建房，人为的破坏了自然边坡原始地形地貌、应力条件，并破坏坡面植被，对自然边坡的稳定性产生不利影响，是自然边坡上部土体产生滑动变形的重要因素。

综上所述，边坡侧翼局部滑坡地质灾害的产生，是自然边坡稳定条件遭受破坏，而导致边坡上部土体产生滑移变形的结果；滑坡的产生受地形地貌、岩土结构和物质组成等因素控制；而人类不合理的工程建设，降雨和地表水入渗等均起到重要的引发作用。

2 基于极限平衡法的边坡稳定分析

2.1 Slide 边坡模型的建立

根据勘查方案，钻孔沿着边坡主轴方向布置，并编录了各个钻孔的岩土体性质及对应的厚度。本次勘查，在边坡体上的钻孔中采取9 件原状土样进行室内试验，根据本次勘查土样试验参数，并结合当地经验、地质条件相类似场地，综合确定边坡范围内各岩土层参数，如下。

粉质黏土：r（天然）=17kN/m3，r（饱和）=17.7kN/m3，C =11kPa，φ=7.9°

含砾黏土：r（天然）=16.9kN/m3，r（饱和）=18.4kN/m3，C=38kPa，φ=10.5°

砂 岩：r （天 然）=22kN/m3，r （饱 和）=22kN/m3，C=7500kPa，φ=35°

灰 岩：r （天 然）=22kN/m3，r （饱 和）=22kN/m3，C=1000kPa，φ=35°

2.2 稳定性计算

2.2.1 计算模型

根据钻探资料及测绘地质剖面图，对平行于边坡潜在滑动方向的两个剖面（图1 中主轴剖面1-1、侧翼剖面2-2）进行稳定计算。计算分为两种情况：工况1 为目前状况下边坡稳定性；工况2 为饱和状态下边坡稳定性。

2.2.2 计算方法

该边坡属土体边坡，从土工试验成果统计表可知土层物理力学性质差异总体不大，边坡土体可视为均质土，本次采用经典极限平衡法对边坡进行稳定性分析计算。基本计算公式为《滑坡防治工程勘查规范》GBT32864-2016 中公式A.1～A.8。

2.2.3 计算参数的确定

滑带土参数的确定。边坡体上共布置有2 条勘查纵剖面线，将1-1、2-2 剖面作为边坡潜在滑带的参数反演剖面。根据现状变形迹象前缘坡面局部发生小规模滑塌现象，但边坡整体尚未发生过大的滑移变形。综合分析，反演参数时综合确定边坡在工况I（天然状态）下稳定性系数取1.05（基本稳定状态）、在工况II（暴雨状态）下稳定性系数取1.00（欠稳定状态），稳定性系数取小于1.00（不稳定状态）作为稳定性系数进行参数反演。

2.2.4 剖面1-1 工况下边坡稳定性计算（图2、图3）

图2 1－1 剖面天然工况下稳定性计算

图3 1－1 剖面饱和工况下稳定性计算

2.2.5 剖面2-2 工况下边坡稳定性计算（图4、图5）

2.3 计算工况及安全系数结果分析

根据该边坡的形态和结构特征、变形破坏特征，采用Slide 软件内置的简化毕肖普法对边坡的1-1 剖面、2-2 剖面进行稳定性分析，根据《滑坡防治工程勘查规范》（GB-T 32864-2016），根据计算可知：1-1 剖面得到的天然工况和暴雨工况下安全系数分别为1.453 和1.075（见图2、图3），均大于1.05，偏于安全；2-2 剖面得到的天然工况和暴雨工况下安全系数分别为1.024 和0.636（见图4、图5），分别小于1.05 和小于1.0，稳定性系数低，偏于危险。

图4 2－2 剖面天然工况下稳定性计算

图5 2－2 剖面饱和工况下稳定性计算

综上所述，计算结果与边坡整体的稳定性实际情况吻合，边坡坡向主轴未见有明显变形破坏现象，边坡整体稳定。但边坡侧翼切坡建房处已发生浅层滑坡地质灾害现象，该边坡侧翼局部岩土体存在蠕动、变形，趋向欠稳定状态。

3 结语

本文以岑溪市某边坡为研究对象，在运用极限平衡法（简化毕肖普法）对边坡天然工况及暴雨工况稳定性分析的基础上，对比边坡坡向中轴和侧翼稳定性评价，研究影响边坡稳定性的因素，结果表明：对于中轴方向已稳定的边坡，人们往往容易忽略侧翼局部的不稳定性，由于侧翼人类切坡建房工程活动等因素，局部比整体易滑。

本次开展极限平衡法对边坡整体和局部稳定性评价的研究，可供同行或其他单位遇到类似问题以参考经验。由于实际工作环境复杂性，极限平衡法在各种复杂的地形地貌、水文地质与工程地质情况下，对边坡整体和局部稳定性评价，将在以后要加强研究。