珠海市南水鎮金龍邊坡變形破壞特征及穩定性評價

賴波 江金進 江山 江寧 趙風順

摘 要：邊坡穩定性分析評價是邊坡調查評價過程中一個不可或缺的環節。以珠海市金龍邊坡為研究對象，分析了邊坡的發育特征、影響因素、形成機制。在查明邊坡巖土體出露及結構特征基礎上，根據典型斷面C、?值反演分析及敏感性分析結果，確定金龍邊坡巖土體物理力學參數，采用極限平衡法對金龍邊坡進行穩定性分析評價。評價結果表明：金龍邊坡在天然工況下處于欠穩定狀態，在飽和及飽和+地震工況下處于不穩定狀態。

關鍵詞：金龍邊坡；巖質順層邊坡；發育特征；變形破壞；穩定性評價；珠海市

Deformation failure characteristics and stability evaluation of Jinlong Slope in Nanshui Town， Zhuhai

LAI Bo， JIANG Jinjin， JIANG Shan， JIANG Ning， ZHAO Fengshun

（Engineering Survey Institute of Zhuhai，Guangdong Province，Zhuhai 519000 Guangdong，China）

Abstract： The analysis and evaluation of slope stability is an indispensable link in slope investigation and evaluation. This article takes the Jinlong Slope in Zhuhai City as the research object to analyze its development characteristics， influencing factors， and formation mechanism. Through identifying the exposed and structural characteristics of the slope rock and soil， and based on the typical section C and φ Value inversion analysis and sensitivity analysis results， the physical and mechanical parameters are obtained of the rock and soil mass of the Jinlong slope. Then the limit equilibrium method is used to analyze and evaluate the stability of the Jinlong slope. The evaluation results indicate that the Jinlong slope lacks stability under natural conditions and is unstable under saturated and saturated+seismic conditions.

Keywords： Jinlong slope; rock bedding slope; development characteristics; deformation and failure; stability evaluation; Zhuhai

地質災害作為自然災害的一種，在珠海低山丘陵山腳地區經常發生，給山腳地區居民、行人、建筑物、車輛等帶來嚴重的威脅（賴波等，2021，2023；劉春艷，2023），尤其是金灣區、斗門區人類居住較為密集的村子、香洲區老城區削坡建房及公路沿線一帶，分布著較多不穩定邊坡，而邊坡穩定性分析一直是地質災害調查、勘查中的一個重要環節，準確評價邊坡穩定性，必要時采取巡查、防護或監測預警措施，對政府有效維護地區安全穩定有著重要意義。

根據邊坡不同地質環境特征，采用不同的穩定性評價方法，是有效、精準評價邊坡穩定性的重要手段。比如：采用3D EC數值模擬方法，獲得了秦望山隧道南口高陡巖質邊坡在天然工況下坡體沿坡面下滑的最大位移量，結合強度折減法獲得了不同工況下的邊坡穩定性安全系數（郝社鋒等，2019）；采用模糊層次分析法（FAHP），通過對吉林省S303公路崩塌災害體屬性特征橫向對比，確定了危險性評價指標，并在此基礎上建立了危險性評價體系（劉洪博等，2020）；采用極限平衡法（Sarma）和赤平投影法分別對重慶豐都縣城區紅層邊坡在順向坡、斜向坡、反向坡情況下的穩定性進行了評價（蔣正等，2018）；試用云模型方法構建指標變權重模型，提出基于指標變權重復合云模型方法對福建省連江縣黃岐鎮對臺客運站邊坡進行了穩定性評價（陳忠源等，2021）；采用強度折減法（SRM）對常德市武陵區邊坡進行了穩定性評價（何陽等，2019）；基于MATLAB編程進行特定級配與含石量的土石混合體邊坡模型的構建，分別采用有限差分（FDM）與極限分析有限元（FELA）的方法對土石混合體邊坡中塊石和土體分開考慮進行計算，可有效評估土石混合體邊坡的穩定性（賀勇等，2021）。通過蒙特卡羅法建立隨機節理邊坡模型，運用赤平投影法和離散元數值模擬分析了汶川縣某擬建鐵路隧道進口邊坡穩定性（吳宇欣等，2021）；以邊坡巖體結構類型為基礎，建立了“巖體結構-指標組合賦權-未確知測度理論”的邊坡穩定性預測評價體系（穆成林等，2019）。除此之外，還有一些學者對邊坡穩定性進行了大量的研究，且取得了較好的成果（瞿婧晶等，2021；張秋霞等，2022；黃鋒等，2022；羅偉等，2023）。

以上學者們在實際工作中，對研究的邊坡進行了較深入地研究，采用合適的邊坡穩定性評價方法，均取得了較好的成果。本文根據金龍邊坡野外工程地質調查、剖面測量及鉆探成果，在查明邊坡斜坡結構特征、發育特征及形成機制的基礎上，根據典型斷面C、?值反演分析及敏感性分析結果，確定金龍邊坡巖土體物理力學參數，采用極限平衡法對金龍邊坡進行穩定性分析評價。此方法考慮了邊坡滑體滑動時不僅要克服主滑面的抗剪強度，還要克服滑體本身的強度，根據坡體內的各類結構面來劃分條塊并且不要求各條塊保持垂直，因此本文選擇極限平衡法對金龍邊坡進行穩定性評價。

1 ?邊坡基本概況

2019年5月27日上午11時，正值中國南方“龍舟水”時期，珠海市普降大雨，南水鎮附近雨量站記錄過去24 h累計降雨量達到266.7 mm，珠海市地質災害預警中心發布了橙色（二級）預警。由于金龍邊坡中上部斜坡帶巖土體達到飽水而失穩發生滑坡（圖1）。雖然該邊坡未造成人員傷亡及財產損失，但嚴重威脅坡腳人類生命及財產安全。

1.1 ?邊坡地質環境特征

金龍邊坡為早期人工削坡形成，坡高約114 m，坡腳線寬約180 m，坡度40～60°，坡向290°。坡頂為原始地貌，植被茂盛；坡面較裸露，因早期簡易治理呈臺階狀（共7級），每級高約15 m，每級平臺寬1～2 m，平臺內側修有截排水溝；坡面下部建有片石護面。沿坡腳線建有一條寬4 m、深2 m的排水渠，排水渠外側場地平整，為堆沙場、廢品站、汽配維修店、駕校及車輛臨時?？繄龅?，最近處距離坡腳約20 m。

邊坡坡體內部出露泥盆系上統春灣組（D3c）粉砂巖、石英砂巖地層，兩者巖層產狀基本一致，呈整合接觸，巖層傾向335°，傾角約20°。坡頂及坡面淺表層主要為第四系殘積層（Q4del）粉質黏土和碎石土層（Q4ml）。受周邊斷裂構造影響，巖石較破碎，節理裂隙較發育。邊坡坡頂無匯水區，地表水、地下水主要靠降雨補給，大部分雨水沿坡面流至坡腳，少部分下滲至坡體內部。

1.2 ?邊坡發育特征

由于邊坡頂部淺表層巖土體較為松散，且節理裂隙較發育，邊坡表面長期受風化剝蝕，坡體內部受雨水浸潤，導致巖土體物理力學性質變差，在強降雨過程中，巖土體失穩發生滑坡?；麦w主要覆蓋于坡面中上部，少部分滾落至坡腳。該滑坡平面形態呈圈椅狀，滑動方向約290°，滑坡區縱向斜距最大67 m，橫向寬約112 m，滑體平均厚3 m，體積約12 500 m3（圖2-a）。

該滑坡主要為淺表層松散巖土體沿著坡面和基巖面緩慢下滑形成，因此，按照滑動面與層理面的關系，判斷該滑坡屬巖質順層滑坡（圖2-b）。

該滑坡發生后，其后緣出現明顯的滑坡陡坎（圖2-c），坡頂仍存不同程度拉張裂縫（圖2-d）。從滑坡體分布來看，滑坡體呈上厚下薄的特征?；聫娮冃螀^主要發生在邊坡頂部至坡面上部，且巖性主要由碎石土、全—強風化粉砂巖組成，而滑床以密實較好的中風化粉砂巖為主?；瑒用媛裆钶^淺，為1.0～4.0 m。從坡頂拉張裂縫來看，該滑坡體部分尚未完全脫離母體（圖2-e），仍在發展階段，在后期強降雨影響下，再次發生滑坡的風險較大。

2 ?滑坡影響因素及形成機制分析

2.1 ?滑坡影響因素

2.1.1 ?內因

1）巖土體類型及性質

邊坡淺表層為碎石土、全—強風化粉砂巖，結構較松散，抗剪強度以及抗風化能力較低，在雨水浸潤作用下易發生軟化。另外，淺表層下伏基巖節理裂隙較發育，部分節理裂隙間有泥質填充物，結合強度較低，手捏可碎。

2）地形地貌

邊坡為早期人工削坡形成的高陡邊坡，坡高114 m，坡面坡度40～60°，坡面裸露。實踐證明：邊坡坡高越高，坡體則應力越大，發生崩滑的可能性也越大；邊坡坡度越陡，坡腳則應力越集中，邊坡失穩的可能性也越大。

3）水文地質條件

邊坡僅在坡腳測得地下水位埋深1.2～1.6 m，因此邊坡穩定性可以忽略地下水的作用，但該邊坡坡面淺表層巖土體結構較松散、基巖節理裂隙較發育，雨水沿節理裂隙入滲坡體內部，致使淺表層巖土體物理力學性質降低，導致邊坡穩定性變差。

2.1.2 ?外因

1）降雨

降雨使淺表層結構較松散的巖土體達到飽和、自重增加、抗剪強度下降，從而改變邊坡原有平衡狀態，加速滑坡形成；同時，多次干濕交替變化使巖土體更容易發生開裂，這不僅為地表水入滲提供了通道，也加速了裂縫的形成發展。

2）風化作用

邊坡淺表層巖土體受風化作用明顯，此過程將逐漸改變原巖結構。

3）人類工程活動

金龍邊坡為早期人工削坡所致，人工爆破開挖山體致使邊坡淺表層巖土體剝離，邊坡坡面更加裸露，受雨水沖刷明顯，同時破壞了原巖結構，導致巖體完整性變差。

2.2 ?滑坡形成機制分析

通過對金龍邊坡影響因素分析，其形成機制及演化過程大致分為以下5個階段（圖3）：

滑坡前期階段：邊坡被人工削坡，導致坡面坡度變陡、巖土體裸露。

滑坡孕育階段：邊坡淺表層巖土體受風化剝蝕和雨水浸潤，導致巖土體物理力學性質變差，逐漸軟化。

滑坡形成階段：邊坡淺表層巖土體受雨水沖刷而不斷流失，雨水沿節理裂隙侵蝕內部巖體，致使坡體淺表層逐漸形成軟弱帶（滑動面）。邊坡頂部巖土體受雨水沖刷、風化、重力多種因素作用下，形成多條拉張裂縫。

滑坡滑動階段：邊坡淺表層巖土體及軟弱帶逐漸形成后，受持續性降雨或強降雨作用，雨水潤滑軟弱帶，致使軟弱帶受力強度降低，從而導致淺表層巖土體產生蠕滑變形，最終發生滑動。

滑坡停止階段：當滑動面上部荷載得到釋放，且滑坡體自重和滑動面受力強度對等時，滑坡體不再滑動，即滑坡體與滑床出現相對平衡狀態，表明滑坡已經停止。

3 ?滑坡穩定性分析評價

3.1 ?評價方法

根據金龍邊坡典型斷面C、?值反演分析及敏感性分析結果，確定金龍邊坡巖土體物理力學參數。根據巖土體出露及結構特征，采用極限平衡法對金龍邊坡進行穩定性分析評價。

3.2 ?巖土體物理力學參數確定

3.2.1 ?物理力學參數反演分析

當邊坡淺表層巖土體荷載和滑動面抗剪強度參數與邊坡坡向坡度等特征基本一致時，邊坡的理論最小穩定系數接近于1，此時邊坡處于最危險階段（臨界狀態），求取整個滑面抗剪強度值，其值為平均值，數值雖不太精準，但可作校驗之用。

本次金龍邊坡巖土體物理力學參數反演穩定性系數，根據典型斷面在天然工況下取值1.05，反算方法采用圖解法，先依次取黏聚力C、內摩擦角?值，分別反求?、C值，在C-?坐標圖上求出直線，并綜合考慮試驗數據，最終確定抗剪強度指標。

反演公式如下：

黏聚力：

c=（K_s∑W_i sinα_i-tan?∑W_i cosα_i）/L

內摩擦角：

?=arctan（（K_s∑W_i sinα_i-c?L）/（∑W_i cosα_i ））

反演計算模型見圖4（根據滑坡孕災體面積、自重、滑面傾角等因素，將滑坡孕災體劃分為16個條塊，分別計算穩定系數），結果見表1。

3.2.2 ?C、?敏感性分析

根據典型斷面C、?反演分析成果及KS與C、?關系曲線（圖5、圖6），選取穩定性系數KS =1.05作為基準數。其中：?的敏感區間為14.5～20.5，區間寬度6；C的敏感區間為20～26.0，區間寬度6；而當C不變時，?每增加1°，則KS值增加0.02～0.03，增加2%～3%；而當?不變時，C值每增加1 kPa，則Ks值增加0.02～0.03，增加2%～3%。因此，典型斷面中KS對?的敏感性與C相當。

3.2.3 ?物理力學參數確定

根據典型斷面C、?值反演分析及敏感性分析結果，確定金龍邊坡巖土體物理力學參數見表2。

3.3 ?滑坡穩定性計算與評價

根據金龍邊坡巖土體出露及結構特征，采用極限平衡法計算分析邊坡的穩定性及安全性。

3.3.1 ?極限平衡法

金龍邊坡滑動面受軟弱面及順向結構面控制，這些構造面呈起伏不平的折線型展布，而折線型滑動面的滑坡可采用基于極限平衡理論的傳遞系數法來評價斜坡的穩定性及計算滑坡的剩余下滑力。極限平衡法的核心思想是假定巖土體是理想的塑性材料，按極限平衡原則進行力和力矩的分析，認為邊坡滑動體必須破裂成可以相對滑動的塊體才能發生整體移動，也就是滑體滑動時不僅要克服主滑面的抗剪強度，還要克服滑體本身的強度。

利用極限平衡理論來計算穩定系數（Kf）及傳遞系數法計算滑坡剩余下滑推力。

1）穩定系數（Kf）計算

Kf 計算公式

K_f=（∑_（i=1）^（n-1） {{{W_i [（1-r_U ）cosα_i-Asinα_i ]-R_Di }tan?_i+C_i L_i } ∏_（j=i）^（n-1） φ_j }+R_n）/（∑_（i=1）^（n-1） {[W_i （sinα_i+Acosα_i ）+T_Di ] ∏_（j=i）^（n-1） φ_j }+T_n ）

其中，

R_n=（W_n （（1-r_U ）cosα_n-Asinα_n ）-R_Dn ）tan?_n+C_n L_n

T_n=W_n （sinα_n+Acosα_n ）+T_Dn

∏_（j=i）^（n-1） φ_j=φ_i φ_（i+1） φ_（i+2）………φ_（n-1）

式中：Kf為穩定系數；W為滑體重量（kN·m-1）；C為滑帶體的黏聚力（kPa）；?為滑帶體的內摩擦角（°）；A為地震加速度（單位：重力加速度g）；φ_j為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數（j = i），即φ_j=cos（α_i-α_（i+1） ）-sin（α_i-α_（i+1） ）tan?_（i+1）。

2）滑坡剩余下滑推力計算

采用傳遞系數法計算，由于邊坡淺表層無地下水，此處不考慮地下水的影響，計算公式如下：

P_i=P_（i-1）×ψ+K_s×T_i-R_i

其中：下滑力 T_i=W_i （sinα_i+Acosα_i ）

抗滑力 R_i=W_i （cosα_i-Asinα_i ）+C_i L_i

傳遞系數 φ_j=cos（α_（i-1）-α_i ）-sin（α_（i-1）-α_i ）tan?_i

式中，Ks為安全系數，Pi為第i塊滑坡剩余下滑力（kN·m-1）。

根據邊坡形態及變形破壞特征，選擇前述典型斷面進行滑坡穩定性計算。選定天然、飽和、飽和+地震3 種工況進行滑坡穩定性計算。

3.3.2 ?穩定性計算結果

依據典型斷面結構模型，各工況下邊坡穩定性計算結果見表3至表5。

3.3.3 ?穩定性評價

通過穩定系數計算公式，得到典型斷面在不同工況下穩定性系數，根據典型斷面穩定性計算成果，參照GB/T 32864－2016《滑坡防治工程勘查規范》及GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》穩定性判別標準，金龍邊坡在不同工況下穩定性判斷結果見表6。

4 ?結論

1）金龍邊坡為早期人工削坡形成的高陡邊坡，在強降雨作用下，坡面中上部淺表層巖土體失穩發生滑坡，滑坡區平面形態呈圈椅狀，滑坡體巖性主要為碎石土及全—強風化粉砂巖。影響邊坡失穩的內因包括巖土體類型及性質、地形地貌、水文地質條件，外因包括降雨、風化作用及人類工程活動。

2）根據金龍邊坡地質環境條件及巖土體結構特征，利用典型斷面C、φ值反演分析及敏感性分析結果，確定金龍邊坡巖土體物理力學參數，采用定量分析中的極限平衡法計算不同工況下邊坡的穩定性。從計算結果可知：金龍邊坡在天然工況下處于欠穩定狀態，在飽和及飽和+地震工況下處于不穩定狀態。

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收稿日期：2023-06-02；修回日期：2023-09-01

基金項目：珠海市城市地質調查（含信息化）項目（MZCD-2201-008）資助

第一作者簡介：賴波（1985- ），男，學士，高級工程師，主要從事水工環地質調查研究工作。E-mail：410271798@qq.com

引用格式：賴波，江金進，江山，江寧，趙風順，2024.珠海市南水鎮金龍邊坡變形破壞特征及穩定性評價［J］.城市地質，19（1）：20-28