超高土质边坡稳定性评估：以化州市宝圩镇边坡为例

超高土质边坡稳定性评估：以化州市宝圩镇边坡为例

彭超 1，，马贯强 2

(1.茂名市地质与海洋监测站，广东 茂名 525000； 2. 广东省有色地质环境中心，广东 广州 510000)

摘要：稳定性较差的土质边坡存在较大的安全隐患。以化州市宝圩镇超高土质边坡为例，在查明研究区域的地质环境条件以及边坡岩土体的工程和水理性质的基础上，通过定性和定量的方法对边坡稳定性进行评估，并提出防护建议。结论可为相关案例提供参考。

1 引言

茂名市坐落在广东省西南部，周围分布有云开、勾漏和云雾山脉。广泛分布的山系和丰富的降雨为该区域地质灾害发育提供了优良条件，因此，茂名市属于地质灾害多发区域。截至2017年底，茂名市共发现滑坡及其隐患点129处，数量仅次于崩塌，居于所有地质灾害的第二位^[1]。其中化州市作为低山丘陵台地及人工削坡分布较为广泛的地区，存在着大量稳定性较差的超高土质边坡，严重威胁着居民的生命和财产安全。宝圩镇边坡就是一个较为典型的实例。

宝圩镇边坡位于宝圩镇秧地坡村委会棒龙塘村屋背岭南侧山坡上，该处边坡曾发生局部滑坡。虽然崩落物已被清理，并采取了在坡腰处树立地质灾害警示牌、坡脚修筑高混凝土挡墙等应急处理措施，但仍不足以保证该处边坡的稳定，急需对其危险性进行评估。

2 研究区地质环境条件

2.1 地形地貌

化州市宝圩镇边坡为土质边坡，主要由坡积层粉质黏土、残积层黏性土等构成。边坡由于当地居民削坡建房而形成，总体形态大致呈“一”字形，边坡宽约55m，走向120°，坡底高程为61.1m，坡顶高程为76.7m，边坡相对高差达到15.6m。坡体主要可分为三级削坡，其中一级坡坡高约5.0m，坡度为52°~65°；二级坡坡高约6.5m，坡度51°~68°；三级坡坡高约4.1m，坡度60°~70°。一级平台宽1.5~3.0m，二级平台宽2.5~5.0m。坡体主要由坡残积土组成，遇水浸泡抗剪能力降低，工程性质变差。东南侧居民房后坡底处作有混凝土挡墙，高约1.2~2.5m，墙厚度约35cm；其余地段坡面均无支护措施，但植被较发育，长有较多蕨类杂草。

图1 研究区航拍图

2.2 气象水文条件

研究区为亚热带季风性气候。据统计，该区域年平均气温分布在16.5~22.3℃之间，最高温度出现在1977年6月8日，达到37.4℃；极端最低气温为0.5℃（1975年12月2日）。本区雨量充沛，化州市气象局2000~2019年的统计资料显示，该区域多年平均降雨量为1813.4mm，年降雨量最多为3005.2mm（2002年），最少为1058.1mm（1968年），本地区月最大降雨量达668.6mm，日最大降雨量达300.2mm。另外，该区域存在明显的雨季（4~9月份），期间降雨量超过全年总降雨量的83%。

此外，研究区附近无可见的地表水体，亦内未见泉水或地下渗水现象。边坡地层岩性以弱透水性-相对隔水层为主，有利于雨水的快速排泄。

2.3 区域地质构造

根据调查，研究区内无区域性断裂经过，结合区域勘查地质资料可以判定断裂对该处边坡的影响较小。

2.4 地层岩性及其工程性质

钻探是揭露边坡地层分布的有效手段。钻探资料显示研究区内岩土层以第四系黏土为主，详细可以分为第四系坡积层粉质黏土（Q₄^dl）和第四系残积层黏性土（Q₄^el）。考虑到不同岩层对于边坡稳定性的影响不同，因此对各岩土层进行分别编号。各岩土层分布及其工程特性如下所述（表1）：

①第四系坡积层粉质黏土（Q₄^dl）：黄褐色，以粉黏粒为主，含少量砂粒，黏性较差，黏土软弱具有可塑性，具有遇水易软化和强度显著降低的特点。该层分布较为均匀，其层顶标高为68.70～71.30m；层厚可达2.20～3.00m，平均为2.70m。

②第四系残积层黏性土（Q₄^el）：主要呈褐紫色、黄褐色；硬塑-坚硬；成分以粉黏粒为主，并包含有较多的砂砾；土层的黏性较差，浸水易发生软化崩解。揭露的岩层层顶标高为65.80～68.70m，厚度可达17.10～18.40m，平均为17.53m。

表1 边坡岩土层的基本物理参数

考虑到该边坡主要由粉质黏土和黏性土组成，为土质边坡，且其开挖的最大高度可达15.6m，属于超高边坡。因此，边坡破坏将带来的极为严重的后果。结合《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），确定该边坡的工程安全等级为一级。

2.5 水文地质条件

研究区域的地下水主要为孔隙潜水。边坡岩土层具有较弱的富水性和透水性。区域内地下水补给来源主要为大气降雨及周边生活用水，主要以潜流形式向区外排泄，小部分以蒸发和植物蒸腾形式排泄。

研究区内规律性的降雨变化导致其地下水位变化呈显著的季节性和时段性特征。研究区的雨季（4～9月）降水充裕，地下水位也随之明显上升，而在少雨的冬季，水位则不断降低。因此，地下水位的剧烈波动为滑坡体的稳定造成极为严重的威胁，需要着重观测地下水位的变化情况。

3 边坡稳定性分析

对边坡进行稳定性评估可以有效的减少该类地质灾害带来的损失^[2]。因此，本文结合定性和定量两种评价方法对边坡稳定性进行研究。

3.1 定性分析

宝圩镇边坡主要是由残坡积土组成，其坡顶较高，坡度较陡，且已经出现了明显的滑坡迹象，为地质灾害防范的重点区域。通过调查边坡所处的环境，发现了如下影响其稳定性的因素：

（1）组成边坡的岩土体主要为第四系坡积粉质黏土和残积黏性土，其水理性质较差，在水的浸润下极易发生软化崩解，严重威胁着边坡的稳定。此外，该岩土体具有较大的孔隙率和较弱的黏性，雨水的浸润使得坡体的自重增大、抗剪强度降低，极大的降低了边坡稳定性。

（2）研究区具有降雨集中和雨量丰富的特点，其多年平均降水量可达1813.4mm。考虑到边坡岩土体的水理性质较差，水的浸润作用使得岩土体产生软化崩解的现象；另外，雨水的润滑作用也会造成滑坡面的抗滑力减小，造成堆积体沿着滑坡面滑动。因此，研究区域雨季的长时间强降雨是诱发边坡失稳的主要因素。

（3）该边坡主要处于低山丘陵区，有利于地下水的排泄，但降雨的季节性变化使得该区域地下水具有动态变化的特征，具体表现为旱季水位急剧下降而雨季潜水面明显抬升。潜水位的上升是造成边坡岩土体应力状态发生改变的首要原因。处于地下水位线以下的土体受急剧增加的孔隙水压力作用，其所承受的有效应力急剧减小；反之，地下水不能影响到水位线以上的土体。考虑到有效应力减小会降低潜在破坏面上的法向应力和土体本身的强度，造成土体抗剪强度显著降低，进而导致边坡的稳定性一定程度降低。

（4）沿边坡设置的防护工程不足，尤其是边坡的坡面未采取任何防护措施。尽管在边坡东南侧居民屋后坡脚分段设置了高1.4~2.2m、宽36m的砖砌挡墙和混凝土挡墙，但考虑到防护设施并没有沿坡脚全部覆盖，且距离边坡很近；而人工边坡多未采取任何工程措施支护，因此极易发生较大规模的边坡失稳。

综上所述，边坡岩土体的水理性质和其中残留的结构面是控制边坡稳定的内因；人为开挖造成边坡过高、过陡且没有及时设置必要的防护工程是边坡失稳的外因；雨季期间长时间的强降雨是边坡失稳的主要诱因。考虑到该区域雨季较长，边坡岩土体极易受到降水的影响，因此认为该边坡发生失稳的可能性较大，潜在的失稳模式为滑坡。

3.2 定量分析

考虑到在正常天气、连续降雨和地震力作用下边坡所承受的荷载组合不同，且不同荷载条件下边坡的稳定性也存在差异。因此需要设计不同的计算工况以确定不同的荷载组合类型，进而判断不同荷载组合下边坡的稳定性。结合研究区域所处的环境条件，本文主要选取如下两种荷载组合类型：

（1）工况1：自重+地震+地下水。该工况主要体现的是边坡在地震作用下的荷载组合，其中地下水位选择地质勘查时观测到的钻孔静止水位。

（2）工况2：自重+地震+暴雨+地下水。该工况主要体现的是边坡在地震状态下偶遇高地下水位的荷载组合，计算时其水位取偶遇高水位。

另外，上述工况中地震烈度设计为7度，基本地震加速度设计为0.1g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

边坡主要由残坡积土组成，因此定量分析主要采用理正5.6版边坡稳定性分析软件，结合圆弧滑动法计算。计算剖面以工程地质剖面为底图，并进行一定的简化，以利于计算。

对11＇剖面进行计算，其计算的流程为：首先，借助软件搜索危险滑动面以确定边坡的最危险滑裂面；其次，结合边坡的实际情况并参考类似已发滑坡的滑裂面，通过确定的圆心和半径进行进一步的搜索，而后计算得出最危险滑动面及边坡稳定系数。

工况1条件下的11＇剖面主要采用Bishop法计算，其计算结果简图如图2所示。最不利滑动面的圆心为（16.120，26.927）m，半径为13.314m，其边坡稳定系数为1.04（表2）。表明在该条件下，边坡可以达到基本稳定。

图2 工况1条件下11＇剖面稳定性计算简图

表2 边坡稳定性计算结果

工况2条件下的11＇剖面同样采用Bishop法计算，其计算结果简图如图3所示。最不利滑动面的圆心为（16.000，24.714）m，半径为11.441m，其稳定系数达到0.44，说明该条件下其处于不稳定状态。

图3 工况2条件下11＇剖面稳定性计算简图

4 结论与建议

（1）研究边坡存在潜在的滑坡风险，边坡区域不良地质现象发育，边坡地质环境复杂程度为复杂，最终确定边坡安全等级为一级。

（2）在降雨较为集中的4~9月份，边坡处于不稳定状态，极易发生滑坡灾害，从而危及到居民的生命和财产安全。因此，应加强对该边坡的监测。

（3）建议采用重力式挡土墙+锚杆（锚索）+格构梁+绿化+截排水系统对边坡进行防护。主要包括在坡脚布设重力式挡土墙；坡体采用锚杆（锚索）+格构梁增强其整体稳定性，每级坡高6～10m为宜，每级设置宽1～2m马道，框格内培土植草；坡顶、两侧、坡脚和台阶布设截排水系统。

参考文献

[1] 茂名市国土资源局.茂名市地质灾害防治“十三五”规划(2016～2020),2018.

[2] 颉保亮.地质灾害边坡稳定性分析及治理探究[J].世界有色金属,2020(7):218-219.

作者简介：彭超（1988-），男，河南信阳人，硕士研究生，从事水工环地质调查及地质灾害研究。E-mail:310158887@qq.com.

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