西安市长安区张家坡崩塌稳定性评价研究

西安市长安区张家坡崩塌稳定性评价研究

张中胜

陕西省水土保持和移民工作中心 陕西西安  710000

摘要：地质灾害风险管控是有效减轻自然灾害的重要组成部分，其中崩塌灾害作为地质灾害的主要类型之一，在对其详细勘察的基础上进行稳定性评价对防灾减灾具有重要的理论和实际指导意义。以西安市长安区张家坡崩塌为研究对象，在对其工程地质条件揭示的基础上，进行了崩塌的稳定性评价。该问题的研究对西安市长安区张家坡崩塌风险管控具有一定的指导意义。

关键字：西安市；张家坡；崩塌；稳定性评价

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0 引言

黄土作为一种弱胶结土体，在世界上广泛分布，其中我国西北部黄土，无论是覆盖面积、厚度还是分布的连续性均是世界罕见[1]。由于黄土具有疏松大孔隙、垂直节理发育等特点，再加之黄土所在区气象水文和人类工程活动的影响，造成该地区发育大量的地质灾害，造成了大量的生命财产损失[2-4]。张家坡崩塌为早年窑洞开挖和坡脚建房切坡形成的，由于坡体主要为第四系中更新统黄土和砂卵石土，垂直节理发育，加之废弃窑洞未进行封堵，2019年9月以来，每遇降雨均会发生不同程度的崩塌，崩塌的黄土堆积于坡脚（局部已清理）。由于该边坡下方房屋紧贴边坡（0.5~5.1m），每次崩塌均会造成不同程度的损失，严重威胁居民的生命财产安全，需进行崩塌稳定性评价研究。

1 崩塌区工程地质条件

1.1 地形地貌

崩塌区位于黄土高原南部的黄土塬边斜坡地带，南临浐河阶地，地形高差较大，属黄土台塬与河谷阶地地貌。

1.2 地层岩性

崩塌区出露地层主要为第四系全新统崩塌堆积层（Q4col）、第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、第四系中更新统黄土层（Q2eol），第四系中更新统古土壤层（Q2eol），还有少量第四系中更新统冲积物（Q2al）。

1.3 地质构造

崩塌区属于渭河断陷区域，南距秦岭北麓山前大断裂约13.3km，区内无褶皱和断层等地质构造类型，岩土体结构受到的影响较小。

1.4水文地质条件

崩塌区内地下水类型主要为第四系松散层孔隙水，留水性差，且水位埋藏较深。区内地下水补给来源主要为大气降水，排泄和径流受地形地貌控制，排泄多为泉水形式，一般为塬顶接受降雨补给，地面径流沿沟壑排泄到浐河河谷地带。

1.5人类工程经济活动

由于区内为黄土台塬塬边地带，居民在坡脚地带集中居住，早期为窑洞开挖，后期为削坡建房，将原有的较缓斜坡地貌改造为现有陡坎边坡，坡体近直立；坡体平台处为耕地。

2 崩塌基本特征及形成机制

2.1崩塌基本特征

张家坡滑崩塌所在边坡近似呈“西北~东南”方向分布，坡面形态为两级阶状坡，两级坡间有长50m、宽19m的宽平台，以此平台为界，将崩塌隐患分为BT01和BT02两段。BT01所在边坡长度约59m，最大坡高约6.5m，最小坡高约5.0m，平均坡高5.6m，坡度约35°~80°；BT02所在边坡长度约121m，最大坡高约17.1m，最小坡高约11.5m，平均坡高13.4m，坡度约45°~70°，局部近直立。坡体整体地形东高西低，坡脚为居民区，坡顶西北部为村道，东北部自上而下为耕地、村民房屋和侯白路，另外，边坡上部有较大的汇水面积，雨水易汇聚后入渗坡体，影响边坡稳定性。

崩塌变形形式主要表现为在重力作用下的卸荷、松动，破坏形式主要表现为表层掉块、崩塌，不稳定土体平均厚约3m，体积6340m3，按体积划分为小型崩塌。

2.2崩塌体形成机理

崩塌所在边坡变形破坏发生的机理可概括为：开挖窑洞和切坡建房形成了陡立的边坡，为边坡失稳的发生提供了临空面，而边坡在内在因素和外在因素共同作用下垂直节理逐步发育，进一步降低了边坡的稳定性；同时，在重力作用下节理裂隙卸荷张开，使坡体容易发生小规模坍塌，未封堵的废弃窑洞的不断坍塌和坡顶雨水下渗降低了坡体的稳定性，形成了边坡崩塌隐患。

3 崩塌稳定性评价

3.1 崩塌变形现状

据现场调查，崩塌所在边坡为早期当地居民开挖窑洞、开垦耕地及后续人类工程活动切坡开挖形成的，坡高5.0~17.1m，坡度较陡，局部近直立。除BT01所在边坡中部发育有一处小型滑塌灾害外，其他部位主要为掉块和受垂直节理控制的倾倒式浅表层崩塌，每遇降雨均会发生不同规模的边坡破坏现象。

综合以上变形现象，该边坡局部目前稳定性较差，在降雨、地震、人类工程活动等各种内外营力作用下有可能诱发边坡体局部坡段发生整体滑动。

3.2 定性分析评价

目前，该崩塌体坡面局部裂隙发育，坡体裸露，局部掉块和崩塌现象时有发生。加之坡体上分布有8孔废弃窑洞，增加了局部掉块、滑塌的可能性。结合该地区已有边坡工程经验，该崩塌隐患在一般地质环境和气象条件下处于欠稳定状态，在前缘临空面会有局部掉块、垮塌现象发生。在强降雨及连阴雨、地震等不利自然条件下，坡面裂隙会进一步扩大，可能与下方窑洞、黄土垂直节理裂隙相贯通，造成地表水大量下渗，存在坡体裂隙扩展贯通而发生整体失稳的可能性。因此，在强降雨及连阴雨、地震等不利自然条件下，该崩塌体处于不稳定状态，其变形破坏模式为边坡发生层内滑动。

3.3 定量评价

3.3.1 计算方法

边坡稳定性分析主要采用瑞典圆弧法计算搜索坡体的抗滑稳定最小安全系数及最危险滑弧位置，计算模型及公式采用通用瑞典条分法及总应力法。

3.3.2计算模型（剖面的选取）

根据各剖面勘探情况，结合地质环境条件和边坡破坏特征，根据现场调查及勘察成果，本次评价选取1-1~5-5五条剖面作为代表性计算剖面。

3.3.3计算工况的选取

崩塌区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，设计时考虑地震荷载。降雨使土体饱水是影响坡体稳定性的主要因素，考虑持续降雨工况与土体饱水情况的稳定系数，因此计算工况考虑以下三种：

工况1：天然自重状态；

工况2：自重+暴雨；

工况3：自重+地震。

3.3.4计算参数的确定

通过室内试验值，结合经验值和反分析值，最终确定了黄土的物理力学参数。在天然状态下，黄土的粘聚力为27.5kPa，内摩擦角为26.0°；在饱和状态下，黄土的粘聚力为19.0kPa，内摩擦角为21.0°。

3.3.4稳定性计算结果

从计算结果可以看出，BT01所在边坡在天然状态下稳定性系数为1.009～1.037，处于欠稳定状态；自重加暴雨工况下稳定性系数为0.876～1.005，处于不稳定~欠稳定状态；自重加地震工况下稳定性系数为0.938～1.002，处于不稳定~欠稳定状态。

边坡整体在天然状态下稳定性系数为1.009～1.037，处于欠稳定状态；自重加暴雨工况下稳定性系数为0.876～1.005，处于不稳定~欠稳定状态；自重加地震工况下稳定性系数为0.938～1.002，处于不稳定~欠稳定状态。

4结论

（1）张家坡崩塌前缘高陡边坡，由早期居民开挖窑洞、建房修路及后续人类工程活动切坡形成的。

（2）崩塌所在边坡近似呈“西北~东南”方向分布，坡面形态为两级阶状坡，两级坡间有长50m、宽19m的宽平台，以此平台为界，将崩塌隐患分为BT01和BT02两段，边坡局部近直立，按体积划分为小型崩塌。

（3）通过室内试验值，结合经验值和反分析值，最终确定了黄土的物理力学参数。在天然状态下，黄土的粘聚力为27.5kPa，内摩擦角为26.0°；在饱和状态下，黄土的粘聚力为19.0kPa，内摩擦角为21.0°。

（4）通过现场地调查以及室内的分析，进行了崩塌体整体稳定性评价、验算，计算结果显示，在天然条件下处于欠稳定状态，在强降雨及连阴雨、地震等不利自然条件下，该崩塌体处于不稳定~欠稳定状态，易再次发生崩塌灾害。

参考文献：

[1] 彭建兵,林鸿州,王启耀,等. 黄土地质灾害研究中的关键问题与创新思路[J]. 工程地质学报,2014,22(4):684-691.

[2]徐张建,林在贯,张茂省.中国黄土与黄土滑坡[J]. 岩石力学与工程学报,2007,(7):1297-1312.

[3]李喜安,彭建兵,郑书彦,等. 公路黄土洞穴灾害与水土流失研究[J]. 公路,2004,(12):70-73.

[4]王念秦,张倬元.黄土滑坡灾害研究[M].兰州:兰州大学出版社,2005.

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