谭诗1 李文娟2
1.西昌学院 四川西昌 615013 2. 西南交通大学希望学院 四川成都 610000
摘要：由于红土具有其自身特有的工程地质性质，且工程地质性质在不同工况下差别较大，现有边坡稳定性研究方法，很难以用某一种方法就能客观的评价其稳定性。同时由于含水情况的变化，红土边坡稳定性会继续恶化，可能使边坡岩土体整体失稳。因此，本论文以云南省元江县西南边缘车垤河上游的某水库左岸红土质高边坡为工程背景，在对某水库进行地质调查的基础上，计算可以得到滑坡在天然工况和暴雨工况下稳定性系数分别为1.049和0.937，在两种工况下滑坡分别处于欠稳定状态和不稳定状态。地震工况下，坡面滑动危险增加。并给定了治理建议。
关键词：红土边坡；红土工程性质；边坡稳定性
1.引言
红土在我国西南地区分布十分广泛，尤其是在云贵高原地区，对本区工程建设有着非常重要的影响。红土由于其自身特别的团粒结构，使得其天然密度比较小、含水率低、饱和度较大、孔隙比相对较高、塑限、液限比较高，因而红土的水理、物理性质与软上相似而其力学性质砂质粉上保持一致，以上特点使得红土工程地质性质十分特殊。红土中的团粒结构是由于红土化作用的结果，其团粒含量的多少、粒径的大小及构成团粒结构的单元体的数量等都是影响红土工程特性的基木因素。
据现有资料研究结果表明:某库左岸边坡属于红土质高边坡，由于红土具有其自身特有的工程地质性质，且工程地质性质在不同工况下差别较大，现有边坡稳定性研究方法，很难以用哪一种方法就能客观的评价它的稳定性。某水库左岸边坡地质情况符合运用极限平衡法的条件以及数值模拟中的适用于绝大多数的工程力学问题的FLAC3D。软件进行多种工况下的稳定性评价。用多种评价方法，从不同角度进行综合评价边坡的稳定性，并进行分析总结不同的评价方法的各自的适应性，由此得出的评价结论能够更好的符合红土边坡的实际稳定性，才可以更加准确的指导工程实践。
2.左岸边坡工程性质研究
某水库左岸边坡破坏特征明显，平面形态呈“舌状”，南东--北西向展布，后缘高程1817m，前缘高程1723m，相对高差94m，研究边坡横向长度为332m，坡度约为30°~40°。某库左岸边坡地层为志留系下统泥质粉砂岩夹细砂岩及第四系残坡积红土，其系第四系泥岩残积红土是经过红土化作用的直接结果，根据现场调查、勘察结果发现上覆有5~10m左右散粒红土及块状红土。红土底部，基岩与红土接触部分发育有1~2m厚的红土与志留系下统泥质粉砂岩夹细砂岩的过渡带。
红土多呈棕红色或褐黄色，这反映了当时的气候环境为氧化环境，边坡红土是志留系泥质粉砂岩夹细沙岩风化产物经红土化作用形成，红土的粘粒含量相对较少、粒度较粗，碎屑矿物主要以石英长石为主。而粘上性矿物则以埃洛石、三水铝石、高岭石等为主，含水相对较少、空隙相对较高。压缩性中等、塑性中等，主要以可塑一硬塑的状态为主。内摩擦角比较大、而内聚力则较小，没有胀缩性。
红土的工程地质性质受红土化作用的程度(主要是红土的机构单元体的特征、物质成分、以及其胶结情况和挤密程度)影响控制。红土的结构单元体通常是形态不太规则的粉粒，而这种粉粒的内部一般多孔含水，粉粒的表面一般被铝质、游离铁包裹。因表面粗糙而表面能相对较大，则可以吸附更多结合水。粉粒再通过结合水以及胶结物连接成蜂窝状的红土。从而使一般的红土水理、物理性质会
具有软上的特点，而在力学性质得方面又能够表现出类似砂质粉上特点。因红土中含大量铁质，故红土的比重通常情况下比较大，一般为2.76~2.90。除去铁后，红土的比重会小于2.7，与一般的粘性上相接近。红土中的孔洞比较发育，其结构单元体的内部孔隙被惰性水充填，其结构的单元体之间的蜂窝状孔洞被结合水充填，所以其物理性质和水理性质一般有软上的性质。
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根据室内试验对红土进行矿物成分分析，得出研究边坡红土特性为:粒度粗，粘粒含量较少;孔隙比相对较高，含水比较少;塑性为中等、压缩为中等，以可塑至硬塑状态为主;内摩擦角相对比较大，内聚力一般较小，没有胀缩性。根据红土的物理、力学性质分析，研究区砂质上经红土作用己产生较强脱水硬化，所生成的红土压缩性低。低围压的情况下，产生剪胀变形破坏;高围压下，沿胶结物产生剪切破坏。选取典型红土进行室内试验得出残积红土动抗剪强度指标，在Kc=1时，φd=15.28°，Cd=21.509kPa。同时根据钻探的部分岩石也做了室内试验，同样得出了基岩的物理力学参数。
3.极限平衡法定量研究
岩上边坡的稳定性一直以来都是工程地质的领域内研究的重要课题。求解边坡抗滑的安全系数是边坡的稳定性分析的重要口的之一。同一边坡用不同的方法计算得到的稳定系数一般会存在一些差别。当前常用的稳定性计算方法大致可分两类:一种是基于边坡的载荷超载的稳定性的系数求解，另一种是基于边坡的强度折减的稳定性的系数求解。其中超载稳定系数定义是:把边坡体作为一个整体计算，假设其载荷增加到FP倍时边坡失稳破坏，也就是将载荷增加的倍数Fp倍作为其超载稳定系数。而边坡的强度折减的稳定性的系数则定义为:把边坡体作为一个整体计算，如果其材料的强度折减为FS倍时边坡体失稳，则把其材料强度折减的倍数Fs作为其强度折减稳定系数。
对于极限平衡法，其基础则是静力平衡及摩尔一库伦强度准则。基本思想为:把滑坡体当作是刚性体，在不考虑其滑动破坏中的岩上体变形。先把滑坡分为若干个垂直的条块，且在一定假定的条件下，如超载或者材料强度折减的情况之下，滑坡中各垂直岩上体的条块在其滑动面上且都处于极限平衡状态(临界破坏状态)，这时的折减系数或超载倍数就为这个滑动面上的抗滑稳定性系数，一般要假定多个滑动面，比较所有的可能的滑动面上的稳定性系数，得出最小的稳定性系数及其滑动面，就为边坡体的稳定性系数。
一般情况下，按上述条件建立的模型为一个静不定的问题，要引入些假设条件使问题得解。因假设条件的不同，就出现了不同的极限平衡的方法，如国外的瑞典条圆弧条分法(Fellenius法)，Spencer法，Morgenster-Price法，Janbu法、简化Bishop法以及国内常用的传递系数法。
4.水库左岸边坡稳定性研究
4.1边坡稳定性分析
边坡的稳定性的影响因素很多，在边坡失稳破坏和滑坡发育演变过程中起控制作用的主要有边坡所在区的构造运动、地层岩性岩层组合、地形地貌以及地下水的赋存类型状况，这些是主控因素。人类活动、暴雨及地震是诱发因素。内外因素的藕合与交替使边坡的稳定性在不断下降直到破坏。在分析边坡稳定性时把握主控因素可以准确分析边坡的稳定状况以及将要发生的破坏趋势。
（1）地层岩性:小坂壁左岸边坡地层为志留系下统泥质粉砂岩夹细砂岩及第四系残坡积红土，根据现场调查、勘察结果发现上覆有5m~10m左右厚块状红土、散粒红土。红土底部，基岩与红土接触部分发育有志留系下统泥质粉砂岩夹细砂岩风化壳。滑坡堆积体的前缘己经延伸至车侄河，总体重心较低，天然状态下欠稳定。
（2）地质构造:边坡区地处青藏、滇、缅、印尼“夕”字型构造东支的中段，历经了多次构造运动，其构造形迹复杂。边坡位置处于哀牢山深大断裂的西侧，九甲一安定断裂F1和马虎洞断裂F2及其影响带之上，安定向斜的北东翼，沿坂壁河河床发育的九甲一安定断裂次一级构造小坂壁断层f1。滑坡前缘位于靠近断层位置。构造运动会导致断裂错动的加剧，使断裂带的附近岩体更加破碎，加剧滑坡的发生。
（3）自重应力条件:滑坡体前缘后缘高差比较大，滑坡岩上体相对破碎，原始岸坡的岩体的稳定性比较差。滑坡体形成以后，坡体的表面自然坡度在10°~40°之间，由于滑坡体的自重应力量级远远低于其原始岸坡，且坡脚的应力集中的程度相对较低，整体的稳定性应当高于其原始岸坡。
（4）水文地质条件:基岩裂隙含水层岩石风化弱、裂隙不发育，透水性相对较小。但上部岩石风化强烈，裂隙发育，透水性相对较大;第四系残坡积红土夹碎石局部夹砂砾孔隙含水层，透水性均为较强透水一弱透水。在强降雨条件下，地表水下渗之后沿基岩面发生运移，使上岩的接触带的上体达到饱和状态。总的来说，滑坡区水文地质条件对滑坡稳定性产生不利影响。
综合以上情况，影响边坡坡稳定性的主控因素在滑坡形成后均有不同程度减弱，因而斜坡稳定性系数会大大增加。所以大致可以评定，滑坡在天然状态下整体处于欠稳定状态;暴雨或持续降雨工况条件下处于不稳定状态;在地震工况条件下处于不稳定状态。河最高水位线位于坡脚下部，没有淹没边坡，故定量计算时没有考虑水库蓄水对边坡稳定性的影响。
4.2治理建议
利用geostudio计算得滑坡体在天然工况和暴雨工况下稳定性系数为1.049和0.937，滑坡在天然工况处于欠稳定状态，在暴雨工况是不稳定状态。运用FLAC数值模拟计算得到天然工况、暴雨工况滑坡稳定性系数分
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别为1.03，0.8020地震工况下，坡面滑动危险增加。用这两种方法相结合，综合分析滑坡稳定性能够取得比较好的结果。
按照滑坡的稳定性的数值模拟分析结果，再结合类似的地质条件下滑坡治理的经验，基于增大抗滑力、减小下滑力两种考虑，提出了削坡清理和坡面加固的治理方案。（1）削坡清理。红土层整体稳定性较差，会先于坡体发生扰动，然后带动整个滑坡活动。对于红土层进行削坡处理。（2）坡面加固。因为水是滑坡的发生与发展的非常重要的影响因素。故在削坡之后，坡面需进行工程防护，可以在滑坡的顶部设置一截水沟，再设置多条排水沟作为支流，进而使其形成类似树枝状的排水沟。为了最大限度的避免雨水的入渗，排水沟与截水沟均采用砌筑的浆砌石，底面用水泥砂浆来抹面。其施工必须要稳定、适时，防止气温变化、降雨等作用破坏边坡坡面。
5.结束语
本文在对地质灾害调查的基础上，通过搜集资料、工程地质测绘、钻探、窒内试验等综合勘查方法，对左岸边坡红土的特性及红土质边坡的滑坡发育的规律进行了详尽研究，同时分析了滑坡发育的特征、其物质组成以及形态结构，掌握红土物理力学性质。然后选取典型坡面，运用理论计算和数值模拟方法综合分析滑坡的稳定性。借助于FLAC软件，建立滑坡三维的地质模型，并探究其在自然工况、暴雨工况以及地震工况下的稳定性，并提出针对性的治理措施建议。
参考文献
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论文作者:谭诗1,李文娟2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：红土论文; 稳定性论文; 滑坡论文; 工况论文; 系数论文; 性质论文; 状态论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;