河源市紫金县上璜坑村滑坡地质灾害隐患点位于广东省东中部的紫金县水墩镇，河源市东南部、东江中游东岸。该隐患点位于丘陵地区，地形起伏稍大，地形切割强烈，山坡原始坡形坡度30°~45°，相对高差约为60 m，为粉质粘土（砂岩残积土）和风化砂岩组成的边坡。紫金县雨量充沛， 1980年至2019年，年均降水量1733.9 mm，大部分地区年均降水量在1600～1900 mm之间，最大日降雨量为225.0 mm。紫金县平均年蒸发量为1532. 6 mm。年蒸发量最多为1767. 7 mm，最少为1319. 1 mm。一年中，7~9月蒸发量最多，平均各月蒸发量在150 mm以上；最少是12月至次年3月，平均各月蒸发量均在100 mm以下。

红色砂岩残积土边坡典型地层分布及地形地貌见图1。

通过该自然边坡地层分布特征，建立图2所示数值分析模型。计算模型左右边界采用滚动约束，限制水平位移；底部边界采用铰链约束。

图1 红色砂岩残积土边坡典型地层分布及地形地貌图Fig.1 Typical strata distribution and topographic landform map of red sandstone residual soil slope

图2 砂岩残积土边坡数值分析模型Fig.2 Numerical analysis model of red sandstone residual soil slope

该模型需考虑梅雨、暴雨条件下边坡的稳定性，因此，渗流分析方案如下：

（1）入渗初始条件

本文采用Fredlund提出的方法，以年平均降雨量作为边坡模型入渗量，稳态分析计算得到的边坡孔隙水压力分布作为后续瞬态分析的初始渗流场。

（2）边界条件

①边坡上表面为雨水入渗边界；当降雨强度小于土体入渗能力时，假设雨水全部渗入土体，此时降雨强度即为入渗流量；当降雨强度大于土体入渗能力时，假设坡面不产生积水，则为定水头边界，水头值为地表高度。

②在实际中，地下水渗流可能沿着坡面流出，因此需要将坡面定为逸出边界，并在计算中不断检查调整（ Potential Seepage Face Review），最终得到正确的逸出面。

③边坡模型两侧及底侧均为不透水边界。

根据室内试验数据，岩土层计算参数（表5），土水特征曲线（SWCC）试验数据（脱湿曲线）（表6）如下所示。

表5 红色砂岩岩土体计算参数取值Table 5 Calculation parameters of red sandstone rock and soil mass

表6 各级基质吸力下对应的红色砂岩残积土体积含水率Table 6 Volume moisture content of red sandstone residual soil under matrix suction at all levels

试验数据采用Van Genuchen模型进行拟合，其表达式为：

式（1）中：θ为体积含水率；θ_s为饱和体积含水率；θ_r为残余体积含水率；ψ为基质吸力（k P a）；a、n、m为拟合参数，通常可取m=( n - 1 )/n ，此时VG模型简化为Mualem模型只有两个拟合参数，形式简单，应用方便，是岩土工程中常用的模型。

考虑基质吸力对非饱和渗透系数的影响，非饱和渗透系数函数使用Van Genuchten-Mualem模型进行拟合（式（2））。

式（2）中：a为与进气值有关的参数；n、m为拟合参数，取m=(n - 1)/n。红色砂岩残积土边坡非饱和渗流分析时各岩土层的计算参数见表7。

表7 各岩土层非饱和渗流计算参数Table 7 Unsaturated seepage calculation parameters of rock and soil layers

根据红色砂岩残积土边坡各岩土层抗剪强度参数，采用强度折减法求取边坡稳定系数，进行边坡稳定性分析。强度折减法是将岩土体抗剪强度参数c、φ值同时除以一个折减系数F，得到折减后的岩土体抗剪强度c^′、φ^′值；不断改变折减系数F，当边坡处于临界状态时，边坡将发生破坏，此时的F被称为边坡的稳定系数，具体公式为：

运用有限元强度折减法研究分析边坡的稳定性时，得到的稳定安全系数以及临界滑动面等结果与传统的稳定性分析方法得到的结果比较接近，误差较小，强度折减法可以作为边坡稳定性分析方法进行运用^[7]。本文采用强度折减法计算边坡稳定系数时，将岩土体假设成理想弹塑性体，本构模型采用Mohr - Coulomb准则。边坡失稳判定依据为：当边坡失稳破坏时，部分岩土体滑出，产生较大的位移和塑性变形，边坡破坏的特征为位移和塑性应变处于无限塑性流动状态，在计算中表现为不收敛。

由表9、表 10及表 11可以得到以下结论：

（1）6 m削坡坡高的边坡稳定系数在三种工况下均小于9m削坡坡高边坡，这是因为削坡坡高较小时，削坡土方量较小，边坡上覆岩土体重量较大，土体的下滑力较大，在坡角处容易形成应力集中，从而在坡脚处更易破坏。因此，6 m削坡坡高的边坡稳定系数更低，边坡稳定性更差，这与实际情况相符。

（2）削坡坡高大于9 m时，在一定削坡坡度下，边坡的稳定系数随着削坡坡高的增大而显著降低，这说明当红色砂岩残积土边坡在较高坡高的人工削坡影响下，边坡稳定较差。

分析以上数值模拟结果可知，削坡坡高显著影响红色砂岩残积土边坡的稳定性；即使在50°削坡坡度、6 m削坡坡高的工况下，红色砂岩残积土边坡的稳定系数也明显减小，即边坡稳定性明显变差。根据《滑坡防治设计规范》（GB/T 38509-2020）中对Ⅲ级滑坡防治工程的要求，对于自然坡度为40°左右的红色砂岩残积土边坡，可以给出如下人工削坡建议：

1）应尽量避免在砂岩残积土自然边坡坡角处进行小于削坡坡高小于6m的人工削坡；坡角处大坡度、低坡高的削坡活动会大大降低红色砂岩残积土边坡的稳定性。因此，当无法避免在坡角处进行低坡高削坡时，削坡坡度应小于60°；

（2）当边坡削坡坡高分别为9 m、12 m时，削坡坡度应分别控制在70°、50°；

（3）不建议裸坡高度高于12 m的人工削坡建房活动；当削坡高度大于12 m时，应采用分级削坡。

由表9、表 10及表 11可以发现：

（1）无雨、梅雨及暴雨工况作用下，削坡坡高固定时，边坡稳定系数均随着切坡坡度的增大而逐渐减小，这是因为滑坡易从较陡的临空面的滑出，临空面越陡，临空面处的滑动土下滑力更大。

（2）在无雨、梅雨两种工况下，削坡坡高小于9m时，红色砂岩残积土边坡稳定系数随着削坡坡度的增大而近似线性减小；削坡坡高大于12 m时，红色砂岩残积土边坡稳定系数随削坡坡度增大而大幅度减小，这说明削坡坡高大于12 m时，削坡坡度对红色砂岩残积土边坡稳定性影响很大；此时，削坡坡度越大，边坡更容易出现失稳破坏，从而引发地质灾害。

（3）在暴雨工况，6 m削坡坡高情况下，在削坡坡度大于65°时，红色砂岩残积土边坡的稳定系数急剧减小，这是因为低削坡坡高情况下，边坡表层残积土厚度较厚，利于雨水入渗边坡土体，当削坡坡度较大时，便极易从削坡处形成剪出口，从而导致边坡破坏。

综上所述，人工削坡的坡度对红色砂岩残积土边坡的稳定性影响很大，在一定削坡坡高条件下，削坡坡度越大，红色砂岩残积土边坡的稳定性系数越低。根据数值模拟结果，对于自然坡度为40°左右的红色砂岩残积土边坡，可以给出如下人工削坡建议：

（1）当削坡坡度分别为50°、55°、60°时，削坡坡高应分别控制在12 m、9 m、9 m以内；

（2）不建议削坡坡度超过65°。