四川地震灾区某滑坡稳定性分析及治理工程方案比选

四川地震灾区某滑坡稳定性分析及治理工程方案比选
穆启超;王万迁;蔡铁刚
【摘要】本文从四川地震灾区某滑坡体地质环境背景条件出发,在分析了该滑坡体的工程地质特征的基础上,对该滑坡的稳定性进行了分析,并根据滑坡结构特征及威胁对象,对该滑坡治理方案进行了比选,选取5个比较因子进行定性分析,最终得出了其治理工程的优化方案.
【期刊名称】《安全与环境工程》
【年(卷),期】2011(018)004
【总页数】6页(P11-16)
【关键词】滑坡;稳定性分析;抗滑桩;治理方案;比较因子;四川地震灾区
【作者】穆启超;王万迁;蔡铁刚
【作者单位】河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,河南洛阳471023;河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,河南洛阳471023;河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,河南洛阳471023
【正文语种】中文
【中图分类】X43;P642.22
江油市新房村滑坡防治为四川地震灾区第三批重大地质灾害应急防治项目,为一深层堆积体沿下伏基岩面滑动的老滑坡,在“5·12”地震及降雨条件下滑坡复活,发生滑动变形(见图1)。

该滑坡体直接危害对象为灾后重建新村及滑坡前缘敬家河,滑坡堵河还将威胁到下游乡中心小学、政府机构及村民约2 300余人,危害对象等级为
一级,预估滑坡下滑造成的经济损失将超过5 000万元,危害巨大。

因此,研究该滑坡体的工程地质特征,分析滑坡变形失稳的地质环境条件,从而提出滑坡治理的最优工程方案具有重要的现实意义。

新房村滑坡位于新房村北面斜坡地带,滑坡后缘高程1 015 m,前缘最低高程795 m,相对高差220 m。

斜坡整体地势北高南低,坡度中上部陡、中下部较缓,整体坡度为20°～50°,后缘为陡坎,前缘为敬家河,斜坡覆盖层为第四系残坡积物。

滑坡区属于北亚热带湿润季风气候区,气候温和,雨量充沛,夏热冬暖,多年平均气温为15.9℃,平均降雨量为1 050 mm,年降雨量最大为1 824.5 mm,最小为599.4mm,每年降雨集中在6～9月。

敬家河从滑坡前缘流过,流量受降雨影响较大,年平均流量为40 m3/s,汛期流量为111.6 m3/s,沽水期流量为3 m3/s。

根据钻孔揭露,如1号勘探线剖面图(见图2),滑坡区主要揭露地层由上至下为:①粉质黏土:黄褐色,稍湿,可塑,稍有光滑面,切面规则,摇振反应弱,稍—中等密实。

②碎石:黄褐色,稍湿,结构松散,含量50%～60%,碎石粒径2～10 cm,呈棱角状,无序排列,局部夹有块石,充填物为粉质黏土,不完全充填。

③泥岩:深灰色,泥质结构,块状构造,岩芯完整,为较软岩,风干后岩芯开裂,中等风化,RQD为80%～95%。

滑坡区位于松潘-甘孜造山带与杨子陆块接合部位的龙门山推覆-冲断构造带,在龙门山褶断带上,属于北东向构造体系,构造形迹主要有唐王寨复向斜、天井山复背斜和江油断裂。

滑坡区处于磨河坝倒转背斜北东端近轴部,构造作用强烈,岩石破碎严重,岩体一般为碎裂-层状结构,构造节理裂隙发育,有利于崩塌(危岩)的形成。

滑坡区地下水以松散孔隙水为主,赋存于滑坡区第四系松散的滑坡残积层、冲洪积层的孔隙中,除滑坡前缘河床的冲积层受河水补给外,大部分受大气降水的补给。

滑体下伏基岩面坡度为10°～40°,有利于地表水和地下水的排泄,滑体地下水以接受大气降水为主,短途径流,在滑坡前缘排泄,主要表现为沿基岩面散流排泄的泉水,流量较小。

由于该滑坡地形呈北高南低,坡度上陡下缓,后缘45°,中部26°,前缘20°,为一老滑坡,在“5·12”地震及暴雨作用下复活,发生滑动变形,表现为滑动、下挫及裂缝,在后缘最大滑距1.5 m,并形成高0.5～2 m的陡坎,在滑坡体后缘、两侧及中部形成较多的拉张及剪切裂缝,另外滑坡前缘河流冲刷作用较强烈,加剧了滑坡的变形滑动。

新房村滑坡平面呈四边形,沿北西南东向展布,滑动方向147°,滑坡纵向长373 m,横向宽327 m,厚度在0.5～49.88 m之间,平均厚度约为22 m,体积约268×104m3,为大型推移式滑坡。

滑坡体为第四系残坡积物,从上到下主要由粉质黏土和碎石组成。

根据钻孔揭露,粉质黏土分布于地表,覆盖在碎石土上;滑带土为碎石土,碎石粒径为20～30 mm,厚度为0.2～0.4 m,粉质黏土含量为30%～40%,湿—很湿,软—可塑,结构松散,扰动明显,碎石上有挤压破碎和擦痕;滑床为泥盆系甘溪组(Dg)黄绿—绿灰色泥岩,泥质结构,块状构造,中等风化,岩石较为完整,硬度低,岩芯风干后自然开裂呈碎块状,岩石产状为110°∠30°,滑床风化基岩面上擦痕明显。

该滑坡的变形特征主要表现为滑动、下挫和裂缝。

经过雨季滑坡变形监测,滑坡正发生微小的蠕动变形,后缘裂缝在逐渐变宽,其变形特征如下:
(1)后缘变形特征。

滑坡后缘形成0.5～2 m高的陡坎,最大滑动距离1.5 m;在后缘还形成8条规模较大的拉张裂缝(见图3中的LF5～12),裂缝走向总体一致,从滑坡后缘左侧交错断续排列到滑坡后缘右侧,显示出滑坡整体形态和滑坡边界;在后缘滑坡滑动形成“醉汉林”及次级小型滑坡。

(2)中部变形特征。

滑坡体的中部为梯田,地形相对较平缓,地面坡度15°～20°,变形特征主要表现为滑坡滑动形成的鼓张裂缝。

据调查访问,滑坡滑动后在滑坡体的中部农田中出现一系列的鼓张裂缝,其中4条比较明显,裂缝走向大都垂直于滑动方向,裂缝宽度一般为2～10 cm,长度在几米到几十米不等(见图3中的LF15～18)。

(3)前缘变形特征。

滑坡前缘有敬家河流过(见图3),滑体前缘与河道总体上有比较明
显的台阶,临空面高3～10 m,最大高差可达15 m,滑坡前缘发生较小的蠕动变形,使老的泉眼断流,在剪出口附近形成新的泉眼。

(4)变形监测。

在滑坡后缘和两侧裂缝上布置了7个滑坡变形监测点,60 d雨季监测周期内滑体相对位移达2.1～8.4 mm,变化速率在0.36～1.42 mm/10 d之间,滑坡在暴雨影响下发生蠕动变形。

目前滑坡在天然工况下处于基本稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态。

该滑坡失稳的原因分析如下:
(1)滑坡前缘河流冲刷作用较强烈,不断加高滑体前缘临空面,为滑坡的形成创造了条件。

(2)滑体由碎石和粉质黏土组成,局部夹有块石,由坡积物逐渐堆积形成,结构松散,充填不完全;加之滑面为与上覆第四系接触的基岩面,滑面坡度呈上陡下缓,坡度达57°～11°,由于滑床泥岩不透水,雨水下渗滑坡体后,滑面成为主要的排水通道,水的作用降低了碎石土的强度,降低了滑体的稳定性。

(3)滑坡体中存在地下水,地下水类型为孔隙水,水位埋藏深度范围为6.90～33.53 m,形成顺坡坡度为15°的地下水位线,地下水对滑带土影响较大,降低了滑带土的抗剪强度,使滑坡土体在重力和孔隙水压力的共同作用下变形产生滑坡。

(4)“5·12”特大地震是滑坡形成的原因之一。

地震前,新房村滑坡为一老滑坡,处于基本稳定状态,在“5·12”地震地震波强烈冲击下,震动在滑面产生的作用力降低了滑坡的稳定性,在多种因素影响下使滑坡复活,产生向下滑动。

通过探槽、浅井和钻孔揭露,滑带土为碎石土,滑床为泥岩,结合地表变形特征对滑面形态进行综合分析,滑体沿软弱结构面破坏,滑面可简化成折线型,稳定计算采用折线型滑动面计算公式,剩余下滑力按传递系数法进行计算[2]。

根据反演分析参数和试验参数进行比较,结合滑坡变形特征,滑带土的抗剪强度指标采用综合取值,即天然状态下内聚力为16.1 kPa、内摩擦角为28.4°,饱和状态下内聚力为13.5 kPa、内摩
擦角为26.0°。

滑坡稳定系数计算结果见表1。

在工况Ⅰ,即自重+地下水工况下,滑坡3条计算剖
面均处于基本稳定状态;在工况Ⅱ,即自重+暴雨+地下水工况下,滑坡3条计算剖面
均处于欠稳定状态;在工况Ⅲ,即自重+地震+地下水工况下,滑坡3条计算剖面的稳
定性系数值均小于1,处于不稳定状态。

通过勘查期间的裂缝变形监测、实地调查,滑坡在暴雨条件下发生蠕动变形,若遇长
时间暴雨,滑体在后缘雨水持续渗入、加之前缘河流冲刷等因素的影响下,其变形蠕
动将逐步加剧,进而引起滑坡整体滑动,危及重建新村,堵塞敬家河,可造成严重的后果。

方案一:以抗滑桩工程为主,在滑坡前缘设置一排抗滑桩,在滑坡上设置截排水沟,防止地表水下渗,以达到保持滑坡整体稳定的作用,见图4。

方案二:以抗滑桩工程为主,在滑坡前缘设置一排抗滑桩进行支档,2-2′线剖面段桩间设置挡土板,在滑坡后缘进行削方减载,所削土体用于回填反压剖面段坡脚,以达到保持滑坡整体稳定的作用,见图5。

方案三:在滑坡前缘2-2′剖面段和3-3′剖面线段设置抗滑桩,在滑坡后缘进行削方减载,所削土体回填反压2-2′线剖面段坡脚,以保障2-2′剖面段重建新村和3-3′剖面段河道的安全;滑坡1-1′剖面段不设置抗滑桩,为防止滑坡下滑堵河,对滑体1-1′剖面段前缘的敬家河进行改河道避让,河道上宽12 m、底宽5 m、深3.5 m,河道坡度3°～5°,河道凹岸采用M10浆砌石护岸,护岸厚度为50 cm,新河道开挖土石方回填到原有河道中,增加滑体稳定性,见图6。

根据该滑坡特征、危害对象及应急防治等特点,本次治理方案的比选选取投入资金、技术操作可行性、安全性、环境破坏和工期5个比较因子。

该滑坡各治理方案的优、缺点见表2。

经过有利和不利因素的反复论证,最终推荐方案三为该滑坡治理实施方案,其理由如下:①从滑坡体稳定性看,稳定性相对较好的为1-1′线,而危害性最大的为2-2′线,直
接威胁当地群众生命财产安全,3-3′线前缘为狭小沟谷,滑坡体下滑后易产生堵河事件,形成堰塞湖,从而产生二次危害,而1-1′线前缘地势平缓开阔,改河道的同时对旧河道进行回填,增加了其稳定性,可以避免堵河事件的发生。

因此,对2-2′、3-3′线采取削方反压、抗滑桩等抗滑措施是必要的,而对1-1′线后缘采取削方、前缘旧河段进行回填反压,可减小临空面,使1-1′线稳定性系数大于1。

②方案三工程量较小,投入资金也较少,既能够保障滑坡2-2′线剖面段新村及群众安全,也可避免滑坡堵河引发次生灾害。

③方案三采用抗滑桩及削方反压应用广泛,施工难度中等,施工安全性中等,工期较短,符合应急治理要求。

在滑坡治理施工过程中,存在诸多不利因素,需要在施工中注意防范。

在施工期间应建立安全监测和防治效果监测点,同时宜建立以群测和巡视检查为主的长期监测点;抗滑桩施工应做好施工安全措施,特别要做好挖孔过程中的支护、爆破、通风、抽水、防雨等安全措施,以保证施工安全。

滑坡治理采用方案三进行施工图设计,治理工程已经投入实施。

通过对该滑坡进行综合治理,保障了危害对象的安全,为灾后住房重建、乡村经济发展、学校的建设及正常教学、当地居民的正常生活营造了一个良好的社会环境,社会效益显著。

(1)在分析和研究某滑坡形态、结构特征及诱发因素的基础上,本文采用传递系数法对该滑坡在天然、暴雨及地震工况下的稳定性进行了分析、计算和评价,得出在自重+地震+地下水工况下,滑坡处于不稳定状态。

(2)为了治理滑坡,本文根据滑坡特征、危害对象,选择资金、技术操作可行性、安全性、环境破坏和工期5个比较因子进行定性分析,进而确定了最佳治理方案,该方法简便、准确,值得借鉴。

然而,不同的滑坡有着不同的地质背景、危害对象和影响因素,因此选取比较因子时要将现场调查与勘查相结合,并进行适当调整,才能对治理方案作出更科学、合理、经济的选择。

【相关文献】
[1]王万迁,穆启超,刘书亚,等.四川省江油市敬元乡新房村17社滑坡应急勘查报告[R].洛阳:河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,2010.
[2]常士骠,张苏民,项勃,等.工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[3]王万迁,穆启超,刘书亚,等.四川省江油市敬元乡新房村17社滑坡治理工程施工图设计报告[R].洛阳:河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,2010.。