輝縣市沙窯鄉南坪村滑坡體穩定性計算評價及治理工程措施

周 文，周延奎

（河南省地質礦產勘查開發局第一水文地質工程地質隊，河南 鄭州450045）

1 引言

輝縣市沙窯鄉南坪村滑坡體位于國家AAAA級旅游區、國家地質公園——河南省萬仙山風景區內的昆侖根至大河口公路一側。該公路不僅是連接南坪村大隊所轄4個自然村（丹分、南馬崖、北馬崖、東寨）的唯一通道，還是萬仙山風景區旅游線路的唯一通道。該路段曾多次發生局部滑坡，嚴重威脅當地村民的生命財產安全，威脅常住人口213人，小型水電站3個、水廠2個、賓館1個、民房60余間，潛在的經濟損失達5 000萬元以上。據資料統計［1］，2009年該景區接待游客90萬人次，門票收入900余萬元，如遇極端氣象條件（暴雨或連續降雨）發生較大規模山體滑坡的可能性極大，滑坡一旦發生，將會造成嚴重的群死群傷特重大安全事故和巨大經濟損失［1］。

2 滑坡區自然條件及地質環境條件

2.1 地形地貌

滑坡區位于輝縣市西北部太行山區，區內地形陡峭，海拔高程700～1 000m，相對高差較大，地形切割強烈，坡度起伏大，陡崖沖溝較多，屬中山區地貌，植被覆蓋率較高，達95%以上，植被種類主要為松樹。為開發風景區旅游資源，區內地形地貌進行了較大規模的人工改造，如人工切坡修路、興建小型水電站、農家樂坡賓館等［1］。

2.2 氣象與水文

滑坡區處于太行山與華北平原結合部，為北亞熱帶向暖溫帶過渡區，屬暖溫帶大陸性季風型氣候。由于受山脈走向和海拔高度影響，季風作用較為明顯，春季多風少雨，夏季多雨較熱，秋季氣候涼爽，冬季較冷少雪。據1971～2009年氣象資料統計分析，1月最冷，月均氣溫－0.6℃；7月最熱，月均氣溫27.1℃。極端最高氣溫41.5℃（出現在1992年7月2日）；極端最低氣溫－18.3℃（出現在1990年1月31日）。年均降水量589.1mm，7月降水最多，月均降水182.3mm。一日最大降水量178.0mm（出現在1981年8月16日）。境內水系包括海河水系和黃河水系。主要河流有淇河、百泉河、劉店干河、黃水河、石門河、峪河、紙坊溝河［2］。

2.3 地層巖性

滑坡體滑床以上地層為第四紀殘坡積碎石土，滑床為中元古界汝陽群（Pt2ry）砂巖［3］。

2.4 水文地質條件

區內地下水類型為基巖裂隙水，分布于中元古界砂巖巖石裂隙中，接受大氣降水補給，以泉的形式排泄于溝谷中，含水較弱，涌水量一般為240～250m3／d，礦化度277mg／L，總硬度244.25mg／L，水化學類型為重碳酸·硫酸―鈣·鎂型水。

3 滑坡體空間形態及特征

滑坡體在平面形態呈“舌”字形分布，主滑方向348°，坡度42°，空間形態總體上前緣低，后緣高，前緣高程745m，后緣高程809m，相對高差64m。滑坡東西長1 750m，南北平均寬56m，滑坡面積9.8×104m2，滑坡體堆積物為第四紀殘坡積層碎石土，滑床為中元古界汝陽群石英砂巖，滑體平均厚8m，體積78.84×104m3，屬中型土質滑坡［3］。

3.1 滑坡體物質組成及結構特征

3.1.1 滑體（滑帶）

滑坡的物質組成主要由碎石土組成，滑坡體坡積物縱向厚度變化特征為：前緣坡積物較薄，一般在1～3m，土石比為7∶3，滑體后緣坡積物較厚，一般在3～13m，土石比為3∶7；滑體中部坡積物厚3～7m，土石比為6∶4。碎石土土粒成分以粉質粘土為主，碎石成分主要為砂巖，塊徑一般0.3～3.0m，最大可達4m，分選差，磨圓度低，呈次棱角－棱角狀。滑坡體坡積物橫向變化不大，最厚為13m，最淺為4m，平均厚度8m。

3.1.2 滑床

滑坡滑床為中元古界汝陽群砂巖，巖性為淺紅、肉紅、灰白色巨厚～厚層狀細～粗粒淺變質石英砂巖、塊狀構造，由粘土礦物及云母等組成，節理、裂隙發育，易風化，風化后呈砂礫狀。與上覆地層接觸處有風化殼存在，層厚0.5～1.0m。

4 滑坡體穩定性計算及成因機理分析

4.1 滑坡穩定性計算

4.1.1 計算模型

工程地質勘探淺井和物探揭露的地質剖面，其滑坡滑動面整體呈折線型滑動。計算基本假定如下，沿滑坡橫斷面方向取1m寬的土條作為計算的基本斷面，不計兩側摩阻力；滑坡體每一分條假定為整體滑動；滑坡體推力的作用方向平行于滑動面；推力的應力分布為矩形。穩定性計算選取軸向縱剖面作為穩定計算模型基礎，采用傳遞系數法滑移變形體進行計算，地形線和滑動面分別按直線計算，整體呈折線型滑動。計算時取單寬滑坡滑體進行研究，簡化為二維空間問題進行計算。滑坡穩定計算剖面見圖1、圖2、圖3。

圖1 剖面1－1′條分

圖2 剖面2－2′條分

圖3 剖面3－3′條分

4.1.2計算方法

滑坡穩定性計算采用《滑坡防治工程設計與施工技術規范》［4］附錄公式計算。滑坡穩定性計算公式為：

ψj為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i＋1塊段時的傳遞系數（j＝i），即ψj＝cos（αi－αi＋1）－sin（αi－αi＋1）tgφi＋1；TDi＝rwhiwLitgβicos（αi－βi）為孔隙水壓力產生的平行滑面的分力；

式中K 為穩定系數；RDi＝rwhiwLitgβisin（αiβi）孔隙水壓力產生的垂直滑面的分力；

NWi＝rwhiwLi為孔隙水壓力；Wi為第i塊段的重量（kN／m）；Ci為第i塊段內聚力（kPa）；φi為第i塊段內摩擦角（°）；Li為第i塊段滑面長度（m）；αi為第i塊段滑面傾角（°）；βi為第i塊段地下水流向與水平面的夾角（°）；A為地震加速度（單位：重力加速度g）。

4.1.3 計算參數的選取

（1）滑體（滑帶）土重度的確定。滑體物質成分為碎石土，天然狀態重度為17.024 1kN／m3，濕重度為17.044 6kN／m3。

（2）地震系數。滑坡區地震基本烈度為Ⅶ度，地震加速度為0.20g。

（3）滑坡體抗剪強度參數的確定。碎石土粘聚力值C＝6.5kPa，內摩擦角φ＝25.5°。

（4）荷載組合。根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》中的滑坡防治工程工況組合要求，本工程計算工況組合如下，工況Ⅰ，自重（天然狀態，滑坡地表無建筑物因此可以認為滑體無集中荷載，基本荷載為滑體的自重）；工況Ⅱ，自重＋10年一遇暴雨（滑體按飽水狀態計算空隙水的作用）；工況Ⅲ，自重＋10年一遇暴雨＋地震。

（5）滑坡穩定性計算參數的采集方法。本項目滑坡穩定性計算參數采集方法為按照工程地質勘探淺井和物探揭露的地層資料制作滑坡剖面計算剖面條分圖，本次共計算滑坡剖面4條（見1－1′2－2′、3－3′、4－4′滑坡剖面計算條分圖）。采集剖面條塊的面積、滑面長度及傾角等有關數據進行滑坡穩定性計算和滑坡推力計算。4條滑坡剖面計算參數統計見表1。

4.1.4 滑坡穩定性計算結果

將計算剖面條分圖采集的各種數據及滑體重、滑帶土抗剪強度等參數值代入滑坡穩定性計算公式和滑坡推力計算公式進行計算，計算結果見表2。

表1 滑坡穩定性計算參數統計

表2 滑坡穩定性計算結果統計

4.1.5 滑體穩定性計算結果分析

將計算滑體穩定性計算結果對照《滑坡防治工程勘查規范》滑坡穩定狀態劃分表［5］見表3。

表3 滑坡穩定狀態劃分

本滑坡在不同工況條件下穩定狀態如下。

（1）工況Ⅰ條件下（天然狀態）。1－1′、2－2′、3－3′計算剖面穩定系數 K 分別為1.03、1.01和1.05，滑坡體分別處于欠穩定狀態。

（2）工況Ⅱ條件下（自重＋10年一遇暴雨）。1－1′、2－2′、3－3′計算剖面穩定系數 K 分別為1.00、0.89和0.55，滑坡體處于不穩定狀態。

（3）工況Ⅲ條件下（自重＋10年一遇暴雨＋地震）。1－1′2－2′、3－3′計算剖面穩定系數K 均＜1.00，滑坡體均處于不穩定狀態。

4.2 滑坡體穩定敏感性分析

從滑坡穩定性計算結果數據分析可以看出，大氣降雨與滑坡的穩定關系密切，滑坡的穩定與大氣降雨敏感性因素較大。

4.3 滑坡的成因機理分析

4.3.1 地形地貌因素

該滑坡體地形地貌形態為斜坡前緣高程745m，后緣高程809m，相對高差64m，滑坡坡度為40～45，屬中低山地貌。滑坡前緣因景區公路建設人工切坡，使斜坡前緣臨空，這種地表形態為滑坡體上的巖土體運動創造有利條件。

4.3.2 地層巖性因素

該滑體地層巖性為殘坡積土加碎石，其結構松散，與下伏地層砂巖（滑床）地層形成了一個天然斜坡接觸面，在滑體自重條件下，滑體沿滑床巖石表層極易發生滑動失穩。

4.3.3 大氣降水因素

該滑坡體堆積物主要為碎石土，其結構松散，大氣降水易滲入滑體，在飽水狀態下滑體重量增加，其力學性質、力學強度、特別是抗剪強度急劇下降，難以抵抗土體自重產生的下滑力，造成土體的滑移。

4.3.4 人類工程活動影響

人類工程活動也是造成該斜坡不穩定重要因素之一，主要表現為在景區建設期間修建道路切坡開挖，加高了坡體的臨空面，破壞和改變了斜坡的原始穩定狀態，加快了滑坡體變形發展。

綜上分析，該滑坡在自然狀態下處于穩定狀態，在“自重＋10年一遇暴雨”和“自重＋10年一遇暴雨＋地震”工況條件滑坡體將發生局部和大規模滑動失穩。

5 滑坡治理工程措施

5.1 削坡減載

削坡減載［6］，削去滑坡體上部的巖土體和降低使滑體坡角，從而減小滑體的自重和下滑力，使邊坡達到穩定狀態，這種工程措施施工方便、技術簡單，在滑坡防治中被廣泛采用。經施工設計該滑坡削坡減載工程量為12 000m3。

5.2 修建地表截排水工程

該滑坡體的穩定與大氣降雨敏感性因素較大，因此，需對滑坡體外地表水進行截流旁引，不使其流人滑坡范圍，以減小滑坡的下滑力。經施工設計［7］該滑坡后緣設置修筑截水溝，在滑坡體坡面和前緣修筑排水溝，使坡體地表截、排水溝形成地表排水系統，將大氣降水合理地排泄到滑坡體以外，從而達到坡體的穩定。該工程設計地表截、排水明渠25 00m。

5.3 修建重力式抗滑擋土墻進行支擋

支擋工程的作用主要是增加抗滑力，使滑坡不再滑動。經設計論證在滑坡體前緣修筑重力式抗滑擋土墻工程［7］，設計擋土墻工程400m。

6 結語

該滑坡治理工程經過可行性研究、工程地質勘察、工程施工圖設計等工作，上報河南省國土資源主管部門后，被列入2010年河南省財政地質災害防治“兩權價款”項目。目前該項目已進入工程施工階段。

［1］河南省水文地質工程地質勘察院.輝縣市沙窯鄉南坪村不穩定斜坡和危巖體地質災害治理可行性研究報告［R］.鄭州：河南省水文地質工程地質勘察院，2010.

［2］河南省環境地質監測總站.河南省輝縣市地質災害調查與區劃報告［R］.鄭州：河南省環境地質監測總站，2004.

［3］河南省水文地質工程地質勘察院.輝縣市沙窯鄉南坪村不穩定斜坡和危巖體地質災害治理勘察報告［R］.鄭州：河南省水文地質工程地質勘察院，2011.

［4］中華人民共和國國土資源部.DZ／T0219－2006滑坡防治工程設計與施工技術規范［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［5］中華人民共和國國土資源部.DZ／T0218－2006滑坡防治工程勘查規范［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［6］余祖湛，周延奎.三峽庫區秭歸段土質滑坡成因影響因素及整治措施［J］.巖土工程界，2002（2）：67～68.

［7］河南省水文地質工程地質勘察院.輝縣市沙窯鄉南坪村不穩定斜坡和危巖體地質災害治理施工設計書［R］.鄭州：河南省水文地質工程地質勘察院，2011.