山西某護坡工程滑塌的原因分析及經驗教訓

陳燕

(山西省勘察設計研究院，山西太原 030013)

1 基本情況

山西某煤礦在整合過程中，對場地周邊的邊坡在未勘察的情況下已進行了施工，分臺階進行放坡，每級坡高10 m，臺階寬度3 m，坡比為1∶0.75;坡頂植被發育，以雜草和零星喬木為主;坡面已采用漿砌石進行護面，厚度0.5 m左右，護面上留有泄水孔，間距2.0 m，梅花形布置，每級坡頂上間隔1.5 m均留有0.5 m× 0.5 m的種植花草的空地，其余的防排水措施在現場均未看到。

2011年8月～9月，該區降水較多，并有暴雨出現。8月31日凌晨兩點左右，場地西北側一高30余米的邊坡發生滑塌，漿砌石護面被剪斷，土體向下滑塌，滑體寬度約50 m，長度約40 m，邊坡后緣裂縫寬度最大約為50 cm，且局部有水流出，沒有生命財產的損失，滑坡現狀見圖1～圖4;其他地段在修筑好的漿砌石護面及護面臺階邊緣均出現多處裂縫，寬2 cm～5 cm左右。事故發生后，該煤礦首先采取應急預案，對漿砌石護面進行挖除，在開挖過程中，坡體上可見大量積水外泄;其后，該煤礦主要負責人聯系勘察單位與各方面的專家，對滑塌區進行鉆孔取樣、室內化驗，對滑塌的原因進行分析，并對后期的加固處理措施進行論述。

圖1 滑坡現狀正面圖

圖2 滑坡現狀側面圖

2 工程地質條件

1)地理位置及地形地貌。

該煤礦位于山西省靈石縣靜升鎮斬斷墕村附近。場地中間為一條近東北向的大沖溝，其兩側分布有不同形態的黃土邊坡。該滑塌處在地貌上屬于黃土梁，兩側均為“V”形沖溝，且東側從形態上看屬于古滑坡。

2)地質構造。

對該區影響較大的構造主要為孝義斷層與小山頭背斜，孝義斷層走向北20°～30°西，傾向北東，落差700 m左右，北東盤地層均被新生界覆蓋。

圖3 滑坡后緣裂縫

圖4 滑坡后緣擦痕

3)水文地質條件。該場地各沖溝基本常年無水，僅在雨季形成季節性水流，但各沖溝在暴雨期可形成洪水，且一瀉而去，雨停數小時即為細流直至干涸。

4)地層結構及物理力學指標。根據后期在邊坡未發生滑塌前補充的邊坡勘察資料，該邊坡地層自上而下主要由第四系上更新統風積層(Qeol3)、第四系中更新統沖洪積層(Qal+pl2)、上第三系靜樂組紅粘土(N)組成，簡述如下：①層馬蘭黃土(Qeol3)：褐黃色，含云母、白色菌絲、氧化物等，可見蟲孔，大孔隙結構明顯，稍濕，稍密～中密，具中等～高壓縮性和輕微～強烈濕陷性，揭露厚度3 m～5 m，主要分布在滑塌區后緣。天然狀態下重度15.4 kN/m3，粘聚力20 kPa，內摩擦角25°;飽和狀態下重度19.0 kN/m3，粘聚力12 kPa，內摩擦角22°。②層粉質粘土(Qal+pl2)：淺紅色～褐紅色，含云母、氧化物等，局部夾鈣質結核層，呈硬塑～堅硬狀態，揭露厚度5 m左右，整個滑塌區均有分布。天然狀態下重度19.5 kN/m3，粘聚力 55 kPa，內摩擦角 28°;飽和狀態下重度20.1 kN/m3，粘聚力24 kPa，內摩擦角20°。③層紅粘土(N)：深棕紅色、紫紅色，呈堅硬狀態，含鐵錳質薄膜較多，夾有數層厚度介于300 mm～1 000 mm左右的鈣質結核層，核徑3 cm～10 cm，局部混有砂礫石透鏡體。天然狀態下重度20.3 kN/m3，粘聚力70 kPa，內摩擦角20°;飽和狀態下重度20.7 kN/m3，粘聚力35 kPa，內摩擦角18°。

5)地下水。本次鉆孔最大深度35 m，未揭露地下水。

6)現場挖掘機清除滑體土后，發現滑床在后緣部位為離石黃土(即②層粉質粘土)，中前部為上第三系靜樂組紅粘土。

7)新滑坡的穩定性分析與計算。a.參數選取。根據現場在新滑坡上刻取的環刀試樣進行的室內反復剪切試驗，結合滑塌前對坡體地層的調查了解，對滑坡的穩定性進行反復計算，并結合現場對該段邊坡穩定性的調查了解，給出穩定性計算參數：天然狀態下滑帶土c=8 kPa，φ=10°，滑體土重度取19.5 kN/m3。飽和狀態下滑帶土c=7 kPa，φ=10°，滑體土重度取19.5 kN/m3。b.定性分析。新滑坡后壁擦痕明顯，后壁頂部發現數條拉張裂縫，寬5 cm～50 cm。該滑坡滑體尚處于蠕動期，整體處于不穩定狀態。c.定量計算。新滑坡穩定性計算結果見表1，未發生滑塌前的穩定性計算結果見表2。

表1 新滑坡穩定性計算結果表

表2 未發生滑塌前的穩定性計算結果表

根據以上計算結果，無論滑坡前后，降雨入滲對邊坡穩定性影響都起很大的作用。而且，在發生滑坡前，飽和狀態下的穩定系數為0.83，不穩定。

3 事故原因分析

事故發生后，該煤礦主要負責人聯系各方面的專家，對此邊坡滑塌的原因進行分析，并討論后期的加固治理措施。從滑坡前緣看，滑坡體整體向前推進，坡腳處裂縫很多，對整個滑坡、場地周邊的地形地貌、地質構造進行一番調查后，初步確定該事故發生的幾點原因如下：

1)古滑坡是內因：由于未進行邊坡勘察與地質調查，設計無依據，未發現此處的不良地質作用。新滑坡東側屬于一小型古滑坡滑坡周界的邊緣，該古滑坡平面形態呈圈椅狀，后緣坡度較陡，約60°，滑坡表面呈緩坡臺階狀，總體坡體坡度20°左右，主滑方向與新滑坡方向一致，該滑坡體長約80 m，寬約60 m，為土質滑坡，馬蘭黃土覆蓋，其下為離石黃土，植被發育，主要為雜草和喬木，現場調查時發現有黃土落水洞。在自然條件下，該滑坡體受植被保護坡體較為穩定，尚未出現滑坡。

2)降雨是主要誘因：該邊坡巖土體由馬蘭黃土(Q3)、粉質粘土(Q2)、紅粘土(N)組成，馬蘭黃土結構松散，水通過該層土很容易下滲;粉質粘土(Q2)與紅粘土(N)屬于超固結土，若無解除側限，則強度很高，形成邊坡后側限解除，形成回彈，且紅粘土(N)網狀裂隙發育，含高嶺石、蒙脫石等親水性礦物較多，遇水后形成軟弱層;2011年8月該區降雨較多，雨水通過孔隙、裂隙入滲至粉質粘土(Q2)、紅粘土(N)土體，土體中大量的親水礦物遇水軟化，從而使土的粘聚力顯著減小，強度顯著降低;另外，滲入坡體里的水會令干燥狀態的結構面軟化、潤滑，降低潛在滑動面的抗剪強度，促使邊坡沿粉質粘土(Q2)、紅粘土(N)發生滑塌。

3)設計失誤：該邊坡設計時無有效的防排水措施，僅在漿砌石護面上留有泄水孔，而且由于施工不規范，在雨季時未起作用，致使降雨入滲至粘性土層排不出，形成軟弱結構面，發生邊坡坍塌。

4)現階段人們的意識與溝通：邊坡設計前未進行勘察，沒有充分的設計依據;邊坡施工中未及時與施工單位溝通，未發現設計與施工的不合理之處;施工期間與完工后沒有委托測繪單位進行變形監測。

4 加固處理措施

該滑坡處于欠穩定狀態，在后期連續降雨后裂隙仍在加大，局部還有小滑動，根據以上對邊坡滑塌原因的分析，該處在加固處理時綜合考慮以下措施：

1)將滑體全部清除后剩余巖土體用坡率法重新分臺階進行放坡，每級坡高控制在8 m以內，坡比為1∶1，每級臺階預留臺寬4 m。

2)新的人工邊坡形成后，采用土釘噴射混凝土進行坡面防護與防滲。

3)水是誘發本邊坡滑塌的主要原因，因此每級平臺均設置截水溝，并在坡體外兩側設置排水溝，將水從兩面輸出，建立統一、完善、有效的防排水系統。

4)委托測繪單位定期對場地所有的邊坡包括其沉降、水平位移、坡頂裂紋進行監測，汛期、施工期間應加密檢測頻率，直至各相關因素穩定。

5 主要經驗教訓

1)加強相關人員對此類工程的重視程度。

2)邊坡設計前應進行詳細的工程地質勘察、工程地質調查，查明其場地內所有的滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用，查明水文地質條件、搜集降雨資料，跟當地居民了解周邊邊坡在降雨后的各種情況。

3)邊坡設計前應組織有經驗的專家進行論證。

4)必須設計一套統一、完善、有效的防排水系統。

5)經濟損失大，費時費力，重復工作，拖延工期。

6 結語

該煤礦邊坡的滑塌，其原因多方面，在山西省黃土地貌區有一定的代表性。對于這一類邊坡工程，水的作用是工程成敗的關鍵之一，因此，為保證邊坡的安全、穩定，必須做好防水、排水措施。