南京燕子磯中學實驗樓后滑坡穩定性分析及加固

楊海兵 梁玉紅 唐良智

(1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210007; 2.江蘇華東地質環境工程有限公司，江蘇 南京 210007)

0 引言

燕子磯中學建于1952年，2002年成為省重點中學。該學校位于丘崗洼谷地中，北距長江約650 m，東靠和燕公路，南臨太平村，西依幕府山山體東北段，南、北、西三面為崗地，主要由上更新統下蜀組粉質粘土組成，植被發育，崗面起伏不平，校區崗前地段均進行了不同程度的切坡。特殊的地形地貌和地質條件，致使近年來學校周圍部分崗地斜坡在雨季常發生滑坡，其中實驗樓后滑坡已產生較大滑塌現象，對坡下的體育館、實驗樓等建筑物的安全構成了不同程度的危害，并存在潛在危險性。

1 滑坡基本特征

1.1 滑坡形態

實驗樓后的斜坡分為兩部分，靠近樓房處為人工切坡斜坡，自切坡坡頂向上為自然斜坡。人工切坡斜坡高度約6 m～7 m，坡向 115°～120°，坡度 70°～75°。自然斜坡坡度自 25°左右向山脊趨緩至15°左右，坡頂標高57 m左右，地面標高約33 m，相對高差約24 m(見圖1)。

圖1 滑坡地質平面圖

1.2 變形特征

1)滑塌發育在人工切坡的高陡邊坡上，坍塌的土體部分已貼靠實驗樓(見圖2)，對該樓的使用產生威脅，目前此處已劃為危險區域，禁止人員靠近。

2)滑塌體南北長約30 m，上下高約6 m～7 m，平均厚度約4 m，體積約720 m3～840 m3，上部自然斜坡上混凝土路面已出現張拉裂縫，最大間隙約3 cm(見圖3)。

3)邊坡由下蜀組粉質粘土組成，上部垂直節理發育，土體層次明顯。4)自然斜坡坡體表面波狀起伏，地表水易在局部滯留、下滲。5)在滑坡體下滑力的作用下，斜坡上的樹木部分已向滑坡方向傾倒。

圖2 滑坡坍塌土體

圖3 坡頂道路張拉裂縫

2 滑坡影響因素

2.1 地形

滑坡場地位于南京市棲霞區燕子磯中學內，邊坡類型為土質高邊坡，場地為崗地地貌單元。獨特的崗地地貌形態，具備了滑坡災害的發育條件。區內滑坡體分布在坡度較陡地段，其穩定性與斜坡的坡度、高度密切相關。從滑坡體所處的坡度分析，在下蜀土斜坡中，凡天然坡度或人工切坡坡度在35°以上，高度大于5 m的大斜坡地段，都可列為不穩定斜坡。尤其是坡腳切坡嚴重，并形成明顯的陡坎處，更易發生牽引式滑坡和滑塌地質災害。

2.2 植被

雖然斜坡上植被發育，但由于大多為高大的刺槐林，其根系淺(一般小于0.5 m)，受大風吹動易倒伏，因此不但對土層起不到穩固作用，反而對土層產生向坡下的推力，從而對坡面產生破壞。

2.3 人工切坡

建校過程中，在崗前坡腳地段進行了人為切坡，這是區內直接破壞斜坡穩定的不良工程活動。實驗樓后的斜坡，由于人為切坡形成了高達6 m～7 m的人工邊坡，坡度大于70°，從而形成高陡臨空面，此處的滑坡災害與切坡直接有關。

2.4 降雨

區內年平均降雨117 d，降雨量1 106.5 mm，6月～9月降水量占全年的一半。春末夏初盛行梅雨，降水強度增大，暴雨次數增多。區內的斜坡災害發生在強雨季節，在時間上與降雨關系非常密切。連續的降雨會使得較多量的雨水入滲，致使下蜀土浸泡松軟，內聚力降低，土的容重增加，土體重量加大，促使土體變形滑動，產生滑坡災害。

3 滑坡穩定性系數計算

3.1 穩定性分析

滑坡區內普遍分布有一層軟可塑狀粉質粘土，軟可塑狀粉質粘土的含水量可達26%以上(下蜀土正常含水量20%～25%)，強度與可塑、硬塑狀粉質粘土相比明顯降低，表現為粘聚力和內摩擦角減小，為一相對軟弱層。軟可塑狀粉質粘土的狀態及含水量等物理力學性能指標，隨著降雨入滲量的不同具有可變性。這是由于上部硬塑狀粉質粘土垂直節理發育，當降雨經節理入滲至該層時，在其內聚集、形成弱徑流，土的含水量增加，使得該層在水的浸泡作用下軟化作用增強，土的狀態可由可塑狀變至軟塑狀，土的強度降低[2-5]。降雨入滲量越大，其強度越低，最終形成滑動面或滑動帶。分析認為區內滑坡目前處于蠕滑變形狀態。該滑坡體若繼續失穩滑塌，將嚴重影響實驗樓的正常使用，甚至威脅到學校人員的生命財產安全，因此必須對滑坡體的穩定性系數進行計算。

3.2 穩定性計算方法

極限平衡法是最經典，采用最多，也是目前最成熟有效的一種方法。它是應用剛體力學的原理，結合巖、土體力學的理論和方法，分析計算特定條件下各類斜坡或滑坡的穩定性，并用穩定性系數予以表達。針對本滑坡的運動形式，瑞典條分法比較適宜。瑞典條分法又簡稱為瑞典法或費倫紐斯法，它是極限平衡方法中最早而又最簡單的方法。

滑面簡化為圓弧型滑動面，采用瑞典條分法計算滑坡穩定性，根據DZ/T 0218-2006滑坡防治工程勘查規范對滑坡進行計算[6]。選擇4—4′剖面進行計算(見圖4)。

圖 4 4—4′剖面簡圖

3.3 計算參數選取

滑坡體為素填土和粉質粘土，滑坡計算時的重度以及抗剪強度參數采用固結快剪強度指標標準值確定。依據《南京市燕子磯中學實驗樓及食堂后山體滑坡地質災害勘查報告》[7]，滑體中素填土重度取19.0 kN/m3，抗剪強度指標 C=12.0，φ =20.0;粉質粘土重度取 19.9 kN/m3，抗剪強度指標 C=48.1，φ =18.5。

滑帶土為軟可塑狀粉質粘土，重度取19.0 kN/m3，滑帶土抗剪強度指標參數由土工實驗與反演分析得到的參數綜合確定。土工實驗參數C=28.6，φ=13.0。根據滑坡的變形特征，在地震工況下滑坡產生滑動變形，選取穩定性系數為1.02進行反演分析[8-11]，滑帶土的抗剪強度指標:C=25.8，φ =10.5。綜合以上兩類參數，滑帶土抗剪強度指標取值為 C=27.2，φ=11.8。

3.4 計算結果分析

采用“理正邊坡穩定分析軟件”進行穩定性計算，分別在自重、地震兩種工況下計算。勘查區抗震設防烈度為7，地震作用綜合系數選用0.25，地震作用重要性系數選用1.1，地震水平向系數取0.12。計算結果，自重工況下滑坡穩定性系數為1.100，地震工況下穩定性系數為1.039。

DZ/T 0218-2006滑坡防治工程勘查規范對滑坡穩定性評價的分級標準為:滑坡穩定性系數F＜1.0時滑坡不穩定;1.00≤F ＜1.05滑坡欠穩定;1.05≤F ＜1.15滑坡基本穩定;F ＞1.15 滑坡穩定。按照分級標準，穩定性計算表明，在自重工況下，滑坡穩定性系數為1.100，滑坡處于基本穩定狀態;在地震工況下，滑坡穩定性系數為1.039，滑坡處于欠穩定狀態。由于該滑坡體底部均進行過不同程度的切坡，雖然學校原來對坡體采用過網噴混凝土護坡，但該種護坡工程措施僅護住坡體表面，對整體滑坡不能發揮有效的抗災作用。實驗樓后滑坡體已發生坍塌，對實驗樓的使用構成了威脅，迫切需要采取整治措施，避免坡體進一步滑塌變形。

4 治理方案選擇

土質邊坡整治措施一般包括坡率法、擋土墻法、抗滑樁法、抗滑錨桿等。該段高邊坡地段為土質邊坡，現已發生滑坡，且有局部塌滑等不良地質現象，根據工程地質條件，建議采用掛網噴錨支護進行處理。同時應輔以排水措施進行綜合治理，在滑坡后緣構筑截水溝，阻止地表水進入滑坡范圍，在滑坡體范圍內修筑各種排水溝，使地表水能迅速排出滑坡。夯填地表裂縫，以及后緣裂縫壁，以阻止地表水入滲地下。

治理方案的選擇:采用掛網噴錨支護方案和削坡壓腳聯合掛網噴錨支護方案進行對比論證。

方案一:掛網噴錨支護方案，工程取費造價估算:177.60萬元。

方案二:削坡壓腳聯合掛網噴錨支護方案，工程取費造價估算:141.84 萬元。

從經濟、安全、施工方面綜合考慮，推薦方案二作為支護方案。

5 結語

1)通過穩定性分析判斷滑動帶為軟可塑狀粉質粘土層。

2)通過滑坡穩定性計算得出，在自重工況下，滑坡體處于基本穩定狀態;在地震工況下，滑坡體處于欠穩定狀態;在多種因素的影響下，滑坡體目前處于不穩定狀態。

3)為了保證師生的安全，必須對該滑坡體進行加固處理。根據滑坡工程地質條件、滑坡影響因素以及穩定性分析，建議采用削坡壓腳聯合掛網噴錨支護方案進行治理。

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設計規范[S].

[2] 許建聰，尚岳全，陳侃福，等.順層滑坡彈塑性接觸有限元穩定性分析[J].巖石力學與工程學報，2005，24(13):2231-2236.

[3] 連鎮營，韓國城，孔憲京.強度折減有限元法開挖滑坡的穩定性[J].巖土工程學報，2001，23(4):407-411.

[4] 徐 青，陳士軍，陳勝宏.滑坡穩定分析剩余推力法的改進研究[J].巖土力學，2005，26(3):465-470.

[5] 陳祖煜.土質邊坡穩定分析——原理·方法·程序[M].北京:中國水利水電出版社，2003.

[6] DZ/T 0218-2006，滑坡防治工程勘查規范[S].

[7] 江蘇華東基礎建設工程有限公司.南京市燕子磯中學實驗樓及食堂后山體滑坡地質災害勘查報告[R].2011.

[8] 劉天韻，呂和林.滑坡土體抗剪強度指標反算研究[J].西部探礦工程，2004(3):185-186.

[9] 趙 翔，康景文，蔣 進，等.滑坡勘察中滑帶土強度指標確定方法的探討[J].地質災害與環境保護，2009(3):43-49.

[10] 劉祖典，黨發寧.強度指標對滑坡穩定性的影響[J].巖土工程技術，2002(3):140-143.

[11] 姚海林，鄭少河，陳守義.考慮裂隙及雨水滲入影響的膨脹土坡穩定性分析[J].巖土工程學報，2001，23(5):606-609.