店子組滑坡體穩(wěn)定性評價(jià)及防治對策研究

程心意，張 蘇，雷世兵，孟照蔚，王 杰

(1.長江巖土工程總公司(武漢)，湖北 武漢 430010;2.長江水利委員會機(jī)關(guān)服務(wù)中心，湖北 武漢 430010;3.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010)

店子組滑坡體位于貴州省余慶縣大烏江鎮(zhèn)箐口村，構(gòu)皮灘水電站下游，烏江大橋左岸接線公路店子路塹段以北，2012年以來該滑坡體變形明顯，在暴雨季節(jié)變形發(fā)展速率較大，主要表現(xiàn)在出現(xiàn)地表裂縫，較多房屋受損且直接威脅烏江大橋左岸接線公路通行安全，為確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全，必須對其進(jìn)行工程治理。

1 地質(zhì)環(huán)境

工程區(qū)域?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫16.4℃，年平均降水量1 076 mm，降雨多集中在夏秋季節(jié)，降雨量676 mm，占全年總量的64.3%，短期集中降雨，易引發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

工程區(qū)屬侵蝕剝蝕中低山地形地貌，地形總體北西高、南東低，斜坡與溝谷交錯(cuò)分布。原地形呈兩溝夾一脊，西側(cè)為大巖沖溝，東側(cè)為蒲草塘沖溝，中間為店子山脊，其走向近SN向，呈狹長條狀。高程650 m以下，店子山脊西側(cè)斜坡(大巖沖溝左岸)坡度20°左右，店子山脊東側(cè)斜坡(蒲草塘沖溝右岸)坡度15°～20°，其間高程630～645 m為緩坡平臺。高程650 m以上地形坡度25°～40°，局部為陡坎。自然斜坡多為村民耕種地和居住地，高程645 m以下坡體多開墾為坎狀梯田。

區(qū)內(nèi)出露地層有第四系、奧陶系下統(tǒng)湄潭組，巖性為薄—中厚層鈣、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖，夾少量薄—中厚層瘤狀生物碎屑灰?guī)r及鈣質(zhì)細(xì)砂巖;中部厚33 m，為薄—中厚層瘤狀生物碎屑灰?guī)r與鈣質(zhì)細(xì)砂巖互層，局部夾薄層鈣質(zhì)粉砂巖;下部厚48 m，為粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾薄層、中厚層鈣泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖及瘤狀生物碎屑灰?guī)r。

2 滑坡體基本特征

2.1 地形地貌及空間形態(tài)

滑坡體位于店子山脊東側(cè)斜坡，蒲草塘沖溝右岸，坡體中后部，呈ES向傾向蒲草塘沖溝，滑坡體平面布置圖見圖1?；麦w平面呈貝殼狀，后緣高程在660～670 m，前緣高程在635～640 m。剖面上后陡前緩，其中高程650 m以上后部地形坡角在25°左右，高程650 m以下的中前部地形坡角在10°～15°，其東側(cè)645 m及650 m為兩寬約20 m平臺?；麦w中間厚兩側(cè)薄，平均厚度約5 m，最厚達(dá)10.6 m，面積約1.7 ×104m2，體積約 8.5 ×104m3。

2.2 物質(zhì)組成

滑坡體 滑坡體主要由灰黃色、褐黃色含碎石粉質(zhì)粘土或粉質(zhì)粘土夾碎石組成(圖2)，厚2.0～10.6 m;含水量中等—飽和，可塑—軟塑狀，表層多為耕植土，結(jié)構(gòu)較松散。滑坡體下伏基巖為O1m1的強(qiáng)風(fēng)化頁巖。

滑動(dòng)帶 滑坡體滑動(dòng)帶大部分位于土層與基巖的分界線處，物質(zhì)組成主要為粉質(zhì)粘土夾碎石土。

滑床 滑床物質(zhì)主要為奧陶系下統(tǒng)湄潭組下段頁巖夾砂巖互層，屬較軟巖，巖石力學(xué)強(qiáng)度、抗風(fēng)化能力和抗侵蝕能力較差。

圖1 滑坡平面布置圖Fig.1 Layout of sliding surface

圖2 滑坡體1-1'剖面圖Fig.2 Section of landslide body 1-1'

2.3 水文地質(zhì)

滑坡體區(qū)地形前陡后緩，地表沖溝不發(fā)育，后期人工改造后，坡體未有系統(tǒng)的地表水排泄系統(tǒng)，地表水沿坡體向低處排泄，最終向大巖沖溝匯集。

滑坡體區(qū)地表多為第四系堆積層覆蓋，未見地下水出露，地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，順坡體運(yùn)移，在地表低洼地或坡體切割處出露。鉆探揭示地下水埋藏較深，均位于基巖強(qiáng)風(fēng)化層中。

2.4 滑坡變形特征

滑坡體區(qū)為自然斜坡，坡體2013年變形至今，變形有逐漸加劇的趨勢，具體表現(xiàn)為:現(xiàn)滑坡體后緣沿老裂縫變形加大加劇，且形成新的一系列拉裂縫，坡體沿其拉裂并下座，后緣各新老裂縫已逐步貫通。

3 滑坡體穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡體變形成因分析

滑坡體所處的自然斜坡形成至今經(jīng)歷長期的自然改造，自身已趨于穩(wěn)定，在后期的人類活動(dòng)改造下，自然平衡狀態(tài)被打破，從而引發(fā)一系列的坡體變形或破壞，進(jìn)而影響人類改造成果的安全，當(dāng)這種變形或破壞趨于穩(wěn)定后其對人類改造活動(dòng)的影響又漸少，此過程周而復(fù)始。工程區(qū)斜坡變形破壞原因分析如下:

人類改造 滑坡體區(qū)自然斜坡基本被人類活動(dòng)改造過，斜坡改造成坎狀的耕植地或居民地，變形區(qū)南側(cè)斜坡修建烏江大橋左岸接線公路時(shí)被切坡，形成最大坡高近30 m的路塹邊坡;這種自然斜坡的改變，使得斜坡自然穩(wěn)定被破壞，引發(fā)斜坡體的重新調(diào)整，從而產(chǎn)生變形或失穩(wěn)。此外，人類活動(dòng)改變了原斜坡的地表排水系統(tǒng)，使得地表水不能快速沿坡體排泄，促使其向坡體內(nèi)部下滲，使坡體內(nèi)地下水位上升，從而引起坡體變形或失穩(wěn)。

降水 降水是斜坡變形或失穩(wěn)的誘發(fā)因素，特別是連續(xù)的降雨或暴雨可直接導(dǎo)致斜坡的變形或失穩(wěn)。

2013年6月滑坡體所在地區(qū)進(jìn)入強(qiáng)降雨期后，自然斜體發(fā)生地表裂縫和房屋拉裂變形，斜坡變形加速，強(qiáng)降雨期過后坡體變形趨緩。至2014年6月進(jìn)入強(qiáng)降雨期，其中經(jīng)歷了6月30日—7月1日及7月14日—17日兩場暴雨，特別是后一場強(qiáng)暴雨，降雨時(shí)段集中、強(qiáng)度大，構(gòu)皮灘水電站壩址降雨達(dá)254 mm，為歷史同期最高記錄。兩場暴雨過后，變形區(qū)坡體變形急劇加速，出現(xiàn)一系列較大規(guī)模的地裂縫。

3.2 滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算與評價(jià)

(1)計(jì)算公式選取。滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算的方法很多，根據(jù)滑坡滑動(dòng)面的形態(tài)及滑坡的特征等綜合考慮，本文采用傳遞系數(shù)法［1］。該理論方法非常成熟，國內(nèi)外已有不少應(yīng)用程序，本文采用理正邊坡穩(wěn)定性分析程序進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算簡圖(圖3)及計(jì)算公式見下文。

(2)計(jì)算參數(shù)的確定。

滑坡體重度(γ) 根據(jù)滑坡體的物質(zhì)組成及其分布特征，經(jīng)權(quán)重計(jì)算，滑體綜合天然重度為19.1 kN/m3，暴雨作用下飽和重度 20.5 kN/m3。

圖3 折線滑動(dòng)面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算簡圖Fig.3 Schematic diagram of the sliding surface stability parameter(polygonal)

穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式:

式中:Fs為穩(wěn)定系數(shù);Wi為第i塊滑體的重力，kN;Ri為第i塊滑動(dòng)面上的抗滑力，kN;Rn為最末塊滑動(dòng)面上的抗滑力，kN;Ni為第i塊滑動(dòng)面上的法向分力，kN;Ti為第i塊滑動(dòng)面上的切向分力，kN;φi為第i塊滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角，(°);ci為第i塊滑動(dòng)面的內(nèi)聚力，kPa;Li為第i塊滑動(dòng)面的長度，m;ψj為第i塊剩余下滑力傳遞至i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i);θi為第i塊滑動(dòng)面與水平面的夾角，(°)。

滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度(c、φ) 根據(jù)鉆孔取樣滑動(dòng)帶土特征，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)及以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度。目前，滑坡體中后部位坡面地表已產(chǎn)生明顯地表裂縫，屬于強(qiáng)變形區(qū)域。假定強(qiáng)變形區(qū)域滑坡體為地質(zhì)均質(zhì)體，以強(qiáng)變形區(qū)域作為計(jì)算區(qū)域，進(jìn)行抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演分析以求得所需的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。滑坡變形破壞模型見圖4，反演分析圖見圖5、圖6，反演分析成果見表1。

由表1可知:c值每升高1 kPa，穩(wěn)定系數(shù)提高6.7%;φ 值每升高1°，穩(wěn)定系數(shù)提高 9.4%，表明 φ 值敏感性明顯高于c值。

圖4 滑坡體變形破壞模型簡圖Fig.4 Schematic section of transformation and destruction of the landslide body

圖5 滑體反演分析FOS-c關(guān)系圖Fig.5 FOS-c inverse analysis on landslide body

圖6 滑體反演分析FOS-φ關(guān)系圖Fig.6 FOS-φinverse analysis on landslide body

表1 滑坡體反演分析成果表Table 1 Results from the inverse analysis of landslide body

目前，該區(qū)域進(jìn)入了蠕滑變形階段，穩(wěn)定系數(shù)＜1?；麦w沿同一方向、同一滑動(dòng)帶反復(fù)滑動(dòng)，滑動(dòng)帶長期處于飽水狀態(tài)，其滑動(dòng)力學(xué)機(jī)制相當(dāng)于飽和土體反復(fù)剪切過程，且與滑坡體厚度有關(guān)［2］。強(qiáng)變形區(qū)域滑坡體的平均厚度為6.5 m左右，依據(jù)滑坡體的厚度與內(nèi)聚力c的關(guān)系，確定滑動(dòng)帶內(nèi)聚力為6.5 kPa，穩(wěn)定系數(shù)取0.98，則相應(yīng)的滑動(dòng)帶的抗剪強(qiáng)度參數(shù) φ為10.5°。

依據(jù)滑動(dòng)帶土的試驗(yàn)成果及反演分析結(jié)果，確定滑坡滑動(dòng)帶內(nèi)聚力為7 kPa，抗剪強(qiáng)度參數(shù)φ為10°。

(3)穩(wěn)定性計(jì)算與評價(jià)。選取代表性剖面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算工況為天然工況和暴雨工況兩種情形(圖7、圖8)，計(jì)算結(jié)果見表2。

圖7 代表性剖面滑坡體天然工況下計(jì)算模型簡圖Fig.7 Calculation model of typical landslide body section under natural circumstances

通過對典型剖面進(jìn)行計(jì)算，可知該滑坡體在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.16，處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在持續(xù)暴雨作用下，穩(wěn)定系數(shù)為1.03，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，存在失穩(wěn)可能，將威脅當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全。

4 防治對策研究

滑坡治理工程應(yīng)遵循“技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境協(xié)調(diào)”等原則，滑坡治理措施主要有兩種類型［3］:一類是提高抗滑力，另一類是減少下滑力。提高抗滑力的措施有支擋結(jié)構(gòu)阻滑，如抗滑樁、錨拉樁、重力式抗滑擋土墻等，還有前緣壓腳、阻滑段堆石及提高滑面抗剪強(qiáng)度等措施。減少下滑力的工程措施主要是削坡減載、地表地下截排水。

針對本項(xiàng)目具體情況，滑坡體中后緣分布居民樓，滑坡體影響范圍前緣為交通要道，如果采取削坡減載措施，會存在拆遷房屋、影響交通的問題，因此考慮提高抗滑力的治理措施。通過對滑坡體前緣壓腳、提高滑面抗剪強(qiáng)度、布設(shè)抗滑樁等措施的施工難易程度、施工條件便利性等方面對比，采用布設(shè)抗滑樁+截排水措施提高滑坡體穩(wěn)定性是本項(xiàng)目最佳方案。

5 結(jié)語

滑坡是山區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害，滑坡失穩(wěn)對工程建設(shè)構(gòu)成直接危害，甚至將造成人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的重大損失，工程建設(shè)選址規(guī)劃應(yīng)避開滑坡體影響，如工程必須經(jīng)過滑坡體，需對其進(jìn)行工程治理，再進(jìn)行其他工程建設(shè)。

［1］ 中華人民共和國建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范:GB 50021—2001［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］ 林在貫，高大釗，顧寶和，等.巖土工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范:GB 50330—2013［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.