削填方滑坡成因及坡上建房治理研究

唐 威， 燕永鋒， 劉兵川

(昆明理工大學，云南昆明 650093)

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削填方滑坡成因及坡上建房治理研究

唐 威， 燕永鋒， 劉兵川

(昆明理工大學，云南昆明 650093)

滑坡是成災后果嚴重的地質災害，經常會導致交通中斷和摧毀村莊、掩埋農田等，造成較大的經濟損失[1]。我國國土面積廣袤，也是山地大國[2]，而山區地形又為滑坡的形成提供了地貌條件。隨著經濟的發展，山區居民新建、擴建房屋數量迅速增加，然而山區適宜建造房屋的平坦空地卻比較緊張，居民為了創造出適宜建房的平地，出現了大量的“削高填低”平臺。但填土的松散性再加上雨水作用的情況下，該種將天然邊坡通過削方、填方方式形成的平臺極易形成滑坡。因此，研究削、填方滑坡的成因及在坡上建房的治理措施有很重要的理論和現實意義。

目前，研究天然滑坡、填土滑坡的報道較多，如賀國京等[3-6]對填土滑坡的穩定性及防治措施進行了研究；周創兵等[7-10]對天然滑坡的成因機制、穩定性及防治措施進行了相關研究；殷坤龍等[11]綜述了國際滑坡的研究現狀。但是對山區削方、填方形成的滑坡成因機制和對在該種滑坡上建房采取的防治措施研究較少，為此，筆者研究了云南省麗江市永勝縣濤源鎮12紅東5戶削方、填方滑坡的成因機制及在其上建房采取的防治措施，以期為山區類似成因滑坡的防治及對坡上建造房屋存在的威脅采取治理措施提供參考。

1研究區滑坡概況

圖1　濤源鎮滑坡典型剖面簡化示意Fig. 1　 Typical section of the cut and fill slope landslide in Taoyuan Town

圖2　裂縫拉裂與滑坡滑動Fig. 2　Cracking and sliding of slope landslide

1.1滑坡現狀概述云南省麗江市永勝縣濤源鎮12紅東5戶為云南華電魯地拉電站移民計劃，移民房屋新建于該鎮所在地的一處斜坡上，將斜坡上部開挖，下部回填，再將其整平作為新建房屋場地(圖1)。永勝縣濤源鎮12紅東5戶地塊于2013年3月開始施工，但是基礎完成后發生開裂，產生大量裂縫。且所有裂縫拉裂方向與滑坡滑動方向一致(圖2)。滑坡總體向北西向傾斜，主滑方向328°，坡度1°～5°，呈扇形。滑坡在溝左岸形成臨空面，臨空面高15～25 m。該滑坡直接威脅坡體上擬建、已建建筑物和二級公路1條，可能造成直接經濟損失約220萬元，受威脅固定資產總額約500萬元，必須采取相應的治理措施。

1.2研究區滑坡巖土體特征根據現場勘察揭露，研究區鉆探深度內分布3層土，自上而下分述如下：

(1)素填土(Q4ml)。褐黃色，松散，干燥-稍濕，主要由粉質粘土、碎石經人工回填而成，部分土體欠固結，成分較均勻，層厚最大為8.6 m，最小為1.2 m，平均厚度為6.9 m，分布于溝床左岸坡頂及公路左側坡體地段，填埋均勻，底部含塊石。成因主要為濤源鎮移民工程開工建設以來進行的地基開挖及二級公路建設工作開挖殘坡積層(Q4el+dl)產生的含碎石角礫粉質粘土。

(2)粉質粘土(Q4el+dl)。灰褐色粉質粘土，軟塑-可塑狀，干強度和韌性低。壓縮系數a1-2=0.201 MPa-1。地基土承載力特征值fak=170 kPa。

(3)粉質粘土(Q4el+dl)。灰褐色粉質粘土，軟塑-可塑狀，干強度和韌性低。壓縮系數a1-2=0.206 MPa-1。地基土承載力特征值fak=190 kPa。

2滑坡成因及穩定性分析

2.1定性分析及評價

2.1.1地形地貌。研究區地表切割較強,坡前溝床相對高差達25 m左右,堆填區形成較大的臨空面且坡度較陡。提供了滑坡形成的重要因素。

2.1.2地層巖性。由于填土與粉質粘土物理性質差異較大，層面坡度較陡，易在層面形成潛在滑動面，填土未固結完成、孔隙比較大、土質較松散。

2.1.3雨水影響。降雨是導致邊坡失穩的主要激發因素。在長時間或強降雨條件下,不僅使表層土體飽水軟化,而且入滲后沿填土與原生土構成的軟弱面逕流排泄,降低了滑體與滑床間的摩阻力,使結構面貫通、土體自重增加、抗剪強度降低,易引起滑動變形破壞。

2.1.4人類工程活動。研究區滑坡人類工程活動主要表現為移民建設項目和二級公路建設，對階地進行2次回填。在溝床邊緣填土高度為5～8 m，滑坡總高度為20～25 m，工程建設破壞了原有地質環境條件，大量開挖和回填破壞了原地形地貌和排泄系統，同時在回填后未實施規范的碾壓夯實，以及滑坡區內及周邊排水系統不夠完善，致使周邊匯集的雨水、地表水入滲坡體，導致邊坡坡體上松散的人工填土被沖刷浸泡，使填土弱化，降低了坡體物質的內聚力，破壞了坡體的穩定性及其應力平衡，導致本就脆弱的地質環境條件惡化從而形成現狀下的滑坡。

2.2定量分析及評價采用通用邊坡滑塊剩余下滑推力傳遞系數法進行計算。對該邊坡按復雜土層土質邊坡進行分析計算。

(1)計算參數。選定各層土體計算指標取值見表1。

表1　各層土體計算指標取值

注：*為工程地質類比值或經驗參考值。

Note:*was specific value of engineering geology of reference value of experience.

(2)計算公式。選擇折線法進行計算，利用力矩平衡條件把條間豎向剪力表示成水平推力的函數。計算公式采用《滑坡防治工程設計與施工技術規范》中滑動面為折線法公式，按下式計算邊坡穩定性系數：

Kf=

其中

Rn=(Wn[(1-rU)cosαn-Asinαn]-RDn)tgφn+CnLn

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

式中，Wi、Li、αi、βi、Ci、φi分別為第i塊滑體的重量、第i塊滑體滑面長度、第i塊滑體滑面傾角、第i地下水流向、第i塊滑體滑面上粘聚力及Φ；ψj為第i塊滑體的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(j=i)；ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)·tanφi+1；rU為孔隙壓力比；A為地震加速度(重量加速度g)；TDi為滲透壓力產生的平行滑面分力，TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)；RDi為滲透壓力產生的垂直滑面分力，RDi=γwhiwLisinβisin(αi-βi)；Kf為穩定系數。

(3)滑坡穩定性計算結果。天然狀態下該滑坡剖面計算穩定安全系數為0.996，現狀處于欠穩定～失穩狀態。在各不利工況下，最大剩余下滑力為619.082kN/m。

2.3穩定性分析坡體用定性分析和定量計算的方法分別進行了穩定分析評價，坡體現狀下處于欠穩定～失穩狀態。若再對其進行加載或開挖或在地震和暴雨情況下，會造成滑坡進入加速變形階段從而失穩下滑，形成填土滑坡。

3滑坡防治措施

3.1方案比選通過勘查后研究分析,對永勝縣濤源鎮12紅東5戶地塊滑坡提出了相應的2套防治方案：方案1是將填土整體開挖，達到原生地層，再對地基進行換填處理，分層碾壓；方案2是“抗滑樁+攔擋壩+排水系統+邊坡削坡”。

3.2方案1的優缺點方案1的優點是對地基土整體換填，可避免滑坡的威脅，再對填土進行換填，分層碾壓，可一定程度上減少由于填土不均勻沉降造成的危害。工程投資較少。

方案1的缺點是開挖方量較大，施工難度大，而且滑坡后緣居民建筑已經全部竣工，部分居民已搬入新址，若進行地基換填，將會造成不必要的損失。而且滑坡前緣仍然會形成臨空面，存在很大的安全隱患。

3.3方案2的優缺點方案2的優點是能夠有效地防止滑坡進一步發展，保持邊坡的整體穩定性，保護后緣居民建筑不因滑坡滑動而發生倒塌。坡體表面排水工程能有效排出地表水，防止坡體土層因降雨等因素而導致的容重增大的現象。坡面生物防治能夠有效防治水土流失，降低坡前沖溝形成泥石流的可能性。

方案2的缺點是針對滑坡進行防治工程設計,未考慮填土沉降問題,場地建設適宜性差。如需進行房屋建設,應對地基采取地基換填的形式進行處理,再行修建。

3.4最終治理方案經過研究對比分析，在同時兼顧工程投資和施工工期的情況下，對研究區滑坡采用“抗滑樁+攔擋壩(防止沖溝溯源侵蝕)+排水系統(邊坡整體地表排水)+邊坡削坡(放坡處理及生物措施)”的治理方案(方案2)。

3.4.1抗滑樁。于滑坡前緣處布設1排抗滑樁，共16棵, 樁心距為6.0m，樁截面為1.5m×2.0m。其中，A型樁2棵，樁長為12.0m，配筋率為2.00%；B型樁5棵, 樁長為15.0m，配筋率為1.03%；C型樁5棵, 樁長為15.0m，配筋率為1.80%；D型樁4棵, 樁長為22.0m，配筋率為1.90%(表2)。

表2　抗滑樁計算

3.4.2攔擋壩。滑坡剪出口的河溝處設置攔擋壩，壩高為7.0 m，壩長為24.6 m，頂寬為1.0 m，迎水坡比為1∶0.3，背水坡比為1∶0.2。抗滑移驗算：Kc2=1.463>1.3;抗傾覆驗算：K0=6.953>1.5;地基承載力驗算值為113.57 kPa。

3.4.3截排水措施。于滑坡后緣設置1條截水溝截斷地表水入滲至坡體內；在抗滑樁與公路之間設置1條排水溝。

3.4.4邊坡削坡。為了降低滑坡前緣較陡的坡度，需要對滑坡進行削坡處理。為了工程的整體美觀，整個滑坡削坡坡度均采用坡比1∶2.0。削坡完成后對整個坡體采取植草措施進行防治，并采用土工布對坡體進行覆蓋,防止降雨下滲,增大坡體容重,導致坡體穩定性降低。

3.5治理后評價該研究區滑坡治理工程于2014年12底完工，據現場的監測數據，滑坡及房屋的沉降、位移均在規范要求范圍內。治理工程的實施使滑坡的潛在危害得到有效控制。

4結論及建議

4.1結論研究區坡體現狀下處于欠穩定～變形狀態，但是強烈地震或持續強降雨會導致滑坡失穩，導致坡體上5戶及后緣已建好的4戶面臨生命財產安全威脅。滑坡主要成因為地形、地層(松散填土)、降雨入滲、人類工程活動(削、填建房、加載)。通過“抗滑樁+攔擋壩+排水系統+邊坡削坡”的治理方案是成功的，能有效治理該類型滑坡。

4.2建議人類建設活動過程中，應盡量不破壞原生坡，避免開挖坡腳，并加強坡面綠化及植被保護；盡可能少削、填方建房，若必須削方和填方，則不宜開挖出較陡和堆填出過陡的臨空面；填土必須分層碾壓夯實，待固結沉降穩定后再行修建；在填土上進行工程建設前，要對填土做必要的檢測和穩定性評價，對其工程建設的可行性進行研究分析；治理填土滑坡時宜在旱季進行，不宜在雨季施工，避免發生二次災害。

參考文獻

[1] 王恭先.滑坡防治工程措施的國內外現狀[J]．中國地質災害與防治學報，1998，1(9)：1-9.

[2] 崔鵬.中國山地災害研究進展與未來應關注的科學問題[J]．地理科學進展，2014,33(2)：145-152.

[3] 賀國京，李月峰，易錦，等.高填土邊坡穩定性影響因子分析[J]. 湖南交通科技,2012,38(3):11-13.

[4] 胡亮建.基于變形分區的人工填土邊坡穩定性分析[J]．中國水運,2010,10(2):119-120.

[5] 應宏偉，潘秋元.某大型填土工程滑坡機理分析與治理[J]．巖土工程學報,2002,24(2):198-201.

[6] 肖裕生，薛其山.南京一填土邊坡穩定性分析和評價[J]．城市勘測,2008,1(3):149-152.

[7] 周創兵，李典慶.暴雨誘發滑坡致災機理與減災方法研究進展[J]．地球科學進展,2009，24(5):477-487.

[8] 李善峰. 崩塌滑坡地質災害治理方法的研究進展[J]．中國地質災害與防治學報,2005，16(1):124-126.

[9] 張倬元.滑坡防治工程的現狀與發展展望[J]．地質災害與環境保護,2000，11(2):89-97.

[10] 樊懷仁,郭睿.滑坡災害防治技術回顧與展望[J]．煤田地質與勘探,2002，30(4):47-48.

[11] 殷坤龍,韓再生,李志中.國際滑坡研究的新進展[J]．水文地質工程地質,2000，1(5):1-3.

摘要對云南省麗江市永勝縣濤源鎮一處部分削方部分填方形成的填土滑坡成因進行了分析，并對滑坡上建造房屋造成的威脅提出了治理措施。結果表明，研究區滑坡主要成因為地形、地層(松散填土)、降雨入滲、人類工程活動(削、填建房、加載)；通過“抗滑樁+攔擋壩+排水系統+邊坡削坡”的治理方案是成功的，能有效治理該類型滑坡。

關鍵詞削方；填方；滑坡；成因分析；治理措施

Causation of the Cut and Fill Slope Landslide and Management of Building on the Slope

TANG Wei, YAN Yong-feng, LIU Bing-chuan(Kunming University of Science and Technology,Kunming,Yunnan 650093)

AbstractCausation of the cut and fill slope landslide was analyzed in Taoyuan Town, Yongsheng County, Lijiang City, Yunnan Province. Management measures for building on the slope were put forward. Results showed that before engineering construction, it was necessary to detect and evaluate the stability of fill, and to analyze the feasibility of engineering construction. Management of cut and fill slope landslide should be carried out in dry season in order to avoid secondary disaster.

Key wordsCut; Fill; Landslide; Causation analysis; Control measures

收稿日期2015-12-14

作者簡介唐威(1988- )，男，湖南岳陽人，助理工程師，碩士，從事環境地質、礦產地質研究。

中圖分類號S 429；P 694

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-200-03