長沙市望城區(qū)丁字鎮(zhèn)船行灣山滑坡穩(wěn)定性評價(jià)及工程治理研究

彭釗，張慧，黃棟良（湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007）

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長沙市望城區(qū)丁字鎮(zhèn)船行灣山滑坡穩(wěn)定性評價(jià)及工程治理研究

彭釗*，張慧，黃棟良
（湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007）

摘 要隨著國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國家對滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理越來越重視。滑坡穩(wěn)定性評價(jià)和工程治理方法也進(jìn)一步發(fā)展，本文列舉了常用的滑坡穩(wěn)定性評價(jià)和工程治理方法，并以船行灣山滑坡治理為例，采用瑞典條分法對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)及滑坡推力計(jì)算，并采用坡面排水、擋土墻結(jié)合錨桿格構(gòu)梁對滑坡進(jìn)行綜合治理，達(dá)到了消除滑坡隱患，改善人居環(huán)境的治理效果。

關(guān)鍵詞滑坡穩(wěn)定性評價(jià)；瑞典條分法；擋土墻；錨桿格構(gòu)梁

滑坡治理工程是巖土工程的一個(gè)重要領(lǐng)域，涉及到工程數(shù)學(xué)、力學(xué)、工程地質(zhì)等多個(gè)學(xué)科。隨著人們對滑坡研究的深入，各國間學(xué)術(shù)交流的頻繁，數(shù)理力學(xué)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程中的廣泛應(yīng)用，一些新思路、新方法在滑坡穩(wěn)定性研究和災(zāi)害預(yù)報(bào)中應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)資料，邊坡穩(wěn)定性分析方法大致可分為5類：定性分析方法、定量評價(jià)方法、不確定性分析方法、確定性和不確定性方法的結(jié)合方法、物理模擬方法。定量評價(jià)方法包括極限平衡方法和數(shù)值分析方法，極限平衡方法可分為瑞典條分Fellenius(1936)法，Bishop(1955)法，Janbu(1973)法(J法)，Morgenstern和Price(1965)法(M-P法)、Spencer(1967)法(S法)、Sarma(1973)法，后來Chen和Morgenstern（1983）等人對其進(jìn)行了發(fā)展，基本上形成了比較完整的理論體系。

滑坡典型的支擋結(jié)構(gòu)主要包括土釘墻、擋土墻、錨桿格構(gòu)梁、預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁、錨索抗滑樁等支撐和錨固結(jié)構(gòu)，是用來支撐、加固填土或山坡土體，防止其塌滑以保持穩(wěn)定的一種建筑物。在鐵路、公路路基工程中，支擋結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定路堤、路塹、隧道洞口以及橋梁兩端的路基邊坡等，主要用于承受土體側(cè)向土壓力。在水利、礦場、房屋建筑等工程中，支擋結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于加固山坡、基坑邊坡和河流岸壁。當(dāng)以上工程或其他巖土工程遇到滑坡、崩塌、巖堆體、落石、泥石流等不良地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，支擋結(jié)構(gòu)主要用于加固或攔擋不良地質(zhì)體。

長沙市望城區(qū)丁字鎮(zhèn)船行灣山滑坡為小型土質(zhì)滑坡，穩(wěn)定性評價(jià)方法采用瑞典條分Fellenius（1936）法，治理采用截排水溝、擋土墻及錨桿格構(gòu)的綜合治理方案，達(dá)到了消去滑坡隱患，提升人居環(huán)境的效果。

1　滑坡概況

1.1 滑坡規(guī)模及形態(tài)特征

長沙市望城區(qū)丁字鎮(zhèn)船行灣山滑坡呈南北向分布，滑動(dòng)方向呈正東向，大體呈半圓形，坡腳緊靠灌溉水渠，坡頂緊靠書堂山小學(xué)東側(cè)道路。該滑坡長為190 m，寬15～25 m,坡腳高程48.31～50.2 m，坡頂高程60.0～63.30 m，相對高差約12 m，滑坡方量約為2.85萬m3,滑動(dòng)方向?yàn)?9°，為小型土質(zhì)滑坡，主要的變形跡象為坡體局部的垮塌、居民房屋及學(xué)校圍墻的裂縫，主要的破壞模式為土層內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)破壞。滑坡坡主要威脅對象為248名師生，及2棟教學(xué)樓、1棟教師宿舍、坡腳230 m灌溉的運(yùn)行安全和100多畝農(nóng)田的正常耕種，面臨的潛在經(jīng)濟(jì)損失約700萬元，施工難度一般。按《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T0219—2006）滑坡防治工程分級表，確定船行灣山滑坡防治工程等級為Ⅱ級（圖1、2、3）。

圖1　滑坡全貌及其威脅對象Fig.1 The landscape of the landslides and its threat objects

圖2　滑坡前緣垮塌Fig.2 The collapse in the leading edge

圖3　滑坡體上房屋開裂Fig.3 The houses cracking in the landslide

1.2 工程地質(zhì)條件

通過勘查，綜合區(qū)域資料，查明擬建場地分布巖土層有：素填土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等，按其工程特性及指標(biāo)，共劃分為3個(gè)工程地質(zhì)層。現(xiàn)自上而下分述如下：

（1）素填土①（Q4ml）：褐黃色、褐紅色，稍濕—濕，主要由花崗巖殘積土等組成，系新近人工堆填而成，密實(shí)度不均勻，松散—稍密，未完成自重固結(jié)，層厚1.00～5.30m。

（2）粉質(zhì)粘土②（Qel）：褐黃色、灰白色，殘留約20～30%石英顆粒,可見云母片及條帶狀灰白色長石風(fēng)化物，稍濕，硬塑，稍光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，層厚6.30～7.50m。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)經(jīng)驗(yàn)，承載力特征值為180 kpa。

(3)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（γ）：灰白色，大部分礦物風(fēng)化變質(zhì)，其中鉀長石風(fēng)化后呈砂狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖塊用手易折斷，巖芯呈土柱狀及碎塊狀，最大揭露厚度10.10 m。根據(jù)巖石試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)經(jīng)驗(yàn)，承載力特征值為380 kpa。

1.3 巖土體物理力學(xué)特性

計(jì)算采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)合理與否，是計(jì)算評價(jià)邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其中滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)C、φ取值更是關(guān)系重大。本次計(jì)算滑面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、反演分析、工程類比及參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等來綜合確定（表1）。

表1　穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)綜合推薦表Table 1 The recommendation table of stability calculation parameters

2　滑坡穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià)

2.1 計(jì)算方法

滑坡可能的破壞形式，為圓弧滑動(dòng)及局部小型崩塌，對該邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采取圓弧滑動(dòng)法的瑞典條分法計(jì)算方法，滑動(dòng)面為圓弧形(圖4）。

圖4　瑞典條分法（圓弧型滑動(dòng)面）Fig.4 Sweden slice method(circular arc sliding surface)

（1）滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

其中：

滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力 RDi：

式中：Wi—第i條塊的重量（kN/m）；

Ci—第i條塊的內(nèi)聚力（kPa）；

φi—第i條塊內(nèi)摩擦角（°）；

Li—第i條塊滑面長度（m）；

αi—第i條塊滑面傾角（°）；

βi—第i條塊地下水流向（°）；

A—地震加速度(重力加速度g)；

K

f—穩(wěn)定系數(shù)。

若假定有效應(yīng)力

其中γU是孔隙壓力比，可表示為：

簡化公式：

（2）滑坡推力計(jì)算公式：

對剪切而言：

對彎矩而言：

其中：Hs、Hm—推力（kN）；

Ks—設(shè)計(jì)的安全系數(shù)；

Ti—條塊重量在滑面切線方向的分力。

2.2 計(jì)算模型的選取

計(jì)算目的是為滑坡穩(wěn)定性評價(jià)及防治提供依據(jù)。計(jì)算時(shí)，考慮自重和自重+暴雨兩種工況。由于本區(qū)地震烈度為Ⅵ度，地殼屬基本穩(wěn)定區(qū)，因此不考慮自重+地震工況。分析計(jì)算的荷載主要有：滑坡體自重和暴雨?duì)顩r下的滑體容重。分以下兩種情況：

①工況Ⅰ：自重（天然狀況）

②工況Ⅱ：自重+暴雨

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及勘探揭露，潛在滑面為粉質(zhì)粘土層，沿坡腳附近滑動(dòng)，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算選取2-2'剖面、3-3'剖面、4-4'為計(jì)算剖面潛在滑面進(jìn)行計(jì)算，并對可能的潛在滑面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，詳見圖5、6、7、8。

圖5　勘查及治理工程平面圖布置Fig.5 The plan arrangement of the exploration and management project

圖6　2-2'剖面穩(wěn)定性計(jì)算簡圖Fig.6 The stability calculation schematic of profile 2-2’

圖7　3-3'剖面穩(wěn)定性計(jì)算簡圖Fig.7 The stability calculation schematic of profile 3-3’

圖8　4-4'剖面穩(wěn)定性計(jì)算簡圖Fig.8 The stability calculation schematic of profile 4-4’

2.3 滑坡穩(wěn)定性評價(jià)

滑坡推力計(jì)算中設(shè)計(jì)安全系數(shù)，考慮該滑坡的重要性及危害性，前已述及，該滑坡防治工程級別為Ⅱ級，參照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0219—2006)表5，選取該滑坡防治工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)如下：

工況Ⅰ：采用Ks(安全系數(shù))=1.25

工況Ⅱ：采用Ks(安全系數(shù))=1.10

在穩(wěn)定性計(jì)算的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)規(guī)范，采用瑞典條分法和上述對應(yīng)工況的安全系數(shù)，進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果匯總于表2。

根據(jù)表2，按《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143—2003）滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)（穩(wěn)定系數(shù)Fs≥Ks為穩(wěn)定，Ks＞Fs≥1.05基本穩(wěn)定，1.05＞Fs≥1.0為欠穩(wěn)定，F(xiàn)s＜1.0為不穩(wěn)定，Ks為設(shè)計(jì)安全系數(shù)）。因此該滑坡在自重工況下，2-2'、4-4'剖面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，3-3'剖面處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+暴雨工況下，2-2' 、3-3' 、4-4'剖面均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2　縱剖面2-2'、3-3'、4-4'穩(wěn)定性及滑坡推力計(jì)算成果Table 2 The stability and calculation of landslide thrust in profile 2-2’,3-3’,4-4’

3　治理方案

3.1 治理原則

（1）治理工程必須針對滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成發(fā)育規(guī)律，制定切實(shí)可行且安全有效的工程方案。

（2）治理方案應(yīng)選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強(qiáng)的方案。（3）因地制宜，就地取材，節(jié)省防治費(fèi)用。（4）防止坡體水土流失，治理后做到綠色、環(huán)保。

3.2 治理工程布置

根據(jù)望城區(qū)丁字鎮(zhèn)船行灣山滑坡的勘查成果和前面的分析，在充分掌握滑坡影響因素、穩(wěn)定性狀況以及危害對象等的基礎(chǔ)上，采取“截排水溝+擋土墻+錨桿格構(gòu)梁+水渠護(hù)岸+監(jiān)測工程”的綜合治理方案（圖9）。

圖9　典型剖面設(shè)計(jì)圖Fig.9 Design diagram of the typical profile

治理方案工程具體布置如下：

（1）截排水溝工程：沿坡體后緣修建M7.5漿砌片石截水溝；在坡體中部沿道路左側(cè)修建C20砼路基邊溝；在2-2'、4-4'剖面處修建M7.5漿砌片石踏步式跌水溝，將邊溝匯集的地表水引入坡腳灌溉水渠。另外，為消減水流沖擊力及防止排水溝淤積，在截水溝拐彎處、截水溝入水渠處及跌水溝入水渠處，修建沉砂井六個(gè)。

（2）擋土墻工程：為穩(wěn)固坡腳及恢復(fù)鄉(xiāng)村公路路基寬度，沿滑坡坡腳設(shè)置4 m高直立式M7.5漿砌片石護(hù)腳墻穩(wěn)固坡腳，墻體頂寬2.0 m，底寬2.73 m，基礎(chǔ)埋深不小于1 m。擋土墻墻背回填完成后，砍挖坡體上灌木叢，清除坡體表面浮土，挖臺階填筑路基。

（3）錨桿格構(gòu)梁護(hù)坡工程：為保證坡體穩(wěn)定，將2-2'與5-5'剖面范圍坡面采用錨桿格構(gòu)梁防護(hù)，穩(wěn)固坡體，格構(gòu)梁采用C30砼澆筑，截面尺寸為30×40 cm，水平間距為2.0 m，豎向間距為2.0 m，在格構(gòu)梁結(jié)點(diǎn)處設(shè)置錨桿，錨桿主筋采用Φ32鋼筋，錨孔直徑為Φ130 mm，俯角25°，錨桿長度為12 m。

（4）水渠護(hù)岸工程：為防止水流沖刷擋墻基礎(chǔ)，沿滑坡坡腳即灌溉水渠左岸砌筑M7.5漿砌片石護(hù)岸，護(hù)岸高1.8 m，基礎(chǔ)埋深0.8 m，墻厚0.5 m。

（5）隔離柵工程：在道路右側(cè)坡頂設(shè)置1.9 m高隔離柵，防止小學(xué)生進(jìn)入坡面玩耍，墜入灌溉水渠。

（6）監(jiān)測工程：根據(jù)滑坡特征，在坡體、擋土墻頂、錨桿格構(gòu)梁上布置二等位移監(jiān)測點(diǎn)3個(gè)，同時(shí)進(jìn)行水平位移和垂直位移監(jiān)測，位移監(jiān)測采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測。錨桿應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)3個(gè)，用于監(jiān)測工程完工后錨桿應(yīng)力變化。

3.3 治理效果

（1）船行灣山滑坡治理工程竣工至今已兩年多，兩年多的監(jiān)測結(jié)果顯示，滑坡地表位移及錨桿應(yīng)力變化值均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，滑坡體已趨于穩(wěn)定，到達(dá)了消除滑坡隱患的目的。

（2）滑坡范圍及周邊生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善，坡面植被重新生長，坡腳水渠灌溉功能得到加強(qiáng)，曾經(jīng)垮塌的鄉(xiāng)村道路現(xiàn)已暢通無阻。

圖10　治理后效果圖Fig.10 The rendering after treating engineering

（3）滑坡治理后產(chǎn)生了較好的社會(huì)效益，改善了書堂山中心小學(xué)的教學(xué)環(huán)境及當(dāng)?shù)卮迕竦木幼…h(huán)境，得到了師生及村民的好評。

4　結(jié)語

（1）船行灣山滑坡屬小型土質(zhì)滑坡，采用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)及推力計(jì)算，方法選取恰當(dāng)，計(jì)算結(jié)果與滑坡實(shí)際變形狀態(tài)相符。

（2）滑坡采取“截排水溝+擋土墻+錨桿格構(gòu)梁+水渠護(hù)岸+監(jiān)測工程”的綜合治理方案，治理效果較好，達(dá)到了消除滑坡隱患，優(yōu)化人居環(huán)境的目標(biāo)。

（4）工程案列對此類型滑坡治理有較高的參考與借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)/Reference

[1]《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0218—2006）.

[2]《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T0219—2006）.

[3]鄭穎人，陳祖煜等，《邊坡與滑坡工程治理》（第二版），[M]，2010.8.

[4]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，（GB50007—2011）.

[5]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2013）.

Study on Landslide Stability Evaluation and Engineering Management in Chuanxingwan Hill,Dingzi,Wangcheng,Changsha

Peng Zhao,Zhang Hui,Huang Dongliang
(Hunan Research Academy of Geological Sciences,Changsha Hunan 410007)

Abstract:With the national socio-economic development,China takes more and more attention on treatment of landslide disaster.Landslide stability evaluation and engineering treatment method have further developed.The paper cites the usual landslide stability evaluation and engineering treatment method,and takes the landslide treatment of chuanxingwan hill for example,uses the swedish slice method for stability evaluation and landslide thrust calculation,and uses external drainage,earth-retaining wall and anchor lattice beam for comprehensive landslide treatment.Through the landslide treatment,the effect of eliminating landslide disaster and improving the living environment has reached.

Key Words:stability evaluation of landslide;swedish slice method;earth-retaining wall;anchor lattice beam

收稿日期：2016-1-15；改回日期：2016-3-2。

*第一作者簡介彭釗，男，1983年生，巖土工程專業(yè)，工程師，研究方向：水工環(huán)地質(zhì)。E-mail:94685883@qq.com

文章編號：1672-5603（2016）01-053-6

中圖分類號：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A