浠水縣關(guān)山福利院滑坡分析評價及防治對策建議

吳鵬飛, 訚 遙, 朱存金

((1.湖北省地質(zhì)局 第三地質(zhì)大隊,湖北 黃岡 438000; 2.中國地質(zhì)大學(武漢),湖北 武漢 430070)

浠水縣關(guān)山福利院滑坡分析評價及防治對策建議

吳鵬飛1, 訚 遙1, 朱存金2

((1.湖北省地質(zhì)局 第三地質(zhì)大隊,湖北 黃岡 438000; 2.中國地質(zhì)大學(武漢),湖北 武漢 430070)

通過對關(guān)山福利院滑坡進行地質(zhì)勘查與地面測繪,查明滑坡的基本形態(tài)和變形特征,研究其成因機制,在穩(wěn)定性評價的基礎上,對關(guān)山福利院滑坡提出格構(gòu)錨桿+擋土墻+截排水溝+坡面綠化及裂縫填充的防治措施建議。

滑坡;穩(wěn)定性評價;變形特征;成因機制;滑坡防治

隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展,人類工程活動日益頻繁、規(guī)模日益增大,地質(zhì)災害頻發(fā)。國外早在20世紀20年代就開始了滑坡災害防治的研究,中國在建國后也逐步開始滑坡等地質(zhì)災害防治技術(shù)的研究。目前滑坡的穩(wěn)定性評價、推力計算有多種方法,筆者采用傳遞系數(shù)法對關(guān)山福利院滑坡進行了穩(wěn)定性計算,根據(jù)其特征及穩(wěn)定性綜合評價結(jié)果提出合理的防治措施建議。

關(guān)山福利院滑坡位于浠水縣丁司垱鎮(zhèn)分流鋪村,距離浠水縣城約8 km,其西南側(cè)約150 m為省道S308。該滑坡為一小型土質(zhì)滑坡,體積約為1.0×104m3。滑坡后緣為關(guān)山福利院。2015年4月7日,因清明節(jié)期間持續(xù)強降雨,導致該滑坡發(fā)生變形,造成進出關(guān)山福利院的道路封閉,威脅福利院內(nèi)75位老人及5位工作人員的生命財產(chǎn)安全,影響其正常生活,造成的社會影響也較大。因此,對該滑坡成因機制進行分析研究,提出合理的防治措施,具有較大的社會意義。

1 滑坡基本特征

1.1 形態(tài)特征

根據(jù)滑坡勘查和地面測繪,滑坡地貌特征明顯,滑坡形態(tài)整體呈“階梯狀”,滑坡體縱向上地形坡度呈折線型,總體坡度30°～40°,中下部相對較緩,坡度約30°～35°,后緣頂部即為關(guān)山福利院平臺,坡體局部見兩級小臺階。滑坡前緣高程90 m左右,寬約80～85 m,后緣高程約116 m,寬約75～80 m。滑體主滑方向約45°,高差約26 m。滑坡從橫向上看,地形起伏不大,相對較平緩。滑體平均寬約80 m,縱向長約32 m,滑體面積約2 560 m2,滑體平均厚度約4 m,體積約10 000 m3,為淺層小型土質(zhì)滑坡[1]。

1.2 變形特征

該滑坡變形范圍及滑坡邊界清晰。滑坡后緣為關(guān)山福利院大門口公路外側(cè)邊緣,后緣滑壁明顯(照片1),滑壁傾向北東,有明顯的下挫和滑移,形成的陡坎高約1～1.5 m,呈弧狀分布;滑坡西側(cè)邊界清楚,有明顯的下錯和垮塌現(xiàn)象;滑坡東側(cè)邊界發(fā)育剪切裂縫,呈斷續(xù)分布,裂縫走向約80°,延伸長度5～8 m,縫寬5～15 cm(照片2);滑坡前緣為坡下通村公路內(nèi)側(cè)坡腳,局部有垮塌現(xiàn)象。滑坡體上可見明顯馬刀樹和醉漢林發(fā)育。滑坡后緣公路外側(cè)有明顯拉張裂縫,裂縫走向順公路邊界,約為150°,長約15 m,縫寬10～20 cm,裂縫深度0.3～2 m(照片3)。在滑坡西側(cè)前緣可見一處地下水出露點(編號SW1),高程約為95 m,出水量約為0.05 L/s。

照片1 滑坡后緣形態(tài)特征Photo 1 After the landslide margin of morphological characteristics

照片2 滑坡剪切裂縫Photo 2 Landslide shear fracture

1.3 滑坡的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

照片3 滑坡后緣公路邊變形裂縫Photo 3 Landslide road trailing edge cracks

滑帶特征 根據(jù)坡體結(jié)構(gòu)、巖土體性質(zhì)以及變形跡象,坡體應為淺層滑動,滑帶為位于第四系與基巖接觸界面處的粉質(zhì)粘土夾碎塊石土,由于上部土體透水后,地下水滯留在基巖面之上,長期飽水后軟化形成軟弱結(jié)構(gòu)面。據(jù)鉆孔揭露地質(zhì)資料,滑坡體無明顯的滑帶,故未取到滑帶土進行物理力學性質(zhì)實驗。

滑床特征 根據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探資料,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,滑床為燕山期花崗閃長巖(γδ),灰白色,中—粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為長石、云母和少量石英[2];強度較高,局部節(jié)理裂隙發(fā)育,巖石表層多為強風化狀,風化后呈中—粗砂狀、碎塊狀,強風化層厚度為3～7 m。

2 滑坡影響因素與成因機制分析

2.1 變形影響因素

2.1.1 滑坡影響因素

關(guān)山福利院滑坡的形成包括內(nèi)在因素和外在因素,主要包括坡體的物質(zhì)組成、坡體結(jié)構(gòu)特征、暴雨和人類工程活動等。坡體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征,是滑坡形成的內(nèi)因,而降雨則是滑坡形成的直接外因。

(1) 地層巖性因素。關(guān)山福利院滑坡滑體主要為第四系堆積土及殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎塊石土,土石比7∶3,結(jié)構(gòu)相對松散;滑床為基巖(燕山期花崗閃長巖),屬相對隔水層。滑體滲透系數(shù)相對較大,地下水易下滲,基巖滑床阻隔了滑體土中地下水的下滲通道,在強降雨作用下,隨著地下水的下滲,在坡體內(nèi)易形成穩(wěn)定的滲流場,增大了滑體的滲透壓力;同時滑帶土為粉質(zhì)粘土,其自身抗剪強度較低,遇水浸泡后易軟化,由此可知,地層巖性因素是滑坡形成的物質(zhì)基礎。

(2) 地形地貌因素。關(guān)山福利院滑坡相對高差達20～30 m,坡面形態(tài)為較陡的直線型,坡角30°～40°。斜坡上局部發(fā)育陡坎,使坡體呈臺階狀分布,破壞了原有坡體的完整性,滑坡地形總體呈陡—緩—陡型,中后部地形較陡,坡體中部稍緩,滑坡前緣由于人工切坡修筑村級公路,形成局部1～2 m的陡坎臨空,這種斜坡形態(tài)為滑坡的形成創(chuàng)造了有利的空間地形條件。

(3) 降雨因素。滑坡變形發(fā)生于清明節(jié)強降雨之后,坡體后緣福利院外側(cè)排水溝排水直接進入坡體,暴雨入滲使滑體充分飽和,重度增加,在滑面處形成地下水滲流面,產(chǎn)生動水壓力,同時暴雨入滲降低了滑面土體的力學性質(zhì),因此,暴雨的作用增大了下滑力,同時降低了坡體的抗滑能力,使坡體穩(wěn)定性變差。本次現(xiàn)場調(diào)查,滑坡體東側(cè)前緣仍見有滲水現(xiàn)象。說明水的作用是滑坡變形的主要誘發(fā)動力因素。

(4) 人類工程經(jīng)濟活動因素。滑坡區(qū)人類工程活動主要為建房以及修公路人工切坡。建房對坡體加重了地表荷載;人工切坡修路使坡腳形成臨空面,容易造成應力集中,斜坡前緣的坍滑使上部失去支撐而隨著滑動變形。故人類工程活動對斜坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響,是滑坡局部甚至整體失穩(wěn)的重要外因。

2.2 成因機制分析

關(guān)山福利院滑坡為淺層土質(zhì)滑坡。坡體上發(fā)育有多處陡坎,使坡體呈臺階狀分布,破壞了原有坡體的完整性,滑坡地形總體呈陡—緩—陡型,中后部地形較陡,坡體中部稍緩,前緣陡坡臨空,這種斜坡形態(tài)為滑坡的形成創(chuàng)造了有利的空間條件。滑體物質(zhì)主要是粉質(zhì)粘土夾碎塊石。粉質(zhì)粘土遇水后,滲透性較低,其抗剪強度降低,易于形成滑面(帶)。2015年4月清明期間,浠水縣持續(xù)性強降雨,滑坡后緣大量地表水通過滑坡排泄,地表水一部分沿坡體表面向坡腳排泄,一部分從斜坡內(nèi)部下滲,地表水的下滲使坡體的重量不斷增大,由于滑床基巖(燕山期花崗閃長巖),屬相對隔水層,使地下水賦存于滑體中,從而在坡體內(nèi)形成穩(wěn)定的滲流場,增大滑體內(nèi)的滲透壓力,從而增大了滑體的下滑力。同時地下水的下滲,使滑帶土充分飽水,粉質(zhì)粘土遇水后其抗剪強度降低,從而降低了滑體的抗滑力。當降雨使坡體的下滑力增大到大于抗滑力的總和時,即滑動能量蓄積到一定程度時,坡體就會沿前緣剪出口產(chǎn)生蠕滑形成滑坡。由于滑體為剛度較小的殘坡積層,其變形破壞具有階段性和蠕變性,在地表就可見明顯變形破壞跡象。

關(guān)山福利院滑坡的形成大致經(jīng)過了三個階段:一是滑坡首先接受降雨及后緣匯集的地表水的不斷補給,坡體受持續(xù)暴雨補給形成地下水,這階段稱之為“下滑能力蓄積”過程,這個過程所用時間的長短跟降雨有著直接關(guān)系,降雨強度大,其所用的時間則短,反之則長;二是持續(xù)的降雨產(chǎn)生了地下水作用效應,表現(xiàn)為下滑力不斷增大,當坡體土層充分飽水時,在滑面也形成了地下水滲流面,滑面強度急劇下降,抗滑力也隨之下降,在后緣區(qū)產(chǎn)生拉裂縫現(xiàn)象;三是當抗滑力小于下滑力時滑體中前部發(fā)生拉裂剪切變形,形成了第三階段——整體蠕滑破壞階段,此階段滑動面逐漸形成和貫通,表現(xiàn)為滑坡各部位出現(xiàn)變形破壞裂縫,前緣剪出口貫通,該階段又稱為貫通性破壞階段。目前滑坡處于蠕滑破壞階段,若不進行治理,在強降雨作用下將引發(fā)嚴重滑坡災難。

3 滑坡穩(wěn)定性評價

3.1 計算模型、計算工況及計算方法、參數(shù)

(1) 計算模型建立。穩(wěn)定性計算模型主要選取滑坡滑動區(qū)1-1′剖面、2-2′剖面為實體(圖1、圖2),主滑方向45°,殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎塊石與基巖的接觸面為滑面。

(2) 計算工況。工況一:自重;工況二:自重+暴雨。

(3) 計算方法。選用《滑坡防治工程工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218—2006)推薦的傳遞系數(shù)法對滑坡穩(wěn)定性及下滑力進行計算。

圖1 關(guān)山福利院滑坡1-1′剖面圖Fig.1 1-1′ section of Guanshan orphanage landslide

圖2 關(guān)山福利院滑坡2-2′剖面圖Fig.2 2-2′ section of Guanshan orphanage landslide

穩(wěn)定性系數(shù)計算公式如下:

孔隙水壓力Nwi=γwhiwLicosαi。

式中:Wi為第i塊體重量(kN/m);Ci為第i塊段滑動面上粘聚力(kPa);φi為第i塊段滑帶土內(nèi)摩擦角(°);Li為第i塊段滑面長(m);αi為第i塊段滑動面傾角(°);Swi為第i塊水下面積(m2);Si為第i塊面積(m2);ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i);βi為第i塊地下水流向(°);rw為水的容重(kN/m3);hiw為第i塊浸潤線以下高度(m);A為地震加速度。

(4) 計算參數(shù)的選取。在滑坡穩(wěn)定性評價與計算中所采用的巖土物理力學參數(shù)的選取合理與否,是計算評價滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在,其中滑坡體重度、滑帶土的抗剪強度參數(shù)C、j取值更是關(guān)系重大。具體參數(shù)根據(jù)鉆孔中采取的滑帶土、滑體巖樣室內(nèi)試驗、附近類似工程的類比以及參數(shù)反演法綜合確定[3]。

① 滑體的重度。滑體為第四系堆積土及殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎塊石土,根據(jù)試驗參數(shù)以及類似工程經(jīng)驗類比,綜合確定滑體土重度值為:天然重度18 kN/m3;飽和重度 21 kN/m3。

② 滑帶土的物理指標及抗剪強度參數(shù)。滑坡目前變形破壞現(xiàn)象明顯,整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)《勘查規(guī)范》第12.3.3條,處于不穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡穩(wěn)定系數(shù)為<1.0。根據(jù)滑坡的變形跡象,確定滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.996進行反演,反演分析采用不平衡推力法(傳遞系數(shù)法),得到滑帶土參數(shù)的反演成果表(表1)。

表1 滑帶土參數(shù)反演分析成果表

參數(shù)的選取類比鄰近地區(qū)經(jīng)驗值以及反演推算綜合考慮,最終提出抗剪強度參數(shù)建議值作為計算依據(jù)。滑帶土天然狀態(tài)下抗剪強度建議值為C=13 kPa,φ=16°;飽和狀態(tài)下抗剪強度建議值為C=12 kPa,φ=15°。

3.2 滑坡穩(wěn)定性評價結(jié)果分析

穩(wěn)定性及下滑力計算統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性及下滑力計算結(jié)果表

根據(jù)各種工況組合得出的計算結(jié)果評價如下:

(1) 1-1′剖面在天然工況下,處于不穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 2-2′剖面在天然工況下,處于穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 穩(wěn)定性綜合評價

通過定性分析和穩(wěn)定性計算,滑坡整體在天然工況下處于不穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài),存在滑動變形的可能。

穩(wěn)定性計算結(jié)果與宏觀地質(zhì)分析結(jié)論基本一致,天然狀態(tài)下,滑坡體處于欠穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài);在飽水狀態(tài)下,滑坡產(chǎn)生拉裂變形,導致失穩(wěn);穩(wěn)定性計算結(jié)果與現(xiàn)場變形調(diào)查結(jié)果相互對應。

4 防治措施

根據(jù)滑坡變形特征、規(guī)模、穩(wěn)定性、主要危及對象以及治理區(qū)的工程地質(zhì)條件,建議該治理工程主要采取以下方案 :格構(gòu)錨桿+擋土墻+截排水溝+坡面綠化及裂縫填充。

格構(gòu)錨桿 布設于滑坡體上,防治坡面垮塌,增大滑坡抗滑力從而提高滑坡的穩(wěn)定性。

擋土墻 布設于滑坡前緣,防止滑坡前緣土體垮塌,增大滑坡抗滑力從而提高滑坡的穩(wěn)定性。

截排水溝 布設于滑坡后緣、滑坡體上及擋土墻前緣,減少土體含水量,降低滑坡下滑力從而提高滑坡的穩(wěn)定性。

坡面綠化及裂縫填充 對滑坡后緣裂縫予以回填夯實,阻止地表水體大量下滲,降低滑坡下滑力從而提高滑坡的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

該滑坡影響福利院80人的正常生活,社會影響較大。對滑坡進行勘查治理,經(jīng)濟效益明顯,治理工程竣工后,基本消除滑坡對福利院老人、工作人員的生命財產(chǎn),公路等設施的威脅,有利于社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟的發(fā)展。治理工程實施將會大大改善滑坡的地質(zhì)環(huán)境,改善大氣降雨的自然排水條件,美化自然環(huán)境,提高總體環(huán)境質(zhì)量,促進經(jīng)濟和諧發(fā)展,將產(chǎn)生深遠的社會影響。

[1] 中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范:DZ/T 0218—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

[2] 丁旭峰.浠水縣丁司垱鎮(zhèn)分流鋪村姑嫂山滑坡、關(guān)山福利院不穩(wěn)定斜坡防治工程設計報告[R].武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2014.

[3] 中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程設計與施工技術(shù)規(guī)范:DZ/T 0219—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

(責任編輯：陳姣霞)

Analysis of Genetic Mechanism and Prevention Measure ofGuanshan Orphanage Landslide in Xishui County

WU Pengfei1, YIN Yao1, ZHU Cunjin2

(1.ThirdGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Huanggang,Hubei438000; 2.ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430070)

Through the study of the geological prospecting of Guanshan orphanage landslide and ground surveying and mapping,the authors find out the basic shape and deformation characteristics of the landslide,study the formation mechanism.On the basis of stability evaluation,the authors put forward concrete prevention measures of Guanshan orphanage landslide.

landslide; stability evaluation; deformation characteristics; genetic mechanism; prevention of landslide

2016-08-29;改回日期:2016-09-23

吳鵬飛(1988-),男,助理工程師,水文與水資源工程專業(yè),從事地質(zhì)災害防治工作。E-mail:260221964@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2016)06-0941-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.026

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161026.0904.004.html 數(shù)字出版日期:2016-10-26 09:04