晉城離石黃土在滑坡中的作用分析

蘇道武,蘇詩雅,王有良

1.東阿縣水務局,山東聊城252200

2.聊城市南水北調工程建設管理局,山東聊城252000

3.山東農業大學信息與工程學院,山東泰安271018

晉城離石黃土在滑坡中的作用分析

蘇道武1,蘇詩雅2*,王有良3

1.東阿縣水務局,山東聊城252200

2.聊城市南水北調工程建設管理局,山東聊城252000

3.山東農業大學信息與工程學院,山東泰安271018

本文運用極限平衡理論分析砂土抗剪指標的變化規律。通過對大量的勘察資料的分析，找出了區域性離石黃土的內磨擦角變化特點。分析表明對于趙莊礦區的Q2黃土，存在著滑坡危險，在地下水或地表水作用下，土層的飽和度由75%上升到飽和狀態時，土層的內摩擦角減小0.5倍。提出了針對離石黃土滑坡的治理方案。

極限平衡;離石黃土;內磨擦角;飽和度

晉城趙莊礦區位于長子縣內，地面多為風積沙區和黃土丘陵，第四系松散沉積物主要有中更新統（Q2）淺紅色含砂黏土，厚1～15 m，與下伏地層不整合接觸，該地層易形成滑坡。上更新統（Q3）,為淺黃色、褐黃色砂質黏土，厚3～61 m。全新統（Q4）主要分布于表土層，厚0～20 m，由細砂、粉砂、砂土及礫石組成。在礦業開發過程中，工程建設項目日益增多，伴隨著的邊坡失穩現象也日益增多，其中黃土滑坡是黃土邊坡失穩破壞的最主要類型。黃土滑坡因其具有頻發性、廣泛性、復雜性、災難性而威脅人民生命財產、交通等工農業設施安全，已經成為黃土地區一種典型的、至今依然不能有效根治的災害現象[1]。由于黃土滑坡嚴重限制了黃土地區經濟發展，威脅黃土地區人民的生命財產安全，因此，黃土滑坡災害受到了空前重視，眾多學者、專家、工程技術人員在黃土滑坡的類型、機理、成因、預測預報、防治措施等方面做了大量研究，取得了一系列成果[2-4]。本文通過對勘察資料的分析，找出了區域性離石黃土的內磨擦角變化特點，并提出了針對離石黃土滑坡的治理方案和注意事項。

1 滑坡災害產生機理

邊坡的變形失穩，從根本上說是邊坡自身求得穩定狀態的自然調整過程。在邊坡受力模型中邊坡角度和軟弱面的抗剪強度是影響邊坡穩定的重要因素，假設滑坡體是一個受力整體，以滑坡帶為界面，當滑坡體處于臨界狀態時，可以建立極限平衡方程(如圖1所示），在無水的情況下，邊坡穩定性安全系數可以表示如下（對松散土層可不考慮粘聚力）：

式1中，φ為無粘性土內摩擦角，取黃土內摩擦角為35°，當安全系數K取1.25時，土坡坡角α為29.3°。在坡面滲水的情況下（如圖2所示），設在A處取一微體，體積為V，該微體沿土坡面下力T為：T=Vr′sinα+JV=Vr′sinα+irWV，式中：i為坡面水在溢出處的水力梯度，因坡面水沿坡面溢出，，下滑力T可以簡化為：T=V(r′+rW)sinα，微體的抗滑力F為：F=Vr′cosαtanφ，邊坡穩定安全系數K：

若取土的浮重度r′≈rW=10 kN/m3，則：K=0.5tanφ/tanα

當安全系數K取1.25，土坡坡角α為15.6°，當安全系數K取1.5，土坡坡角α為13.1°，分析表明，產生滲流的邊坡很容易塌方，因此一方面要在整形時設置完善的地面排水系統，另一方面采取邊坡加固措施，提高邊坡的穩定性。

圖1 邊坡單元體受力模型Fig.1 Slope force unit model

圖2 滲水作用受力模型Fig.2 Slope force model of water seepage

邊坡角一般應小于土層的自然休止角，當取35°時，在無水的情況下邊坡穩定可靠，降雨后土層抗剪強度降低，即使邊坡坡角小于15.6°安全系數也只有1.25。因些在邊坡治理工程中強調多種措施綜合治理的原則，以加強邊坡的穩定性。滑坡整形的同時應設置完善的排水系統。完善的排水系統可將徑流水和滲透水盡快排出，減小坡面侵蝕和降低滑坡的可能性[5-7]。

2 勘察資料分析

趙莊礦區工業廣場工程地質勘察資料顯示，表層覆蓋0～1 m厚的第四系風化殘積土，其下是上更新統Q3馬蘭黃土，和中更新統離石黃土Q2，總厚度0～76 m，其中馬蘭黃土具有垂直節理，淺黃色、褐黃色砂質黏土，不宜發生滑坡等地質災害，但垂直節理發育,有利于水入滲，離石黃土具有蒜瓣式節理，淺紅色，極宜發生滑坡、崩塌等地質災害，本次研究收集趙莊工業廣場工程地質勘察資料的全部離石黃土Q2進行研究，為揭示含水量與內摩擦角的關系，以孔隙比大小分組統計分析。分析如表1～3。

表1 飽和度與內摩擦角關系Table1 Relationship between saturation and internal friction angle

表1中孔隙比為0.500～0.599，全部統計數據是8個，統計結果用F法檢驗，F=U/(Q/(n-2))，在給定顯著水平α=0.1時，F值為3.21，小于F(1,n-1)=3.78，回歸不顯著，根據實際情況，剔除帶*號的異常數據后，用余下的7個數據統計分析，F值等于4.56，大于F(1,n-1)等于4.06，回歸效果顯著。取統計表中最大內摩擦角的摩擦系數為0.72，最小內摩擦角的摩擦系數為0.38，摩擦系數減小接近0.5倍，表中統計數據最小飽和度76.7，近于75.0。

表2 飽和度與內摩擦角關系Table 2 Relationship between saturation and internal friction angle

表2中孔隙比為0.600～0.699，全部統計數據是15個，統計結果用F法檢驗，F=U/(Q/(n-2))，在給定顯著水平α=0.05時，F值為5.04，大于F(1,n-1)=4.67，回歸顯著，表中帶*號的數據變化較大，但由于統計數據較多，不影響整體規律性。取統計表中最大內摩擦角的摩擦系數為0.70，最小內摩擦角的摩擦系數為0.35，摩擦系數減小0.5倍，本統計表中最小飽和度78.6，接近于75.0。

表3 飽和度與內摩擦角關系統Table 3 Relationship between saturation and internal friction angle

表5.3中孔隙比為0.700～0.799，全部統計數據是16個，統計結果用F法檢驗，F=U/(Q/(n-2)),在給定顯著水平α=0.05時，F值為6.73，大于F(1,n-1)=4.60，回歸顯著。取統計表中最大內摩擦角的摩擦系數為0.59，最小內摩擦角的摩擦系數為0.39，摩擦系數減小33.8%，原因是本組數據的含水量較大，飽和度最小為81.4，如取飽和度75.0，按線性插值，可求得內摩擦系數為0.76，即由飽和度75上升到100時的內摩擦系數下降0.5倍。綜合分析可得出如下結論：對于趙莊礦區的中更新統離石黃土Q2黃土，存在著滑坡危險，在地下水或地表水作用下，土層的飽和度由75%上升到飽和狀態時，土層的內摩擦角減小0.5倍，在其它飽和度情況下可由線性內插求得。

3 黃土滑坡防治

在組成的黃土邊坡中馬蘭黃土具有垂直節理，淺黃色、褐黃色砂質黏土，不宜發生滑坡等地質災害，離石黃土具有蒜瓣式節理，淺紅色，極宜發生滑坡、崩塌等地質災害，因此治理的重點是離石黃土。但對垂直節理發育的馬蘭黃土應以防治地表水入滲為主。防治的重點是，地面坡度大于16°，并以威脅村莊、主要交通道路為重點。可選的方案有以抗滑預應力錨索，擋土墻，削坡減載及生物工程為輔的綜合治理措施。

預應力錨索施工要點。錨索結構由錨固段、自由段和外錨頭三部分共同組成。錨固段是滑動面以下部分，設計在穩定土層中，砂漿的灰砂比采用1:1，如要提高早期的強度，可加食鹽(水泥重量的0.3%)。插入錨索時，把一根Φ30 mm左右的膠皮管作為導管，一端與壓漿泵相連，另一端與錨索同時送入孔底，但距孔底應預留約0.5 m的孔隙，第一次灌漿至潛在滑動面，達到強度后，再二次灌漿至表面，二次灌漿主要是防腐（如不采用預應力可一次灌漿），非錨固段可用強度等級低的水泥沙漿。對錨索體的進行張拉施加預應力，錨頭采用C30混凝土錨固，錨頭應埋于地表下0.5 m，以便表土覆蓋和植被的生長。擋土墻可采用片石混凝土重力式擋土墻。在計算抗傾覆抗滑動中可不考慮被動土壓力（對穩定有利），應特別注意墻基的處理，夯實地基；在泄水孔附近用粗顆粒材料覆蓋，并做成反濾層，以免淤塞，在填土表面鋪設防水層，用黏土夯實；墻后填土應選擇透水性較強的填料，如爐渣、碎石、矸石等，當采用粘性土時，應摻入適量的矸石，為提高填土的摩擦系數減小主動土壓力，墻后填土必須分層夯實保證質量。各項計算依據《建筑邊坡工程技術規范》。

4 結論

通過對趙莊礦區勘察資料全面的分析，揭示了趙莊礦區Q2黃土在水力作用下土層內磨擦角的變化規律，對于趙莊礦區的離石Q2黃土，存在著滑坡危險，在地下水或地表水作用下，土層的飽和度由75%上升到飽和狀態時，土層的內摩擦角減小0.5倍，與松散土層內磨擦角在水力作用下變化一致。

針對礦區的滑坡現狀及潛在的滑坡危險,結合礦區的實際情況及滑坡體周圍的地形、地貌特點,提出適合黃土滑坡治理的抗滑預應力錨索和擋土墻的治理工程，并同時考慮削坡減載及生物工程為輔的綜合治理措施，治理的主要目標是離石黃土。本文對黃土滑坡主要因素的研究，對黃土地區滑坡的治理及防治中有一定指導作用。

[1]劉傳正,劉艷輝.論地質災害防治與地質環境利用[J].吉林大學學報:地球科學版,2012,42(5):1469-1476

[2]劉傳正.地質災害防治研究的認識論與方法論[J].工程地質學報,2015,23(5):809-820

[3]侯俊東,肖人彬.地質災害防治項目治理的社會網絡結構優化及策略[J].管理評論,2015,27(2):17-25

[4]韋仕川,欒喬林,黃朝明,等.地質災害防治的土地利用規劃軟措施研究綜述及展望[J].自然災害學報,2014.6,23(3):159-165

[5]姬怡微,李永紅,向茂西,等.陜西秦嶺南麓316國道沿線地質災害防治對策研究[J].災害學,2015,30(2):199-204

[6]徐倩.淺談環境保護下水工環地質勘察工作的開展[J].科技創新與應用,2016(35):155-157

[7]謝凡東.公路施工中特殊路基的處理措施[J].交通世界,2016(33):32-33

TheAnalysis on Role of Loess away from Stone in the Landslide in Jincheng

SU Dao-wu1,SU Shi-ya2*,WANG You-liang3
1.Donge County Water Affairs Bureau,Liaocheng252200,China
2.Liaocheng City Administration of South-to-north Water Transfer Project Construction,Liaocheng252000,China
3.College of information Science and Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China

This article utilizes the limit equilibrium theoretical analysis the change rule of sandy soil anti-to cut index. Through the massive reconnaissance material's analysis,the regional loess away from stone internal friction angle's variation characteristic had been discovered.The analysis indicated that the Zhao village mining area's Q2 loess has the landslide danger.With the ground water or the surface water function,the soil layer degree of saturation by 75%rise to the saturated condition,the soil layer internal friction angle reduces 0.5 time.The remediation plans and considerations had been raised to the loess away from stone in a landslide.

Limit equilibrium;loess away from stone;internal friction angle;degree of saturation

P642.2

:A

:1000-2324(2017)01-0052-04

2016-05-11

:2016-05-26

蘇道武(1964-),男,工程師,主要從事水利工程施工與管理.

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:sushiya@126.com