南京牛首山南側(cè)山體滑坡地質(zhì)特征及穩(wěn)定性分析

周進(jìn)，楊春杰

（1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江212001；2.江蘇地質(zhì)基樁工程公司，江蘇 鎮(zhèn)江212001)

1 地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 概況

牛首山南側(cè)山體滑坡后緣呈圈椅狀，向山頂方向多見(jiàn)馬刀樹(shù)，中部見(jiàn)早期滑坡堆積平臺(tái)，鉆探揭示碎石土與強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r的界面具有弱固結(jié)特征，據(jù)此認(rèn)為，該滑坡位于古滑坡體上。滑坡區(qū)地形北高南低，高程65m～140m，東西向?qū)?05m，南北縱向長(zhǎng)約270m，滑體厚度6m～26m，規(guī)模約3.99×105m3，為一中型滑坡。根據(jù)滑坡形態(tài)、鉆探資料及深層位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷滑坡主滑方向?yàn)槲髂?61°。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)及周邊主要出露大王山組（Jd1）凝灰?guī)r與安山質(zhì)凝灰?guī)r及第四系松散堆積物（見(jiàn)圖1）。第四系雜填土主要分布于山腳施工場(chǎng)地范圍，局部挖方地段缺失，為近期人工堆填而成；第四系含碎石粉質(zhì)黏土分布于滑坡體中后緣的114 平臺(tái)附近。大王山組由以下巖性組成：全風(fēng)化凝灰?guī)r分布于滑坡區(qū)中部，巖石結(jié)構(gòu)被完全破壞，呈黏土狀；強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r全區(qū)均有分布，上部高嶺土化嚴(yán)重，據(jù)室內(nèi)膨脹性試驗(yàn)，其自由膨脹率為34%～109%，結(jié)合區(qū)域資料判定為中膨脹巖；中風(fēng)化凝灰?guī)r分布不均，僅局部發(fā)育；強(qiáng)風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r在靠近山體的部位缺失；中風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r上部較破碎，下部較完整，全區(qū)均有分布。

圖1 滑坡區(qū)地層三維空間結(jié)構(gòu)圖（N-S）

1.3 氣象與水文

南京地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫和濕潤(rùn)，年平均溫度15.4°C，年平均降雨量摘要mm，多集中于6 月份～8 月份，常見(jiàn)大雨、暴雨。南京國(guó)家氣候觀測(cè)站測(cè)得2016 年6 月降雨量達(dá)625.5mm，遠(yuǎn)超往年，更打破1931 年7 月的歷史紀(jì)錄。

滑坡區(qū)及周邊地下水類(lèi)型主要為潛水，局部具有微承壓性質(zhì)，潛水含水層主要為雜填土與含碎石粉質(zhì)黏土，水位埋深4.3m～12.5m，富水性受季節(jié)影響明顯，以大氣降水為主要補(bǔ)給源，地勢(shì)低洼處受基巖裂隙水補(bǔ)給，以地下滲流和蒸發(fā)為主要排泄途徑。滑坡區(qū)南部賦存于強(qiáng)風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r及中風(fēng)化安山質(zhì)凝灰?guī)r的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中的地下水具有微承壓性質(zhì)，主要接受大氣降水和潛水補(bǔ)給，沿風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙滲流。

2 滑坡結(jié)構(gòu)及變形特征

2.1 滑體結(jié)構(gòu)特征

滑坡體主要由含碎石粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化凝灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r組成，中南部為在建區(qū)，南端為基坑開(kāi)挖處。滑體厚度6.00m～26.30m，呈東西兩側(cè)薄，中間厚的楔形狀（見(jiàn)圖2）。

滑體表層為雜填土，松散，以粉質(zhì)黏土為主，夾碎石、塊石，碎、塊石粒徑一般2cm～12cm，含量一般10%～40%，土質(zhì)極不均勻；含碎石粉質(zhì)黏土厚薄不均，主要由粉質(zhì)黏土組成，夾碎石、風(fēng)化巖屑和黏性土，碎塊粒徑0.5cm～30cm 不等，含量10%～70%；全風(fēng)化凝灰?guī)r遇水易軟化，屬極軟巖；高嶺土化強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r具膨脹性，遇水極易軟化，屬極軟巖。

圖2 滑坡三維形態(tài)特征

2.2 滑動(dòng)帶（面）特征

據(jù)巖心資料及土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合高密度電阻率物探成果和深層位移監(jiān)測(cè)資料綜合確定主滑帶為高嶺土化強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，滑帶深度2-2′剖面為11.0m～23.5m，3-3′剖面為7.0m～26.3m，4-4′剖面為8.0m～24.6m。滑帶厚度0.6m～4.4m，在含碎石粉質(zhì)黏土中呈圓弧型，在全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r中呈折線(xiàn)型。根據(jù)鉆孔資料，該滑坡體為多級(jí)滑動(dòng)。

2.3 滑床特征

滑床為地層完整且未高嶺土化的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，平均天然塊體密度2.16g/cm3，含水率18.14%，飽和單軸抗壓強(qiáng)度0.67MPa，黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值為21kPa，內(nèi)摩擦角為32.6°。滑床在橫向上起伏不平，沿著滑坡方向呈折線(xiàn)形，后緣較陡達(dá)59°，前緣及剪出口處較緩，與山腳在建基坑底部相連。

2.4 滑坡體變形特征

根據(jù)地表調(diào)查、走訪(fǎng)及工程揭露觀察，2015 年入夏后受強(qiáng)降雨及施工影響，在建區(qū)域發(fā)生滑坡變形跡象，6 月中旬后緣出現(xiàn)圈椅狀張拉裂縫，至8 月中旬后緣壁的垂直落差為30cm～200cm，形成多個(gè)臺(tái)坎，在建區(qū)的山間步道、擋墻、圍護(hù)樁、圍墻等多個(gè)建筑發(fā)生錯(cuò)斷或位移變形。2015 年8 月～2016年3 月，采用3 排抗滑樁+錨索格構(gòu)梁+深層排水工藝進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)加固，期間滑坡后緣落差持續(xù)增大，但變形速率減緩，趨于穩(wěn)定。2016 年6 月再次受強(qiáng)降雨影響，后緣出現(xiàn)新張拉裂縫，據(jù)地表、深層位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，114 平臺(tái)至滑坡后緣處及山腳建筑基坑北部土體等仍處于變形階段，114 平臺(tái)至滑坡后緣處上部沉降、下部鼓起，有發(fā)生淺層滑動(dòng)的可能，山腳建筑基坑北部土體地表位移在2016 年6～9 月最大為8.7cm，如果繼續(xù)發(fā)展，極易發(fā)生二次滑動(dòng)[1]。

3 滑坡成因分析

3.1 滑坡形成條件

3.1.1 地形地貌

滑坡位于低山丘陵區(qū)，具古滑坡地貌特征，地形北高南低，坡度北陡南緩，前緣臨空，兩側(cè)為沖溝，中間地勢(shì)高，地形條件不利于坡體穩(wěn)定。

3.1.2 巖性特征

本區(qū)發(fā)育全風(fēng)化凝灰?guī)r和高嶺土化強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，且后者具有中等膨脹性，遇水后極易軟化，降低抗剪強(qiáng)度，同時(shí)產(chǎn)生膨脹壓力，誘發(fā)滑坡形成。

3.1.3 大氣降水和地下水作用

在久雨暴雨作用下，巖土體自重增加，后緣裂隙充水，沿滲透性不同的巖性接觸面滲流，形成靜、動(dòng)水壓力；地下水導(dǎo)致全風(fēng)化凝灰?guī)r、高嶺土化強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r進(jìn)一步軟化，形成軟弱面，抗滑力減小，從而引起斜坡失穩(wěn)滑動(dòng)。

3.1.4 人類(lèi)工程活動(dòng)

形成多個(gè)臨空面，破壞斜坡原始應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)滑動(dòng)。

圖3 應(yīng)急搶險(xiǎn)前2-2′剖面穩(wěn)定性計(jì)算剖面圖（N-S）

圖4 應(yīng)急搶險(xiǎn)后2-2′剖面穩(wěn)定性計(jì)算剖面圖（N-S）

3.2 滑坡誘發(fā)因素

滑坡誘發(fā)因素主要分為自然因素和人為因素。自然因素在本地區(qū)主要表現(xiàn)為強(qiáng)降雨，人為因素主要表現(xiàn)為工程建設(shè)。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算模型

依據(jù)滑坡形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、鉆孔揭露的滑帶特征及地形條件確定計(jì)算模型，分別計(jì)算應(yīng)急搶險(xiǎn)前及應(yīng)急搶險(xiǎn)后的穩(wěn)定系數(shù)。應(yīng)急搶險(xiǎn)前主要考慮建筑物荷載=30kN/m2、平臺(tái)及道路荷載=10kN/m2，應(yīng)急搶險(xiǎn)后除考慮建筑物、平臺(tái)及道路的荷載外，還綜合考慮錨桿、抗滑樁等搶險(xiǎn)工程的作用效果，以2-2′剖面為例，其計(jì)算模型見(jiàn)圖3、圖4。

4.2 計(jì)算參數(shù)選取

合理選擇計(jì)算參數(shù)，是準(zhǔn)確計(jì)算評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其中,滑坡體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)更是穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。本次依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試、參數(shù)反演、經(jīng)驗(yàn)取值及工程類(lèi)比法綜合確定計(jì)算參數(shù)（見(jiàn)表1）。

表1 滑坡穩(wěn)定性分析滑帶計(jì)算參數(shù)一覽表

4.3 穩(wěn)定性分析

4.3.1 計(jì)算工況

南京市地處華北地震區(qū)長(zhǎng)江下游—黃海地震帶內(nèi)，抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。結(jié)合牛首山南側(cè)山體滑坡現(xiàn)狀，計(jì)算工況主要考慮以下3 種：

工況一：天然條件下自重+荷載；

工況二：自重+荷載+暴雨；

工況三：自重+荷載+暴雨+地震條件。

根據(jù)滑坡變形的特點(diǎn)，1-1′剖面、2-2′剖面、3-3′剖面工況一采用天然重度，殘余抗剪強(qiáng)度；工況二采用飽和重度、飽和殘余抗剪強(qiáng)度；工況三考慮地震力。4-4′剖面工況一采用天然重度、天然抗剪強(qiáng)度；工況二采用飽和重度、飽和抗剪強(qiáng)度；工況三考慮地下水滲流作用。

4.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析

基于上述計(jì)算參數(shù)，采用傳遞系數(shù)法對(duì)不同工況下的計(jì)算模型進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)計(jì)算可知，應(yīng)急搶險(xiǎn)前：1-1′、4-4′剖面處于穩(wěn)定狀態(tài)；2-2′、3-3′剖面處于不穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)急搶險(xiǎn)后：1-1′、4-4′剖面處于穩(wěn)定狀態(tài)；2-2′、3-3′剖面在工況一、工況二條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在工況三條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果表

5 結(jié)語(yǔ)

基于以上分析，牛首山南側(cè)山體滑坡有發(fā)生局部滑坡的可能，在極端條件下甚至可能發(fā)生整體失穩(wěn)破壞，因此，有必要采取一定措施預(yù)防滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步發(fā)生及擴(kuò)大，確保山體穩(wěn)定。

建議方案一：危巖體清理，設(shè)置巖石錨桿+柔性防護(hù)網(wǎng)+攔石壩；上部影響范圍（古滑坡體）采用抗滑樁+綜合排水系統(tǒng)+生態(tài)綠化；依據(jù)搶險(xiǎn)加固工程驗(yàn)算結(jié)果在山腳基坑北側(cè)及114平臺(tái)上部設(shè)置錨拉格構(gòu)，山腳基坑?xùn)|側(cè)采用抗滑樁+綜合排水系統(tǒng)。

建議方案二：危巖體定期清理定期監(jiān)測(cè)；依據(jù)搶險(xiǎn)加固工程驗(yàn)算結(jié)果，在114 平臺(tái)上部采用抗滑樁+綜合截排水系統(tǒng)+生態(tài)綠化；山腳基坑北側(cè)設(shè)置錨拉格構(gòu)，東側(cè)施工區(qū)采用抗滑樁+綜合排水系統(tǒng)。