滑坡地質災害穩定性及治理方案研究

丁愛紅，韓 輝，邵亞凱

(河南省資源環境調查一院，河南 鄭州 450000)

鞏義市小關鎮中心幼兒園滑坡位于小關村南部山坡，滑坡區地質構造簡單。其地形地貌、地層巖性、氣象水文等因素有利于地質災害的孕育和發育，直接威脅幼兒園全體師生502人，預測直接經濟損失700萬元，危害程度大型。危害對象等級劃分為一級，防治安全等級為I級。本文研究了滑坡地質災害穩定性分析與評估[1-7]，并提出了工程地質方面的要求和建議。研究為后續邊坡地質災害防治工作的開展指明了工作思路。

1 研究區地質環境條件

(1)地形地貌。鞏義市地勢東南高西北低，由東南部的中低山，逐漸過渡到丘陵、崗地。最高處為嵩山玉柱峰，海拔為+1 440 m，最低處為河洛鎮的河洛灘，海拔為+104 m，相對高差達1 336 m。勘查區地貌屬黃土丘陵地貌區，東南為坡，西為沖溝，最高點海拔為+281.43 m；最低點位于西部沖溝，海拔為+242.19 m，相對高差39.24 m，坡面形態呈階梯狀，斜坡坡度在25°～32°。

(2)地層巖性。根據本次勘查，勘查區大部分地區被第四系坡積、洪積的紅褐色黏性土覆蓋，在鉆孔48.5 m勘探深度范圍內，下伏地層有2種巖性：①第四系中更新統(Q2p)。在區內分布最廣泛，巖性為坡積、洪積棕紅色、褐黃色黏土,粉質黏土，砂礫，礫石和人工填土碎石土(來源為鋁土礦礦渣)。黏土、粉質黏土具中—強脹縮性。②二疊系下統山西組(P1s)。該組厚60.54～82.16 m，與下石盒子組整合接觸。

(3)地質構造。勘查區未發現斷層，地層以單斜構造為主，地質構造相對簡單。

2 滑坡特征

2.1 滑坡邊界、規模及形態特征

根據此次勘查，勘查區大部分地區被第四系坡積、洪積的紅褐色黏性土覆蓋。微形態為緩坡，東北高西南低，坡面形態呈階梯狀，滑體平面呈矩形，后緣標高+279.12 m，前緣標高+248.63 m，相對高差30.49 m。前緣橫向寬度72 m，縱向坡長61 m，面積約4 011 m2(圖1)。

圖1 小關滑坡正射影像Fig.1 Orthophoto of Xiaoguan landslide

據工程地質測繪、調查及勘查資料，滑體物質為第四系粉質黏土及碎石土。碎石土接觸面構成顆粒不均處存在潛在的主控滑動面，屬人工填碎石土滑坡。滑坡為淺—中層的牽引式滑坡，滑坡主要是由自然地質作用及雨水侵濕等因素綜合產生，滑坡穩定程度為不穩定，按年代分類屬新滑坡。

由于滑坡體是粉質黏土和人工堆積的碎石渣土，最終得出調查區域的剪切強度c=21.1 kPa，φ=14.5°。

2.2 滑動帶特征

滑動帶為粉質黏土、碎石土，碎石土為人工堆積的鋁土礦礦渣，堆存了10年以上，上部覆蓋了粉質黏土薄層，目前種植了樹木。

2.3 滑床特征

據鉆孔揭露，滑床埋深0～6.57 m，總體上后緣陡、前緣緩。滑坡滑床呈圓弧形，其埋深與滑體的埋深呈正比。

2.4 物理力學性質參數

根據土工試驗、巖體試驗、鉆探、工程地質測繪及區域經驗,提出滑坡的物理力學性質參數建議值:天然孔隙比0.712～0.998，壓縮系數0.15～0.49，濕陷起始壓力15～165 kPa，黃土濕陷系數(荷重100)0.002～0.089。

2.5 滑坡影響因素

(1)地形因素[8-11]。由于本區第四系坡積、洪積土，工程力學性質較差，坡面沖刷嚴重，地形切割較強烈，坡腳處有小關鎮中心幼兒園道路，斜坡前緣臨空，坡腳邊緣處為平坦的平臺。

(2)物質因素。地下水浸泡使滑帶土體軟化，抗剪強度降低，為滑坡變形失穩創造了條件。

(3)地震影響。在地震作用的影響下，斜坡的軟弱帶(滑帶)土體在飽水狀態下孔隙水壓力增加，滑體內的物質結構已經遭到破壞，在內外力作用下破壞巖體穩定性。

(4)人類工程活動影響。滑坡體上為林地和耕地，增加了形成滑坡的松散固體物，降雨極易下滲浸潤土體，使坡體物質穩定性變得極差，極易使軟弱結構面滑動變形加劇。坡腳開挖形成的幼兒園道路，改變了自然斜坡的平衡狀態，造成斜坡變形失穩，從而誘發滑坡災害。

3 穩定性分析與評價

3.1 滑坡穩定性計算

(1)計算剖面[12-17]。計算剖面采用B02線地質剖面計算復活體滑坡的穩定性。小關滑坡B02線地質剖面如圖2所示。

圖2 小關滑坡B02線地質剖面Fig.2 B02 line geological section of Xiaoguan landslide

(2)計算參數。根據室內試驗數據，殘坡積土體主要成分為粉質黏土，結合室內土工實驗和現場直剪試驗結果，取土體的計算參數如下。①天然狀態：天然重度γ=19.6 kN/m3，黏聚力c=21.1 kPa，內摩擦角φ=14.5°。②飽和狀態：重度γsat=20.38 kN/m3，黏聚力c=18.7 kPa，內摩擦角φ=6.9°。

(3)計算模型及計算方法。采用通用方法；計算目標為安全系數計算；滑裂面形狀為圓弧滑動。根據上述方法建立該滑坡的計算模型，如圖3所示。

圖3 小關滑坡剖面計算條分圖Fig.3 Section calculation slice chart of Xiaoguan landslide

(4)計算工況的確定。①工況1(以下稱為天然工況)：自重；②工況2(以下稱為暴雨工況)：自重+暴雨(考慮局部滑體飽水，滑體自重增加，滑帶土抗剪強度進一步降低)；③工況3(以下稱為地震+暴雨工況)：自重+暴雨+地震(按規范考慮Ⅵ度地震影響)。

(5)穩定性計算結果。小關滑坡在各種工況下穩定性系數計算結果見表1。

表1 小關滑坡穩定性計算結果Tab.1 Stability calculation results of Xiaoguan landslide

3.2 滑坡穩定性分析

根據計算結果，分析滑坡在各工況下的穩定性見表2。

表2 小關滑坡穩定性評價Tab.2 Stability evaluate of Xiaoguan landslide

根據計算結果，參照《滑坡防治工程勘查規范》(DZ/T 0218—2006)，對滑坡進行穩定性分析評價，穩定系數Fs>1.15為穩定(A)，1.15≥Fs>1.05為基本穩定(B)，1.05≥Fs>1.0為欠穩定(C)，Fs≤1.0為不穩定(D)。

小關滑坡在天然狀態下處于基本穩定狀態，汛期到來之后，滑坡會加劇變形，滑面抗剪強度持續下降，一旦滑面貫通，滑帶土失去強度，將會發生大規模瞬間滑動，滑坡體下的幼兒園將遭受重大損失，同時會牽引滑坡上部土體，引發更大規模的滑坡地質災害。

4 險情及危險性評估

4.1 險情

根據現狀調查，小關鎮中心幼兒園共有 502人，住房位于滑坡影響范圍內，教師60人和學生442人遭受滑坡威脅，潛在威脅人數超500人，潛在直接經濟損失700萬元。依據表3，小關滑坡險情等級為大型。

4.2 危險性評估

據穩定性分析，滑坡在天然工況下穩定性為基本穩定，在暴雨工況下穩定性為不穩定，發育程度為小型發育，險情為大型，則預測地質災害危險性等級為大型。

表3 地質災害災情/險情分級標準Tab.3 Grading standard for geological hazards/dangerous situations

5 滑坡治理方案評價及建議

5.1 滑坡治理方案

(1)防治措施。根據小關滑坡應急勘查，可采取避讓方案、地表排水、工程措施(擋土墻、抗滑樁)等幾種防治措施[18-20]。

(2) 治理方案比選。①避讓方案。小關滑坡如果發生滑動，將威脅小關鎮中心幼兒園502人生命財產安全，如果搬遷成本費用低于治理費用，建議進行搬遷。②治理方案。小關滑坡整體穩定程度較低，遇到暴雨、連陰雨、暴雨加地震后或其他因素擾動后，坡體有隨時滑動的可能。為消除滑坡的危害，可采取地表排水與工程措施(擋土墻、抗滑樁)相結合進行防治。

5.2 防治工程設計參數

根據小關滑坡工程地質勘查資料、土體物理力學性質指標，建議進一步做好建筑材料的勘查，依據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T 0219—2006)有關規定，結合場地地質條件和設計的安全系數，選取抗滑樁、排水工程較適宜的施工設計方案。

5.3 變形監測

由于勘查時間短，未對小關滑坡進行長時間變形監測，建議對小關滑坡從現在開始進行變形監測，隨時了解滑坡的動態，如發現變形量增大應及時向有關部門匯報。

小關滑坡治理工程施工過程中和施工完成后，應進行長期變形觀測，其目的是：①施工過程中監測滑坡的穩定性，確保施工過程中幼兒園及其教學樓安全；②施工后監測滑坡的穩定性，檢驗抗滑效果；③監測抗滑設施質量及使用期間的安全性；④驗證抗滑工程設計相關參數的準確性與可靠性；⑤研究變形規律，預報變形趨勢。

6 結論與建議

6.1 結論

(1)鞏義市小關鎮中心幼兒園滑坡位于小關村南部山坡，滑坡區地質構造簡單。其地形地貌、地層巖性、氣象水文等因素有利于地質災害的孕育和發育，直接威脅幼兒園全體師生502人，預測直接經濟損失700萬元，危害程度為大型。

(2)危害對象等級劃分為一級，防治安全等級為Ⅰ級。

(3)根據勘查，微地貌形態為緩坡，東北高、西南低，坡面形態呈矩形，滑體平面呈舌狀，后緣標高為+279.12 m，前緣標高為+248.63 m，相對高差30.49 m。前緣橫向寬度72 m，縱向坡長61 m，面積約為4 011 m2，坡度約30°，滑帶深度0～6.57 m，滑體體積約1.32×104m3，屬小型滑坡。

(4)本區地震峰值加速度為0.10g，地震烈度Ⅶ度。

(5)滑坡穩定性評價采用了理論計算與評價，在天然工況下，穩定性系數1.087，滑坡處于基本穩定狀態；在暴雨工況下，穩定性系數0.997，滑坡處于不穩定狀態；在地震+暴雨工況下，穩定性系數0.870，滑坡處于不穩定狀態。

6.2 建議

(1)盡快對滑坡進行治理，治理工程可采用“抗滑樁+截排水+輔助工程”方式進行，排水工程可于前期先行展開，對坡面特別是邊緣部位的空洞和虛土密實，防止地表水下滲，提高坡體的穩定性。

(2)建議支擋工程在旱季施工，以確保斜坡在施工過程中處于穩定狀態。

(3)治理施工過程中，必須加強施工驗槽、災害體監測、監理、施工地質校核等工作。