宿遷市韓山堆填土滑坡穩定性分析與防治

鄒 婷 徐朝霞 葉子璐 韋雨晴 李亞璇 李書舟

宿遷學院建筑工程學院 江蘇宿遷 223800

滑坡地質災害的預防和管理已成為邊坡工程重要的研究方向之一，國內外學者開展了對滑坡災害的致害機理、破壞模式、穩定性評價以及防治措施等方面的研究工作。目前學者們在滑坡穩定性研究方面已有較深入的研究，參數敏感性分析是其中較重要的一個方面，常用的滑坡穩定性影響因素敏感性分析方法主要有單因素分析和多因素分析兩類，其中多因素分析方法又包含主成分分析法、正交試驗設計等。對于人工堆填+滑坡，這類因人為開挖、堆棄礦渣浮土等工業垃圾形成的斜坡體的穩定性研究也吸引了眾多學者研究，但其影響因素的敏感性研究還相對較少。由于這類坡體穩定性差，一旦有強降雨或人類工程活動不當就容易發生失穩滑動破壞。然而，由于該類型的滑坡成因復雜，力學性能差異大，在不同場地條件下形成的滑坡其研究結果也有較大差異。因此，結合具體的滑坡災害，開展堆填土滑坡穩定性影響因素的敏感性研究對于滑坡災害防治具有重要的實踐意義。

本文以韓山人工堆填土滑坡為研究對象，開展穩定性影響因素的敏感性研究，旨在為滑坡災害治理設計提供參考。

1 研究區區域地質概況

韓山鎮位于江蘇省宿遷市沭陽縣的東北部，屬于亞熱帶向暖溫帶過渡地區，氣候不穩定，經常發生洪澇等自然災害，年降水量在1000毫米左右，但降水量分布不均，6月到8月較多，導致該地易出現春旱、夏澇、秋冬干燥的天氣。大規模降水也給邊坡穩定帶來不利影響，一方面雨水形成地表徑流沖刷坡面，另一方面雨水滲透到坡體內部，導致土體強度降低，發生滑動破壞。受到多種因素影響，研究地區地下水分布不均，不同地段差異很大，有的地方地下水極少，有的地方地下水豐富。因為氣候和地表水都會引起地下水變化，所以地下水不夠穩定。地下水不穩定會給土體帶來許多不利影響，例如，會導致巖體塌陷，發生崩塌或滑坡；會促使巖體下滑或崩倒；滲入裂隙中的水結冰，導致巖體破壞傾倒[1]；地下水產生的浮托力，使巖體有效重量減輕，降低穩定性。沭陽地貌為沖積平原，地貌簡單，地形平坦，該地流經地表的河流眾多，水系發育良好。地質構造上位于郯廬斷裂帶以東，屬于連云港—沭陽—泗陽比較穩定帶。

通過調查發現，韓山堆填土是由于礦區采礦開挖出大量土體被堆積在韓山北坡形成的，填土體積規模很大以及土體穩定性較差，所以邊坡非常不穩定。目前韓山北坡填土體已經發生滑動破壞，為了減少對周圍的產生安全隱患，確保滑坡區新建建筑物及行人安全，亟須治理。

2 韓山堆填土滑坡失穩機理及其影響因素分析

2.1 滑坡失穩機理

沭陽市韓山鎮，海拔最高66.6米。滑坡體位于韓山斷裂帶內，總體趨勢是北部和南部較高，南部和北部較低。邊坡體的東西兩側為剪切裂縫邊界，后端為拉伸裂縫邊界，邊坡內部為剪切裂縫，前緣稍寬，后緣稍窄，坡體沿主滑坡方向約80m，橫向寬度約220m。滑帶土是一種人工填土，主要由碎石和垃圾組成，分布不均，厚度約2.2～8.7m，滑帶土是人工填土和殘渣的混合物，滑動層區域為黑云斜長石片巖。

已有研究表明：導致韓山堆填土滑坡的成因主要有三個方面：(1)地質條件穩定性較差；(2)強降雨及地下水的破壞作用；(3)人類工程活動處理不當。即韓山北坡堆積的大量廢棄物，摻有一定量的碎石和垃圾，且這些堆積物厚度大，穩定性差，土體填土層裸露，裂縫張開，節省了地表水的入滲、排水和儲存空間。回填層底部氣層滲透性差，易堵塞地下水的積聚，導致土壤的重量增加。在強降雨條件下，大量地表水滲入滑坡，降低了滑坡的抗滑能力。地下水還具有滲透軟化作用，降低了邊坡的抗剪強度指標和巖土與滑動面之間的摩擦力，減小了邊坡的滑動力，除了自然條件的因素，還有人為改造的影響。1985年，在韓山進行大規模開采藍晶石，后來建成韓山新城，建造了韓信廣場、點將臺等景觀。不僅破壞了邊坡自身的穩定狀態，而且為滑坡留下了滑動空間。

2.2 穩定性分析計算模型

在邊坡穩定性分析中，極限平衡法是發展最早、應用最廣且非常經典成熟的方法。因此，在本文滑坡穩定性分析中采用極限平衡法計算滑坡穩定性系數(Fs)。根據韓山堆填土滑坡的地質特征，尤其是滑動體主要為人工堆填土，我們選擇了其中最典型的一個剖面(Ⅱ-Ⅱ，如圖1所示)[2]進行穩定性分析，并對實際滑面作了簡化處理，假定其為圓弧滑面，滑出點過坐標原點。為了提高計算效率，采用簡化的Bishop條分法計算穩定性系數，計算簡圖及公式分別如圖2和式(1)所示。

(1)

對于滑坡穩定性系數計算公式(1)，我們采用數值積分方法來求解Fs。由于等式兩邊均含有未知數Fs，可通過假定Fs的初始值進行迭代計算。Fs的初始值確定后，在給定的積分區間內，根據戴自航和沈浦生[3]及蔣斌松等[4]的研究成果，將式(1)右邊拆分為多個積分表達式，如式(2)所示。當式(1)中的其他參數已知，可計算出拆分后的積分表達式(2)的數值解。將這些積分數值解代入式(1)即可求得Fs的第一次迭代值；然后將該迭代值代入拆分后的積分表達式(2)求得第二次的積分值，再次將它們代入式(1)得到Fs的第二次迭代值，如此重復，直到Fs滿足所要求的收斂精度為止。為此，我們利用Matlab編制了相應的計算程序，并設定Fs的初始值為1，計算了Ⅱ-Ⅱ剖面在天然工況下的穩定性系數，本文計算結果及已有文獻研究結果如下表所示。

(2)

本文計算結果及其他研究成果表

由上述結果可知，本文計算結果稍高于其他研究成果，但最大相差僅0.006，仍在允許精度范圍內，這表明本文方法計算韓山堆填土滑坡的結果是準確可靠的。

2.3 各因素對滑坡穩定性的影響規律

在通過2.2節驗證了本文穩定性分析模型的準確性后，我們分析了抗剪強度參數及邊坡高度對韓山堆填土滑坡穩定性的影響規律，其結果分別如圖3(a)、(b)和(c)所示。從圖中可以看出，韓山堆填土滑坡的穩定性系數Fs隨黏聚力c的增大而增大，隨內摩擦角φ的增大而增大，隨坡高H的增大而減小，且減小幅度很大。這表明提高抗剪強度參數有助于提高滑坡的穩定性，而坡高過高則極不利于滑坡穩定。

3 滑坡防治建議

3.1 擬采取的治理方案

通過上述分析各參數對滑坡穩定性的影響規律，并結合對滑坡的性質以及災害特征調查，基于現有經驗水平，確定以改變滑坡幾何形態為主的治理方案，采用上卸下加法對上部坡體進行削坡開挖，使邊坡相對減緩；采用化學加固法增強坡體抗剪強度參數，改善滑動帶的性質，提高抗滑力；結合強夯法[5]對坡面進行壓實處理，減少土體的滑動空間；對頑固裂縫進行回填灌漿做封堵處理；并在滑坡區設置有效的給排水系統和綠植，地表設置明渠引流排水[6]，防治暴雨天氣雨水過多滲入坡體，做好滑坡區的綠化工作，同時設置截水盲溝用于攔截或疏導滑坡外圍的地下水，以期減少在非極端天氣下的春旱夏澇情況。同時在坡頂和坡腳均設置水平監測儀，周期性監測坡體的變形情況。

綜上所述，韓山堆填土滑坡的治理防治方案為：由減緩坡形、化學加固、裂縫回填、設置給排水系統及有效綠化等方法形成綜合治理方案。

3.2 滑坡的監測

(1)在治理工程完成后要開展對坡體的變形監測，在坡頂和坡腳設置水平位移的長期觀測點，觀測邊坡坡面的動態變化，定期查看坡面裂縫回填處和綠化的完整性，如有脫落應及時補充。

(2)對坡體上的道路和溝渠管道進行巡視，查看有無滲水和裂縫或者堵塞等情況出現，及時分析滲水來源以及對邊坡是否有影響，對裂縫和堵塞現象及時維修和疏通。

(3)相關工作人員應注意天氣預報，在暴雨來臨前要保證排水系統能正常工作。

4 結論

(1)根據韓山堆填土滑坡的成因和特征及事故分析，本文對該滑坡典型剖面Ⅱ-Ⅱ進行了簡化處理，采用簡化的Bishop條分法進行了穩定性分析，計算結果與已有研究成果很接近，表明本文方法準確有效。

(2)在上述基礎上對滑坡的穩定性影響因素進行了敏感性分析，結果表明滑坡穩定性系數隨抗剪強度參數的增大而增大，隨坡高的增大而減小。

(3)根據滑坡穩定性影響因素的敏感性分析，提出以整理坡形、提高坡體抗剪強度參數為主要防治手段的綜合治理方案，可以給類似工程提供理論參考。