鳳山北側不穩定斜坡地質災害特征及治理

劉航驛

(桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541000)

0 引 言

鳳山鄉政府門前道路由于原有排水溝被洪水沖毀，由坡頂穿過道路向溝谷排泄洪水的涵管被沖斷，使得上游洪水沿坡頂直接向下蔓延，加之季節性流水的溯源侵蝕作用，侵蝕溝谷坡面，造成后緣溝腦不穩定斜坡坡面凌亂、沖溝、裂縫、落水洞等發育。該不穩定斜坡位于東鄉族自治縣鳳山鄉政府北側，地處黃土丘陵地貌區，呈圈椅狀展布，為天然土質斜坡，斜坡坡面兩側為耕地，植被稀疏，坡面土體裸露，無灌溉設施，坡面表層土體松散。該斜坡一旦垮塌，潛在威脅人員超100人，威脅資產約1 000萬元，為了保障人民生命財產的安全，切實做好防災減災工作，對該斜坡地質災害進行治理，實現人與自然和諧共存[1-2]。

1 研究區地質環境

1.1 地質條件

研究區處于祁呂賀山字型構造和隴西旋卷構造體系的復合部位，屬祁呂賀山字型構造體系前緣西翼東南端的臨夏—臨洮凹斷束的一部，它位于馬銜山—太子山之間的廣大紅層與黃土丘陵地區，實質上是一個以前震旦系變質巖和加里東旋回中期的侵入巖為基底的新生代盆地，盆地內主要為第三系上新統臨夏組與第四系黃土[3]。地貌類型屬深切割的黃土丘陵溝壑區，溝壑縱橫交錯，梁峁起伏，坡陡谷深，切割強烈，起伏高差30～160 m，沖溝呈“V”型分布。

1.2 新構造運動

區內新構造運動明顯，主要以垂直升降運動為主，形成典型的黃土梁峁溝壑地形，為本區不穩定斜坡的形成創造了基礎條件。地震松動和破壞巖土體，影響斜坡穩定性，誘發滑坡等地質災害的發生，是該區地質災害多發的主要誘因之一。如1920年某日，地震持續一晝夜，造成鳳山約150 m2的山坡下崩，20余人被壓死，壓塌房屋30余間。

1.3 工程地質條件

(1)土體工程地質

研究區所在黃土梁頂部，土體特征屬濕陷性馬蘭黃土，土質均勻，具孔隙，垂直節理發育。馬蘭黃土一般具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性，承載力特征值fak=100～120 kPa，工程地質性質較差。該類土為易滑塌土體，在天然狀態下強度較高，但當含水量增大時，承載力降低，抗剪強度指標均明顯降低。

(2)巖體工程地質

研究區巖體主要為層狀軟弱粘土巖，具泥質結構、層狀構造，質地較軟弱，遇水易軟化。自由膨脹率41.5 %～63 %，平均天然容重20.15 kN/m3，黏聚力(c)17.7～3 237.2 Kpa，內摩擦角(Ф)19.7°～40.6°，單軸飽和抗壓強度11 Mpa左右。

2 不穩定斜坡特征

2.1 斜坡特征

不穩定斜坡位于鳳山鄉政府北側斜坡帶，沿EW-SN向展布，平面形態呈曲線形，剖面形態呈折線狀。斜坡南高北低，東高西低，坡高21.0～37.5 m，坡長約29.7～53.0 m，坡寬約120 m，坡向327°，坡度35～55°，局部陡直。坡體由第四系上更新統風積馬蘭黃土和坡洪積粉土組成，坡面土體裸露，零星分布雜草，屬土質不穩定斜坡，見圖1。

2.2 斜坡變形特征

斜坡坡體主要由沖洪積粉土和馬蘭黃土組成，受長期的季節性流水的溯源侵蝕作用、重力作用與人類活動等因素的影響，自然形成的坡體破碎，坡面不規則，凸凹不平，坡體整體呈上陡下緩，坡體上部形成多處陡坎，坡體裂縫及落水洞發育，坡面見溜土、掉塊現象，威脅斜坡坡頂道路、鄉政府辦公樓、居民房屋、公共輸電通訊設施及過往行人車輛及辦公人員與居民的生命財產安全，見圖2。

圖2 不穩定斜坡剖面圖

3 斜坡穩定性影響因素分析

不穩定斜坡穩定性主要由自然因素和人類活動共同作用決定，地形條件及坡體組成物質的物理力學性質是不穩定斜坡形成的基本條件；后期的人類工程活動及降水是致使斜坡穩定性變差的主要因素。

3.1 自然因素

(1)地形地貌

不穩定斜坡發育于黃土丘陵地貌的黃土梁地帶。在構造、侵蝕等地質作用下，高陡的黃土斜坡發育。斜坡相對高差21.0～37.5 m。斜坡坡度約35～55°，坡面陡坎較多，土體裸露，高陡的地形是形成不穩定斜坡的基本條件。

(2)地層巖性

斜坡地層主要巖性主要為第四系上更新統馬蘭黃土和全新統坡洪積粉土，馬蘭黃土屬風積成因，質地均勻，松散，具針孔狀孔隙和大孔隙結構，垂直節理發育，具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性，抗剪性能差等特征，最大厚度>30 m；坡洪積粉土屬季節性流水沖刷溝谷形成，松散，具濕陷性，這些特征是斜坡容易變形開裂的物質條件。

(3)降水

降水和地表水的入滲、坡面沖刷等作用是斜坡變形破壞的主要影響因素之一。隨著雨季的到來，突發性、持續性降水量增加，降水形成的地表水匯入溝谷發生溯源侵蝕，侵蝕溝腦，部分地表水入滲至斜坡坡體土體中，使土體的重度增大，內摩擦角和粘聚力降低，工程地質性質變差，因此，降水是災害發生的主要誘發因素之一。

3.2 人類工程活動

(1)生活用水的排放

斜坡坡頂居民生活用水的不合理排放，水體滲入坡體，增大土體自重的同時，減小了巖土體原有的粘聚力，降低了巖土體的抗剪強度，因此，生活用水的排放是災害發生的主要誘發因素之一。

(2)坡頂修路、建房

斜坡坡頂為鳳山鄉政府辦公樓及縣道，增加了坡頂的荷載。同時，在強降雨或連續降雨、震動等條件下，以及未完善的排水設施，導致坡頂及坡面積水入滲坡體，加劇了斜坡的變形，易發生滑坡、崩塌地質災害。

4 斜坡穩定性綜合評價

4.1 不穩定斜坡的危害

(1)災情評估

不穩定斜坡坡面不規則，凸凹不平，坡體整體呈上陡下緩，坡體上部形成多處陡坎，坡體發育6處落水洞及1處裂縫，常見溜土、掉塊現象，坡面及坡腳零星分布坍塌堆積物。目前，不穩定斜坡潛在威脅坡頂X375縣道、鄉政府辦公樓及居民生命財產安全，預計威脅人數超100人，威脅資產約1 000萬元。依據地質災害災情和險情分級標準，災情等級為小型，險情等級為大型。

(2)險情評估

不穩定邊坡失穩產生滑坡的危害范圍通過滑移距離和邊坡坡頂塌滑區范圍來預測[1-4]。

對滑移距離，采用經驗公式：L=2(H1-H2)，(L—滑移距離；H1—坡頂標高；H2—坡腳標高；單位m)[3]。該不穩定邊坡坡高21.0～37.5 m，通過計算不穩定邊坡失穩產生滑坡的滑移距離為42.0～75 m。

對塌滑區范圍，采用如下公式：L=H/tanθ，(L—邊坡坡頂塌滑區邊緣至坡底邊緣的水平投影距離(m)；H—邊坡高度(m)；θ—邊坡破裂角(°)；土質邊坡取45°+φ/2，φ為土體的內摩擦角)[3-4]，該斜坡的馬蘭黃土內摩擦角為24°，邊坡高度為21.0～37.5 m，通過計算不穩定斜坡坡頂塌滑區邊緣至坡底邊緣的水平投影距離為47.19～84.27 m。

4.2 斜坡穩定性綜合評價

不穩定斜坡坡高21.0～37.5 m，坡度35°～55°，坡體由第四系全新統坡積粉土和馬蘭黃土組成，為天然土質斜坡。根據野外調差，結合定性分析及定量計算，鳳山鄉政府北側不穩定斜坡現狀整體穩定性為穩定性較差，處于基本穩定狀態，在坡頂水體入滲不利因素的影響下，易產生滑塌，發展趨勢為穩定性差(不穩定)，因此須及時對斜坡進行治理，以保證斜坡的穩定性，保護受威脅對象的安全。

5 滑坡體預防治理研究

根據邊坡當前穩定程度及其危害程度，并結合坡腳建設場地與坡體的相互關系，考慮Ⅶ度抗震設防烈度和強降雨的影響，判定該邊坡設計安全等級為一級，治理后邊坡穩定性安全系數在自重工況下>1.35，自重+暴雨、自重+地震工況下>1.15。不穩定斜坡現狀穩定性好，為防止雨季或強降雨形成山洪或坡面泥石流，對項目區斜坡采取截排水措施，消除洪水、坡面泥石流隱患，減少地表水入滲，保證斜坡現狀穩定性[2]。

5.1 防治工程場地評價

截排水渠、消力池布置在溝谷溝道上，排水渠基礎巖土體主要為第四系上更新統風積馬蘭黃土和坡洪積粉土，密實度差，強度低，具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性，物理力學性質較差，且工程段發育落水洞，不可直接選作截排水渠的基礎持力層，須采取原土夯實、換填地基處理措施之后方可作為截排水渠基礎持力層。治理區土體地基承載力及抗剪強度見表1。

表1 治理區土體地基承載力及抗剪強度

5.2 排水渠

排水渠采用梯形斷面，頂寬0.75 m，底寬0.3 m，渠深0.40 m，壁厚0.30 m，材料為C25混凝土，排水渠基礎采用15 cm厚2：8水泥土夯實，排水渠每隔5 m設置1道伸縮縫。既有排水渠末端連接道路底部既有涵管，涵管直徑0.8 m。道路底部涵管出口采用HDPE雙壁波紋管(SN10)連接至消力池，再由消力池與排水渠連接。

新建排水渠(吊溝)布置于溝谷中下游段，排水渠采用矩形斷面，頂寬1.30 m，底寬1.3 m，渠深0.80 m，壁厚0.20 m，材料為C25混凝土。坡降隨地形改變，排水渠坡度≥1：0.75時,渠內設置減速石,渠底部設置防滑齒。排水渠基礎采用30 cm厚2：8水泥土夯實，排水渠每隔5 m設置一道伸縮縫。吊溝沿溝谷順坡修建，吊溝每級臺階高0.3 m，寬1.0 m，長0.35 m，吊溝兩側由混凝土砌筑，厚0.2 m。排水渠匯水流入吊溝后，由吊溝排出至溝谷，總長133.64 m。

5.3 消力池

在新建排水渠出口及各個臺階處設置消力池，最后將匯水排入溝底。沉淀池凈尺寸2.0 m(長)×1.0 m(寬)×2.0 m(深)，采用C25混凝土澆筑，池壁厚0.2 m，池底厚0.3 m，主筋、箍筋均采用HRB400級，基礎采用0.3 m厚2：8水泥土墊層。

5.4 落水洞及裂縫回填

設計對溝道兩側及下游村莊內落水洞及裂縫進行回填。對落水洞及裂縫底部夯實處理后，采用素土分層夯實回填，回填至地面以下0.8 m，其上夯填30 cm厚3：7灰土，剩余部分再次采用素土分層夯實回填，回填地面高出原地面0.1 m。夯實回填作業采用從下到上分層填土的方法，單層填土松鋪厚度控制在25～30 cm。夯填壓實系數不小于0.9。

5.5 鎮墩、支墩

鎮墩是指用混凝土、漿砌石等圬工砌體定位管道，借以承受管中由于水流方向改變、管道自重和溫度變形等原因引起的推、拉力。鎮墩可分封閉式和開敲式2種。封閉式結構簡單，對管道固定和受力較好，應用較普遍；開敞式易于檢修，但鎮墩處管壁受力不均勻，用于管道對鎮墩作用力不大的情況。鎮墩設置要考慮傳遞力的大小和方向，并使之安全地傳遞給地基，一般在管道分岔、拐彎、變徑、末端、閥門位置和直管處，每隔一定距離設置鎮墩。該項目共修建鎮墩4座，支墩7座。

(1)鎮墩

鎮墩為C25混凝土結構，鎮墩順管長方向長2.6 m，管頂砼厚0.5 m，鎮墩高3.364 m，鎮墩寬3.0 m，鎮墩埋深1.864 m，其中30 cm為砼墊層，壓力管道中心距地面1.8 m。

(2)支墩

支墩為C25混凝土結構，均為厚度0.3 m，寬度1.0 m，長1.8 m。支墩高度可視壓力管道底部距開挖面高度而變化，支墩每9 m設1座。

6 結 語

(1)研究區不穩定斜坡位于鳳山鄉政府北側，屬黃土丘陵地貌區。該不穩定斜坡發育于黃土丘陵地貌的黃土梁地帶，屬自然土質斜坡，沿EW-SN向展布，坡頂為鳳山鄉政府辦公樓、居民房屋，斜坡土體為坡洪積粉土和馬蘭黃土，土質均勻，松散，具針孔狀孔隙和大孔隙結構，垂直節理發育，具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性。

(2)不穩定斜坡坡面不規則，凸凹不平，坡體整體呈上陡下緩且發育6落水洞及1處裂縫，坡面見溜土、掉塊現象。預計威脅人數超100人，威脅資產約1000萬元。依據地質災害災情和險情分級標準，災情等級為小型，險情等級為大型。

(3)不穩定斜坡現狀穩定性好，為防止雨季或強降雨形成山洪或坡面泥石流，對項目區斜坡采取截排水措施，消除洪水、坡面泥石流隱患，減少地表水入滲，保證斜坡現狀穩定性。