山西某護(hù)坡工程滑塌的原因分析及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

陳燕

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 基本情況

山西某煤礦在整合過(guò)程中，對(duì)場(chǎng)地周邊的邊坡在未勘察的情況下已進(jìn)行了施工，分臺(tái)階進(jìn)行放坡，每級(jí)坡高10 m，臺(tái)階寬度3 m，坡比為1∶0.75;坡頂植被發(fā)育，以雜草和零星喬木為主;坡面已采用漿砌石進(jìn)行護(hù)面，厚度0.5 m左右，護(hù)面上留有泄水孔，間距2.0 m，梅花形布置，每級(jí)坡頂上間隔1.5 m均留有0.5 m× 0.5 m的種植花草的空地，其余的防排水措施在現(xiàn)場(chǎng)均未看到。

2011年8月～9月，該區(qū)降水較多，并有暴雨出現(xiàn)。8月31日凌晨?jī)牲c(diǎn)左右，場(chǎng)地西北側(cè)一高30余米的邊坡發(fā)生滑塌，漿砌石護(hù)面被剪斷，土體向下滑塌，滑體寬度約50 m，長(zhǎng)度約40 m，邊坡后緣裂縫寬度最大約為50 cm，且局部有水流出，沒(méi)有生命財(cái)產(chǎn)的損失，滑坡現(xiàn)狀見(jiàn)圖1～圖4;其他地段在修筑好的漿砌石護(hù)面及護(hù)面臺(tái)階邊緣均出現(xiàn)多處裂縫，寬2 cm～5 cm左右。事故發(fā)生后，該煤礦首先采取應(yīng)急預(yù)案，對(duì)漿砌石護(hù)面進(jìn)行挖除，在開(kāi)挖過(guò)程中，坡體上可見(jiàn)大量積水外泄;其后，該煤礦主要負(fù)責(zé)人聯(lián)系勘察單位與各方面的專家，對(duì)滑塌區(qū)進(jìn)行鉆孔取樣、室內(nèi)化驗(yàn)，對(duì)滑塌的原因進(jìn)行分析，并對(duì)后期的加固處理措施進(jìn)行論述。

圖1 滑坡現(xiàn)狀正面圖

圖2 滑坡現(xiàn)狀側(cè)面圖

2 工程地質(zhì)條件

1)地理位置及地形地貌。

該煤礦位于山西省靈石縣靜升鎮(zhèn)斬?cái)鄩喆甯浇?。?chǎng)地中間為一條近東北向的大沖溝，其兩側(cè)分布有不同形態(tài)的黃土邊坡。該滑塌處在地貌上屬于黃土梁，兩側(cè)均為“V”形沖溝，且東側(cè)從形態(tài)上看屬于古滑坡。

2)地質(zhì)構(gòu)造。

對(duì)該區(qū)影響較大的構(gòu)造主要為孝義斷層與小山頭背斜，孝義斷層走向北20°～30°西，傾向北東，落差700 m左右，北東盤(pán)地層均被新生界覆蓋。

圖3 滑坡后緣裂縫

圖4 滑坡后緣擦痕

3)水文地質(zhì)條件。該場(chǎng)地各沖溝基本常年無(wú)水，僅在雨季形成季節(jié)性水流，但各沖溝在暴雨期可形成洪水，且一瀉而去，雨停數(shù)小時(shí)即為細(xì)流直至干涸。

4)地層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)指標(biāo)。根據(jù)后期在邊坡未發(fā)生滑塌前補(bǔ)充的邊坡勘察資料，該邊坡地層自上而下主要由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層(Qeol3)、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl2)、上第三系靜樂(lè)組紅粘土(N)組成，簡(jiǎn)述如下：①層馬蘭黃土(Qeol3)：褐黃色，含云母、白色菌絲、氧化物等，可見(jiàn)蟲(chóng)孔，大孔隙結(jié)構(gòu)明顯，稍濕，稍密～中密，具中等～高壓縮性和輕微～強(qiáng)烈濕陷性，揭露厚度3 m～5 m，主要分布在滑塌區(qū)后緣。天然狀態(tài)下重度15.4 kN/m3，粘聚力20 kPa，內(nèi)摩擦角25°;飽和狀態(tài)下重度19.0 kN/m3，粘聚力12 kPa，內(nèi)摩擦角22°。②層粉質(zhì)粘土(Qal+pl2)：淺紅色～褐紅色，含云母、氧化物等，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核層，呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，揭露厚度5 m左右，整個(gè)滑塌區(qū)均有分布。天然狀態(tài)下重度19.5 kN/m3，粘聚力 55 kPa，內(nèi)摩擦角 28°;飽和狀態(tài)下重度20.1 kN/m3，粘聚力24 kPa，內(nèi)摩擦角20°。③層紅粘土(N)：深棕紅色、紫紅色，呈堅(jiān)硬狀態(tài)，含鐵錳質(zhì)薄膜較多，夾有數(shù)層厚度介于300 mm～1 000 mm左右的鈣質(zhì)結(jié)核層，核徑3 cm～10 cm，局部混有砂礫石透鏡體。天然狀態(tài)下重度20.3 kN/m3，粘聚力70 kPa，內(nèi)摩擦角20°;飽和狀態(tài)下重度20.7 kN/m3，粘聚力35 kPa，內(nèi)摩擦角18°。

5)地下水。本次鉆孔最大深度35 m，未揭露地下水。

6)現(xiàn)場(chǎng)挖掘機(jī)清除滑體土后，發(fā)現(xiàn)滑床在后緣部位為離石黃土(即②層粉質(zhì)粘土)，中前部為上第三系靜樂(lè)組紅粘土。

7)新滑坡的穩(wěn)定性分析與計(jì)算。a.參數(shù)選取。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)在新滑坡上刻取的環(huán)刀試樣進(jìn)行的室內(nèi)反復(fù)剪切試驗(yàn)，結(jié)合滑塌前對(duì)坡體地層的調(diào)查了解，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該段邊坡穩(wěn)定性的調(diào)查了解，給出穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)：天然狀態(tài)下滑帶土c=8 kPa，φ=10°，滑體土重度取19.5 kN/m3。飽和狀態(tài)下滑帶土c=7 kPa，φ=10°，滑體土重度取19.5 kN/m3。b.定性分析。新滑坡后壁擦痕明顯，后壁頂部發(fā)現(xiàn)數(shù)條拉張裂縫，寬5 cm～50 cm。該滑坡滑體尚處于蠕動(dòng)期，整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。c.定量計(jì)算。新滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，未發(fā)生滑塌前的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 新滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

表2 未發(fā)生滑塌前的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，無(wú)論滑坡前后，降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響都起很大的作用。而且，在發(fā)生滑坡前，飽和狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)為0.83，不穩(wěn)定。

3 事故原因分析

事故發(fā)生后，該煤礦主要負(fù)責(zé)人聯(lián)系各方面的專家，對(duì)此邊坡滑塌的原因進(jìn)行分析，并討論后期的加固治理措施。從滑坡前緣看，滑坡體整體向前推進(jìn)，坡腳處裂縫很多，對(duì)整個(gè)滑坡、場(chǎng)地周邊的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行一番調(diào)查后，初步確定該事故發(fā)生的幾點(diǎn)原因如下：

1)古滑坡是內(nèi)因：由于未進(jìn)行邊坡勘察與地質(zhì)調(diào)查，設(shè)計(jì)無(wú)依據(jù)，未發(fā)現(xiàn)此處的不良地質(zhì)作用。新滑坡東側(cè)屬于一小型古滑坡滑坡周界的邊緣，該古滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀，后緣坡度較陡，約60°，滑坡表面呈緩坡臺(tái)階狀，總體坡體坡度20°左右，主滑方向與新滑坡方向一致，該滑坡體長(zhǎng)約80 m，寬約60 m，為土質(zhì)滑坡，馬蘭黃土覆蓋，其下為離石黃土，植被發(fā)育，主要為雜草和喬木，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)有黃土落水洞。在自然條件下，該滑坡體受植被保護(hù)坡體較為穩(wěn)定，尚未出現(xiàn)滑坡。

2)降雨是主要誘因：該邊坡巖土體由馬蘭黃土(Q3)、粉質(zhì)粘土(Q2)、紅粘土(N)組成，馬蘭黃土結(jié)構(gòu)松散，水通過(guò)該層土很容易下滲;粉質(zhì)粘土(Q2)與紅粘土(N)屬于超固結(jié)土，若無(wú)解除側(cè)限，則強(qiáng)度很高，形成邊坡后側(cè)限解除，形成回彈，且紅粘土(N)網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，含高嶺石、蒙脫石等親水性礦物較多，遇水后形成軟弱層;2011年8月該區(qū)降雨較多，雨水通過(guò)孔隙、裂隙入滲至粉質(zhì)粘土(Q2)、紅粘土(N)土體，土體中大量的親水礦物遇水軟化，從而使土的粘聚力顯著減小，強(qiáng)度顯著降低;另外，滲入坡體里的水會(huì)令干燥狀態(tài)的結(jié)構(gòu)面軟化、潤(rùn)滑，降低潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，促使邊坡沿粉質(zhì)粘土(Q2)、紅粘土(N)發(fā)生滑塌。

3)設(shè)計(jì)失誤：該邊坡設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)有效的防排水措施，僅在漿砌石護(hù)面上留有泄水孔，而且由于施工不規(guī)范，在雨季時(shí)未起作用，致使降雨入滲至粘性土層排不出，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，發(fā)生邊坡坍塌。

4)現(xiàn)階段人們的意識(shí)與溝通：邊坡設(shè)計(jì)前未進(jìn)行勘察，沒(méi)有充分的設(shè)計(jì)依據(jù);邊坡施工中未及時(shí)與施工單位溝通，未發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的不合理之處;施工期間與完工后沒(méi)有委托測(cè)繪單位進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

4 加固處理措施

該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在后期連續(xù)降雨后裂隙仍在加大，局部還有小滑動(dòng)，根據(jù)以上對(duì)邊坡滑塌原因的分析，該處在加固處理時(shí)綜合考慮以下措施：

1)將滑體全部清除后剩余巖土體用坡率法重新分臺(tái)階進(jìn)行放坡，每級(jí)坡高控制在8 m以內(nèi)，坡比為1∶1，每級(jí)臺(tái)階預(yù)留臺(tái)寬4 m。

2)新的人工邊坡形成后，采用土釘噴射混凝土進(jìn)行坡面防護(hù)與防滲。

3)水是誘發(fā)本邊坡滑塌的主要原因，因此每級(jí)平臺(tái)均設(shè)置截水溝，并在坡體外兩側(cè)設(shè)置排水溝，將水從兩面輸出，建立統(tǒng)一、完善、有效的防排水系統(tǒng)。

4)委托測(cè)繪單位定期對(duì)場(chǎng)地所有的邊坡包括其沉降、水平位移、坡頂裂紋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，汛期、施工期間應(yīng)加密檢測(cè)頻率，直至各相關(guān)因素穩(wěn)定。

5 主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

1)加強(qiáng)相關(guān)人員對(duì)此類工程的重視程度。

2)邊坡設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察、工程地質(zhì)調(diào)查，查明其場(chǎng)地內(nèi)所有的滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)作用，查明水文地質(zhì)條件、搜集降雨資料，跟當(dāng)?shù)鼐用窳私庵苓呥吰略诮涤旰蟮母鞣N情況。

3)邊坡設(shè)計(jì)前應(yīng)組織有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行論證。

4)必須設(shè)計(jì)一套統(tǒng)一、完善、有效的防排水系統(tǒng)。

5)經(jīng)濟(jì)損失大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，重復(fù)工作，拖延工期。

6 結(jié)語(yǔ)

該煤礦邊坡的滑塌，其原因多方面，在山西省黃土地貌區(qū)有一定的代表性。對(duì)于這一類邊坡工程，水的作用是工程成敗的關(guān)鍵之一，因此，為保證邊坡的安全、穩(wěn)定，必須做好防水、排水措施。