三峽庫區(qū)湖北省興山縣高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡穩(wěn)定性分析與評價

楊 永，陳 敏

(1．湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治中心，湖北武漢 430034;2．湖北省鄂西地質(zhì)工程勘查院，湖北宜昌 443100)

0 引言

高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡位于湖北省興山縣高陽鎮(zhèn)響灘村3組。該滑坡為一中型土質(zhì)滑坡，體積約24．0×104m3。高陽鎮(zhèn)中學(xué)位于滑坡體中部，學(xué)生和教職員工共計1 000余人;滑坡體下方為興山縣中醫(yī)院和高陽鎮(zhèn)移民新區(qū)，共計400余人(見圖1)。滑坡自20世紀(jì)90年代以來其前緣就有變形活動跡象。雖然目前滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在降雨及人類工程活動等因素影響下，其穩(wěn)定性會降低，滑坡一旦失穩(wěn)產(chǎn)生滑移破壞，將造成人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失，危害等級屬II級，經(jīng)濟損失超過8 130萬元［1］。因此掌握滑坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出防治措施建議，制定合理的防治方案，對于保護滑坡范圍內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全至關(guān)重要。

圖1 滑坡全貌Fig.1 Overall perspective of landslide

1 滑坡基本特征

1．1 滑坡形態(tài)特征

滑坡位于原氣象站西側(cè)下方的凸形順向斜坡上。左面臨空為甘家溝，右側(cè)為基巖山脊，后緣至原興山氣象站，前緣至興山縣中醫(yī)院和移民新區(qū)。滑坡前緣剪出口附近地形坡度50°～70°，后緣地形坡度20°～25°。主滑方向268°，與坡向基本一致，滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀，縱剖面形態(tài)呈上陡下緩折線狀，前緣剪出口處為坡度50°～70°左右高成5～10 m的陡坎?；虑熬壐叱?80 m，后緣高程 267 m，平均縱長 220 m，橫寬約160 m，平均厚度約 8．0 m，面積 3．08 ×104m2，體積約24．0×104m3。屬淺層中型牽引式滑坡。

1．2 滑坡體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

1．2．1 滑體

滑體物質(zhì)在空間分布上差異不大?；w物質(zhì)主要為黃灰色、黃褐色的碎塊石土，碎塊石含量約40% ～60%，碎塊石主要為砂巖、泥巖，碎石粒徑一般5～20 cm，塊石直徑20～50 cm，充填粉質(zhì)粘土和角礫，角礫成份為砂巖、泥巖。從鉆探和淺井施工發(fā)現(xiàn)，土體粗顆粒架空呈現(xiàn)松動跡象，土體滲透性較強，含水量較高時易垮塌。

1．2．2 滑帶

潛在滑移(面)帶沿滑坡堆積物與巖層接觸面發(fā)育，基本連續(xù)，剖面形態(tài)近似折線型?；瑤Ш穸?．3～0．5 m。厚度變化趨勢為:后部薄，中前部厚?；瑤镔|(zhì)主要為黃褐色、灰褐色含礫粉質(zhì)粘土、灰黑色可塑或軟塑狀粘土夾砂，含少量碎石，粉質(zhì)粘土細(xì)膩密實，碎石磨圓度較好，顯示較為明顯的擠壓碾磨性狀特征。

1．2．3 滑床

滑床為侏羅系中下統(tǒng)聶家山組(J1－2n)，巖性為黃褐色砂巖夾紫紅色泥巖;砂巖表層中—強風(fēng)化，中厚層狀，巖體較完整，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層傾向240°～260°，傾角41°～51°;泥巖夾層表部呈強—全風(fēng)化，風(fēng)化裂隙極為發(fā)育，巖體較破碎，厚約1～3 m，滑坡前緣剪出口、滑坡南側(cè)甘家溝和滑坡北側(cè)山脊均有基巖出露。

1．3 滑坡變形特征

高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡自20世紀(jì)90年代以來其前緣就有變形活動跡象，尤其是在降雨量較大的年份，并且變形范圍由其前緣逐漸向后緣擴大。變形導(dǎo)致滑坡后緣原高陽氣象站的圍墻拉裂破壞倒塌，并有3戶居民被迫搬遷。其變形特征為典型的牽引式滑移，前緣陡坡地段變形破壞后，臨空面后移，導(dǎo)致破壞范圍逐漸向其后緣擴展。

滑坡的近期變形主要表現(xiàn)為坡體后緣北側(cè)房屋和后緣圍墻拉裂，滑坡中部坡體上中學(xué)操場地表開裂、前緣擋墻墻開裂破壞和被推倒等。

2 控制和影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素

根據(jù)滑坡發(fā)育特征和變形特點分析判斷，控制滑坡穩(wěn)定性的主要因素有地形地貌、地層巖性和滑坡結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等內(nèi)在因素，影響其穩(wěn)定性的主要因素有大氣降雨與人類工程活動等外部因素。

2．1 地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件

滑坡處構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)，滑坡體高差87 m，地形坡度15°～25°，滑坡前緣剪出口附近被改造成5～10 m高的陡坎，剪出口附近地形坡度50°～70°左右，有形成滑坡的地形條件。滑體物質(zhì)為崩塌堆積碎塊石土，為土石混雜堆積，具有顯著的非均勻性、非連續(xù)性，結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)含大量孔隙，透水性較強?；瑤槎逊e體與其下部基巖的接觸帶，地下水富集于土巖接觸帶，對接觸帶進行泥化、軟化，降低力學(xué)強度，形成軟弱帶?；矠橘_系砂巖夾泥巖，巖層傾向240°～260°，傾角41°～51°，與坡向基本一致。所以，以上地形地貌和自身的巖土結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)特征，是滑坡的形成的內(nèi)在條件。

2．2 大氣降雨

興山縣高陽鎮(zhèn)地區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。降雨日數(shù)歷年平均134 d，降雨時間長，多暴雨。豐富的雨量成為地下水的主要補給源。

長時間的降雨使斜坡土體飽和，坡體自重增加;碎塊石土由于碎塊石含量高，塊徑大，局部還有架空現(xiàn)象，地表水易沿碎塊空隙下滲，特別是滑坡后緣邊界地表植遭破壞，地表水將直接滲入滑帶，滑帶強度將降低;隨著土體飽水增加自重力，滑帶抗剪強度降低，最終發(fā)展為整體滑動。降雨是滑坡失穩(wěn)的主要觸發(fā)因素。

該滑坡滑床為砂巖夾泥巖，為相對隔水層。這種特定的巖性結(jié)構(gòu)，利于地下水在滑體與基巖的接觸帶(滑帶)富集，軟化接觸帶，使接觸帶土層的粘聚力、摩擦角減小，力學(xué)強度降低，滑體土易沿此層滑動，地下水是滑坡產(chǎn)生滑移的內(nèi)因之一。

2．3 人類工程活動

主要為坡體中部高陽鎮(zhèn)中學(xué)開挖改造，滑坡前緣剪出口附近人工改造形成5～10 m的陡坎，形成臨空面。人類工程活動破壞了原地表植被和天然的排水溝，加強了地表水滲入滑帶土，軟化滑帶土的強度。

3 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

3．1 計算參數(shù)的選取

采用室內(nèi)試驗、經(jīng)驗比照和反演參數(shù)綜合取值。

通過室內(nèi)試驗，該區(qū)滑坡前人取值參數(shù):天然狀態(tài)C值為35 kPa，φ值為14．7;飽和狀態(tài)C值為18 kPa，φ值為 11．5。

通過對比附近的魯家灣滑坡和高陽庫岸的滑帶參數(shù)取值。該區(qū)滑坡前人取值參數(shù)C值為20～30 kPa，φ值為14°～18°。

進行反演驗證分析。采用飽和狀態(tài)來擬合連續(xù)暴雨工況(工況Ⅱ)。據(jù)調(diào)查，該滑坡已經(jīng)發(fā)生了明顯的變形，根據(jù)實際情況，反演驗證時滑坡穩(wěn)定系數(shù)取Fs=1．00 ～1．05，選取此時滑帶土對應(yīng)的C、φ 值，作為飽和狀態(tài)滑帶土的抗剪強度指標(biāo)。反演驗證分析結(jié)果:C=15 ～18 kPa，φ =12°～14°。見表1。

表1 滑帶土反演驗證分析成果表Table 1 Analysis results of inversion verification of slip soil

滑帶土抗剪強度參數(shù)綜合取值見表2。

3．2 穩(wěn)定性計算與評價

滑坡滑面形態(tài)近似折線型，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218—2006)采用推力傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性計算分析［2］。計算模型主要根據(jù)滑坡的主滑方向?qū)崪y1-1'工程地質(zhì)主剖面的建立(圖2)。

表2 滑帶土抗剪強度參數(shù)綜合取值表Table 2 Comprehensive value of shear strength parameters of slip soil

3．2．1 計算工況

降雨是影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素，重點考慮持續(xù)降雨工況及滑體飽水情況的穩(wěn)定系數(shù)，因此計算工況考慮以下二種:

工況Ⅰ 自重+地表荷載;

工況Ⅱ 自重+地表荷載+50年一遇暴雨。

3．2．2 計算結(jié)果

滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計算成果統(tǒng)計見表3。

圖2 1-1'主剖面條分圖Fig.2 Strip partition of 1-1'main cross－section

表3 滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)計算成果統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of calculation results of stability coefficient of landslide body

3．2．3 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果評價

由表3計算結(jié)果可知:

(1)天然工況下，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)自重+地表荷載+暴雨工況下，1-1'剖面穩(wěn)定系數(shù)為 1．062，介于 1．05 ～1．20，處于基本穩(wěn)定狀態(tài);表明長期暴雨對滑坡穩(wěn)定性的影響較大。

4 滑坡發(fā)展趨勢及危害性預(yù)測

由計算結(jié)果可知，天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)地表調(diào)查目前高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，基本一致。目前眾多的地表裂縫和變形表明高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡目前正處于應(yīng)力累積階段，其安全儲備不高，滑坡體土體結(jié)構(gòu)松散，滲透性強，加之滑坡體上植被較少，坡面無任何截排水措施，在暴雨或持續(xù)強降雨作用下，雨水或地下水滲入滑體，軟化土體，使剪強度降低，重度增加，在降雨和人工活動加劇等不利影響因素組合下，存在發(fā)生整體失穩(wěn)或大規(guī)模變形的可能。根據(jù)滑坡形態(tài)與變形特征預(yù)測分析，將來滑坡變形破壞具有牽引式滑移特點，即滑坡中下部臨近前緣高陽鎮(zhèn)中學(xué)一帶人工改造形成陡坡段在不利因素影響下首先發(fā)生失穩(wěn)變形，形成新的臨空面，進而牽引上部坡體產(chǎn)生大規(guī)模變形破壞。

5 結(jié)論與建議

本文在討論控制和影響滑坡穩(wěn)定性主要因素的基礎(chǔ)上，采用推力傳遞系數(shù)法分析了不同條件下的斜坡穩(wěn)定性。得出結(jié)論如下:

(1)控制高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素與滑坡區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件及自身特點有關(guān)，包括滑坡區(qū)的地形地貌條件，水文地質(zhì)條件與滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)等;影響滑坡穩(wěn)定性的外在因素主要有大氣降水以及人類工程活動。

(2)高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，近期變形主要表現(xiàn)為坡體后緣北側(cè)房屋和后緣圍墻拉裂，滑坡中部坡體上中學(xué)操場地表開裂、前緣擋墻墻體開裂破壞和被推倒等。變形與大氣降水密切相關(guān)，變形具有牽引式滑移特點。

(3)在降雨和人工活動加劇等不利影響因素組合下，高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡存在發(fā)生整體失穩(wěn)或大規(guī)模變形的可能，具有較大的潛在危害，對其進行綜合治理十分必要。

(4)根據(jù)滑體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性狀及其主要影響因素，建議采取前緣陡坡段設(shè)漿砌石擋土墻支護，中部設(shè)抗滑樁支擋進行工程治理，以確保坡體整體穩(wěn)定，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。

［1］ 劉平，等．三峽庫區(qū)湖北省興山縣高陽鎮(zhèn)中學(xué)滑坡勘查報告［R］．武漢:武漢地質(zhì)工程勘察院，2012．

［2］ 徐邦棟．滑坡分析與防治［M］．北京:中國鐵道出版社，2001．