廣元市江口小學(xué)滑坡穩(wěn)定性研究

王元新 ，劉建豹

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

1 引 言

江口小學(xué)滑坡位于廣元市劍閣縣江口鎮(zhèn)江口小學(xué)內(nèi)，為牽引式土質(zhì)滑坡。目前江口小學(xué)滑坡處于蠕動變形階段，整體仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨工況下，可能處于欠穩(wěn)定狀態(tài)或極限平衡狀態(tài)，嚴(yán)重威脅居民的生命財產(chǎn)安全。本文根據(jù)該滑坡的變形形成機(jī)制，結(jié)合其所處的地質(zhì)環(huán)境條件，運(yùn)用瑞典條分法、傳遞系數(shù)法對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評價，對確?；麦w上居民生命財產(chǎn)的安全具有重要的實(shí)際意義［1］。

2 滑坡區(qū)概況

2.1 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露地層自上而下主要為人工填土、第四系含碎石粉質(zhì)粘土及白堊系劍門關(guān)組上段(K21j)泥質(zhì)粉砂巖。地層發(fā)育較完整，其中基巖小范圍有出露。

(1)第四系(Q)。區(qū)內(nèi)第四系分布較廣，厚度變化較大，覆蓋于中生代地層之上。主要由人工填土、聞溪河沖洪積層(含碎石粉質(zhì)粘土(Qal+pl)和砂卵(漂)石層)及山前殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土(Qel+pl)組成。

(2)白堊系劍門關(guān)組上段泥質(zhì)粉砂巖(K21J):主要出露于滑坡的前后緣處，巖性以紫紅色泥質(zhì)粉砂巖為主，厚層狀～巨厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化－中風(fēng)化，地層產(chǎn)狀為:傾向355°～100°，傾角較緩，為4°～6°，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，該層厚度為260 m～470 m。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造、地震與新構(gòu)造運(yùn)動

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造屬梓潼向斜北翼，巖層產(chǎn)狀，傾向350°～10°，傾角一般為4°～6°，未見斷層及次級褶皺，地質(zhì)構(gòu)造簡單，勘查區(qū)為順向坡。工作區(qū)抗震設(shè)防烈度為7°，設(shè)計基本地震加速度值為0.15 g。設(shè)計地震分組為第二組?？辈閰^(qū)新構(gòu)造運(yùn)動以間歇性抬升為主，在河流沿岸斷續(xù)分布多級陡崖與階地，這些陡崖底部標(biāo)高與階地標(biāo)高大致相對應(yīng)，陡崖分布與江河沖刷切割密切相關(guān)。

2.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水類型為第四系松散層中上層滯水和紅層裂隙水。上層滯水主要接受大氣降水補(bǔ)給，于坡體表面小水溝排出，斜坡體土以粉質(zhì)粘土為主，滲透性較差，水量貧乏。紅層裂隙水受大氣降水和上層孔隙水補(bǔ)給，由于紅層以泥質(zhì)粉砂巖為主，裂隙閉合，貫通性差，其賦水性差、流量小?？傮w，該區(qū)地下水貧乏。在坡體左前緣以外約50 m處見泉水出露，常年流量穩(wěn)定，平均流量約100 ml/s。由于表層填土厚度分布不均，松散、欠固結(jié)，上層滯水未形成統(tǒng)一含水層，基巖裂隙水埋深較深［2］。

2.4 人類工程活動

區(qū)域內(nèi)無大型工礦企業(yè)，主要為江口小學(xué)教學(xué)場所。區(qū)內(nèi)工程經(jīng)濟(jì)活動以農(nóng)耕墾殖，其中破壞地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動主要有復(fù)建住宅及其他建筑、修路時對山體進(jìn)行了一些規(guī)模不等的切坡及在學(xué)校多期建設(shè)中由于切坡形成了Ⅰ、Ⅱ兩級平臺。人類工程活動對滑坡的穩(wěn)定性有一定的影響。

3 滑坡體特征

區(qū)內(nèi)海拔高程400 m～700 m，相對高差300 m，屬侵蝕剝蝕低山臺梁寬谷中坡地貌。臺梁頂部平闊寬展，山坡呈階梯狀，主要分為3 個臺階(河漫灘、一級階地、二級階地)。

江口小學(xué)滑坡位于聞溪河右岸低山斜坡地帶，屬第四系填土及含碎石粉質(zhì)粘土斜坡，是典型的聞溪河一級階地。坡體地勢前緩后陡，形狀沿學(xué)校圍墻，長度約100 m，最大寬度約110 m，面積為0.01 km2，坡體土體厚度4.2 m ～11.7 m，平均厚度為8 m，斜坡體方量約為80 000 m3，屬小型滑坡。地面高程為421 m ～447 m，最大相對高差26 m，坡體平均坡度25°，總體坡向355°。在學(xué)校多期建設(shè)中由于切坡形成了Ⅰ、Ⅱ兩級平臺，Ⅰ、Ⅱ平臺前緣設(shè)擋土墻，墻高約2 m ～6 m。Ⅰ級平臺為學(xué)校操場，下方是一個天然斜坡，坡體前緣設(shè)有擋墻，緊鄰高江路。Ⅱ級平臺為辦公樓及教學(xué)樓。區(qū)內(nèi)植被較差，除山頂上有少量成片樹林外，其余地段皆為灌叢、耕地和荒坡。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪、地質(zhì)調(diào)查及結(jié)合前期成果綜合分析，斜坡邊界的判定主要以基巖的出露、地表出現(xiàn)的變形開裂、地形變化和微地貌變化為依據(jù)。前后緣邊界主要位于巖層分界線上，前后緣均有基巖出露，前緣位于聞溪河右河岸高江路上，河岸有基巖出露，出露巖層產(chǎn)狀10°∠6°。后緣位于江口小學(xué)校門處，后面為一基巖出露陡坎，后緣出露巖層產(chǎn)狀355°∠4°。左右邊界以圍墻變形破壞劇烈、地裂縫為判定依據(jù)，判定左右邊界分別位于學(xué)校左右圍墻處，如圖1所示。

圖1 江口小學(xué)區(qū)域地質(zhì)平面圖

4 滑坡變形形成機(jī)制

江口小學(xué)不穩(wěn)定斜坡屬第四系堆積層填土及含碎石粉質(zhì)粘土斜坡。根據(jù)踏勘及現(xiàn)場勘探分析地形地貌、巖土性質(zhì)、水文地質(zhì)條件和人類工程活動是影響該斜坡穩(wěn)定性的因素。其中造成滑坡滑動的主要外界影響因素是大氣降水和地震作用。該斜坡自1998年9月16日以來發(fā)生變形，5·12 汶川大地震導(dǎo)致江口鎮(zhèn)小學(xué)靠近斜坡后緣一幢綜合樓地面開裂長30 m，裂縫寬2 cm～5 cm，目前已成為危房而停止使用，目前在小學(xué)操場及前緣圍墻多處形成寬5 cm ～10 cm的拉張裂縫，在暴雨以及前緣聞溪河河水位上漲條件下，地表水從地表裂縫流向坡體內(nèi)，致使土體飽和，自重加大，潛在滑動面處的土體抗剪強(qiáng)度降低，減少了抗滑力，有利于潛在滑動面的進(jìn)一步發(fā)展及貫通，最終導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)［3］。同時江口小學(xué)生活污水管道陳舊，有漏水現(xiàn)象，也不利于斜坡的穩(wěn)定。

5 滑坡穩(wěn)定性分析

5.1 滑坡穩(wěn)定性宏觀分析

據(jù)調(diào)查訪問，江口小學(xué)不穩(wěn)定斜坡存在不同程度的變形，主要表現(xiàn)在坡體表面、建筑物裂縫，根據(jù)斜坡體的變形特征。目前，該滑坡在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)階段，其變形主要為地面裂縫。但在暴雨等因素誘發(fā)下，降雨一方面使坡體重度加大，另一方面雨水沿地面裂縫和基巖裂隙下滲形成地下水，使滑帶及滑體抗剪強(qiáng)度降低。由于滑坡前后緣高差較大，前緣有臨空面，在重力作用下土體可能沿剪切面滑動，使不穩(wěn)定斜坡處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重威脅斜坡體上江口小學(xué)師生的生命財產(chǎn)安全。同時，也對前緣高江路造成破壞，甚至可能對前緣的聞溪河造成堵塞。

5.2 滑坡推力計算及穩(wěn)定性評價

(1)荷載組合

本次斜坡推力計算，目的是為斜坡在不同工況條件下的穩(wěn)定性評價及斜坡防治提供依據(jù)。計算荷載考慮滑體自重、地表荷載、暴雨、地下水、河水位、河水位降落、地震等因素。

(2)計算剖面、方法及參數(shù)選擇

①計算剖面

本次穩(wěn)定性計算選取1－1'剖面作計算剖面，如圖2所示，分別對4 個可能的潛在滑面進(jìn)行穩(wěn)定性計算，最終選取穩(wěn)定性系數(shù)最低、下滑推力最大的滑面作為最不利滑面，并為工程治理提供依據(jù)，4 個潛在滑面分別為:

滑面1:堆填土內(nèi)部最不利滑面(自動搜索)，滑面不涉水;

滑面2:堆填土內(nèi)部最不利滑面(自動搜索，墻頂剪出口)，滑面不涉水;

滑面3:素填土與含碎石粘土接觸面，滑面不涉水;

滑面4:含碎石粘土與下伏基巖接觸面，滑面涉水。

圖2 劍閣縣江口小學(xué)不穩(wěn)定斜坡工程地質(zhì)剖面圖(1－1')

②計算方法

a.圓弧滑動法—滑面1、滑面2

滑面1、滑面2 為堆填土內(nèi)部滑動，屬典型的土質(zhì)滑坡，滑動面近似圓弧形，滑坡穩(wěn)定性計算方法采用圓弧滑動法計算安全系數(shù)和滑坡推力，其最不利滑面采用自動搜索確定。

b.傳遞系數(shù)法—滑面3、滑面4

滑面3 為素填土與含碎石粘土接觸面，滑面4 為含碎石粘土與下伏基巖接觸面，其滑面形態(tài)均呈現(xiàn)折線形，可采用傳遞系數(shù)法計算潛在滑面穩(wěn)定性及滑坡推力［4］;

③參數(shù)選擇

滑坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，前緣亞區(qū)現(xiàn)狀處于蠕動變形階段，滑面尚未完全形成貫通，滑面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗、反演分析、工程類比及參考地區(qū)經(jīng)驗等來綜合確定，如表1所示。

反演分析選取前緣填土內(nèi)部滑面作計算模型，反演條件選擇暴雨工況條件下，穩(wěn)定系數(shù)取Fos=1.03，反算方法可采用圖解法，并綜合考慮室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)，最終確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)［5］。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)綜合推薦表

5.3 穩(wěn)定性計算及結(jié)果評價

本次計算采用北京理正巖土設(shè)計軟件進(jìn)行剩余下滑力計算，如表2所示。

表2 穩(wěn)定性計算成果表

本次穩(wěn)定性計算選取1－1'剖面作計算剖面，通過分別對4 個潛在滑面進(jìn)行穩(wěn)定性計算，為本次斜坡體最不利滑面，并為后續(xù)工程治理提供設(shè)計依據(jù)。

5.4 敏感性分析

影響堆積體穩(wěn)定性的主要因素包括滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)(C、φ 值)、滑體飽水情況及滑體容重的變化等。其中，滑體容重的確定主要根據(jù)土工試驗，其取值相對較準(zhǔn)確，而C、φ 值的取值中影響因素較復(fù)雜。本次勘查主要以C、φ 值作分析，研究其對滑坡穩(wěn)定性的作用。計算中選取1－1'剖面作為計算的基礎(chǔ)。由此求得不同取值情況下的穩(wěn)定性系數(shù)。

通過敏感性分析，在Φ=10.6°、C=20.2 kPa處，φ 升高1°，穩(wěn)定系數(shù)K 值大約提高5.05%;C 值提高1 kPa，穩(wěn)定系數(shù)大約增大3.45%;地下水位抬升0.1 m，穩(wěn)定系數(shù)大約下降1.825%。由此可見，φ 值對穩(wěn)定系數(shù)的影響最大，其次是C 值，地下水位影響最小。

5.5 防治工程方案建議

根據(jù)本次勘查，在掌握斜坡可能形成滑坡的機(jī)制和主要誘發(fā)因素基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行工程治理，主要采取截排水和抗滑支擋相結(jié)合的綜合治理工程措施。

(1)截排水工程

地表水和地下水對滑坡體的穩(wěn)定性有重要影響，因此必須進(jìn)行治理，建議如下:

①經(jīng)調(diào)查，學(xué)校的排水系統(tǒng)陳舊，甚至在有些部位未設(shè)排水設(shè)施，故對斜坡外圍平臺修建截水溝，防止地表水下滲至滑坡體內(nèi);

②沿坡體上的修建排水溝，并與學(xué)校、高江路排水系統(tǒng)相連接，使之形成一個完整的排水系統(tǒng)。

(2)抗滑支擋工程

①對高江路內(nèi)側(cè)原有擋墻進(jìn)行加固和修復(fù)(加高加厚)，并增加適量的泄水孔;亦可重新修建擋墻，完善排水設(shè)施。

②在高江路擋墻內(nèi)側(cè)處修建一排抗滑樁。

(3)對現(xiàn)有地面裂縫進(jìn)行封填。

(4)因該處產(chǎn)生滑動的主要為填土內(nèi)部，且填土主要分布在Ⅰ級平臺前緣，故從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度可采用清方減載的方案，但考慮學(xué)校Ⅰ級平臺為學(xué)生主要的活動場所之一，且學(xué)校的土地資源相對緊缺，經(jīng)征求校方意見，認(rèn)為采用清方減載的方案不可行。

6 結(jié) 語

在“5.12”大地震后，江口小學(xué)不穩(wěn)定斜坡表面形成大量下錯、拉張裂縫，在暴雨條件下，地表水從地表裂縫流向坡體內(nèi)。由于斜坡上部土層結(jié)構(gòu)松散，欠固結(jié)，透水性較好，致使土體飽和，自重加大，潛在滑動面處的土體抗剪強(qiáng)度降低，從而使土體沿斜坡向下緩慢滑移，有利于潛在滑動面的進(jìn)一步形成及貫通，最終導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。江口小學(xué)不穩(wěn)定斜坡一旦變形失穩(wěn)，就可能產(chǎn)生整體滑坡或局部滑坡，將直接危及斜坡上部操場上的師生、中部與后緣的教學(xué)樓、辦公樓、教工宿舍以及其中教職員工及師生。同時造成高江路(該道路是江口鎮(zhèn)至高觀的重要道路)堵塞，甚至可能對聞溪河造成一定的堵塞，形成“堰塞湖”，該斜坡的潛在危險性大，通過截排水和抗滑支擋相結(jié)合的綜合治理工程措施，目前坡體是穩(wěn)定的。

［1］程建軍，廖小平，王浩等．滑坡推力計算方法的對比研究與應(yīng)用［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008(1):44～48．

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［3］黃潤秋．20 世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機(jī)制［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007，26(3):433～455．

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