削填方滑坡成因及坡上建房治理研究

唐 威， 燕永鋒， 劉兵川

(昆明理工大學(xué)，云南昆明 650093)

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削填方滑坡成因及坡上建房治理研究

唐 威， 燕永鋒， 劉兵川

(昆明理工大學(xué)，云南昆明 650093)

滑坡是成災(zāi)后果嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，經(jīng)常會導(dǎo)致交通中斷和摧毀村莊、掩埋農(nóng)田等，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。我國國土面積廣袤，也是山地大國[2]，而山區(qū)地形又為滑坡的形成提供了地貌條件。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，山區(qū)居民新建、擴(kuò)建房屋數(shù)量迅速增加，然而山區(qū)適宜建造房屋的平坦空地卻比較緊張，居民為了創(chuàng)造出適宜建房的平地，出現(xiàn)了大量的“削高填低”平臺。但填土的松散性再加上雨水作用的情況下，該種將天然邊坡通過削方、填方方式形成的平臺極易形成滑坡。因此，研究削、填方滑坡的成因及在坡上建房的治理措施有很重要的理論和現(xiàn)實意義。

目前，研究天然滑坡、填土滑坡的報道較多，如賀國京等[3-6]對填土滑坡的穩(wěn)定性及防治措施進(jìn)行了研究；周創(chuàng)兵等[7-10]對天然滑坡的成因機(jī)制、穩(wěn)定性及防治措施進(jìn)行了相關(guān)研究；殷坤龍等[11]綜述了國際滑坡的研究現(xiàn)狀。但是對山區(qū)削方、填方形成的滑坡成因機(jī)制和對在該種滑坡上建房采取的防治措施研究較少，為此，筆者研究了云南省麗江市永勝縣濤源鎮(zhèn)12紅東5戶削方、填方滑坡的成因機(jī)制及在其上建房采取的防治措施，以期為山區(qū)類似成因滑坡的防治及對坡上建造房屋存在的威脅采取治理措施提供參考。

1研究區(qū)滑坡概況

圖1　濤源鎮(zhèn)滑坡典型剖面簡化示意Fig. 1　 Typical section of the cut and fill slope landslide in Taoyuan Town

圖2　裂縫拉裂與滑坡滑動Fig. 2　Cracking and sliding of slope landslide

1.1滑坡現(xiàn)狀概述云南省麗江市永勝縣濤源鎮(zhèn)12紅東5戶為云南華電魯?shù)乩娬疽泼裼媱?，移民房屋新建于該?zhèn)所在地的一處斜坡上，將斜坡上部開挖，下部回填，再將其整平作為新建房屋場地(圖1)。永勝縣濤源鎮(zhèn)12紅東5戶地塊于2013年3月開始施工，但是基礎(chǔ)完成后發(fā)生開裂，產(chǎn)生大量裂縫。且所有裂縫拉裂方向與滑坡滑動方向一致(圖2)?；驴傮w向北西向傾斜，主滑方向328°，坡度1°～5°，呈扇形。滑坡在溝左岸形成臨空面，臨空面高15～25 m。該滑坡直接威脅坡體上擬建、已建建筑物和二級公路1條，可能造成直接經(jīng)濟(jì)損失約220萬元，受威脅固定資產(chǎn)總額約500萬元，必須采取相應(yīng)的治理措施。

1.2研究區(qū)滑坡巖土體特征根據(jù)現(xiàn)場勘察揭露，研究區(qū)鉆探深度內(nèi)分布3層土，自上而下分述如下：

(1)素填土(Q4ml)。褐黃色，松散，干燥-稍濕，主要由粉質(zhì)粘土、碎石經(jīng)人工回填而成，部分土體欠固結(jié)，成分較均勻，層厚最大為8.6 m，最小為1.2 m，平均厚度為6.9 m，分布于溝床左岸坡頂及公路左側(cè)坡體地段，填埋均勻，底部含塊石。成因主要為濤源鎮(zhèn)移民工程開工建設(shè)以來進(jìn)行的地基開挖及二級公路建設(shè)工作開挖殘坡積層(Q4el+dl)產(chǎn)生的含碎石角礫粉質(zhì)粘土。

(2)粉質(zhì)粘土(Q4el+dl)?；液稚圪|(zhì)粘土，軟塑-可塑狀，干強(qiáng)度和韌性低。壓縮系數(shù)a1-2=0.201 MPa-1。地基土承載力特征值fak=170 kPa。

(3)粉質(zhì)粘土(Q4el+dl)?；液稚圪|(zhì)粘土，軟塑-可塑狀，干強(qiáng)度和韌性低。壓縮系數(shù)a1-2=0.206 MPa-1。地基土承載力特征值fak=190 kPa。

2滑坡成因及穩(wěn)定性分析

2.1定性分析及評價

2.1.1地形地貌。研究區(qū)地表切割較強(qiáng),坡前溝床相對高差達(dá)25 m左右,堆填區(qū)形成較大的臨空面且坡度較陡。提供了滑坡形成的重要因素。

2.1.2地層巖性。由于填土與粉質(zhì)粘土物理性質(zhì)差異較大，層面坡度較陡，易在層面形成潛在滑動面，填土未固結(jié)完成、孔隙比較大、土質(zhì)較松散。

2.1.3雨水影響。降雨是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主要激發(fā)因素。在長時間或強(qiáng)降雨條件下,不僅使表層土體飽水軟化,而且入滲后沿填土與原生土構(gòu)成的軟弱面逕流排泄,降低了滑體與滑床間的摩阻力,使結(jié)構(gòu)面貫通、土體自重增加、抗剪強(qiáng)度降低,易引起滑動變形破壞。

2.1.4人類工程活動。研究區(qū)滑坡人類工程活動主要表現(xiàn)為移民建設(shè)項目和二級公路建設(shè)，對階地進(jìn)行2次回填。在溝床邊緣填土高度為5～8 m，滑坡總高度為20～25 m，工程建設(shè)破壞了原有地質(zhì)環(huán)境條件，大量開挖和回填破壞了原地形地貌和排泄系統(tǒng)，同時在回填后未實施規(guī)范的碾壓夯實，以及滑坡區(qū)內(nèi)及周邊排水系統(tǒng)不夠完善，致使周邊匯集的雨水、地表水入滲坡體，導(dǎo)致邊坡坡體上松散的人工填土被沖刷浸泡，使填土弱化，降低了坡體物質(zhì)的內(nèi)聚力，破壞了坡體的穩(wěn)定性及其應(yīng)力平衡，導(dǎo)致本就脆弱的地質(zhì)環(huán)境條件惡化從而形成現(xiàn)狀下的滑坡。

2.2定量分析及評價采用通用邊坡滑塊剩余下滑推力傳遞系數(shù)法進(jìn)行計算。對該邊坡按復(fù)雜土層土質(zhì)邊坡進(jìn)行分析計算。

(1)計算參數(shù)。選定各層土體計算指標(biāo)取值見表1。

表1　各層土體計算指標(biāo)取值

注：*為工程地質(zhì)類比值或經(jīng)驗參考值。

Note:*was specific value of engineering geology of reference value of experience.

(2)計算公式。選擇折線法進(jìn)行計算，利用力矩平衡條件把條間豎向剪力表示成水平推力的函數(shù)。計算公式采用《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中滑動面為折線法公式，按下式計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)：

Kf=

其中

Rn=(Wn[(1-rU)cosαn-Asinαn]-RDn)tgφn+CnLn

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

式中，Wi、Li、αi、βi、Ci、φi分別為第i塊滑體的重量、第i塊滑體滑面長度、第i塊滑體滑面傾角、第i地下水流向、第i塊滑體滑面上粘聚力及Φ；ψj為第i塊滑體的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(shù)(j=i)；ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)·tanφi+1；rU為孔隙壓力比；A為地震加速度(重量加速度g)；TDi為滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力，TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)；RDi為滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力，RDi=γwhiwLisinβisin(αi-βi)；Kf為穩(wěn)定系數(shù)。

(3)滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果。天然狀態(tài)下該滑坡剖面計算穩(wěn)定安全系數(shù)為0.996，現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定～失穩(wěn)狀態(tài)。在各不利工況下，最大剩余下滑力為619.082kN/m。

2.3穩(wěn)定性分析坡體用定性分析和定量計算的方法分別進(jìn)行了穩(wěn)定分析評價，坡體現(xiàn)狀下處于欠穩(wěn)定～失穩(wěn)狀態(tài)。若再對其進(jìn)行加載或開挖或在地震和暴雨情況下，會造成滑坡進(jìn)入加速變形階段從而失穩(wěn)下滑，形成填土滑坡。

3滑坡防治措施

3.1方案比選通過勘查后研究分析,對永勝縣濤源鎮(zhèn)12紅東5戶地塊滑坡提出了相應(yīng)的2套防治方案：方案1是將填土整體開挖，達(dá)到原生地層，再對地基進(jìn)行換填處理，分層碾壓；方案2是“抗滑樁+攔擋壩+排水系統(tǒng)+邊坡削坡”。

3.2方案1的優(yōu)缺點方案1的優(yōu)點是對地基土整體換填，可避免滑坡的威脅，再對填土進(jìn)行換填，分層碾壓，可一定程度上減少由于填土不均勻沉降造成的危害。工程投資較少。

方案1的缺點是開挖方量較大，施工難度大，而且滑坡后緣居民建筑已經(jīng)全部竣工，部分居民已搬入新址，若進(jìn)行地基換填，將會造成不必要的損失。而且滑坡前緣仍然會形成臨空面，存在很大的安全隱患。

3.3方案2的優(yōu)缺點方案2的優(yōu)點是能夠有效地防止滑坡進(jìn)一步發(fā)展，保持邊坡的整體穩(wěn)定性，保護(hù)后緣居民建筑不因滑坡滑動而發(fā)生倒塌。坡體表面排水工程能有效排出地表水，防止坡體土層因降雨等因素而導(dǎo)致的容重增大的現(xiàn)象。坡面生物防治能夠有效防治水土流失，降低坡前沖溝形成泥石流的可能性。

方案2的缺點是針對滑坡進(jìn)行防治工程設(shè)計,未考慮填土沉降問題,場地建設(shè)適宜性差。如需進(jìn)行房屋建設(shè),應(yīng)對地基采取地基換填的形式進(jìn)行處理,再行修建。

3.4最終治理方案經(jīng)過研究對比分析，在同時兼顧工程投資和施工工期的情況下，對研究區(qū)滑坡采用“抗滑樁+攔擋壩(防止沖溝溯源侵蝕)+排水系統(tǒng)(邊坡整體地表排水)+邊坡削坡(放坡處理及生物措施)”的治理方案(方案2)。

3.4.1抗滑樁。于滑坡前緣處布設(shè)1排抗滑樁，共16棵, 樁心距為6.0m，樁截面為1.5m×2.0m。其中，A型樁2棵，樁長為12.0m，配筋率為2.00%；B型樁5棵, 樁長為15.0m，配筋率為1.03%；C型樁5棵, 樁長為15.0m，配筋率為1.80%；D型樁4棵, 樁長為22.0m，配筋率為1.90%(表2)。

表2　抗滑樁計算

3.4.2攔擋壩?；录舫隹诘暮訙咸幵O(shè)置攔擋壩，壩高為7.0 m，壩長為24.6 m，頂寬為1.0 m，迎水坡比為1∶0.3，背水坡比為1∶0.2?？够乞炈悖篕c2=1.463>1.3;抗傾覆驗算：K0=6.953>1.5;地基承載力驗算值為113.57 kPa。

3.4.3截排水措施。于滑坡后緣設(shè)置1條截水溝截斷地表水入滲至坡體內(nèi)；在抗滑樁與公路之間設(shè)置1條排水溝。

3.4.4邊坡削坡。為了降低滑坡前緣較陡的坡度，需要對滑坡進(jìn)行削坡處理。為了工程的整體美觀，整個滑坡削坡坡度均采用坡比1∶2.0。削坡完成后對整個坡體采取植草措施進(jìn)行防治，并采用土工布對坡體進(jìn)行覆蓋,防止降雨下滲,增大坡體容重,導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性降低。

3.5治理后評價該研究區(qū)滑坡治理工程于2014年12底完工，據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)，滑坡及房屋的沉降、位移均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。治理工程的實施使滑坡的潛在危害得到有效控制。

4結(jié)論及建議

4.1結(jié)論研究區(qū)坡體現(xiàn)狀下處于欠穩(wěn)定～變形狀態(tài)，但是強(qiáng)烈地震或持續(xù)強(qiáng)降雨會導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)，導(dǎo)致坡體上5戶及后緣已建好的4戶面臨生命財產(chǎn)安全威脅?；轮饕梢驗榈匦?、地層(松散填土)、降雨入滲、人類工程活動(削、填建房、加載)。通過“抗滑樁+攔擋壩+排水系統(tǒng)+邊坡削坡”的治理方案是成功的，能有效治理該類型滑坡。

4.2建議人類建設(shè)活動過程中，應(yīng)盡量不破壞原生坡，避免開挖坡腳，并加強(qiáng)坡面綠化及植被保護(hù)；盡可能少削、填方建房，若必須削方和填方，則不宜開挖出較陡和堆填出過陡的臨空面；填土必須分層碾壓夯實，待固結(jié)沉降穩(wěn)定后再行修建；在填土上進(jìn)行工程建設(shè)前，要對填土做必要的檢測和穩(wěn)定性評價，對其工程建設(shè)的可行性進(jìn)行研究分析；治理填土滑坡時宜在旱季進(jìn)行，不宜在雨季施工，避免發(fā)生二次災(zāi)害。

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摘要對云南省麗江市永勝縣濤源鎮(zhèn)一處部分削方部分填方形成的填土滑坡成因進(jìn)行了分析，并對滑坡上建造房屋造成的威脅提出了治理措施。結(jié)果表明，研究區(qū)滑坡主要成因為地形、地層(松散填土)、降雨入滲、人類工程活動(削、填建房、加載)；通過“抗滑樁+攔擋壩+排水系統(tǒng)+邊坡削坡”的治理方案是成功的，能有效治理該類型滑坡。

關(guān)鍵詞削方；填方；滑坡；成因分析；治理措施

Causation of the Cut and Fill Slope Landslide and Management of Building on the Slope

TANG Wei, YAN Yong-feng, LIU Bing-chuan(Kunming University of Science and Technology,Kunming,Yunnan 650093)

AbstractCausation of the cut and fill slope landslide was analyzed in Taoyuan Town, Yongsheng County, Lijiang City, Yunnan Province. Management measures for building on the slope were put forward. Results showed that before engineering construction, it was necessary to detect and evaluate the stability of fill, and to analyze the feasibility of engineering construction. Management of cut and fill slope landslide should be carried out in dry season in order to avoid secondary disaster.

Key wordsCut; Fill; Landslide; Causation analysis; Control measures

收稿日期2015-12-14

作者簡介唐威(1988- )，男，湖南岳陽人，助理工程師，碩士，從事環(huán)境地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)研究。

中圖分類號S 429；P 694

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-200-03