河北省尚義縣下馬圈鄉(xiāng)滑坡基本特征及防治措施

宮鳳梧

(河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì),張家口　075000)

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河北省尚義縣下馬圈鄉(xiāng)滑坡基本特征及防治措施

宮鳳梧

(河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì),張家口075000)

摘要：冀西北地區(qū)是濕陷性黃土廣泛分布的地區(qū)之一，受地形切割的影響，形成了眾多的黃土直立邊坡，對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣竦纳罴俺鲂性斐闪艘欢ǖ挠绊?。本文以下馬圏滑坡為例分析了黃土地區(qū)滑坡的基本特征及其變形機(jī)制，并通過瑞典條分法和傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析計(jì)算，結(jié)果表明黃土地區(qū)滑坡以黃土內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)為主。通過采取攔擋、削坡等一系列治理措施，該滑坡體目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理工程取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。本文前提是黃土下伏地層為硬質(zhì)巖石的情況，當(dāng)為軟巖時(shí)需另作分析。

關(guān)鍵詞：滑坡；瑞典條分法；傳遞系數(shù)法

1概況

下馬圈鄉(xiāng)滑坡位于尚義縣下馬圈鄉(xiāng)下馬圈村西南側(cè)，尚義縣縣城東南方向31.5 km。屬冀西北深山區(qū)，地形復(fù)雜，溝壑縱深，海拔高度1 060～1 751 m。交通條件一般。該滑坡主要威脅當(dāng)?shù)鼐用?3戶200人,房屋113間，耕地約1 hm2，坡樹700棵，估算其直接經(jīng)濟(jì)損失約3 000萬(wàn)元，此外還將嚴(yán)重影響下馬圈鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2滑坡體基本特征

2.1滑體特征

該滑坡位于鄉(xiāng)政府西側(cè)，為黃土斜坡，東西長(zhǎng)約50 m，南北寬約100 m，最高點(diǎn)高程約1 243 m，前緣高程約1 221 m，高差約22 m，主要為風(fēng)-洪積黃土?；麦w平均厚12～20 m，滑坡體面積4 900 m2，體積約7.84×104m3，屬小型黃土滑坡。滑坡體空間上分布不均勻，厚度也不均一，南北兩側(cè)較厚，中間為一黃土洼地，厚度較薄，滑坡頂面有小型陡坎，滑坡剖面形態(tài)呈階梯狀，前緣有錯(cuò)落臺(tái)階和小規(guī)模崩塌?；麦w上植被覆蓋較差，后緣裂隙已被人工充填。

2.2滑床特征

滑坡的滑床為侏羅系下花園組及南大嶺組砂巖[1]，分布于整個(gè)滑坡范圍內(nèi)，紅褐色，碎屑顆粒具粒徑多小于0.1 mm，滑床基巖產(chǎn)狀15°∠30°。上部巖層風(fēng)化較嚴(yán)重，全風(fēng)化厚度一般小于0.5 m，透水性較強(qiáng)。中風(fēng)化巖層較厚，鉆探巖心RQD一般為10～30。

2.3滑動(dòng)帶特征

該滑坡沒有發(fā)現(xiàn)明顯的滑動(dòng)面，下伏基巖產(chǎn)狀15°∠30°，滑坡軸向120°，主滑方向?yàn)?5°，主滑方向與下伏基巖產(chǎn)狀不重合，且土石結(jié)合面處巖性為碎石土，碎石含量較高，其抗剪強(qiáng)度較高；該滑坡在2004年8月13日、2007年8月23日、2009年9月25日曾多次發(fā)生小型土體滑塌災(zāi)害，發(fā)生時(shí)均為前緣土體的小規(guī)模崩塌，故滑動(dòng)面不在土石結(jié)合面處。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查成果和滑坡形態(tài)特征的分析，下馬圈滑坡成因?yàn)榍熬壟R空面卸荷，上覆松散層沿內(nèi)部不利結(jié)構(gòu)面而產(chǎn)生滑動(dòng)面，滑帶在黃土狀粉土層內(nèi)，滑坡土體沿黃土體內(nèi)的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)。前緣人類工程活動(dòng)導(dǎo)致前部黃土體失穩(wěn)崩滑，進(jìn)而導(dǎo)致后部土體失穩(wěn)，誘發(fā)滑坡的產(chǎn)生。

3滑坡體穩(wěn)定性分析

下馬圈滑坡滑體主要為黃土狀粉質(zhì)粘土，該土層的垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，由于滑坡的前緣產(chǎn)生了較高的臨空面，且滑坡后緣已經(jīng)出現(xiàn)張拉裂隙，故黃土狀粉質(zhì)粘土內(nèi)存在滑動(dòng)面或破裂面，形態(tài)為近圓弧狀。下伏基巖為砂頁(yè)巖，產(chǎn)狀15°∠30°，滑坡軸向120°，主滑方向?yàn)?5°，主滑方向與下伏基巖產(chǎn)狀不重合，故在黃土狀粉質(zhì)粘土和下伏砂頁(yè)巖接觸面上有存在滑動(dòng)面的可能，形態(tài)為折線型。故對(duì)滑坡的穩(wěn)定性分析應(yīng)分別對(duì)兩種可能的滑坡形態(tài)分別進(jìn)行分析判斷。

3.1計(jì)算模型與工況

(1) 計(jì)算剖面的選取

本次分析在滑坡體內(nèi)取一典型剖面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方式分別按瑞典條分法和傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡的穩(wěn)定性。

(2) 計(jì)算工況的選擇

工況1(天然工況)：自重+地下水；

工況2(飽和工況)：自重+地下水+暴雨；

工況3(地震工況)：自重+地下水+地震。

3.2滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值

根據(jù)《河北省尚義縣下馬圈鄉(xiāng)下馬圈滑坡勘查報(bào)告》，工況1(天然工況)和工況3(地震工況)采用天然重度、天然內(nèi)摩擦角和天然粘聚力，工況2(暴雨或持續(xù)降雨工況)采用飽和重度、飽和內(nèi)摩擦角和飽和粘聚力。計(jì)算選取滑帶土的天然重度16.0 kN/m3， 飽和重度19.7 kN/m3；天然粘聚力C為11.0 kPa，天然內(nèi)摩擦角φ為13.5°；飽和粘聚力C為10.0 kPa，飽和內(nèi)摩擦角φ為13.0°。

3.3計(jì)算方法的確定

下馬圈滑坡存在兩種形態(tài)分別為黃土狀粉質(zhì)粘土內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)和黃土狀粉質(zhì)粘土與下伏巖層接觸帶的折線滑動(dòng)。當(dāng)計(jì)算圓弧滑動(dòng)時(shí)其計(jì)算模型和公式應(yīng)采用瑞典條分法或簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算其穩(wěn)定性與剩余下滑推力。當(dāng)計(jì)算折線型滑動(dòng)時(shí)其計(jì)算模型和公式應(yīng)采用傳遞系數(shù)法計(jì)算其穩(wěn)定性與剩余下滑推力(圖1)。

圖1　滑坡計(jì)算模型示意圖

(1) 瑞典條分法[2]

采用該法時(shí)，應(yīng)選取單位寬度的土條，計(jì)算中應(yīng)將滑動(dòng)面以上土體分成等寬土條，條分間距為1 m，滑動(dòng)面切線為水平線的土條編號(hào)為0，向上依次正向排序，向下依次負(fù)向排序。本次計(jì)算對(duì)于滑動(dòng)面的選擇采用軟件自動(dòng)搜索法。

具體計(jì)算公式如下：

Kf=

(1)

(2)

(3)

(4)

Ri=Nitanφi+cili

(5)

Ti=Wisinθi+Pcosθi

(6)

Ni=Wicosθi-Psinθi

(7)

Wi=Viγ+Fi(天然或地震工況)或Wi=Viγsat+Fi(暴雨工況)

(8)

Pi=KTi+ψiPi-1-Ri(天然或地震工況)或 (暴雨工況)

(9)

式中，Ks為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψi為傳遞系數(shù)；Ri為第i計(jì)算條塊滑體抗滑力(kN/m)；Ti為第i計(jì)算條塊滑體下滑力(kN/m)；Ni為第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的反力(kN/m)；ci為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φi為第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°)；li為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度(m)；Wi為第i計(jì)算條塊自重與建筑等地面荷載之和(kN/m)；θi為第i計(jì)算條塊底面傾角(°)，反傾時(shí)取負(fù)值；Vi為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的體積(m3/m)；γ為巖土體的天然重度(kN/m3)；γsat為巖土體的飽和重度 (kN/m3)；Fi為第i計(jì)算條塊單位寬度所受的地表荷載(kN/m)；Pi為第i計(jì)算條塊的剩余下滑推力(kN/m)，作用于分界面的中點(diǎn)；K為滑坡推力安全系數(shù)，本次計(jì)算分別取K=1.05(天然工況)、1.05(地震工況)、1.20(暴雨工況)。

(2) 傳遞系數(shù)法[3]

根據(jù)尚義縣下馬圈滑坡變形破壞模式分析，當(dāng)滑坡沿巖土界面附近和碎石土內(nèi)部形成滑動(dòng)帶時(shí)，其滑面結(jié)構(gòu)為折線型(圖2)。

圖2　計(jì)算模型概化圖

具體計(jì)算公式如下：

(10)

ψj=cos(θi-θi-1)-sin(θi-θi-1)tanφi + 1

(11)

(12)

Ri=Nitanφi+cili

(13)

Ti=Wisinθi+Pcosθi

(14)

Ni=Wicosθi-Psinθi

(15)

Wi=Viγ+Fi(天然或地震工況)或Wi=Viγsat+Fi(暴雨工況)

(16)

Ei=KTi+ψiEi-1-Ri(天然或地震工況)或 (暴雨工況)

(17)

式中，F(xiàn)s為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψi為傳遞系數(shù)；Ri為第i計(jì)算條塊滑體抗滑力(kN/m)；Ti為第i計(jì)算條塊滑體下滑力(kN/m)；Ni為第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的反力(kN/m)；ci為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φi為第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°)；li為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度(m)；Wi為第i計(jì)算條塊自重與建筑等地面荷載之和(kN/m)；θi為第i計(jì)算條塊底面傾角(°)，反傾時(shí)取負(fù)值；Vi為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的體積(m3/m)；γ為巖土體的天然重度(kN/m3)；γsat為巖土體的飽和重度 (kN/m3)；Fi為第i計(jì)算條塊單位寬度所受的地表荷載(kN/m)；Ei為第i計(jì)算條塊的剩余下滑推力(kN/m)，作用于分界面的中點(diǎn)；K為滑坡推力安全系數(shù)，本次計(jì)算分別取K=1.05、1.05、1.20。

3.4滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

(1) 圓弧滑動(dòng)時(shí)計(jì)算結(jié)果

當(dāng)土體內(nèi)部形成圓弧狀破裂面時(shí)，按瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表1。

表1　瑞典條分法穩(wěn)定性計(jì)算成果表

(2) 折線滑動(dòng)時(shí)計(jì)算結(jié)果

當(dāng)土體與下伏巖層接觸面形成折線狀破裂面時(shí)，按傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性計(jì)算成果表

3.5穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

滑坡穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)根據(jù)其穩(wěn)定系數(shù)按表3確定。

表3　滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)表

經(jīng)對(duì)比分析，當(dāng)滑坡體沿巖土界面形成滑動(dòng)帶整體滑動(dòng)時(shí)，滑坡在三種工況下均處于穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)。黃土狀粉質(zhì)粘土處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在其內(nèi)部易形成圓弧滑動(dòng)面。

4防治措施

治理工程主要為“擋墻工程+削坡工程+排水工程+綠化護(hù)坡工程”，治理工程設(shè)計(jì)方案如下。

(1) 擋墻工程

該滑坡局部前緣高度達(dá)11 m，且滑坡體局部地段已出現(xiàn)張拉裂縫，滑坡體穩(wěn)定性差。為有效防護(hù)滑坡體對(duì)鄉(xiāng)政府及個(gè)別居民的威脅，應(yīng)在滑坡體前緣設(shè)置漿砌石重力式擋土墻，長(zhǎng)度為100 m。

(2) 排水工程

在擋土墻內(nèi)側(cè)頂部設(shè)置一道排水明溝，寬度為1 m，底部為10 cm的C15細(xì)石混凝土護(hù)面，向坡腳延伸的長(zhǎng)度為1 m，該明溝由南向北的坡降為5‰。為了減少暴雨入滲對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響，在滑坡后緣設(shè)置一道橫向截水溝，該截水溝至治理工程的南北邊緣順坡而下與擋墻后明渠相接，在治理工程北端，為本次治理工程的排水總出口，該出口渠道順北側(cè)邊坡而下，做成跌水狀，在進(jìn)入地面后做成“八”字形，同時(shí)底面應(yīng)做成護(hù)袒，以防止沖刷和淘蝕。截水溝斷面為梯形。

(3) 削坡工程

沿設(shè)計(jì)坡腳線(南端標(biāo)高1 225.5 m，北端標(biāo)高為1 225 m)處開始以1∶2.5的坡比進(jìn)行削坡。主要工作內(nèi)容為：對(duì)南北兩段進(jìn)行挖方削坡，對(duì)中部低洼處進(jìn)行人工夯填處理。

(4) 綠化護(hù)坡工程

對(duì)削坡后的斜坡坡面進(jìn)行綠化護(hù)坡，采用種植裸根紫穗槐的措施，坡面種植紫穗槐的株距為0.5 m，行距為0.5 m。

5結(jié)論

(1) 尚義縣下馬圈滑坡屬于典型的黃土滑坡，其規(guī)模屬于小型滑坡。

(2) 經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查及分析研究，該滑坡可能的破壞形態(tài)有兩種，其一為黃土狀粉質(zhì)粘土內(nèi)存在的圓弧型滑動(dòng)，其二為黃土狀粉質(zhì)粘土和下伏砂頁(yè)巖接觸面上存地的折線型滑動(dòng)。

(3) 通過理論計(jì)算，該滑坡發(fā)生圓弧滑動(dòng)較發(fā)生折線型滑動(dòng)的可能性高得多。

(4) 該滑坡治理工程主要采用了攔擋、削坡、截排水和綠化護(hù)坡等措施，竣工已有5 a時(shí)間，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鶴峰，等.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)環(huán)境[M].地質(zhì)出版社，2006，11.

[2]常士驃，張?zhí)K民，等.工程地質(zhì)手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007，02.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T 0218-2006)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

THE FEATURES AND PREVENTIVE MEASURES OF THE XIAMAJUAN LANDSLIDE IN SHANGYI COUNTY OF HEBEI PROVINCE

GONG Feng-wu

(The 3rd Brigade of Goology of Hebei Province Exploration and Development Bureau of Geology and Mineral Resource,PRC,Zhangjiakou075000,China)

Abstract:The collapsible loess in the northwest of Hebei Province form numerous vertical slopes because of the cut of the terrain, which effects the life of the local people. This article analysis the basic features and the deformation mechanism of the landslides in the loess region, also calculating the stability of the landslide body by the Sweden slice method and the Transfer coefficient method by the example of the Xiamajuan landslide. The results show that the landslides in the loess region are mainly circular sliding. By landslide dams and the slope cutting, the Xiamajuan landslide is stable currently. The regulation project has got good social, economic and environment effects. The premise of this article is that the substrata of the loess is hard rocks but not soft rocks.

Key words：landslide; the Swedish slice method; the transfer coefficient method

文章編號(hào)：1006-4362(2016)02-0001-04

收稿日期：2016-02-12改回日期：2016-04-17

中圖分類號(hào)：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：宮鳳梧(1976-)，男，注冊(cè)巖土工程師,主要從事水文地質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)、水資源論證、礦區(qū)水文、礦山環(huán)境以及地質(zhì)災(zāi)害防治方面的研究。E-mail：gfw15830301682@126.com