烏蘇白楊溝鎮(zhèn)夾皮溝5#平硐礦區(qū)滑坡成因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

賀根義，馬小軍，陳　鋒，曹阿楠，王浩權(quán)

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100）

·巖土工程·

烏蘇白楊溝鎮(zhèn)夾皮溝5#平硐礦區(qū)滑坡成因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

賀根義＊，馬小軍，陳鋒，曹阿楠，王浩權(quán)

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100）

該滑坡為大型滑坡，通過(guò)滑坡的地形、形態(tài)特征，物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征，滑坡體周圍人工活動(dòng)、氣象、地震等方面分析滑坡的主要因素、誘發(fā)因素及次要因素；采用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)。

滑坡；成因；分析；條分法；穩(wěn)定性；評(píng)價(jià)

五號(hào)平硐礦區(qū)隸屬于新疆烏蘇市白楊溝鎮(zhèn)，西南距烏蘇市約40km。五號(hào)平硐在平面上呈倒置的“凹”字型，該礦目前已停產(chǎn)關(guān)閉。在5#平硐礦區(qū)南側(cè)緊鄰的是喇嘛河煤礦，該礦1995年建礦，2011年喇嘛河礦采用露天開(kāi)采，在礦區(qū)北部形成了直徑約200～250m，深40～80m的露天采坑，面積約68277m2。

在五號(hào)平硐礦區(qū)南側(cè)，喇嘛河煤礦北部發(fā)育一處滑坡，滑坡在1995～1996年發(fā)生第一次下滑；2011年8 月15日，發(fā)生了第二次下滑，持續(xù)下滑時(shí)間約24小時(shí)。該下滑未造成人員死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約20萬(wàn)元。滑坡威脅喇嘛河礦區(qū)工作生活人員及生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備安全，威脅人數(shù)約約35人，威脅財(cái)產(chǎn)約500萬(wàn)元。

1　滑坡體基本特征

1.1滑坡地形地貌

滑坡發(fā)育于山脊中下部，地貌類型為圓頂?shù)蜕降匦?，總體地勢(shì)南高北低，海拔高度在1620～1800m?；虑熬壖昂缶壿^陡，坡度約20°～30°，中間坡度較緩，坡度約5°～10°。滑坡體植被覆蓋較多，覆蓋率為70%以上。

1.2滑坡形態(tài)特征

滑坡平面形態(tài)呈扇形，南部較寬，北部狹窄?；逻吔绺鶕?jù)坡體滑動(dòng)后產(chǎn)生的明顯的后緣及側(cè)緣裂縫范圍確定，滑坡滑向?yàn)?7°，滑坡后緣高程為1778.37m，前緣高程為1578.71m，高差199.66m，主滑方向長(zhǎng)約800m，寬300～720m，滑體后緣厚度約2m，滑體中部厚度約8～20m，滑體前緣厚約10m，體積約460.7×104m3，為大型滑坡。如圖1。

滑坡整體呈兩級(jí)陡坎接平臺(tái)的斜坡地形，兩側(cè)較陡，中間較緩，前后兩端滑面坡角15°～18°，中間坡角3°～5°?；卤眰?cè)為喇嘛河煤礦露天采坑，采坑深約80m，邊坡巖性為侏羅系泥巖、砂巖，坡度70°～80°。采坑邊坡以南即為滑坡的剪出口，為防止剪出的松散土體進(jìn)入露天采坑，煤礦對(duì)剪出口部位進(jìn)行了清理，坡面上部10m為第四系松散層，下部為侏羅系泥巖、砂巖，坡度50°～60°?；潞蟊谝寻l(fā)生滑動(dòng)，形成了高2～6m的后緣壁。

1.3滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

（1）滑體、滑帶、滑床?；w物質(zhì)組成為粉土，土黃色，潮濕—稍濕，結(jié)構(gòu)中密—稍密，局部含礫，粒徑多為2～6cm不等，碎石呈次棱角狀，磨圓及分選差，巖性以花崗巖、砂巖為主。碎石含量約占20%，粉土約占80%。

滑坡的滑帶位于第四系粉土與下伏的侏羅系泥巖接觸帶，為一層黑色粘土；滑坡前緣由喇嘛河煤礦露天開(kāi)挖揭露泥巖埋深約為10～15m?；瑤r性為粉土。

滑床為侏羅系灰白色泥巖。從縱剖面看，滑床可分為兩段，北段平緩均一，無(wú)突變現(xiàn)象，滑面傾角較平緩，坡角10°～12°。南段呈“凹”型，后緣較陡，中部和前緣的滑面傾角較平緩。兩段的連接處滑床形態(tài)呈“凸”型，整體滑床形態(tài)呈較光滑的弧線形。

（2）滑坡裂縫?；聫埨芽p廣泛分布研究區(qū)內(nèi)，大部分地裂縫分布于滑坡后緣外側(cè)與滑坡發(fā)生下滑后坡體受拉力影響地段。

滑坡東西兩側(cè)“羽狀”裂隙發(fā)育，有眾多的橫向拉張裂縫，長(zhǎng)5～50余米不等，裂縫寬度10～30cm左右，最大可視深度0.2～1m，裂縫無(wú)填充物，裂縫在滑坡后緣走向基本垂直主滑方向，在側(cè)壁邊緣走向基本平行于主滑方向。

1.4滑坡土體物理力學(xué)性質(zhì)

滑體及滑帶巖性為粉土，結(jié)構(gòu)中密-稍密?；矌r性為泥巖。在滑坡上的探井、探槽中取土樣做試驗(yàn)，分別在天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，用Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)異常值，故數(shù)據(jù)分別取平均值，成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1、表2。

表1　原狀土樣天然狀態(tài)下物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)一覽表

表2　原狀土樣飽和狀態(tài)下物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)一覽表

2　滑坡災(zāi)害影響因素

2.1人類工程活動(dòng)

滑坡北側(cè)為煤礦開(kāi)采區(qū)，開(kāi)礦形成的采空區(qū)破壞了原有的應(yīng)力平衡，引起了20世紀(jì)90年代的第一次滑動(dòng)，滑動(dòng)后形成了新的平衡，后又由于喇嘛河煤礦開(kāi)采中開(kāi)挖坡腳，破壞了新的應(yīng)力平衡，使本身就不穩(wěn)定的坡體失穩(wěn)進(jìn)而誘發(fā)滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

2.2大氣降水

研究區(qū)年平均降水量248.9mm。降雨集中在6～7月，另有次年3月底至4月初冰雪消融，大量雪水滲入地下，大氣降水（尤其是強(qiáng)降雨和持續(xù)降雨）使坡體土層含水量增加，增大了滑坡土體的重度，增加了下滑力，破壞斜坡的平衡穩(wěn)定狀態(tài)，促使滑移面土體抗剪強(qiáng)度急劇降低，當(dāng)下滑力大于抗滑力時(shí)，誘發(fā)形成滑坡。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)內(nèi)滑坡與區(qū)內(nèi)降雨密切相關(guān)，滑坡的滑動(dòng)均發(fā)生在降雨之后。

2.3地震

研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.30g，基本烈度為Ⅷ度。根據(jù)本次資料收集，烏蘇市有記載的最強(qiáng)一次地震發(fā)生于1944年3月10，震級(jí)7.25。3級(jí)左右的地震在研究區(qū)多發(fā)。地震會(huì)改變坡體巖性結(jié)構(gòu)，引起土體物理力學(xué)性質(zhì)的變化，會(huì)誘發(fā)滑坡發(fā)生。

2.4地形地貌條件

地貌條件在滑坡形成中起著一定的作用。研究區(qū)位于喇嘛河煤礦低山區(qū)，海拔高度1640～1780m，坡高140m，總體坡度約25°，斜坡高差大、坡度較陡，且前緣存在臨空面，為滑坡的發(fā)生創(chuàng)造了有利的地形條件。

2.5地層巖性條件

滑坡體地層巖性為粉土，結(jié)構(gòu)稍密，濕陷系數(shù)0.016～0.129，具濕陷性。在降雨及春季融雪條件下，地表水從裂縫灌入滑坡體，由于滑體地層滲透性較差，使坡體土層含水量增加，增大了滑坡土體的重度，增加了下滑力，土層飽水程度增高，土體抗剪強(qiáng)度遇到累積性破壞，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性造成不利影響。

3　滑坡穩(wěn)定性

3.1穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

該滑坡滑體及滑帶巖性為粉土，滑床為侏羅系泥巖，滑床形態(tài)呈較光滑的弧線形，本次采用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算更符合實(shí)際。

穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式為：

由于本次勘查區(qū)內(nèi)的滑坡均屬于不涉水滑坡，不考慮地下水作用，穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Kf——穩(wěn)定性系數(shù)；

Wi——第i條塊的重量，kN/m；

Ci——第i個(gè)條塊內(nèi)聚力，kPa；

φi——第i個(gè)條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

Li——第i條塊滑面長(zhǎng)度，m；

αi——第i條塊滑面傾角，（°）；

A——地震加速度（g），在地震基本烈度Ⅷ度區(qū)，取0.3×0.25=0.08。

滑坡計(jì)算的模型如圖3所示。推力計(jì)算公式為：

圖3　滑坡計(jì)算模型（瑞典條分法）

其中：

式中：Hs、Hm——推力，kN/m；

Ks——設(shè)計(jì)安全系數(shù)；

Ti——條塊重量在滑面切線方向的分力，kN。

3.2穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.2.1參數(shù)選取（1）抗剪強(qiáng)度指標(biāo).由表1、表2得到：天然狀態(tài)：c=33.67kPa，φ=22.58°；飽和狀態(tài)：c=6.17kPa，φ=23.08°。

同時(shí)在滑坡上選取一條剖面采用反分析方法對(duì)飽和狀態(tài)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的反演，反演根據(jù)滑坡實(shí)測(cè)地形，考慮到滑坡物質(zhì)組成以粉土為主，采用固定c值（按原狀樣試驗(yàn)，飽和狀態(tài)下c值取6.17kPa），反算φ值，取不同的安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)監(jiān)測(cè)成果，該滑坡表面雖有明顯裂縫但處于整體暫時(shí)穩(wěn)定—變形狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)Fs取1.00，為極限的平衡狀態(tài)，此時(shí)阻止滑體下滑的抗滑力達(dá)到最大，比較符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。由此得出整個(gè)滑帶在飽和狀態(tài)下φ的反演值為12.8°～12.9°，室內(nèi)試驗(yàn)的飽和狀態(tài)下的φ值為23.08°（該值為完全飽和狀態(tài)下取得的數(shù)值，是極限狀態(tài)下的數(shù)值，選用該值計(jì)算安全系數(shù)較?。确囱葜荡?0%左右。在綜合分析室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果、經(jīng)驗(yàn)類比和反演計(jì)算的基礎(chǔ)上，計(jì)算參數(shù)選取如下：

天然狀態(tài)：c=33.67kPa，φ=22.58°；

飽和狀態(tài)：c=6.17kPa，φ=12.86°。

（2）滑體重度。天然、飽和重度根據(jù)原狀樣試驗(yàn)結(jié)果及碎石含量綜合確定。

①天然重度：根據(jù)原狀樣試驗(yàn)，粉土的天然密度平均值為1.59g/cm3，天然重度平均值為15.55kN/m3，考慮滑坡體中含有一定數(shù)量碎石，其占總量的10%左右，計(jì)算采用的天然重度為0.1×21.36+15.55×0.9= 16.13kN/m3；

②飽和重度：根據(jù)原狀樣試驗(yàn)，粉土的飽和密度平均值為1.62g/cm3，飽和重度平均值為15.88kN/m3，計(jì)算采用的飽和重度為0.1×21.36+15.88×0.9=16.43kN/m3。

3.2.2穩(wěn)定性和推力計(jì)算方法

（1）計(jì)算工況及基本荷載：

①基本荷載

滑體自重：以現(xiàn)狀滑體厚度考慮；

地表荷載：滑坡體上無(wú)建筑物，計(jì)算時(shí)地表荷不予考慮；

滑體重度：按飽和重度和現(xiàn)狀重度考慮；

②計(jì)算工況

滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算狀態(tài)選以下三種工況：

工況1：天然工況；

工況2：暴雨工況（強(qiáng)度重現(xiàn)期為30年的暴雨久雨）；

工況3：暴雨+地震工況（地震設(shè)防強(qiáng)度為Ⅷ度）

③滑坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)的確定

本滑坡防治工程等級(jí)為三級(jí)，但無(wú)地下水，其安全系數(shù)按《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》安全系數(shù)推薦表抗滑動(dòng)取值，具體確定如下：

工況1：Ks=1.2；

工況2：Ks=1.05；

工況3：Ks=1.05；

（2）滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。主勘探剖面滑坡計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4，各工況穩(wěn)定系數(shù)及剩余推力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表3　反算法計(jì)算c、φ值一覽表

圖4　滑坡主勘探剖面穩(wěn)定系數(shù)及推力計(jì)算簡(jiǎn)圖

表4　滑坡主勘探剖面各工況穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

滑坡主滑方向剖面計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5，各工況穩(wěn)定系數(shù)及剩余推力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

圖5　滑坡主滑方向剖面穩(wěn)定系數(shù)及推力計(jì)算簡(jiǎn)圖

表5　滑坡主滑方向剖面各工況穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

3.2.3滑坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)滑坡區(qū)自然地質(zhì)條件分析以及滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，滑坡體在現(xiàn)狀條件下（天然工況）整體上處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)該滑坡最不利工況條件是暴雨及暴雨+地震工況，在此條件下滑坡可能出現(xiàn)復(fù)活。

4　結(jié)論

該滑坡形成的主要因素為人類工程活動(dòng)，誘發(fā)因素為降水及地震，次要因素為地形地貌、巖性等?；麦w在現(xiàn)狀條件下整體上處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及暴雨+地震條件下，滑坡可能出現(xiàn)復(fù)活滑動(dòng)。因此在暴雨或冰雪融水季節(jié)及地震條件下加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并做好排水工作。

［1］工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.4版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［2］殷躍平.滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2004.

TD167

A

1004-5716（2016）03-0001-04

2015-03-19

2015-03-20

賀根義（1986-），男（漢族），甘肅鎮(zhèn)原人，助理工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。