片馬鎮(zhèn)國門小學滑坡穩(wěn)定性評價及治理方案研究

李東，楊華舒，周新偉

(昆明理工大學國土資源工程學院，昆明　650093)

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片馬鎮(zhèn)國門小學滑坡穩(wěn)定性評價及治理方案研究

李東，楊華舒，周新偉

(昆明理工大學國土資源工程學院，昆明650093)

在實地踏勘的基礎上，對云南瀘水縣國門小學滑坡的地質地貌條件以及滑坡體的基本特征進行了詳細的分析。在此基礎上，運用極限平衡理論對該滑坡的公路段以及整個滑坡體，分3種工況進行了穩(wěn)定性研究。結果表明：在較為干燥的條件下，各段滑坡體均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在強降雨或是地震工況下，則表現(xiàn)為基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)。為了防止地質災害發(fā)生，結合相關理論提出了治理方案，建議實施支擋和排水工程。

地質災害；滑坡；穩(wěn)定性；治理方案

1　前言

我國是世界上地質災害最為嚴重的國家之一[1]。云南地處西南邊陲，是滑坡、泥石流等地質災害的頻發(fā)地區(qū)[2]。瀘水縣位于云南省西部偏北、怒江傈僳族自治州南部，國門小學位于瀘水縣片馬鎮(zhèn)主街北側的斜坡上。2004年7月由于強降雨天氣影響，片馬鎮(zhèn)所在山梁兩側的斜坡發(fā)生了多處小規(guī)模滑動變形，造成多處路基下沉、三處木材加工廠的房屋損毀、斜坡上的諸多建筑物毀壞。2008年8月，片馬地區(qū)遭遇連續(xù)強降雨天氣，國門小學外側圍墻及過道的水泥地面出現(xiàn)明顯裂縫，校園內水泥地坪靠斜坡外側亦出現(xiàn)較多裂縫。因此，對本區(qū)滑坡體的分析研究和有效治理至關重要，直接關系到道路交通以及學校師生的生命財產安全。

2　地形與地質條件

2.1地形地貌分析

研究區(qū)位于高黎貢山西部斜坡地帶，為典型的河谷切割地貌，恩梅開江及其支流諾昌卡河流經(jīng)此地，地形切割劇烈，山壑縱橫，總體上呈近南北向展布，高程由西南向東北逐漸遞增，具有明顯的掀斜特征，最高點位于北部山頂，海拔達4 075 m，以恩梅開江江面為最低點，海拔為224 m，高差達3 800 m之多。片馬鎮(zhèn)以高山峽谷地貌為主，山頂高程在3 000～4 000 m之間，河谷高程約1 500 m，地形高差在1 500 m以上(圖1)。

片馬鎮(zhèn)所在地為一平緩山梁地形，山梁總體呈北東走向。山梁脊部較為寬緩，坡度在5°～10°之間，片馬鎮(zhèn)集鎮(zhèn)順山梁展布，往南西方向延伸地勢漸低，一直延伸至片馬河。本次研究的重點區(qū)域國門小學即處于主街北西側斜坡段，整體地形呈階梯狀往南東沖溝方向逐漸抬升。片馬公路位于學校北西側圍墻下方，公路高程為1 922 m，公路內側邊坡成陡坎狀，公路外側沿線民房分布。公路下方即木材加工廠沖溝，溝心高程1 881 m，沖溝兩側斜坡相對較陡，地形坡度約20°～25°。地形坡度是影響滑坡穩(wěn)定的重要因素，且公路內側形成陡坎，容易在坡腳區(qū)域形成應力集中，造成滑坡不利因素。

圖1　片馬鎮(zhèn)國門小學滑坡范圍示意圖

2.2地層與巖性的影響

片馬國門小學區(qū)域出露地層由新到老為第四系(Q)、燕山期(γ52)中細粒黑云二長花崗巖。第四系殘坡積層(Qel+dl)分布于片馬國門小學緩坡平臺部位，以含碎石粘土層為主，碎石成分為花崗巖；下部分布為殘積層，以含塊狀碎石土為主，與底部基巖全風化層呈過渡關系，甚至難于區(qū)分，厚度不均勻；人工堆積(Q4s)主要分布于片馬集鎮(zhèn)緩坡山梁地表，為人工堆填土層，物質成分較為混雜，以含碎石粉土層為主，分布不連續(xù)，厚度不均。燕山期(γ52)巖漿巖，中細粒黑云二長花崗巖，黑云鉀長花崗巖，巖石多呈淺灰色，中-細粒花崗結構，巖石礦物成分主要為鉀長石、斜長石、石英、黑云母等。該層風化層較厚，勘察區(qū)四周地表出露均為全風化巖層，巖體原巖結構清晰可辨，整體呈散體狀結構，鋤鎬可挖，該層為地下伏基巖層。該地區(qū)上部巖土力學指標較低，巖土在降水的情況下極易軟化，為滑坡的形成提供了有利條件。

2.3地質構造與地震

本區(qū)新構造分區(qū)上屬于高黎貢山掀斜隆起區(qū)，以東即為怒江-龍陵-瑞麗斷裂帶，外圍西側展布有片馬斷裂(龍川江斷裂北段)，為區(qū)域性斷裂。區(qū)域內雖無褶皺發(fā)育，亦無斷層發(fā)育，但其西側緊鄰的片馬斷裂對本地區(qū)構造及穩(wěn)定性影響較大。根據(jù)調查和對地質構造相似地區(qū)進行類比以及相關文獻[3]表明，勘查區(qū)屬地震基本烈度Ⅶ度區(qū)，設計地震分組第二組，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度為0.15 g。在地震的強烈作用下，巖土的內部結構會發(fā)生破壞，原有的結構面張裂松弛；此外，地震多伴隨較多余震，在地震力的反復作用下，斜坡巖土更容易發(fā)生破壞變形，最終導致滑坡的形成。

2.4水文地質條件

2.4.1松散巖類孔隙水

該類型地下水主要分布在區(qū)內殘坡積內。由于第四系殘坡積層介質富水性較好，雨季期間該層可見穩(wěn)定的地下水。該類型水主要來源于大氣降水，具有短徑流、快交替、淺循環(huán)的動態(tài)特點，其水量隨大氣降水變化有較大的變幅。在豐水季節(jié)有出露,在枯水季節(jié)，水位下降，殘坡積物中地下水枯干。

2.4.2基巖裂隙水

該類型水主要分布于下層花崗巖的基巖風化裂隙中，由于該層巖性以花崗巖為主，淺部風化裂隙頻率大，張開度及連通情況較好，因而在地表淺部構成了一定的儲水空間。該類型水主要接受大氣降水補給，但片馬地區(qū)雨季時間長，氣候濕潤，且植被覆蓋率高，該層內地下水變幅不大。此外在勘查區(qū)外圍常有泉水點出露。

地下水是導致斜坡滑塌的重要因子之一。一方面在地下水的作用下，巖土容重加大，同時會被軟化或溶蝕；另一方面，地下水會對巖土體產生靜水壓力、加大動水壓力以及浮托力，促使巖體下滑，斜坡穩(wěn)定性下降。

2.5不良地質現(xiàn)象

2008年以前，國門小學前緣公路已經(jīng)開挖，一直未進行支護，形成高度為4～5 m斜坡，開挖致使斜坡前緣原始地貌被改變，形成了人為巖土邊坡，降低了斜坡的穩(wěn)定性。另外區(qū)域內建筑物相對密集，且為多層樓房建筑，整體挖填方厚度不大，規(guī)模較小，但場地人為改造較大，場地多經(jīng)過人工平整挖填。

片馬國門小學滑坡其前緣部位大致在環(huán)鎮(zhèn)公路內側坡腳，高程約1 922 m，沿公路寬約163 m。后緣即在學校內靠圍墻側，高程約1 934 m，相對高差12 m。后緣拉張裂隙較為明顯，但前緣未見剪出破壞跡象，亦未見邊坡垮塌跡象。據(jù)張裂縫及地表變形調查結果，確定主變形方向為318°。

滑坡區(qū)后緣地面發(fā)育較多拉張裂縫，這些拉張裂縫走向大多呈北東向，縫寬0.5～3 cm不等，尚未見有明顯階狀錯臺，裂縫傾角一般大于45°，延伸長度3～10 m不等。對地面的破壞主要表現(xiàn)為水泥地面的開裂，無地表松弛下陷。

綜合上述，在公路開挖形成斜坡并未進行支護條件下且受到邊坡上部建筑荷載作用，極易形成坡腳的剪切破壞，進而擴大后緣的拉張裂縫，最終導致斜坡破壞或滑塌。

3　滑坡體研究

3.1空間形態(tài)分析

片馬國門小學滑坡的特征不具典型性，調查未發(fā)現(xiàn)前緣有明顯的剪出口和地面隆起，且其側緣剪切錯動亦不明顯，亦未發(fā)現(xiàn)其有明顯的后緣陡坎發(fā)育等變形跡象，斜坡變形主要表現(xiàn)在學校內場地水泥地坪和部分圍墻的開裂變形，滑坡平面呈寬短扇形。其前緣部位大致在環(huán)鎮(zhèn)公路內側坡腳，高程約1 922 m，沿公路寬約163 m。后緣即在學校內靠圍墻側，高程約1 934 m，相對高差12 m。后緣拉張裂隙較為明顯，但前緣未見剪出破壞跡象，亦未見邊坡垮塌跡象。據(jù)張裂縫及地表變形調查結果，確定主變形方向為318°。

滑坡區(qū)后緣地面發(fā)育較多拉張裂縫，這些拉張裂縫走向大多呈北東向，縫寬0.5～3 cm不等，尚未見有明顯階狀錯臺，裂縫傾角一般大于45°，延伸長度3～10 m不等。對地面的破壞主要表現(xiàn)為水泥地面的開裂，無地表松弛下陷。片馬國門小學變形體縱長約25 m，橫寬平均160 m，平面面積約4 000 m2，潛在滑體平均滑體厚度約5.5 m，總體積2.2×104m3，屬于小型淺層土質滑坡。

3.2滑坡物質的組成及結構特征

3.2.1滑體

片馬國門小學滑坡的滑體自上而下由含碎石人工填土、坡積粘土層和坡殘積含塊石碎石土層組成。

地表層為人工填土層，物質成分混雜，為含碎塊石雜填土。厚度0.5～2.0 m不等，主要分布在片馬鎮(zhèn)集鎮(zhèn)范圍內，該層表層多為硬化地坪混凝土層。

人工填土層以下為原始斜坡上堆積的淺褐色、灰色含腐殖質粘土，潮濕，可塑，分布不均勻，挖方地段該層多被清除，其厚度0.5～1.5 m不等。

下部為淺灰、灰黃色含塊石碎石土層，潮濕，中等密實。所含碎塊石多呈次圓狀，多為強風化花崗巖，粒徑一般1～4 cm，占土體總量約1%～5%。該土層主要分布于山梁頂部區(qū)域，斜坡段鉆孔未揭露該層。

3.2.2滑帶

由于滑坡體變形幅度小，并未形成滑面和滑動帶層。通過地面工程地質測繪及鉆孔、探坑揭露，也未發(fā)現(xiàn)明顯的滑坡滑面和滑動帶層。經(jīng)綜合分析推測片馬國門小學斜坡將來有可能的變形為圓弧形滑動，滑動剪切面可能發(fā)育在淺層坡積及殘積層土層中。

3.2.3下伏基巖

4　滑坡體的穩(wěn)定性評價

4.1定性討論

上述研究表明，人類工程活動(公路邊坡開挖)是其產生的主導因素，大氣降雨是片馬國門小學變形體發(fā)展的誘發(fā)因素。片馬國門小學滑坡屬地表坡積層土向臨空側松動變形。變形體縱長約25 m，橫寬平均160 m，平面面積約4 000 m2，可能的潛在滑體厚度約5.5 m，總體積約2.2×104m3，根據(jù)對滑坡的規(guī)模等級評定標準，屬于小型淺層土質滑坡。推測滑坡變形方式為局部圓弧形剪切破壞，對地表破壞主要表現(xiàn)為學校外圍側邊坡垮塌，繼而牽引后部斜坡體變形。滑坡總體變形以松弛變形為主，無明顯滑面，滑坡體整體現(xiàn)狀為基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2計算分析

4.2.1計算模型及工況

通過勘查，選取2條對應主變形方向的Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′工程地質剖面，分別對其整體和公路局部分，在自然、暴雨以及偶然3種工況條件下進行分析，偶然工況主要考慮地震因素(圖2～圖5)。計算采用的地震動峰值加速度為0.15 g，考慮0.25地震作用效應折減系數(shù)。

由于滑坡體上的建筑物較密集，房屋多為1～4層的磚混結構，在穩(wěn)定性計算分析時，地表荷載在建筑范圍內按每單層建筑物10 kN/m取值。由于變形體并未形成完整連續(xù)滑面，本工程計算依照地表變形確定邊界區(qū)間，滑移面簡化為圓弧形滑面，采用一般條分法計算，進行潛在最危險滑面搜索。

Fs=

式中，Ci為第i計算滑塊滑面黏聚力標準值(kPa)；φi為第i計算滑塊滑面摩擦角標準值(°)；Li為第i計算滑塊的滑面長度(m)；θi為第i計算滑塊的滑面傾角(°)；A為地震加速度；Wi、Wbi分別為第i計算滑塊單位寬度巖土體自重(kN/m)、滑體地表建筑物的單位寬度重量(kN/m)。

4.2.2計算條件及參數(shù)選取

穩(wěn)定性計算參數(shù)通過實驗取得，同時考慮野外取樣時對試樣的干擾較大，室內試驗制樣時對試樣的干擾也比較大。因此本次滑坡計算參數(shù)同時參考該地區(qū)同類巖土層的物理力學參數(shù)經(jīng)驗值，具體參數(shù)見表1。

表1　穩(wěn)定性計算參數(shù)取值綜合確定

圖2　　剖面Ⅰ-Ⅰ′公路邊坡計算簡圖

4.3綜合評價

按上述3種工況對片馬國門小學滑坡穩(wěn)定性進行了計算，每一個計算模型均針對斜坡整體穩(wěn)定性及環(huán)鎮(zhèn)公路邊坡局部不利地段穩(wěn)定性采用自動搜索最危險滑面計算，根據(jù)滑坡穩(wěn)定性分級表[4，5]對穩(wěn)定性進行綜合評價，結果如表2。

圖3　Ⅰ-Ⅰ′整體邊坡計算簡圖

圖4?、?Ⅱ′公路邊坡計算簡圖

圖5　Ⅱ-Ⅱ′整體邊坡計算簡圖

計算目標剖面編號工況安全系數(shù)1.10穩(wěn)定系數(shù)評價結果整體穩(wěn)定性Ⅰ-Ⅰ'Ⅱ-Ⅱ'11.170穩(wěn)定21.160穩(wěn)定31.128基本穩(wěn)定11.435穩(wěn)定21.430穩(wěn)定31.377穩(wěn)定公路邊坡穩(wěn)定性Ⅰ-Ⅰ'Ⅱ-Ⅱ'11.070基本穩(wěn)定21.037欠穩(wěn)定31.054欠穩(wěn)定11.158穩(wěn)定21.087基本穩(wěn)定31.113基本穩(wěn)定

穩(wěn)定性計算的結果表明：片馬國門小學整體斜坡在天然狀態(tài)條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，地震狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。其環(huán)鎮(zhèn)公路邊坡段在天然狀態(tài)條件下處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，地震狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)。

5　防治方案研究

5.1滑坡體的發(fā)展趨勢

我國目前高校對于管理類人才的培養(yǎng)一般都是理論大于實踐的，特別是對于安全工程管理這一課程的學習，一方面，在進行實際管理規(guī)劃之前，的確需要有扎實的基礎管理知識培訓，否則的話，根本沒有管理工作進行的可能。另一方面，就安全工程管理來說，其本身就十分繁瑣。在進行安全工程管理規(guī)劃之前，必需要先到現(xiàn)場進行勘測，而且要對相關單位的安全措施有一個較為深入的了解。但是如果學校要使學生進行實踐工作的話，會面臨很大的困難。首先就需要大量的資金投入，才能保證學生能夠進行實踐操作；其次，很多建設單位對于這種實踐活動是十分排斥的，他們往往出于“多一事不如少一事少一事”的想法，拒絕學校的實踐活動。

片馬國門小學斜坡變形主要為人類工程活動誘發(fā)，在強降雨及人為改變土體含水條件下加劇變形。斜坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，不利條件下局部斜坡欠穩(wěn)定。如再遇較長期強降雨或外來因素擾動，變形體將進一步松動變形，若變形體進一步滑動，其后緣斜坡及其上部建筑物將會沿傾斜的拉剪面陸續(xù)發(fā)生牽引變形，滑坡范圍將進一步擴大，產生更大的危害。

5.2防治方案建議

由于片馬國門小學滑坡變形體所影響的人數(shù)多、涉及的建筑物財產較大，雖然變形體并未產生劇烈變形，主要建筑物未受破壞，斜坡現(xiàn)階段整體處在穩(wěn)定狀態(tài)，但鑒于欠穩(wěn)定段為公路開挖邊坡局部區(qū)域，還是建議采用工程治理方案處理，避免不必要的損失。片馬國門小學滑坡變形體治理，應根據(jù)地形地質條件、穩(wěn)定性影響因素來綜合考慮，并應貫徹以下原則：

(1) 預防為主，防治結合；

(2) 綜合治理與長期監(jiān)測相結合；

(3) 支擋工程與排水工程相結合。

5.2.1支擋工程

根據(jù)滑坡的穩(wěn)定情況、縱向剩余下滑力的大小及分布,采用支擋進行防治。用擋土墻進行支擋,擋土墻建議設置在環(huán)鎮(zhèn)公路內側直接對公路邊坡形成支護。同時在公路內側以及公路下坡面適當設置抗滑樁，但不宜采用大型抗滑樁。

5.2.2排水工程

水是誘發(fā)滑坡的主要因素，治理滑坡最為關鍵之一就是對水的治理，所以排水工程對滑坡的穩(wěn)定性起十分重要作用。建立并完善學校內外地表排水系統(tǒng)，對現(xiàn)有明、暗水溝作修補、防滲處理，對排水能力不足的水溝重新規(guī)劃改造。

6　結論

綜合分析得到片馬國門小學變形體為土質邊坡的松弛變形，為可能沿圓弧面滑動的土質邊坡?，F(xiàn)階段邊坡并未形成滑面，后部拉裂縫較多，但位移小。變形體縱長約25 m，橫寬平均160 m，平面面積約4 000 m2，鉆孔揭露潛在滑體平均滑體厚度約5.5 m，總體積2.2×104m3。該地區(qū)現(xiàn)階段總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是當遇到強降雨或者地震工況時，則該邊坡極有可能失穩(wěn)。因此，應及時采取措施對其進行綜合治理，以免造成不必要的損失。

[1]曹修訂，阮俊，等.GIS技術在地質災害信息系統(tǒng)的應用[J].中國地質災害與防治學報，2007，18(3):112-115.

[2]舒楊君，楊生斌，劉玉萍，等.云南省江城縣茶園溝滑坡特征分析及誘因探討[J].西部探礦工程，2009，3(10)：36-38.

[3]中華人民共和國建設部．巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)[S]．西安：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[4]中華人民共和國國土資源部．滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范(DZ/T0219-2006)[S]．北京：中國標準出版社，2006．

[5]中國國家標準化管理委員會．滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T0218-2006)[S].北京：中國標準出版社，2006．

STABILITY EVALUATION AND CONTROL MERHODS OF GOU MEN ELEMENTARY SCHOOL LANDSLIDE IN PIAN MA

LI Dong，YANG Hua-shu，ZHOU Xin-wei

(College of Land and Resources Engineering，Kunming Uinversity of Sinence and Techology，Kunming650093，China)

On the basis of field reconnaissance，this article analysis the geological and topographical conditions and basic characteristics of Guo Men elementary school landslide in Yunnan Lushui County. On this basis，the limit equilibrium theory is used to analysis the stability of the road section and the landslide in three conditions.The results show that each section of the landslide is in stable state in the condition of dry，but basically stable or unstable state in the condition of heavy rainfall and earthquake.According to relevant theory，support and drainage works should be taken to prevent the occurrence of geologicaldisasters.

geologicaldisasters；landslide；stability；Treatment method

1006-4362(2016)03-0007-06

2016-02-16改回日期：2016-03-20

國家自然科學基金(41462013；51069003；50869003)

P642.22

A

李東(1990-), 男, 漢族, 四川內江人, 碩士研究生，研究方向為災害地質。E-mail: 734894122@qq.com