青島嶗山區(qū)青山滑坡地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評價

楊 濤

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；2.河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031)

青島嶗山區(qū)青山滑坡地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評價

楊 濤1,2

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；2.河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031)

青島嶗山區(qū)是我國著名的濱海風(fēng)景名勝區(qū)和5A級景區(qū)，青島嶗山地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。近年來，隨著資源開發(fā)和工程建設(shè)活動的加劇，以及極端氣象條件的不斷出現(xiàn)，使滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率有所增高。選取青山滑坡為典型地質(zhì)災(zāi)害地段，滑坡體土質(zhì)松散，下部有堅硬花崗巖，坡體穩(wěn)定性存在很大安全隱患。在分析青山滑坡所處地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，研究誘發(fā)滑坡的主要因素降雨和人類工程活動，從這兩方面闡述對滑坡發(fā)生的機理，采用極限平衡法中的傳遞系數(shù)法，通過計算分析得到穩(wěn)定性系數(shù)，實現(xiàn)了青山滑坡的穩(wěn)定性評價。

滑坡；穩(wěn)定性評價；極限平衡法

1 青山滑坡概況

1.1 發(fā)育特征

青山滑坡位于嶗山王哥莊街辦212省道沿線的青山村，滑坡體高約30 m，長度約120 m，平均厚度4.9 m，屬于小型滑坡?；麦w中有212省道穿過，滑坡體主體位于省道北側(cè)?；麦w土質(zhì)較松散，其下部為堅硬花崗巖。災(zāi)害發(fā)生后，上部仍有局部滑塌現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差；其西南方向約100 m處存在一處災(zāi)害隱患，已有明顯的滑動變形跡象，存在著很大的安全隱患。

1.2 危害情況

滑坡發(fā)生時，滑坡體下方公路損毀，路面和路基均被破壞，長度約178 m，造成交通中斷；滑坡體西南方向約100 m處的災(zāi)害隱患體，導(dǎo)致公路路面出現(xiàn)2～25 cm寬的裂縫，并有多處局部錯斷和下陷現(xiàn)象?；瑒拥膸r土體先將公路側(cè)的電線桿沖倒，然后在高壓電線和鋼筋的拉動下，滑坡體兩側(cè)的電線桿隨之?dāng)嗔训沟?，造成青山村全村斷電，影響了村民的日常生活。滑坡體正下方?jīng)]有民房存在，因此，滑坡僅造成了局部破壞和較小的損失。

滑坡災(zāi)害還導(dǎo)致其后壁、側(cè)壁等產(chǎn)生多處危巖體，大多數(shù)危巖體前方已懸空，若再次遇到強降雨天氣，發(fā)生滑塌的可能性很大，因此，迫切需要開展滑坡災(zāi)害治理工程。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

在大地構(gòu)造上，嶗山區(qū)處于膠南隆起北端，屬中低山丘陡區(qū)，境內(nèi)層巒迭障、山勢陡峻、溝壑縱橫、地形復(fù)雜。以嶗山山脈為軸心，中間高、東西兩側(cè)低，自東向西按 16%～2%坡率遞降。

嶗山區(qū)地貌按成因類型可分為構(gòu)造剝蝕地貌、剝蝕-堆積地貌和堆積地貌三種類型，三者在高度上依次呈階梯狀，地貌形態(tài)類型有中低山-丘陵-濱海平原及山間谷地。河床兩側(cè)階地高一般在 2～4 m 之間，河流沖洪積物厚度一般小于10 m，個別地段可達20 m，具雙層結(jié)構(gòu)。

2.2 地層巖性

坡面覆蓋的松散堆積物黃褐色，主要為砂質(zhì)土夾碎石，自坡腳向上，厚度變薄，頂部趨于消失。出露巖石為花崗巖，淺紅色，呈塊狀。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

嶗山區(qū)區(qū)域地層除第四系松散地層以外，主要為中生代白堊紀青山群(kq)地層，從老至新依次為元古界變質(zhì)巖、中生界白堊系碎屑巖和新生界第四系松散堆積物。在大地構(gòu)造上，處于華南板塊與華北板塊的碰撞帶，膠南—文威造山帶日照隆斷東北部，屬魯東隆起和膠萊坳斷兩個III級構(gòu)造單元，區(qū)域構(gòu)造線以北東向為主，次為北西向，主要構(gòu)造形跡為韌性剪切帶和脆性斷裂構(gòu)造。

2.4 水文地質(zhì)

地下水主要接受大氣降水補給。大氣降水沿裂隙滲入地下，在溝谷底部匯集并向地下流動。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(公路損毀、供電系統(tǒng)及車輛損壞)

3 致災(zāi)因素分析

3.1 氣象降雨

氣象降雨是滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要致災(zāi)因素。嶗山地區(qū)降水量的時間分布極不均勻，主要集中在6～9月，占全年降水量的65%～80%。根據(jù)以往嶗山地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害所發(fā)生的時間及災(zāi)害點情況，結(jié)合青島市氣象局提供的降雨量資料，分析得出：日降雨量在75～150 mm內(nèi)，地質(zhì)條件較差、容易發(fā)生變形破壞的地段被大氣降雨因子引發(fā)而發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害；而日降雨量大于150 mm時，地質(zhì)條件相對較好、斜坡穩(wěn)定性也相對較好的區(qū)域也極可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

發(fā)生滑坡當(dāng)天的降水非常大，達到126.3 mm；前3天的降水量為零；前10天中只有一天降大雨且雨量為51.5 mm，有一天降小雨，其它幾天降雨量為零。災(zāi)害發(fā)生的主要原因是當(dāng)日降特大暴雨(見圖2)。

圖2 災(zāi)前10天降雨量曲線圖

3.2 人類工程活動

嶗山風(fēng)景區(qū)的開發(fā)、頻繁的工程活動對地質(zhì)環(huán)境的破壞是滑坡地質(zhì)災(zāi)害及隱患形成的不可忽視的重要因素。從已發(fā)生的災(zāi)害來看，有的是直接由人類的工程活動所造成，有的則是人類工程活動引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害。

(1)山區(qū)公路施工建設(shè)，開挖路基形成不穩(wěn)定斜坡，劈山、放炮等活動強烈振動，更使山坡巖土體受振而松動，這成為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的引發(fā)因素。

(2)削坡建房工程，除使斜坡巖土體振動外，還形成人工陡邊坡，且興建的房屋及堆渣、棄渣、填土等給斜坡增加荷載，導(dǎo)致斜坡支撐不了過大的重量，失去平衡而引發(fā)災(zāi)害。

(3)無序開發(fā)梯田，既沒有統(tǒng)一規(guī)劃，也沒有統(tǒng)一配套集中排水設(shè)施；不僅破壞了原有植被，而且在降水強度較大、地表徑流大的情況下，雨水更易蓄積、浸潤、軟化巖土體，加大了巖土體中的靜水壓力和動水壓力，對下一級梯田造成沖擊，形成從上而下的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

(4)嶗山石材的開采，破壞了山體、植被，同時不合理的堆置礦渣、尾礦等，也極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 災(zāi)害發(fā)生機理

青山滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機理有兩方面，一方面是內(nèi)因，另一方面是外因。邊坡穩(wěn)定性差，滑坡面堆積物滲透性能好，暴露地表，在長期降水作用下，使滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。人類工程活動進一步降低了邊坡穩(wěn)定性，如資源開發(fā)、人工開挖邊坡以及斜坡上部加載，增大了滑體的下滑力，減小斜坡的支撐力。在強降雨條件下，原有的力學(xué)平衡狀態(tài)遭到破壞，最終導(dǎo)致滑坡發(fā)生。

4 邊坡穩(wěn)定性

邊坡穩(wěn)定性是指邊坡的巖土體在一定條件下的穩(wěn)定程度，是滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主控因素，采用極限平衡法中的傳遞系數(shù)法進行計算。該計算結(jié)果將作為滑坡危險性評價和地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計的重要依據(jù)[1-4]。

4.1 參數(shù)確定

根據(jù)滑坡點的邊坡坡形，回填土為粘性雜填土，取參數(shù)值：

γ=14.58 kN/m3；c=31.7 kPa；φ=14.17°。

滑坡體高度為27.96 m，長度為160 m。

4.2 滑坡推力計算方法

滑坡推力按折線型計算，計算公式為：

Fn=Fn-1ψ+KtGnt-GnntgΦn -cnLn

ψ=cos(βn-1-βn)-sin(βn-1-βn)tgΦn

式中：Fn、Fn-1為第n塊、第n-1塊滑體的剩余下滑力；ψ為傳遞系數(shù)；Kt為滑坡推力安全系數(shù)；Gnt、Gnn為第n塊滑體自重沿滑動面、垂直滑動面的分力；Φn為第n塊滑體沿滑動面土的內(nèi)摩擦角標準值；cn為第n塊滑體沿滑動面土的粘聚力標準值；Ln為第n塊滑體沿滑動面的長度。

根據(jù)受災(zāi)對象等級確定原則，滑坡體下方受威脅人數(shù)約150人，按地質(zhì)災(zāi)害損失分級標準屬二級，因此確定滑坡推力安全系數(shù)K為1.15。

4.3 計算結(jié)果

由于災(zāi)害點坡體長度小、坡度變化不大，將其分成5個塊段進行計算(見表1)。

表1 邊坡剩余推力計算結(jié)果

各塊段剩余下推力：

第 1 塊剩余下推力69 984.90 KN；

第 2 塊剩余下推力46 221.64 KN；

第 3 塊剩余下推力49 696.88 KN；

第 4 塊剩余下推力42 045.45 KN；

第 5 塊剩余下推力37 967.54 KN。

4.4 穩(wěn)定安全系數(shù)驗算

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)中關(guān)于滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)的計算公式：

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanΦi+1

Ri=NitanΦni+1+ciLi

式中：Fs為穩(wěn)定系數(shù)；Ri為作用于第i塊段的抗滑力；Ti為作用于第i塊段滑動面上的滑動分力；Ni為第i塊段滑動面上的法向分力；θi為第i塊段滑動面與水平面的夾角；其余參數(shù)符號同前述推力計算公式。

滑坡穩(wěn)定性驗算參數(shù)取值參考表1中邊坡剩余推力計算結(jié)果的數(shù)據(jù)，得安全系數(shù)0.94，小于該地區(qū)實際安全系數(shù)1.15(經(jīng)驗值)。

4.5 邊坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)滑坡推力計算及穩(wěn)定性驗算結(jié)果，當(dāng)滑動面取土層與基巖接觸面，對邊坡穩(wěn)定性評價如下：

滑坡體5個塊段的剩余推力均為正值，邊坡安全系數(shù)為0.94，小于1.15，說明滑坡穩(wěn)定性較差，該處滑坡體仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語

根據(jù)青山滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理，外力因素可引發(fā)滑坡的發(fā)生，降雨尤其是大暴雨，使滑坡體在雨水的浸泡下易產(chǎn)生滑動。通過邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果可知，發(fā)生災(zāi)害后的青山滑坡體仍不穩(wěn)定，再次發(fā)生災(zāi)害的概率較大，存在著嚴重的安全隱患，對青山村居民及過往行人的生命財產(chǎn)安全造成很大的威脅，危害性大。因此，需要采取一定的加固和排水措施進行治理。

[1]陳國華.滑坡穩(wěn)定性評價方法對比研究[D].中國地質(zhì)大學(xué).2006.

[2]謝濤.北川縣禹里鄉(xiāng)馬家坡滑坡穩(wěn)定性評價及治理工程設(shè)計[D].成都理工大學(xué).2011.

[3]尹洪峰.奉節(jié)縣新城三馬山片區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價與治理工程設(shè)計[D].吉林大學(xué).2005.

[4]謝兵.雙誼鄉(xiāng)滑坡穩(wěn)定性評價及治理工程優(yōu)化[D].西南交通大學(xué).2010.

2016-10-17

河北省科技計劃項目(13275410)；地科院水環(huán)所重點實驗室與試驗基地聯(lián)合開放基金

楊濤(1980-)，女，山東招遠人，講師，主要從事地質(zhì)工程方面研究工作。

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1004-1184(2017)01-0146-02