基于深部位移監(jiān)測(cè)的滑坡形成機(jī)制分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

薛 濤，王振華，孫 萍，王博超

(1.金陵科技學(xué)院,江蘇 南京 211169;2.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710032;3.西安中地環(huán)境科技有限公司，陜西 西安 710054)

基于深部位移監(jiān)測(cè)的滑坡形成機(jī)制分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

薛 濤1，王振華2，孫 萍1，王博超3

(1.金陵科技學(xué)院,江蘇 南京 211169;2.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710032;3.西安中地環(huán)境科技有限公司，陜西 西安 710054)

采用鉆孔深部位移監(jiān)測(cè)法，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)繪、地表變形監(jiān)測(cè)和室內(nèi)土工試驗(yàn)，研究了某金礦堆渣體引起潛在滑坡的形成機(jī)制，對(duì)該潛在滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。監(jiān)測(cè)和分析結(jié)果表明：該潛在滑坡體存在淺層和深層兩個(gè)潛在滑動(dòng)面，潛在滑動(dòng)面呈弧狀，埋深從坡體后緣到前沿逐漸減??；廠區(qū)巖土體條件較差，地下水位埋深較淺以及廠房后緣大量堆渣體是發(fā)生潛在滑坡體的主要原因；監(jiān)測(cè)結(jié)果揭示潛在滑坡體后部變形明顯，累計(jì)變形量較大，處于加速變形階段，中部雖未表現(xiàn)出加速變形狀態(tài)，但變形速率比較大，前部變形速率較小，整體處于極限平衡狀態(tài)，與穩(wěn)定性定量計(jì)算結(jié)果相符。該方法更加清晰地揭示了潛在滑坡體的變形特征，與實(shí)際情況比較吻合，可為潛在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與滑坡災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)類(lèi)似工程也具有一定的借鑒意義。

潛在滑坡；深部位移監(jiān)測(cè)；成因分析；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

0 引言

中國(guó)是世界上滑坡災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，特別近幾十年來(lái)采礦行業(yè)的興起與飛速發(fā)展,礦山滑坡災(zāi)害顯得尤為嚴(yán)重,如1997年我國(guó)福建某礦山排棄場(chǎng)堆渣體引發(fā)滑坡事故[1]，造成礦山下游整個(gè)自然村被毀于一旦；2011年11月26日廣西蒼梧縣非法采稀土礦引發(fā)大型山體滑坡[2]，造成9人死亡；2011年12月10日貴州長(zhǎng)順礦山發(fā)生山體滑坡[3]，造成多人死亡?；聻?zāi)害嚴(yán)重威脅到人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，對(duì)礦山滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)至關(guān)重要。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)礦山滑坡災(zāi)害的研究雖然取得了豐碩的成果[4-6]，但研究方法局限于地表變形監(jiān)測(cè)法、工程地質(zhì)類(lèi)比法和模型模擬法等，不能對(duì)潛在滑坡體的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行精確和系統(tǒng)的分析，也不能為災(zāi)害的防治和預(yù)警提供可靠的依據(jù)。

本文采用深部位移監(jiān)測(cè)法，結(jié)合工程地質(zhì)測(cè)繪、地表變形觀察和室內(nèi)土工試驗(yàn)等手段，通過(guò)對(duì)滑坡體布置監(jiān)測(cè)孔，監(jiān)測(cè)滑面的變形深度、地表變形、深孔側(cè)向位移、地下水位以及滑坡周界的變形情況，相比較于傳統(tǒng)方法，該方法能夠更加清晰地了解滑坡體不同部位、不同深度的變形滑動(dòng)特征，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠用于對(duì)滑坡變形等特征進(jìn)行較準(zhǔn)確地定量分析，對(duì)滑坡及滑坡區(qū)的巖土工程條件有了全面的認(rèn)識(shí)，為潛在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與滑坡災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)類(lèi)似工程也具有一定的借鑒意義。

1 工程概況

某礦區(qū)位于秦嶺山脈南麓，由于棄渣在斜坡上的不合理堆放，加之巖土體本身的工程地質(zhì)條件較差，致使在渣體內(nèi)部和斜坡體中形成了淺層和深層的潛在滑移面。2010年3月監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)磨礦間、自動(dòng)化操作室、浮選間、精礦間南側(cè)、粉礦間及后部堆渣體均發(fā)生變形跡象，嚴(yán)重威脅廠區(qū)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)安全。

1.1 地形地貌

潛在滑坡區(qū)地處秦嶺山脈南麓，海拔高度985.0～1 193.0 m，相對(duì)高差208 m，屬構(gòu)造剝蝕低中山型溝谷地貌。選礦廠、生活區(qū)及輔助設(shè)施場(chǎng)地分布在東溝的斜坡地帶，地形坡度10°～38°，坡底較平緩，上部較陡，總體地勢(shì)西高東低(圖1)。

圖1 滑坡全貌圖Fig.1 Panorama of landslide

廠區(qū)原為一自然斜坡，坡度約20°，由于廠區(qū)建設(shè)需要，已按照不同的標(biāo)高進(jìn)行了場(chǎng)地平整，形成了臺(tái)階狀地形。根據(jù)現(xiàn)有地形廠區(qū)可大致分為兩級(jí)臺(tái)階狀，一級(jí)平臺(tái)寬約100 m，廠區(qū)主要廠房、食堂、辦公大樓以及公路均位于該平臺(tái)，該平臺(tái)上公路高程最低約為1 023 m，粉礦倉(cāng)底面高程最高為1 031 m，其間有3個(gè)2～3 m的小臺(tái)階；二級(jí)平臺(tái)寬30～50 m，平臺(tái)高度1 044～1 050 m，為礦石運(yùn)輸通道?；缕矫鎴D見(jiàn)圖2。

圖2 滑坡平面圖Fig.2 Plane of landslide

1.2 地層巖性

1.3 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)地下水類(lèi)型主要為基巖裂隙水及第四系松散巖類(lèi)孔隙水。基巖裂隙水主要靠大氣降水以及后部山體裂隙水的補(bǔ)給，水量豐富。第四系松散巖類(lèi)孔隙水主要賦存于堆積體中，主要接受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給，水量較為豐富，地下水位的深度受大氣降雨影響變化幅度介于0.5～1 m。廠區(qū)內(nèi)地下水位埋深淺。地下水位與滑坡體的關(guān)系為：地下水位沿坡體向下水位埋深逐漸降低，滑坡體后部地下水位埋深最高，中部次之，前部最低；滑坡體中后部地下水位水力梯度較大，對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響較大(圖3)。

2 滑坡體特征及形成機(jī)制

2.1 潛在滑坡體特征

(1) 形態(tài)特征

為查明潛在滑坡體變形情況，對(duì)廠區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行了地表變形監(jiān)測(cè)和深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)。測(cè)區(qū)內(nèi)共布設(shè)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)以及6個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別位于粉礦倉(cāng)、廠房以及扶壁式擋墻上，主要用于監(jiān)測(cè)構(gòu)筑物平面位移以及豎向沉降。

平面變形觀測(cè)于5月25日開(kāi)始觀測(cè)，截止6月15日共完成變形觀測(cè)6期，其觀測(cè)點(diǎn)位累積變化見(jiàn)表1。從目前的形變資料來(lái)看，位于粉礦倉(cāng)頂部的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)存在較為明顯的下沉，其最大沉降量已達(dá)3.2 mm，其它各點(diǎn)沒(méi)有明顯沉降；各變形觀測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)方向較為一致的水平位移，方向?yàn)闁|南。

表1 某金礦滑坡第1～6期點(diǎn)位累積變化表

深孔側(cè)向位移用來(lái)查明潛在滑坡變形體變形深度以及變形速率，在勘察區(qū)范圍內(nèi)共布設(shè)了16個(gè)深孔監(jiān)測(cè)孔。通過(guò)對(duì)2011年5月17日～6月18日各鉆孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理分析得出：廠房后部堆渣體最大變形深度為17.2 m，平均變形速率達(dá)到0.29～0.5 mm/d，廠區(qū)范圍內(nèi)水平變形速率稍緩，達(dá)到0.03～0.28 mm/d，目前潛在滑坡體前緣剪出口尚未形成，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷整個(gè)潛在滑坡體尚處于擠壓變形狀態(tài)。但是隨著雨季的到來(lái)，粉礦倉(cāng)后部的ZK4鉆孔表現(xiàn)出變形加速的跡象。7月8號(hào)再次對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)斜，由于粉礦倉(cāng)南部的堆渣體進(jìn)行了少量的卸載，變形速度有所降低，但粉礦倉(cāng)后部的ZK4號(hào)鉆孔變形速度較前期快。ZK8號(hào)鉆孔前期監(jiān)測(cè)變形不明顯，根據(jù)此次測(cè)斜該鉆孔在12 m位置處變形明顯為滑動(dòng)帶。ZK2號(hào)鉆孔在10 m附近有少量變形，初步判斷為滑動(dòng)帶。各鉆孔深孔監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)成果表

依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制如圖2、圖3、圖4，根據(jù)第1～6期點(diǎn)位累積變化量、深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)成果、變形體變形深度以及變形速率綜合分析，坡體具有淺層和深層兩個(gè)潛在滑動(dòng)面，見(jiàn)圖2、圖4，平面形態(tài)呈長(zhǎng)舌狀。

圖3 地下水位等值線圖Fig.3 Groundwater contour map

圖4 滑坡剖面圖Fig.4 Profile of landslide

①淺層的變形是在堆渣體的內(nèi)部形成的變形，坡腳已有擠出跡象，總倉(cāng)庫(kù)后部坡腳擋墻出現(xiàn)鼓脹開(kāi)裂，變形深度根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果介于5～10 m，剪出口位于堆渣邊坡坡腳。

②潛在滑坡體深層滑動(dòng)面深度介于9～17.2 m，由于目前處于擠壓變形狀態(tài)，且填渣較為松散，因此在后緣尚未形成明顯的變形開(kāi)裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌以及深孔測(cè)向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果推測(cè)滑坡后緣位于堆渣體邊緣與后方自然坡體接觸處。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果以及裂縫調(diào)查情況判斷，潛在滑坡體前緣變形發(fā)展至精礦間附近，由于精礦間采用了樁基礎(chǔ)，能夠形成較大的抗力，故滑動(dòng)面尚未能完全貫通；推測(cè)若繼續(xù)發(fā)展，剪出口將位于廠區(qū)公路的下方?jīng)_溝附近。潛在滑坡體左側(cè)界位于粉礦倉(cāng)北側(cè)的邊緣與扶壁式擋墻接觸處，從廠房的中部斜穿而過(guò)；右側(cè)邊界不清晰且變形相對(duì)較小，推測(cè)其位于總倉(cāng)庫(kù)的中部附近地面開(kāi)裂位置，該處為強(qiáng)風(fēng)化基巖與覆蓋層的接觸部位。

(2) 潛在滑坡體結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)深孔測(cè)向位移結(jié)果顯示，潛在滑坡體最大變形深度在ZK3為17.2 m，平均厚度約10 m，體積約11×104m2，屬于中型土質(zhì)滑坡。

①結(jié)構(gòu)特征：根據(jù)工程地質(zhì)鉆探結(jié)果，潛在滑坡體主要由上部的堆渣以及下部的殘坡積覆蓋層組成。堆渣主要分布在選礦廠以及粉礦倉(cāng)后部，其母巖巖性以灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖為主，厚度介于3～17 m，松散，該層物理力學(xué)性質(zhì)較差。其下伏的殘坡積覆蓋層主要以粉質(zhì)粘土、含碎石粉質(zhì)粘土為主，厚度介于3～5 m之間，該層多呈可塑～硬塑狀，局部層位由于粘粒含量較高且地下水豐富處于軟塑狀態(tài)；中前部的滑坡體主要物質(zhì)組成為粉質(zhì)粘土、碎石和含碎石粉質(zhì)粘土，厚度一般介于6～12 m之間，最深位置為廠房西角處，厚度達(dá)13.8 m。由于地下水位較高，地層多呈可塑狀，與基巖接觸部位多呈軟塑狀。

②滑帶(面)：潛在滑坡體滑動(dòng)面多位于覆蓋層與風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖的接觸部位，由于地下水的浸潤(rùn)多呈可塑～軟塑狀，力學(xué)性質(zhì)差。根據(jù)深孔側(cè)向監(jiān)測(cè)資料，ZK8、ZK12、ZK13和ZK15變形深度位于強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖內(nèi)，通過(guò)剖面形態(tài)判斷主要由于該處基巖突出，在上部較大的推力作用下致使突出部分基巖發(fā)生滑動(dòng)。

③滑床：潛在滑坡體滑床為強(qiáng)風(fēng)化的炭質(zhì)頁(yè)巖，黑色泥炭質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁(yè)理構(gòu)造，巖芯主要呈土柱狀，強(qiáng)度較低。

(3) 變形特征

根據(jù)對(duì)潛在滑坡體變形破壞特征分析，主滑方向?yàn)?12°。目前廠房地面以及墻體出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，由于粉礦倉(cāng)后部堆載影響，粉礦倉(cāng)后部廠房變形出現(xiàn)加劇跡象，與柱相接的 地面出現(xiàn)明顯的鼓脹現(xiàn)象。裂縫多位于廠房的南側(cè)，裂縫走向介于65°～100°，分布于柱腳的東側(cè)，裂縫寬度介于1～5 mm。扶壁擋墻頂部目前出現(xiàn)外傾的現(xiàn)象，外傾幅度達(dá)10～20 cm。

2.2 潛在滑坡體活動(dòng)性分析

為查明潛在滑坡體變形情況，同時(shí)為下一步設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)，對(duì)廠區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行了地表變形監(jiān)測(cè)和深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)。

從地表形變資料來(lái)看，位于粉礦倉(cāng)頂部的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)存在較為明顯的下沉，其最大沉降量已達(dá)3.2 mm，其它各點(diǎn)沒(méi)有明顯沉降；各變形觀測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)走向較為一致的水平位移，走向SE，但由于量值不大，需要進(jìn)一步的觀測(cè)。深孔側(cè)向位移用來(lái)查明潛在滑坡體的變形深度及變形速率，在該礦區(qū)滑坡體上共布設(shè)了16個(gè)監(jiān)測(cè)孔，各深孔監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5～圖7。

圖5 深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)變形深度等值線圖Fig.5 Deep hole lateral displacement monitoring deform depth contour map

圖6 深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)滑面累計(jì)位移量等值線圖Fig.6 Deep hole lateral displacement monitoring cumlative amount of displacement contour map

圖7 深孔側(cè)向位移監(jiān)測(cè)變形速率等值線圖Fig.7 Deep hole lateral displacement monitoring deformati on rate contour map

通過(guò)對(duì)各鉆孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理分析，結(jié)合圖3～圖7得出，淺層滑面高程1 030 m左右，深層滑面高程1 015～1 025 m，地下水位線高程1 028～1 030 m。

深層滑面埋深為17.2 m，滑面位于地下水位之下，滑動(dòng)變形明顯，累計(jì)變形量較大，達(dá)到16～19 mm,變形速率較大，且變形處于加速階段；滑坡體中部滑面平均深度為12 m，滑面位于地下水位之下，累計(jì)變形量達(dá)到6～10 mm，變形速率雖未表現(xiàn)出加速狀態(tài)，但變形速率比較大；滑坡體前部滑動(dòng)帶平均深度為9 m，滑面位于地下水位之下，變形速率較?。换麦w兩側(cè)滑面埋深較淺，且變形不明顯，目前滑坡體滑面尚未完全貫通，滑坡體前緣剪出口尚未形成。由于深層滑面位于地下水位以下，滑帶土長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，坡體的穩(wěn)定性主要受坡體后方堆渣體堆載的影響，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，粉礦倉(cāng)后部表現(xiàn)出變形加速的跡象，滑坡判定為推移式滑坡，目前處于擠壓變形狀態(tài)。

淺層滑動(dòng)面位于坡體中后部，滑面深度介于5～10 m，滑坡規(guī)模較小，滑面深度中后部較深，前部較淺，總之，目前整個(gè)潛在滑坡體尚處于擠壓變形狀態(tài)。

3 滑坡成因機(jī)制分析

滑坡的形成機(jī)制主要受工程地質(zhì)條件的影響[7-8]，本文主要從裂縫特征、變形特征、地基巖土性質(zhì)、沉降和地下水條件等方面進(jìn)行分析。

3.1 裂縫特征

(1)裂縫產(chǎn)生的時(shí)間因果關(guān)系分析：上邊坡棄渣堆載在前，下部邊坡廠房地面裂縫在后，且時(shí)間關(guān)系極為吻合，因此裂縫的產(chǎn)生與廠房后部堆載有關(guān)。

(2)裂縫分布范圍分析：根據(jù)調(diào)查裂縫主要分布在磨礦間、自動(dòng)化操作室和浮選間，而精礦間地表裂縫較少。分析廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，磨礦間、自動(dòng)化操作室和浮選間均采用了擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)地面位于滑動(dòng)面之上，而精礦間采用了樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深達(dá)11 m，位于滑動(dòng)面以下，樁基提供了較大的水平抗力，阻斷了邊坡推力的傳遞路徑。因此變形開(kāi)裂主要分布在磨礦間、自動(dòng)化操作室和浮選間，而精礦間和廠房前部的混凝土路面沒(méi)有出現(xiàn)明顯變形跡象。

(3)裂隙力學(xué)性質(zhì)關(guān)系分析：由于廠房基礎(chǔ)多為擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸大，且埋深相對(duì)較深，因此基礎(chǔ)能夠提供較大的抗力。在上部坡體擠壓基礎(chǔ)的作用下，基礎(chǔ)前部形成了較高的壓應(yīng)力區(qū)，而廠區(qū)內(nèi)地表為混凝土，抗壓性最強(qiáng)，抗剪性次之，抗拉性最差，因此在基礎(chǔ)傳遞的推力作用下，樁間混凝土地面產(chǎn)生了以張性和剪性為主的裂縫。根據(jù)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果推力方向約為115°，而裂縫走向多介于70°～100°，與推力方向呈15°～45°度的夾角，根據(jù)力學(xué)關(guān)系可知張性裂縫與推力方向基本相同，而剪切裂縫與推力之間的夾角為45°-φ/2，因此可判斷廠房?jī)?nèi)裂縫主要由邊坡推力產(chǎn)生。

3.2 變形特征

通過(guò)已有深孔測(cè)斜資料分析，目前位于堆渣體后部的ZK3、ZK4分別在17.2 m以及9.5 m處均出現(xiàn)了明顯的變形，且平均變形速率達(dá)到0.29～0.5 mm/d。而廠房附近的ZK9、ZK12、ZK13分別在13 m、16 m和11 m也出現(xiàn)了明顯的水平向位移，變形速率達(dá)到0.16～0.28 mm/d，從變形深度和變形速率說(shuō)明上邊坡堆渣是產(chǎn)生推力的主因。

3.3 地基巖土性質(zhì)

滑坡工程地質(zhì)剖面圖揭示，出現(xiàn)裂縫廠區(qū)正好處于松散層堆積在基巖凹形槽內(nèi)頂部，兩側(cè)基巖埋深很淺，沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂。凹形槽內(nèi)堆積的松散地層均勻性、固結(jié)性很差。在受到邊坡堆載推力的作用下，相對(duì)于基巖更容易產(chǎn)生位移和不均勻沉降。

3.4 沉降

根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖揭示，主廠房地基為土巖組合地基，松散覆蓋層最大厚度可達(dá)13 m，雖然主要構(gòu)筑物以及設(shè)備的基礎(chǔ)采用了擴(kuò)大基礎(chǔ)甚至樁基礎(chǔ)，但構(gòu)筑物基礎(chǔ)持力層的不同以及構(gòu)筑物和附屬設(shè)施之間持力層的不同均易產(chǎn)生不均勻沉降而出現(xiàn)變形開(kāi)裂。主廠房西側(cè)總倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)亦位于土巖組合地基上，根據(jù)其前部擋墻開(kāi)挖斷面揭示基礎(chǔ)一半位于風(fēng)化基巖上，一半位于松散堆積層上。目前在土巖結(jié)合部位房屋出現(xiàn)了明顯的變形開(kāi)裂，由此可見(jiàn)基底巖土不均引發(fā)的不均勻沉降也是出現(xiàn)變形開(kāi)裂的原因之一。

3.5 地下水條件

地下水位較淺，位于滑面之上，滑帶土長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，力學(xué)性能降低，加快了滑坡體的變形和發(fā)展(圖3)。

綜上所述，潛在滑坡體的形成機(jī)理為：廠區(qū)巖土體工程地質(zhì)條件不良是發(fā)生潛在滑坡體的前提條件，堆渣是滑坡加劇變形的最主要原因，廠房以及總倉(cāng)庫(kù)均建設(shè)在土巖組合地基上，不均勻沉降也對(duì)廠房的變形開(kāi)裂造成一定的影響，而廠區(qū)范圍內(nèi)地下水極為豐富，地下水的作用加快了潛在滑坡體的變形和發(fā)展，各種因素之間的相互影響將會(huì)導(dǎo)致滑坡的變形失穩(wěn)。

4 潛在滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

由于潛在滑坡體具有淺層和深層兩層滑動(dòng)面，深層滑面長(zhǎng)期處于地下水位以下，滑帶土長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，因此降雨工況對(duì)滑坡體深層滑面滑動(dòng)的影響不大；磨礦間后部堆渣體內(nèi)部形成的淺層滑面位于地下水位以上，受降雨的影響較大?；路€(wěn)定性評(píng)價(jià)方法主要有定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)兩種方法，本文主要通過(guò)定性與定量相結(jié)合的方法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 定性評(píng)價(jià)

通過(guò)上述滑坡體定性分析可知：目前鉆孔揭示潛在滑坡體均處于擠壓變形狀態(tài)，中后部變形量大，前部變形量小，處于極限平衡狀態(tài),隨著連續(xù)降雨或暴雨和后部堆渣體的繼續(xù)堆載，變形將進(jìn)一步加劇，若不進(jìn)行治理潛在滑坡體有可能進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)而發(fā)生滑動(dòng)形成滑坡威脅廠房和礦區(qū)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

4.2 定量評(píng)價(jià)

4.2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)室內(nèi)巖土測(cè)試成果依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，按如下公式進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)：

式中：fi——巖土的物理力學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)；n——數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；γs——修正系數(shù)。

由于勘察區(qū)地下水位較高，滑動(dòng)面一般位于地下水位以下，且整個(gè)潛在滑坡體處于擠壓變形狀態(tài)，故剪切試驗(yàn)選取液限狀態(tài)下的峰值強(qiáng)度作為剪切強(qiáng)度。將各鉆孔中的相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各鉆孔中的相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2.2 計(jì)算參數(shù)綜合選定

穩(wěn)定性計(jì)算公式中需要確定的指標(biāo)有：土體的容重(γ)和滑動(dòng)面(帶)的粘聚力(C)和內(nèi)摩擦角(φ)。根據(jù)土工實(shí)驗(yàn)測(cè)定潛在滑坡體容重為19～20.5kN/m3之間，計(jì)算中取天然容重為20.0kN/m3，飽和容重為21.0kN/m3。

滑帶土參數(shù)選取是滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算的重點(diǎn)，理應(yīng)采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，考慮到試驗(yàn)值僅是對(duì)局部點(diǎn)位強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)試，且剔除了試樣中的大量粗顆粒(>2mm)物質(zhì)，因此僅采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出潛在滑坡體的穩(wěn)定性偏小。根據(jù)對(duì)潛在滑坡體的定性分析以及對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行反演分析，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果綜合確定出潛在滑坡體滑動(dòng)帶的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表4。由于地下水位埋深很淺，滑動(dòng)面位于地下水位以下，因此暴雨或者連續(xù)降雨工況對(duì)滑動(dòng)帶物理力學(xué)參數(shù)影響不大，僅考慮地下水位的升高造成滑坡體重度加大作用的影響。

表4 各斷面滑帶土物理力學(xué)參數(shù)

4.2.3 潛在滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)上述滑面抗剪強(qiáng)度選取參數(shù)，按照《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—2001推薦的公式對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

式中：K——穩(wěn)定系數(shù);Ti——作用于第i塊滑面上的滑動(dòng)分力(kN/m)，出現(xiàn)與滑動(dòng)面方向相反的滑動(dòng)分力時(shí)，Ti取負(fù)值；Ti=Wisinαi+Ehicosαi;

Ri——作用于第i段的抗滑力(kN/m)；Ri=(Wicosαi-Ehisinαi)tanφi+cili；

Ehi——作用于第i塊滑體上水平地震力，Ehi=CiCzKhWi；

li——第i條塊滑面長(zhǎng)度/m;

αi——第i條塊滑面傾角/(°);

ci——第i條塊滑體的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值/kPa;

φi——第i條塊滑體的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值/(°);

Ci——重要性修正系數(shù)，取Ci=1.3;

Cz——綜合影響系數(shù)，取Cz=0.25;

Kh——水平地震系數(shù)，按基本烈度Ⅶ度考慮，取Kh=0.05;

ψi——第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)。

ψi=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

計(jì)算時(shí)選定下面三種工況：

工況Ⅰ：正常工況；工況Ⅱ：暴雨或連續(xù)降雨工況；工況Ⅲ：地震工況。

剩余下滑力計(jì)算公式按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的公式進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

Fn=Fn-1ψ+γtGnt-Gnntanφn-cnLn

ψ=cos(βn-1-βn)-sin(βn-1-βn)tanφn

式中：Fn，F(xiàn)n-1——第n塊和n-1塊滑體的剩余下滑力；

ψ——傳遞系數(shù)；

γt——滑坡推力安全系數(shù)；

Gnt、Gnn——第n塊滑體自重沿滑動(dòng)面、垂直滑動(dòng)面的分力；

φ——第n塊滑體沿滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；

Cn——第n塊滑體沿滑動(dòng)面土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；

Ln——第n塊滑體沿滑動(dòng)面的長(zhǎng)度；

考慮到滑坡體一旦發(fā)生滑動(dòng)將造成較大的危害，設(shè)防安全系數(shù)采用1.2。

各斷面穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖8，經(jīng)計(jì)算各斷面穩(wěn)定性結(jié)果見(jiàn)表5。

圖8 各斷面穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.8 Each section stability calculation diagram

計(jì)算斷面工況穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工況1101欠穩(wěn)定Ⅰ-Ⅰ′斷面工況2100極限平衡工況30925不穩(wěn)定工況11015欠穩(wěn)定Ⅱ-Ⅱ′斷面工況2100極限平衡工況30926不穩(wěn)定工況11025欠穩(wěn)定Ⅲ-Ⅲ′斷面工況2101欠穩(wěn)定工況30930不穩(wěn)定

根據(jù)定量分析結(jié)果可知，暴雨或連續(xù)降雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)介于1.0～1.01之間，處于極限平衡狀態(tài)，隨著后部堆渣體繼續(xù)堆載，坡體變形將進(jìn)一步加劇，有可能發(fā)展形成滑坡而威脅廠房和礦區(qū)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

4.3 潛在滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)滑坡的定性分析以及定量計(jì)算的結(jié)果可知：潛在滑坡體目前處于擠壓變形狀態(tài)，目前滑動(dòng)面尚未完全貫通，降雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)介于1.00～1.01；隨著雨季的來(lái)臨，連續(xù)降雨或后部堆渣體繼續(xù)堆載，變形將進(jìn)一步加劇，若不進(jìn)行治理潛在滑坡體，一旦滑動(dòng)面完全貫通，滑坡將發(fā)生推移式破壞，嚴(yán)重威脅坡體下方廠房及礦區(qū)人類(lèi)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)深部鉆孔變形監(jiān)測(cè)顯示，該潛在滑坡體存在淺層和深層兩個(gè)潛在滑動(dòng)面，潛在滑動(dòng)面呈弧狀，埋深從坡體后緣到前沿逐漸減小。

(2)潛在滑坡體后部變形明顯，累計(jì)變形量較大，處于加速變形階段；中部雖未表現(xiàn)出加速變形狀態(tài)，但變形速率比較大；前部變形速率較小。潛在滑動(dòng)面(深層滑面)尚未完全貫通，整體處于擠壓變形狀態(tài)。

(3)廠房后部堆渣體、場(chǎng)地巖土體條件較差和地下水埋深較淺是該潛在滑坡產(chǎn)生的主要原因?；卤O(jiān)測(cè)結(jié)果表明，廠房以及粉礦倉(cāng)出現(xiàn)的變形開(kāi)裂主要由于后部堆渣加載引發(fā)；廠區(qū)地下水位位于滑動(dòng)面之上，對(duì)滑帶土的物理力學(xué)性質(zhì)影響較大，加快了滑坡的變形發(fā)展。

(4)監(jiān)測(cè)結(jié)果揭示潛在滑坡體變形量中后部大、前部小，處于極限平衡狀態(tài)，隨著連續(xù)降雨或暴雨和后部堆渣體的繼續(xù)堆載，變形將進(jìn)一步加劇；滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，潛在滑坡在暴雨或連續(xù)降雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)1.00～1.01，處于極限平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性分析結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果相符。

本文應(yīng)用的深孔位移監(jiān)測(cè)方法更加清晰地了解滑坡體不同部位、不同深度的變形滑動(dòng)特征，對(duì)滑坡及滑坡區(qū)的巖土工程條件有了全面的認(rèn)識(shí)，并且該方法監(jiān)測(cè)到的滑坡變形特征與實(shí)際情況比較吻合，可為潛在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與滑坡災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)類(lèi)似工程也具有一定的借鑒意義。

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Analysis of a landslide mechanism and its stability evaluation based on subsurface displacement monitoring

XUE Tao1，WANG Zhenhua2，SUN Ping1,WANG Bochao3

(1.JinlingInstituteofTechnology,Nanjing,Jiangsu211169,China; 2.NorthwestElectricPowerDesignInstituteLTDofChinaPowerEngineeringConsultingGroup,Xi’an,Shaanxi710032,China;3.Xi’anZhongdiEnvironmentalScienceandTechnologyCompanyLimited.Xi’an,Shaanxi710054,China)

This paper using deep displacement monitoring, combining with engineering geological mapping, surface deformation monitoring and soil test, research of the formation mechanism of a potential landslide in a gold mine, evaluating it’s stability. Monitoring and analysis results show, the landslide has deep and shallow sliding surfaces, and the slip surface rendered as arc shape, the burial depth gradually decreases from trailing edge to leading edge; The bad rock and soil conditions, shallow groundwater level and large number of slag pile behind factory buildings are the main reasons of the potential landslide; Monitoring results shows that it has obvious deformation at the rear of the landslide, the cumulative deformation are larger, in a deformed acceleration phase, the central not showing accelerated state, but it has larger deformation rates, the front part has smaller deformation rates, overall are in limit equilibrium state, the results are consistent with the stability calculation. This method to more clearly reveal the deformation characteristics of the potential landslide, it has a good match with the actual situation, This reseach method not only provide a scientific basis to the stability evaluation and prevention of the potential landslide, but also will be having some references significance to similar projects.

potential landslide；subsurface displacement monitoring；cause analysis；stability evaluation

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.01.09

2016-06-14;

2016-08-04

金陵科技學(xué)院人才引進(jìn)項(xiàng)目(Jit-rcyj-201501)

薛 濤(1966-)，女,山西萬(wàn)榮人，博士，副教授，主要從事巖土體及地基基礎(chǔ)安全監(jiān)測(cè)研究。E-mail：xuetao@jit.edu.cn

P642.22

A

1003-8035(2017)01-0053-09