宿遷市韓山堆填土滑坡穩(wěn)定性分析與防治

鄒 婷 徐朝霞 葉子璐 韋雨晴 李亞璇 李書(shū)舟

宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院 江蘇宿遷 223800

滑坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和管理已成為邊坡工程重要的研究方向之一，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了對(duì)滑坡災(zāi)害的致害機(jī)理、破壞模式、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以及防治措施等方面的研究工作。目前學(xué)者們?cè)诨路€(wěn)定性研究方面已有較深入的研究，參數(shù)敏感性分析是其中較重要的一個(gè)方面，常用的滑坡穩(wěn)定性影響因素敏感性分析方法主要有單因素分析和多因素分析兩類(lèi)，其中多因素分析方法又包含主成分分析法、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等。對(duì)于人工堆填+滑坡，這類(lèi)因人為開(kāi)挖、堆棄礦渣浮土等工業(yè)垃圾形成的斜坡體的穩(wěn)定性研究也吸引了眾多學(xué)者研究，但其影響因素的敏感性研究還相對(duì)較少。由于這類(lèi)坡體穩(wěn)定性差，一旦有強(qiáng)降雨或人類(lèi)工程活動(dòng)不當(dāng)就容易發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)破壞。然而，由于該類(lèi)型的滑坡成因復(fù)雜，力學(xué)性能差異大，在不同場(chǎng)地條件下形成的滑坡其研究結(jié)果也有較大差異。因此，結(jié)合具體的滑坡災(zāi)害，開(kāi)展堆填土滑坡穩(wěn)定性影響因素的敏感性研究對(duì)于滑坡災(zāi)害防治具有重要的實(shí)踐意義。

本文以韓山人工堆填土滑坡為研究對(duì)象，開(kāi)展穩(wěn)定性影響因素的敏感性研究，旨在為滑坡災(zāi)害治理設(shè)計(jì)提供參考。

1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

韓山鎮(zhèn)位于江蘇省宿遷市沭陽(yáng)縣的東北部，屬于亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡地區(qū)，氣候不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生洪澇等自然災(zāi)害，年降水量在1000毫米左右，但降水量分布不均，6月到8月較多，導(dǎo)致該地易出現(xiàn)春旱、夏澇、秋冬干燥的天氣。大規(guī)模降水也給邊坡穩(wěn)定帶來(lái)不利影響，一方面雨水形成地表徑流沖刷坡面，另一方面雨水滲透到坡體內(nèi)部，導(dǎo)致土體強(qiáng)度降低，發(fā)生滑動(dòng)破壞。受到多種因素影響，研究地區(qū)地下水分布不均，不同地段差異很大，有的地方地下水極少，有的地方地下水豐富。因?yàn)闅夂蚝偷乇硭紩?huì)引起地下水變化，所以地下水不夠穩(wěn)定。地下水不穩(wěn)定會(huì)給土體帶來(lái)許多不利影響，例如，會(huì)導(dǎo)致巖體塌陷，發(fā)生崩塌或滑坡；會(huì)促使巖體下滑或崩倒；滲入裂隙中的水結(jié)冰，導(dǎo)致巖體破壞傾倒[1]；地下水產(chǎn)生的浮托力，使巖體有效重量減輕，降低穩(wěn)定性。沭陽(yáng)地貌為沖積平原，地貌簡(jiǎn)單，地形平坦，該地流經(jīng)地表的河流眾多，水系發(fā)育良好。地質(zhì)構(gòu)造上位于郯廬斷裂帶以東，屬于連云港—沭陽(yáng)—泗陽(yáng)比較穩(wěn)定帶。

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，韓山堆填土是由于礦區(qū)采礦開(kāi)挖出大量土體被堆積在韓山北坡形成的，填土體積規(guī)模很大以及土體穩(wěn)定性較差，所以邊坡非常不穩(wěn)定。目前韓山北坡填土體已經(jīng)發(fā)生滑動(dòng)破壞，為了減少對(duì)周?chē)漠a(chǎn)生安全隱患，確?；聟^(qū)新建建筑物及行人安全，亟須治理。

2 韓山堆填土滑坡失穩(wěn)機(jī)理及其影響因素分析

2.1 滑坡失穩(wěn)機(jī)理

沭陽(yáng)市韓山鎮(zhèn)，海拔最高66.6米。滑坡體位于韓山斷裂帶內(nèi)，總體趨勢(shì)是北部和南部較高，南部和北部較低。邊坡體的東西兩側(cè)為剪切裂縫邊界，后端為拉伸裂縫邊界，邊坡內(nèi)部為剪切裂縫，前緣稍寬，后緣稍窄，坡體沿主滑坡方向約80m，橫向?qū)挾燃s220m。滑帶土是一種人工填土，主要由碎石和垃圾組成，分布不均，厚度約2.2～8.7m，滑帶土是人工填土和殘?jiān)幕旌衔?，滑?dòng)層區(qū)域?yàn)楹谠菩遍L(zhǎng)石片巖。

已有研究表明：導(dǎo)致韓山堆填土滑坡的成因主要有三個(gè)方面：(1)地質(zhì)條件穩(wěn)定性較差；(2)強(qiáng)降雨及地下水的破壞作用；(3)人類(lèi)工程活動(dòng)處理不當(dāng)。即韓山北坡堆積的大量廢棄物，摻有一定量的碎石和垃圾，且這些堆積物厚度大，穩(wěn)定性差，土體填土層裸露，裂縫張開(kāi)，節(jié)省了地表水的入滲、排水和儲(chǔ)存空間?；靥顚拥撞繗鈱訚B透性差，易堵塞地下水的積聚，導(dǎo)致土壤的重量增加。在強(qiáng)降雨條件下，大量地表水滲入滑坡，降低了滑坡的抗滑能力。地下水還具有滲透軟化作用，降低了邊坡的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和巖土與滑動(dòng)面之間的摩擦力，減小了邊坡的滑動(dòng)力，除了自然條件的因素，還有人為改造的影響。1985年，在韓山進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)采藍(lán)晶石，后來(lái)建成韓山新城，建造了韓信廣場(chǎng)、點(diǎn)將臺(tái)等景觀。不僅破壞了邊坡自身的穩(wěn)定狀態(tài)，而且為滑坡留下了滑動(dòng)空間。

2.2 穩(wěn)定性分析計(jì)算模型

在邊坡穩(wěn)定性分析中，極限平衡法是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣且非常經(jīng)典成熟的方法。因此，在本文滑坡穩(wěn)定性分析中采用極限平衡法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)(Fs)。根據(jù)韓山堆填土滑坡的地質(zhì)特征，尤其是滑動(dòng)體主要為人工堆填土，我們選擇了其中最典型的一個(gè)剖面(Ⅱ-Ⅱ，如圖1所示)[2]進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并對(duì)實(shí)際滑面作了簡(jiǎn)化處理，假定其為圓弧滑面，滑出點(diǎn)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。為了提高計(jì)算效率，采用簡(jiǎn)化的Bishop條分法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)，計(jì)算簡(jiǎn)圖及公式分別如圖2和式(1)所示。

(1)

對(duì)于滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式(1)，我們采用數(shù)值積分方法來(lái)求解Fs。由于等式兩邊均含有未知數(shù)Fs，可通過(guò)假定Fs的初始值進(jìn)行迭代計(jì)算。Fs的初始值確定后，在給定的積分區(qū)間內(nèi)，根據(jù)戴自航和沈浦生[3]及蔣斌松等[4]的研究成果，將式(1)右邊拆分為多個(gè)積分表達(dá)式，如式(2)所示。當(dāng)式(1)中的其他參數(shù)已知，可計(jì)算出拆分后的積分表達(dá)式(2)的數(shù)值解。將這些積分?jǐn)?shù)值解代入式(1)即可求得Fs的第一次迭代值；然后將該迭代值代入拆分后的積分表達(dá)式(2)求得第二次的積分值，再次將它們代入式(1)得到Fs的第二次迭代值，如此重復(fù)，直到Fs滿(mǎn)足所要求的收斂精度為止。為此，我們利用Matlab編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，并設(shè)定Fs的初始值為1，計(jì)算了Ⅱ-Ⅱ剖面在天然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)，本文計(jì)算結(jié)果及已有文獻(xiàn)研究結(jié)果如下表所示。

(2)

本文計(jì)算結(jié)果及其他研究成果表

由上述結(jié)果可知，本文計(jì)算結(jié)果稍高于其他研究成果，但最大相差僅0.006，仍在允許精度范圍內(nèi)，這表明本文方法計(jì)算韓山堆填土滑坡的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

2.3 各因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律

在通過(guò)2.2節(jié)驗(yàn)證了本文穩(wěn)定性分析模型的準(zhǔn)確性后，我們分析了抗剪強(qiáng)度參數(shù)及邊坡高度對(duì)韓山堆填土滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，其結(jié)果分別如圖3(a)、(b)和(c)所示。從圖中可以看出，韓山堆填土滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)Fs隨黏聚力c的增大而增大，隨內(nèi)摩擦角φ的增大而增大，隨坡高H的增大而減小，且減小幅度很大。這表明提高抗剪強(qiáng)度參數(shù)有助于提高滑坡的穩(wěn)定性，而坡高過(guò)高則極不利于滑坡穩(wěn)定。

3 滑坡防治建議

3.1 擬采取的治理方案

通過(guò)上述分析各參數(shù)對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并結(jié)合對(duì)滑坡的性質(zhì)以及災(zāi)害特征調(diào)查，基于現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)水平，確定以改變滑坡幾何形態(tài)為主的治理方案，采用上卸下加法對(duì)上部坡體進(jìn)行削坡開(kāi)挖，使邊坡相對(duì)減緩；采用化學(xué)加固法增強(qiáng)坡體抗剪強(qiáng)度參數(shù)，改善滑動(dòng)帶的性質(zhì)，提高抗滑力；結(jié)合強(qiáng)夯法[5]對(duì)坡面進(jìn)行壓實(shí)處理，減少土體的滑動(dòng)空間；對(duì)頑固裂縫進(jìn)行回填灌漿做封堵處理；并在滑坡區(qū)設(shè)置有效的給排水系統(tǒng)和綠植，地表設(shè)置明渠引流排水[6]，防治暴雨天氣雨水過(guò)多滲入坡體，做好滑坡區(qū)的綠化工作，同時(shí)設(shè)置截水盲溝用于攔截或疏導(dǎo)滑坡外圍的地下水，以期減少在非極端天氣下的春旱夏澇情況。同時(shí)在坡頂和坡腳均設(shè)置水平監(jiān)測(cè)儀，周期性監(jiān)測(cè)坡體的變形情況。

綜上所述，韓山堆填土滑坡的治理防治方案為：由減緩坡形、化學(xué)加固、裂縫回填、設(shè)置給排水系統(tǒng)及有效綠化等方法形成綜合治理方案。

3.2 滑坡的監(jiān)測(cè)

(1)在治理工程完成后要開(kāi)展對(duì)坡體的變形監(jiān)測(cè)，在坡頂和坡腳設(shè)置水平位移的長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)邊坡坡面的動(dòng)態(tài)變化，定期查看坡面裂縫回填處和綠化的完整性，如有脫落應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。

(2)對(duì)坡體上的道路和溝渠管道進(jìn)行巡視，查看有無(wú)滲水和裂縫或者堵塞等情況出現(xiàn)，及時(shí)分析滲水來(lái)源以及對(duì)邊坡是否有影響，對(duì)裂縫和堵塞現(xiàn)象及時(shí)維修和疏通。

(3)相關(guān)工作人員應(yīng)注意天氣預(yù)報(bào)，在暴雨來(lái)臨前要保證排水系統(tǒng)能正常工作。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)韓山堆填土滑坡的成因和特征及事故分析，本文對(duì)該滑坡典型剖面Ⅱ-Ⅱ進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，采用簡(jiǎn)化的Bishop條分法進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，計(jì)算結(jié)果與已有研究成果很接近，表明本文方法準(zhǔn)確有效。

(2)在上述基礎(chǔ)上對(duì)滑坡的穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果表明滑坡穩(wěn)定性系數(shù)隨抗剪強(qiáng)度參數(shù)的增大而增大，隨坡高的增大而減小。

(3)根據(jù)滑坡穩(wěn)定性影響因素的敏感性分析，提出以整理坡形、提高坡體抗剪強(qiáng)度參數(shù)為主要防治手段的綜合治理方案，可以給類(lèi)似工程提供理論參考。