某滑坡穩(wěn)定性分析及防治措施研究

謝道在

(福建省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 福州 350001)

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

福建省將樂縣于2019年5月持續(xù)的出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，受強(qiáng)降雨影響，將樂縣多處地區(qū)出現(xiàn)了滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害[1]。其中將樂縣某村北側(cè)的后山坡發(fā)生了滑坡如圖1所示，滑坡體影響的邊坡寬約25m，前后緣高差約15～17m，坡度約40°～60°，滑坡整體走向SE121°，軸向?yàn)镹E28°～50°，已發(fā)生滑坡的災(zāi)體方量約200m3，滑坡體順坡而下，堆積于民房內(nèi)及房后空地。下滑巖土體毀壞或堆壓于坡腳民房，危及當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。

圖1 滑坡狀況

1.2 氣象水文

研究區(qū)地處中亞熱帶地區(qū)，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。氣候特點(diǎn)：四季分明，夏無酷暑，冬少嚴(yán)寒，雨熱同期，干濕明顯，受季風(fēng)及地形影響，常有災(zāi)害性天氣。全區(qū)雨量充沛，年平均氣溫18.7℃，無霜期298d，年均降水量1676.3mm。

1.3 基本地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地貌屬侵剝蝕丘陵—中低山，研究區(qū)地形為東北高西南低，自然斜坡地形坡度為30°～50°?；挛挥谏狡轮邢虏?，坡頂高程約645～655m，坡腳村民民房所在地面高程約630～637m，山坡植被較發(fā)育，主要為樹木雜草。

根據(jù)鉆孔內(nèi)水位觀測與各巖土層性狀分析，場地地下水主要為埋藏于全風(fēng)化層中的孔隙水與基巖中的裂隙水兩種類型。塌滑處地下水位處于全風(fēng)化層的中下部或強(qiáng)風(fēng)化基巖中，穩(wěn)定水位埋深為6.2～8.6m。場地范圍內(nèi)地下水主要受大氣降水豎直補(bǔ)給，排泄方式主要為天然蒸發(fā)和向地勢低處排泄。

2 滑坡成因分析

2.1 基本特征及變形跡象

滑坡位于村莊房屋后邊坡，由2個(gè)相鄰小滑坡組成，原始狀態(tài)為屋后人工開挖邊坡，坡度一般為45°～48°，較陡，且未采取支護(hù)措施。在持續(xù)暴雨情況下，坡殘積土體呈飽和狀態(tài)，增加坡體土的重力，增大了下滑力，土的物理力學(xué)性質(zhì)變差，力學(xué)指標(biāo)大幅度降低，導(dǎo)致邊坡表層坡殘積含碎石砂質(zhì)粘土變形失穩(wěn)。西北側(cè)小滑坡寬約12m，前后緣高差約16m；東南側(cè)小滑坡寬約8m，前后緣高差約14.5m。由于受房屋的阻擋，滑坡體大部分堆積于房后，兩小滑坡形成的邊坡坡度為38°～40°，滑坡總寬約25m，邊坡整體走向SE121°，滑坡走向?yàn)镹E28°～50°，滑坡體總方量約200m3?；聽顩r如圖1所示。

圖2 圓弧形滑面滑坡計(jì)算示意圖

據(jù)勘查，滑坡區(qū)東南側(cè)屋后已有的人工開挖邊坡坡度40°～45°，邊坡性質(zhì)與已滑段邊坡性質(zhì)一致，在強(qiáng)降水的條件下，土質(zhì)邊坡具有發(fā)生滑坡的潛在可能性。此外，該滑坡上方為沖溝，為地表水和地下水的匯集區(qū)，對(duì)形成滑坡提供了有利條件?；碌暮缶壋驶露副冢芙巛^清晰，形態(tài)為舌形，由于受房屋阻擋，滑坡體大部分堆積于屋后。現(xiàn)狀滑體不再沿滑動(dòng)帶位移，滑帶土含水量降低，滑坡壁明顯，滑坡后緣裂隙和兩側(cè)羽狀裂隙不發(fā)育，無繼續(xù)發(fā)展趨勢，滑體變形不再發(fā)展。

2.2 成因分析

(1)地形地貌

研究區(qū)地形為東北高西南低，自然斜坡原始坡度30°～50°，邊坡為人工開挖邊坡，坡度一般在45°以上，形成下陡中緩上陡，上部呈環(huán)形的坡形。滑坡坡頂高程約647～650m，坡腳村民民房所在地面高程約630～634m，高差約15～17m。場地地形環(huán)境有利于滑坡的形成，具備斜坡變形失穩(wěn)的地形條件。

(2)物質(zhì)組成及巖土體結(jié)構(gòu)

滑坡體表層出露坡殘積堆積物含碎石砂質(zhì)粘土，層厚1.8～5.5m，土的結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率較大，透水性較強(qiáng)，在飽和狀態(tài)下土的力學(xué)性質(zhì)差，土體抗剪強(qiáng)度大幅度降低。上部為全風(fēng)化土層，全風(fēng)化土的結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，透水性相對(duì)較弱。強(qiáng)風(fēng)化巖石呈碎裂結(jié)構(gòu)，具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，但不存在構(gòu)成邊坡穩(wěn)定問題的不利結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)面組合[2]。因此，坡殘積含碎石砂質(zhì)粘土層與全風(fēng)化層為軟弱面，在地下水作用下，易轉(zhuǎn)化形成滑動(dòng)帶，故在降水土體飽和狀態(tài)下具備產(chǎn)生滑坡條件。

(3)大氣降雨

該區(qū)多年平均降雨量年均降水量1676.3mm，2019年5月15日—17日，將樂縣持續(xù)大暴雨，降雨滲入坡體，在地下水的作用下，表層坡殘積土層土體飽和，增大土體重度，特別是土體在地下水的作用下其抗剪強(qiáng)度大幅度降低，坡殘積含碎石砂質(zhì)粘土的抗滑性能差[3]。此外，進(jìn)入坡體的地下水對(duì)邊坡產(chǎn)生靜水壓力和動(dòng)水壓力，加劇邊坡的失穩(wěn)。

(4)人類工程活動(dòng)

由于已建的民房開挖形成高約7～18m的人工邊坡，邊坡坡度45°～50°，坡面局部呈近直立狀，邊坡產(chǎn)生側(cè)向臨空面，坡腳阻滑力下降，破壞坡體平衡作用，進(jìn)一步降低了邊坡的穩(wěn)定性。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性定性分析

根據(jù)勘查，目前除已發(fā)生的滑坡處后緣，及周界附近滑坡壁處的含碎石砂質(zhì)粘土外，邊坡整體處于基本穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降雨等誘發(fā)因素的作用下，已塌滑區(qū)后緣及左右側(cè)邊坡性質(zhì)與塌滑邊坡性質(zhì)一致，邊坡將處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是邊坡表層坡殘積含碎石砂質(zhì)粘土具有產(chǎn)生滑坡的潛在可能性。

3.2 穩(wěn)定性定量分析

3.2.1滑動(dòng)面滑動(dòng)分析

計(jì)算采用的剖面均為上部為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，下部為巖體的巖質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其破壞形式主要為土層間的破壞，滑坡的滑動(dòng)面為圓弧形[4- 5]。因此采用圓弧形滑面滑動(dòng)計(jì)算方法計(jì)算其穩(wěn)定性。

(1)計(jì)算工況的選取

根據(jù)《福建省滑坡勘查技術(shù)規(guī)范(試行)》表3.2.2滑坡防治工程等級(jí)劃分，該工程滑坡防治等級(jí)為三級(jí)，由于滑坡處在正常情況下的地下水埋深為6.2～8.6m，地下水處于全風(fēng)化層的中下部或強(qiáng)風(fēng)化基巖中，邊坡表層坡殘積含碎石砂質(zhì)粘土層和大部分的全風(fēng)化層位于水位以上。根據(jù)附錄D，對(duì)滑坡處巖土體進(jìn)行不同工況的穩(wěn)定計(jì)算，3種工況類型見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算工況類型及安全系數(shù)推薦表

(2)計(jì)算參數(shù)的確定

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、原位測試及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合場地揭露的巖土特征等有關(guān)數(shù)據(jù)，參照國標(biāo)GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》、GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DZ/T 0219—2006《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[6]及福建省地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ 13- 07—2006《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》[7]，并參照地區(qū)經(jīng)驗(yàn)與反分析綜合確定，各項(xiàng)巖土體物理力學(xué)計(jì)算指標(biāo)推薦見表2，供防治工程設(shè)計(jì)選用(帶*號(hào)數(shù)值為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值)。

表2 治理設(shè)計(jì)巖土物理力學(xué)計(jì)算指標(biāo)推薦表

(3)計(jì)算公式

根據(jù)研究區(qū)的工程地質(zhì)條件，當(dāng)滑動(dòng)面為圓弧形時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算方法采用《福建省滑坡勘查技術(shù)規(guī)范(試行)》推薦的畢肖普(Bishop)法，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中，F(xiàn)s—邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；ci—第i計(jì)算條塊滑面粘聚力，kPa；φi—第i計(jì)算條塊滑面內(nèi)摩擦角，(°)；li—第i計(jì)算條塊滑面長度，m；θi—第i計(jì)算條塊滑面傾角，(°)，滑面傾向與滑動(dòng)方向相同時(shí)取正值，底面傾向與滑動(dòng)方向相反時(shí)取負(fù)值；Ui—第i計(jì)算條塊滑面單位寬度總水壓力，kN/m；Gi—第i計(jì)算條塊單位寬度自重，kN/m；Gbi—第i計(jì)算條塊單位寬度豎向附加荷載，kN/m，方向指向下方時(shí)取正值，指向上方時(shí)取負(fù)值；Qi—第i計(jì)算條塊單位寬度水平荷載，kN/m，方向指向坡外時(shí)取正值，指向坡內(nèi)時(shí)取負(fù)值；hwi，hw,i-1—第i及第i-1計(jì)算條塊滑面前端水頭高度，m；γw—水重度，取10kN/m3；i—計(jì)算條塊號(hào)，從后方起編；n—條塊數(shù)量。

(4)計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明見表3及如圖3—4所示，該滑坡在設(shè)計(jì)工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在校核工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表

圖3 Ⅰ1-Ⅰ1’剖面計(jì)算示意圖(工況1、工況3)

圖4 Ⅰ2-Ⅰ2’剖面計(jì)算示意圖(工況1、工況3)

4 防治措施及效果分析

4.1 防治措施

根據(jù)滑坡的形成條件、形態(tài)特征、所處的位置及潛在危害性，考慮防治工程的技術(shù)可行性，經(jīng)濟(jì)合理性，施工簡便性及防治效果的長期性，采取“方形鋼筋砼格構(gòu)+現(xiàn)澆砼護(hù)面墻”的方案對(duì)該滑坡體進(jìn)行綜合治理，治理方案典型剖面示意圖見Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′如圖5—6所示。具體實(shí)施方案為：①對(duì)邊坡上部坡段自上而下分級(jí)開挖，進(jìn)行削坡減載，并清除松散土體；②在邊坡坡腳部位設(shè)置護(hù)面墻，護(hù)面墻基礎(chǔ)應(yīng)選擇合適的持力層，墻身應(yīng)設(shè)置沉降縫；③采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土進(jìn)行邊坡坡面防護(hù)，并利用錨桿加以固定；④在護(hù)面墻墻身設(shè)置仰斜排水孔，同時(shí)在邊坡后緣設(shè)置環(huán)形狀截水溝，坡腳處設(shè)置排水溝，與外圍截水溝相接[8]；⑤對(duì)坡面進(jìn)行種植灌木綠化。

圖5 工程平面布置圖

圖6 剖面圖

4.2 效果分析

治理工程竣工后，經(jīng)過2個(gè)水文年的運(yùn)行效果監(jiān)測，結(jié)果表明，工程措施處理后，確保了邊坡的穩(wěn)定，消除了潛在邊坡失穩(wěn)隱患，同時(shí)完善了地表排水工程及坡面植被綠化，減少了水土流失，美化了自然環(huán)境，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝税踩木幼…h(huán)境[9- 10]。

5 結(jié)語

(1)滑坡體表層為含碎石砂質(zhì)粘性土，土質(zhì)疏松，透水性強(qiáng)，在強(qiáng)降雨條件下土的物理力學(xué)性質(zhì)變差，與下部的全風(fēng)化層易形成滑動(dòng)帶，加之坡體地形較陡，且存在臨空面，是滑坡產(chǎn)生的主要原因。

(2)通過對(duì)滑坡穩(wěn)定性分析，滑坡在校核工況(自重+暴雨+地下水)下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.018～1.046，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需采取支護(hù)措施。

(3)根據(jù)場地的地形地質(zhì)條件，施工簡便性及防治效果的長期性，采取“方形鋼筋砼格構(gòu)+現(xiàn)澆砼護(hù)面墻”的方案對(duì)滑坡體進(jìn)行綜合治理。經(jīng)過2個(gè)水文年運(yùn)行監(jiān)測，結(jié)果表明邊坡穩(wěn)定，同時(shí)減少了水土流失，美化了自然環(huán)境，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝税踩木幼…h(huán)境。