鳳山北側(cè)不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害特征及治理

劉航驛

(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541000)

0 引 言

鳳山鄉(xiāng)政府門前道路由于原有排水溝被洪水沖毀，由坡頂穿過道路向溝谷排泄洪水的涵管被沖斷，使得上游洪水沿坡頂直接向下蔓延，加之季節(jié)性流水的溯源侵蝕作用，侵蝕溝谷坡面，造成后緣溝腦不穩(wěn)定斜坡坡面凌亂、沖溝、裂縫、落水洞等發(fā)育。該不穩(wěn)定斜坡位于東鄉(xiāng)族自治縣鳳山鄉(xiāng)政府北側(cè)，地處黃土丘陵地貌區(qū)，呈圈椅狀展布，為天然土質(zhì)斜坡，斜坡坡面兩側(cè)為耕地，植被稀疏，坡面土體裸露，無灌溉設(shè)施，坡面表層土體松散。該斜坡一旦垮塌，潛在威脅人員超100人，威脅資產(chǎn)約1 000萬元，為了保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，切實(shí)做好防災(zāi)減災(zāi)工作，對(duì)該斜坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共存[1-2]。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境

1.1 地質(zhì)條件

研究區(qū)處于祁呂賀山字型構(gòu)造和隴西旋卷構(gòu)造體系的復(fù)合部位，屬祁呂賀山字型構(gòu)造體系前緣西翼東南端的臨夏—臨洮凹斷束的一部，它位于馬銜山—太子山之間的廣大紅層與黃土丘陵地區(qū)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)以前震旦系變質(zhì)巖和加里東旋回中期的侵入巖為基底的新生代盆地，盆地內(nèi)主要為第三系上新統(tǒng)臨夏組與第四系黃土[3]。地貌類型屬深切割的黃土丘陵溝壑區(qū)，溝壑縱橫交錯(cuò)，梁峁起伏，坡陡谷深，切割強(qiáng)烈，起伏高差30～160 m，沖溝呈“V”型分布。

1.2 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)明顯，主要以垂直升降運(yùn)動(dòng)為主，形成典型的黃土梁峁溝壑地形，為本區(qū)不穩(wěn)定斜坡的形成創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。地震松動(dòng)和破壞巖土體，影響斜坡穩(wěn)定性，誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，是該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的主要誘因之一。如1920年某日，地震持續(xù)一晝夜，造成鳳山約150 m2的山坡下崩，20余人被壓死，壓塌房屋30余間。

1.3 工程地質(zhì)條件

(1)土體工程地質(zhì)

研究區(qū)所在黃土梁頂部，土體特征屬濕陷性馬蘭黃土，土質(zhì)均勻，具孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育。馬蘭黃土一般具Ⅲ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性，承載力特征值fak=100～120 kPa，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。該類土為易滑塌土體，在天然狀態(tài)下強(qiáng)度較高，但當(dāng)含水量增大時(shí)，承載力降低，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)均明顯降低。

(2)巖體工程地質(zhì)

研究區(qū)巖體主要為層狀軟弱粘土巖，具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，質(zhì)地較軟弱，遇水易軟化。自由膨脹率41.5 %～63 %，平均天然容重20.15 kN/m3，黏聚力(c)17.7～3 237.2 Kpa，內(nèi)摩擦角(Ф)19.7°～40.6°，單軸飽和抗壓強(qiáng)度11 Mpa左右。

2 不穩(wěn)定斜坡特征

2.1 斜坡特征

不穩(wěn)定斜坡位于鳳山鄉(xiāng)政府北側(cè)斜坡帶，沿EW-SN向展布，平面形態(tài)呈曲線形，剖面形態(tài)呈折線狀。斜坡南高北低，東高西低，坡高21.0～37.5 m，坡長(zhǎng)約29.7～53.0 m，坡寬約120 m，坡向327°，坡度35～55°，局部陡直。坡體由第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積馬蘭黃土和坡洪積粉土組成，坡面土體裸露，零星分布雜草，屬土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡，見圖1。

2.2 斜坡變形特征

斜坡坡體主要由沖洪積粉土和馬蘭黃土組成，受長(zhǎng)期的季節(jié)性流水的溯源侵蝕作用、重力作用與人類活動(dòng)等因素的影響，自然形成的坡體破碎，坡面不規(guī)則，凸凹不平，坡體整體呈上陡下緩，坡體上部形成多處陡坎，坡體裂縫及落水洞發(fā)育，坡面見溜土、掉塊現(xiàn)象，威脅斜坡坡頂?shù)缆?、鄉(xiāng)政府辦公樓、居民房屋、公共輸電通訊設(shè)施及過往行人車輛及辦公人員與居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，見圖2。

圖2 不穩(wěn)定斜坡剖面圖

3 斜坡穩(wěn)定性影響因素分析

不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性主要由自然因素和人類活動(dòng)共同作用決定，地形條件及坡體組成物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)是不穩(wěn)定斜坡形成的基本條件；后期的人類工程活動(dòng)及降水是致使斜坡穩(wěn)定性變差的主要因素。

3.1 自然因素

(1)地形地貌

不穩(wěn)定斜坡發(fā)育于黃土丘陵地貌的黃土梁地帶。在構(gòu)造、侵蝕等地質(zhì)作用下，高陡的黃土斜坡發(fā)育。斜坡相對(duì)高差21.0～37.5 m。斜坡坡度約35～55°，坡面陡坎較多，土體裸露，高陡的地形是形成不穩(wěn)定斜坡的基本條件。

(2)地層巖性

斜坡地層主要巖性主要為第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土和全新統(tǒng)坡洪積粉土，馬蘭黃土屬風(fēng)積成因，質(zhì)地均勻，松散，具針孔狀孔隙和大孔隙結(jié)構(gòu)，垂直節(jié)理發(fā)育，具Ⅲ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性，抗剪性能差等特征，最大厚度>30 m；坡洪積粉土屬季節(jié)性流水沖刷溝谷形成，松散，具濕陷性，這些特征是斜坡容易變形開裂的物質(zhì)條件。

(3)降水

降水和地表水的入滲、坡面沖刷等作用是斜坡變形破壞的主要影響因素之一。隨著雨季的到來，突發(fā)性、持續(xù)性降水量增加，降水形成的地表水匯入溝谷發(fā)生溯源侵蝕，侵蝕溝腦，部分地表水入滲至斜坡坡體土體中，使土體的重度增大，內(nèi)摩擦角和粘聚力降低，工程地質(zhì)性質(zhì)變差，因此，降水是災(zāi)害發(fā)生的主要誘發(fā)因素之一。

3.2 人類工程活動(dòng)

(1)生活用水的排放

斜坡坡頂居民生活用水的不合理排放，水體滲入坡體，增大土體自重的同時(shí)，減小了巖土體原有的粘聚力，降低了巖土體的抗剪強(qiáng)度，因此，生活用水的排放是災(zāi)害發(fā)生的主要誘發(fā)因素之一。

(2)坡頂修路、建房

斜坡坡頂為鳳山鄉(xiāng)政府辦公樓及縣道，增加了坡頂?shù)暮奢d。同時(shí)，在強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨、震動(dòng)等條件下，以及未完善的排水設(shè)施，導(dǎo)致坡頂及坡面積水入滲坡體，加劇了斜坡的變形，易發(fā)生滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

4 斜坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

4.1 不穩(wěn)定斜坡的危害

(1)災(zāi)情評(píng)估

不穩(wěn)定斜坡坡面不規(guī)則，凸凹不平，坡體整體呈上陡下緩，坡體上部形成多處陡坎，坡體發(fā)育6處落水洞及1處裂縫，常見溜土、掉塊現(xiàn)象，坡面及坡腳零星分布坍塌堆積物。目前，不穩(wěn)定斜坡潛在威脅坡頂X375縣道、鄉(xiāng)政府辦公樓及居民生命財(cái)產(chǎn)安全，預(yù)計(jì)威脅人數(shù)超100人，威脅資產(chǎn)約1 000萬元。依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情和險(xiǎn)情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，災(zāi)情等級(jí)為小型，險(xiǎn)情等級(jí)為大型。

(2)險(xiǎn)情評(píng)估

不穩(wěn)定邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡的危害范圍通過滑移距離和邊坡坡頂塌滑區(qū)范圍來預(yù)測(cè)[1-4]。

對(duì)滑移距離，采用經(jīng)驗(yàn)公式：L=2(H1-H2)，(L—滑移距離；H1—坡頂標(biāo)高；H2—坡腳標(biāo)高；單位m)[3]。該不穩(wěn)定邊坡坡高21.0～37.5 m，通過計(jì)算不穩(wěn)定邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡的滑移距離為42.0～75 m。

對(duì)塌滑區(qū)范圍，采用如下公式：L=H/tanθ，(L—邊坡坡頂塌滑區(qū)邊緣至坡底邊緣的水平投影距離(m)；H—邊坡高度(m)；θ—邊坡破裂角(°)；土質(zhì)邊坡取45°+φ/2，φ為土體的內(nèi)摩擦角)[3-4]，該斜坡的馬蘭黃土內(nèi)摩擦角為24°，邊坡高度為21.0～37.5 m，通過計(jì)算不穩(wěn)定斜坡坡頂塌滑區(qū)邊緣至坡底邊緣的水平投影距離為47.19～84.27 m。

4.2 斜坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

不穩(wěn)定斜坡坡高21.0～37.5 m，坡度35°～55°，坡體由第四系全新統(tǒng)坡積粉土和馬蘭黃土組成，為天然土質(zhì)斜坡。根據(jù)野外調(diào)差，結(jié)合定性分析及定量計(jì)算，鳳山鄉(xiāng)政府北側(cè)不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定性為穩(wěn)定性較差，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在坡頂水體入滲不利因素的影響下，易產(chǎn)生滑塌，發(fā)展趨勢(shì)為穩(wěn)定性差(不穩(wěn)定)，因此須及時(shí)對(duì)斜坡進(jìn)行治理，以保證斜坡的穩(wěn)定性，保護(hù)受威脅對(duì)象的安全。

5 滑坡體預(yù)防治理研究

根據(jù)邊坡當(dāng)前穩(wěn)定程度及其危害程度，并結(jié)合坡腳建設(shè)場(chǎng)地與坡體的相互關(guān)系，考慮Ⅶ度抗震設(shè)防烈度和強(qiáng)降雨的影響，判定該邊坡設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，治理后邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)在自重工況下>1.35，自重+暴雨、自重+地震工況下>1.15。不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性好，為防止雨季或強(qiáng)降雨形成山洪或坡面泥石流，對(duì)項(xiàng)目區(qū)斜坡采取截排水措施，消除洪水、坡面泥石流隱患，減少地表水入滲，保證斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性[2]。

5.1 防治工程場(chǎng)地評(píng)價(jià)

截排水渠、消力池布置在溝谷溝道上，排水渠基礎(chǔ)巖土體主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積馬蘭黃土和坡洪積粉土，密實(shí)度差，強(qiáng)度低，具Ⅲ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性，物理力學(xué)性質(zhì)較差，且工程段發(fā)育落水洞，不可直接選作截排水渠的基礎(chǔ)持力層，須采取原土夯實(shí)、換填地基處理措施之后方可作為截排水渠基礎(chǔ)持力層。治理區(qū)土體地基承載力及抗剪強(qiáng)度見表1。

表1 治理區(qū)土體地基承載力及抗剪強(qiáng)度

5.2 排水渠

排水渠采用梯形斷面，頂寬0.75 m，底寬0.3 m，渠深0.40 m，壁厚0.30 m，材料為C25混凝土，排水渠基礎(chǔ)采用15 cm厚2：8水泥土夯實(shí)，排水渠每隔5 m設(shè)置1道伸縮縫。既有排水渠末端連接道路底部既有涵管，涵管直徑0.8 m。道路底部涵管出口采用HDPE雙壁波紋管(SN10)連接至消力池，再由消力池與排水渠連接。

新建排水渠(吊溝)布置于溝谷中下游段，排水渠采用矩形斷面，頂寬1.30 m，底寬1.3 m，渠深0.80 m，壁厚0.20 m，材料為C25混凝土。坡降隨地形改變，排水渠坡度≥1：0.75時(shí),渠內(nèi)設(shè)置減速石,渠底部設(shè)置防滑齒。排水渠基礎(chǔ)采用30 cm厚2：8水泥土夯實(shí)，排水渠每隔5 m設(shè)置一道伸縮縫。吊溝沿溝谷順坡修建，吊溝每級(jí)臺(tái)階高0.3 m，寬1.0 m，長(zhǎng)0.35 m，吊溝兩側(cè)由混凝土砌筑，厚0.2 m。排水渠匯水流入吊溝后，由吊溝排出至溝谷，總長(zhǎng)133.64 m。

5.3 消力池

在新建排水渠出口及各個(gè)臺(tái)階處設(shè)置消力池，最后將匯水排入溝底。沉淀池凈尺寸2.0 m(長(zhǎng))×1.0 m(寬)×2.0 m(深)，采用C25混凝土澆筑，池壁厚0.2 m，池底厚0.3 m，主筋、箍筋均采用HRB400級(jí)，基礎(chǔ)采用0.3 m厚2：8水泥土墊層。

5.4 落水洞及裂縫回填

設(shè)計(jì)對(duì)溝道兩側(cè)及下游村莊內(nèi)落水洞及裂縫進(jìn)行回填。對(duì)落水洞及裂縫底部夯實(shí)處理后，采用素土分層夯實(shí)回填，回填至地面以下0.8 m，其上夯填30 cm厚3：7灰土，剩余部分再次采用素土分層夯實(shí)回填，回填地面高出原地面0.1 m。夯實(shí)回填作業(yè)采用從下到上分層填土的方法，單層填土松鋪厚度控制在25～30 cm。夯填壓實(shí)系數(shù)不小于0.9。

5.5 鎮(zhèn)墩、支墩

鎮(zhèn)墩是指用混凝土、漿砌石等圬工砌體定位管道，借以承受管中由于水流方向改變、管道自重和溫度變形等原因引起的推、拉力。鎮(zhèn)墩可分封閉式和開敲式2種。封閉式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)管道固定和受力較好，應(yīng)用較普遍；開敞式易于檢修，但鎮(zhèn)墩處管壁受力不均勻，用于管道對(duì)鎮(zhèn)墩作用力不大的情況。鎮(zhèn)墩設(shè)置要考慮傳遞力的大小和方向，并使之安全地傳遞給地基，一般在管道分岔、拐彎、變徑、末端、閥門位置和直管處，每隔一定距離設(shè)置鎮(zhèn)墩。該項(xiàng)目共修建鎮(zhèn)墩4座，支墩7座。

(1)鎮(zhèn)墩

鎮(zhèn)墩為C25混凝土結(jié)構(gòu)，鎮(zhèn)墩順管長(zhǎng)方向長(zhǎng)2.6 m，管頂砼厚0.5 m，鎮(zhèn)墩高3.364 m，鎮(zhèn)墩寬3.0 m，鎮(zhèn)墩埋深1.864 m，其中30 cm為砼墊層，壓力管道中心距地面1.8 m。

(2)支墩

支墩為C25混凝土結(jié)構(gòu)，均為厚度0.3 m，寬度1.0 m，長(zhǎng)1.8 m。支墩高度可視壓力管道底部距開挖面高度而變化，支墩每9 m設(shè)1座。

6 結(jié) 語

(1)研究區(qū)不穩(wěn)定斜坡位于鳳山鄉(xiāng)政府北側(cè)，屬黃土丘陵地貌區(qū)。該不穩(wěn)定斜坡發(fā)育于黃土丘陵地貌的黃土梁地帶，屬自然土質(zhì)斜坡，沿EW-SN向展布，坡頂為鳳山鄉(xiāng)政府辦公樓、居民房屋，斜坡土體為坡洪積粉土和馬蘭黃土，土質(zhì)均勻，松散，具針孔狀孔隙和大孔隙結(jié)構(gòu)，垂直節(jié)理發(fā)育，具Ⅲ～Ⅳ級(jí)自重濕陷性。

(2)不穩(wěn)定斜坡坡面不規(guī)則，凸凹不平，坡體整體呈上陡下緩且發(fā)育6落水洞及1處裂縫，坡面見溜土、掉塊現(xiàn)象。預(yù)計(jì)威脅人數(shù)超100人，威脅資產(chǎn)約1000萬元。依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情和險(xiǎn)情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，災(zāi)情等級(jí)為小型，險(xiǎn)情等級(jí)為大型。

(3)不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性好，為防止雨季或強(qiáng)降雨形成山洪或坡面泥石流，對(duì)項(xiàng)目區(qū)斜坡采取截排水措施，消除洪水、坡面泥石流隱患，減少地表水入滲，保證斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性。