某山體滑坡災(zāi)害治理與穩(wěn)定性分析

摘 要：以某滑坡工程勘察及災(zāi)害治理項(xiàng)目為研究對象，分析滑坡變形特征及形成機(jī)制。采用多種手段綜合判定滑面（帶）主要位于層④2-2與層④3-2的交界面，并確定滑面（帶）參數(shù)，采用傳遞系數(shù)法確定天然工況和暴雨工況下滑坡均處于不穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)。削方后的數(shù)值計算結(jié)果表明，削方對天然工況剩余下滑力的降低及穩(wěn)定系數(shù)的提高作用較好，但暴雨工況效果一般。

關(guān)鍵詞：滑坡災(zāi)害；滑坡治理；滑面判定；穩(wěn)定性分析

中圖分類號： U 41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果可知，滑坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量占到總數(shù)量的70%，對生活及生產(chǎn)影響極大，已成為繼地震及洪澇災(zāi)害后的第三大災(zāi)害類型。滑坡地質(zhì)災(zāi)害的破壞作用是多方面的。首先，滑坡會導(dǎo)致土地坍塌、轉(zhuǎn)移，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來威脅[1]，滑坡可能會摧毀房屋、道路、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。其次，滑坡會破壞自然環(huán)境，改變地貌結(jié)構(gòu)?；碌哪嗌场r石和植被流失會造成土壤侵蝕和水源污染，給生態(tài)系統(tǒng)帶來影響[2]。此外，滑坡還可能引發(fā)山洪和泥石流，進(jìn)一步加劇破壞范圍和程度。

為了預(yù)防和減少滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，需要進(jìn)行地質(zhì)勘察和監(jiān)測，了解地質(zhì)條件和滑坡危險性，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施[3]。以某實(shí)踐工程為例，對某山體滑坡災(zāi)害治理進(jìn)行分析和研究，對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析，提出相應(yīng)的防護(hù)措施建議。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

研究區(qū)屬侵蝕剝蝕丘陵地貌，區(qū)內(nèi)海拔高程為100m～230m，相對高差115m，山體自然地形坡度20°～30°，坡面形態(tài)多呈凸形，上緩下陡。地表植被茂盛，以松樹、灌木為主。北側(cè)生活垃圾焚燒發(fā)電及飛灰填埋項(xiàng)目場地已經(jīng)整平，其南側(cè)開挖形成邊坡，邊坡最大高度約60m，按1∶0.5坡率分臺階開挖，每8m高做一個2m寬平臺，總體坡度約60°，坡面采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土防護(hù)，錨桿長度3m～9m（上部2～3排長9m，其余長度3m）；滑坡前緣即為切坡形成的高約30m～60m的人工邊坡。

1.2 工程與水文地質(zhì)特征

研究區(qū)出露的地層有白堊系下統(tǒng)西山頭組（K1x）、上更新統(tǒng)坡洪積層（al-plQ3）、第四系殘坡積層（el-dlQ）。分述如下。1）白堊系下統(tǒng)西山頭組（K1x）。西山頭組上部為塊狀玄武巖，下部為灰紫色含角礫晶玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。巖石風(fēng)化蝕變強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化巖呈碎塊狀、碎裂塊狀，中風(fēng)化巖較完整，巖質(zhì)較堅(jiān)硬。2）上更新統(tǒng)坡洪積層（al-plQ3）。物質(zhì)成分為黃褐色、淺黃色，含碎石粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土。碎石多呈次棱角狀，大小懸殊。3）第四系殘坡積層（el-dlQ）。殘坡積層主要分布于丘陵山體斜坡表部，厚度為0.5m～3m，山頂、山脊部位較薄，坡腳及坡面平緩地段較厚。呈黃色、淺黃色，巖性為礫砂，結(jié)構(gòu)松散稍濕。

研究區(qū)地下水類型按賦存形式、含水介質(zhì)和埋藏條件可分為兩大類，即松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙水賦存于第四系殘坡積層，透水性較好，補(bǔ)給源以大氣降水為主；基巖裂隙水賦存于基巖的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，接受大氣降水和松散巖類孔隙水補(bǔ)給。

1.3 區(qū)域人類活動

研究區(qū)內(nèi)人類工程活動主要表現(xiàn)為根據(jù)工程建設(shè)需要進(jìn)行山體開挖、坡腳人工切坡。因工程建設(shè)需要開挖山體至2個整平高程為117m和105m，并在場地周邊山體進(jìn)行坡腳人工切坡，形成高約30m～60m的開挖面，坡角約為60°，坡面采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土防護(hù)。

2 滑坡變形特征及形成機(jī)制

2.1 滑坡變形特征

2019年7月，生活垃圾焚燒發(fā)電及飛灰填埋項(xiàng)目正在進(jìn)行場地整平、坡腳切坡及上面部分坡面防護(hù)，場地南側(cè)山體4號坡體出現(xiàn)坡面1號裂縫，滑坡開始發(fā)生。2019年10月12日，滑坡變形繼續(xù)發(fā)展，坡面裂縫繼續(xù)出現(xiàn)較大變形。2019年10月18日，4號坡體1號裂縫已經(jīng)從坡腳發(fā)展到坡面頂部，且周邊邊坡也逐步出現(xiàn)坡面裂縫。2019年10月19日深夜至20日凌晨，4號坡坡體出現(xiàn)大的下滑變形，坡面出現(xiàn)大量裂縫，坡體中間出現(xiàn)滑坡臺階，后緣位置出現(xiàn)大面積裂縫區(qū)，如圖1所示。

2.2 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)

2019年10月30日起對滑坡體進(jìn)行應(yīng)急坡面變形監(jiān)測，根據(jù)10月30日到11月19日的坡面變形監(jiān)測數(shù)據(jù)可以將4號坡體細(xì)分為2個小塊，其一是含監(jiān)測點(diǎn)J07、J16的塊體部分，變形方向?yàn)?94°方向（西偏北方向），豎向變形為沉降變形；其二是含監(jiān)測點(diǎn)J01-J06、J09的塊體部分，變形方向?yàn)?56°方向（西偏南方向），豎向平均變形為上升隆起。應(yīng)急階段監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

2.3 滑面綜合判定

4號坡體上典型4–4剖面如圖2所示。

根據(jù)鉆孔巖芯特性判定剖面上Z11、Z12、Z13、Z14各孔的巖芯特性、巖芯破碎的位置，確定滑面（帶）位置的孔深分別為25.5m、32.0m、30.0m、31.3m。以場地滑坡主滑面（帶）4–4剖面為研究對象，通過回彈儀測得剖面上Z11～Z14鉆孔巖芯的回彈強(qiáng)度值，如圖2所示。同時，通過剖面內(nèi)各鉆孔抗壓強(qiáng)度曲線可以直觀發(fā)現(xiàn)滑帶處巖芯抗壓強(qiáng)度值產(chǎn)生突降，產(chǎn)生這種情況的原因是滑面（帶）由軟弱夾層土或巖層破碎帶形成的，因此抗壓強(qiáng)度較低，而完整巖芯的抗壓強(qiáng)度值均較高。綜合判定，Z11～Z14鉆孔滑帶深度分別為24.80m、31.80m、29.40m及30.30m，滑面主要位于層④2-2與層④3-2的交界面處，4號坡體滑面（帶）如圖2所示。

3 滑坡災(zāi)害治理與穩(wěn)定性評價

3.1 滑坡穩(wěn)定性平面極限平衡法分析

根據(jù)確定的滑面（帶），采用滑動反分析方法確定滑面（帶）參數(shù)。考慮滑面（帶）的主滑段傾角大約為23°，內(nèi)摩擦角以23°為上限，分別取23°、22°、21°、20°，采用2019年10月19日坡體出現(xiàn)較大變形時的坡面形態(tài)，運(yùn)用傳遞系數(shù)法，工況采用天然工況，求出穩(wěn)定系數(shù)，分析結(jié)果見表2。

表2 剖面4–4滑面（帶）抗剪強(qiáng)度反演試算結(jié)果表

內(nèi)摩

擦角 黏聚力/kPa

11 15 19 23 27 31 35 39

20° 0.897 0.916 0.934 0.953 0.971 0.990 1.008

21° 0.944 0.962 0.981 0.999 1.018 1.025

22° 0.973 0.991 1.010 1.014 1.019

23° 1.021

根據(jù)表2可知，內(nèi)摩擦角值變化1°，穩(wěn)定系數(shù)變化0.045～0.047，黏聚力值變化1.0kPa，穩(wěn)定性系數(shù)變化0.004～0.005，表明滑坡穩(wěn)定性與內(nèi)摩擦角值關(guān)聯(lián)度較大。綜合上述分析，滑面（帶）抗剪強(qiáng)度可能的（黏聚力，內(nèi)摩擦角）組合為（15kPa，22°）、（27kPa，21°）、（35kPa，20°），建議滑面（帶）抗剪強(qiáng)度黏聚力取27kPa，內(nèi)摩擦角取21°。

3.2 滑坡穩(wěn)定性綜合分析

研究區(qū)域在應(yīng)急處置階段做了坡腳壓腳和坡面削頂，由于壓腳措施為應(yīng)急的臨時性措施，并且壓腳部分土坡在暴雨下多處出現(xiàn)坡面流土、局部滑塌以及大量裂縫，因此在現(xiàn)狀整體穩(wěn)定性評價時考慮坡面削頂而不考慮應(yīng)急壓腳部分。使用傳遞系數(shù)法，分別計算天然工況和暴雨工況，4–4剖面有一定方量的削坡，滑體面積從初始的6249m2降至5204m2，剩余下滑力從原來的13204.9kN降至9214.7kN。4–4剖面計算的天然工況下的穩(wěn)定系數(shù)為1.060，暴雨工況下的穩(wěn)定系數(shù)為0.863，根據(jù)《滑坡防治設(shè)計規(guī)范》（GB/T 38509—2020）可知，天然工況下的整體穩(wěn)定安全系數(shù)建議取1.30，暴雨工況下的整體穩(wěn)定安全系數(shù)建議取1.25，4號坡體處于不穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 數(shù)值模擬分析

為了深入了解滑坡體應(yīng)力變形特征，分析其穩(wěn)定性，采用FLAC3D軟件對該滑坡進(jìn)行模擬，為評價其穩(wěn)定性提供參考。根據(jù)研究區(qū)域滑坡的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)特征及邊界特征等，數(shù)值模擬選取代表性剖面4-4'剖面為研究對象建立數(shù)值模型，以對滑坡體的應(yīng)力變形特征進(jìn)行分析，優(yōu)化模型，滑坡體采取實(shí)體單元，滑坡后緣最高點(diǎn)為150m，X軸長為402m，Y軸寬為50m，模型共設(shè)計77345個單元，15163個節(jié)點(diǎn)。模型坡面為自由表面，四周及底面采用法向約束，滑坡體基巖采用彈塑性模型，使用摩爾庫倫準(zhǔn)則，忽略構(gòu)造應(yīng)力作用，只考慮坡體自身重力。

數(shù)值模擬時采用邊坡強(qiáng)度折減法，考慮邊坡變形破壞準(zhǔn)則，計算得到邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.99。塑性區(qū)分布、最大主應(yīng)力、剪應(yīng)變增量、位移增量如圖3所示。

由圖3可知，坡體上出現(xiàn)了明顯的塑形區(qū)貫通，由有緣延伸至坡腳高程105m處，說明坡腳開挖后邊坡形成了貫通的滑動面，塑性區(qū)主要處于地層④-3與滑坡后緣的坡體上，與鉆孔揭示的深層滑面位置基本一致。邊坡開挖后，伴隨邊坡應(yīng)力場的重分布，開挖坡面的最大主應(yīng)力值介于0MPa～0.08MPa，開挖后坡體表面最大主應(yīng)力增大，地層④-3中最大主應(yīng)力發(fā)生變化，發(fā)生應(yīng)力集中，由開挖前的2MPa～3MPa增至3MPa～4MPa，表明該巖層易發(fā)生破壞，產(chǎn)生順層滑動。同時，由圖3（c）可知，開挖后剪應(yīng)變主要發(fā)生在地層④-3和滑坡后緣中，表明發(fā)生了順層滑動，開挖面部位最大剪應(yīng)變值基本為零，高程為117m平臺發(fā)生最大剪應(yīng)變。坡體在重力荷載作用下的水平位移分布如圖3（d）所示，滑體的位移量級為0.01m～0.85m，最大位移約為85.8cm，出現(xiàn)在滑坡的前緣，滑坡臺階附近位移量為65.0cm。

3.4 滑坡發(fā)展變化趨勢及危害性預(yù)測

研究區(qū)在2019年10月19日發(fā)生后進(jìn)行了應(yīng)急處理，在坡腳做了壓腳處置，并在坡頂做了削坡處理，有效緩解了該滑坡體的繼續(xù)滑動。根據(jù)應(yīng)急處置階段的坡面變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，坡體變形依然存在，整個滑坡體沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。同時，應(yīng)急處置采取的壓腳為松散土體，本身在暴雨下會逐步滑塌，不能直接作為防護(hù)措施使用。因此，滑坡體沒有達(dá)到穩(wěn)定，在暴雨下一方面使壓腳坡體滑塌崩解，另一方面降雨會持續(xù)地、間歇性地促使下滑力增大，而使滑坡體變形持續(xù)地、間歇性地發(fā)展，在經(jīng)歷一段時間后滑坡體依然存在下滑變形明顯增大的可能性，從而演變成二次滑坡。治理方案建議進(jìn)行多方案比選，包括削方減載、錨固、支擋（抗滑樁）等多種方案，并包括對反壓部分松散土體進(jìn)行處理。4–4剖面削方效果預(yù)估表見表3，計算結(jié)果顯示，削方對天然工況剩余下滑力的降低及穩(wěn)定系數(shù)的提高作用較好，但暴雨工況下仍需采取其他必要的抗滑措施。

表3 4–4剖面削方效果預(yù)估表

滑體面積/m2 6249 5204 3509 2680

穩(wěn)定系數(shù) 天然工況 0.999 1.060 1.172 1.324

暴雨工況 0.814 0.863 0.945 1.081

剩余下滑力/kN 13204.9 9214.7 3716.5 1155.3

4 結(jié)語

以某山體滑坡為研究對象，對該滑坡進(jìn)行現(xiàn)場勘察和應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而對滑坡變形特征及形成機(jī)制進(jìn)行分析，采用多種手段綜合判定滑面（帶）并確定滑面參數(shù)，采用FLAC3D軟件對該滑坡進(jìn)行模擬。主要結(jié)論如下。1）根據(jù)地質(zhì)勘察及應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)，4號坡體裂縫發(fā)展復(fù)合滑坡發(fā)生特征，從單一裂紋發(fā)展為貫通裂縫，并發(fā)展成為沉降變形及上升隆起2種塊體。2）采用多種手段確定4號坡體滑面（帶），滑面主要位于層④2-2與層④3-2的交界面處。3）采用傳遞系數(shù)法，天然工況和暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)分別為1.060、0.863，滑坡處于不穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)。4）坡腳開挖后塑形區(qū)逐步貫通，后邊坡形成了貫通的滑動面，坡體表面最大主應(yīng)力增大，發(fā)生順層滑動，削方對于天然工況剩余下滑力的降低及穩(wěn)定系數(shù)的提高作用較好，但暴雨工況效果一般。

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