周小飛，曹紅娟

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三0一大隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

0 引言

邊坡穩(wěn)定性和群眾日常生活息息相關(guān)，邊坡失穩(wěn)滑坡甚至威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1-3]，尤其是在湖南等山地丘陵地區(qū)，很多工程、民房都是依山而建，且居住較密集，因此邊坡穩(wěn)定性就顯得十分重要[4-5]。通道縣位于湖南西南部，地貌以丘陵為主，滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、易發(fā)且具有突發(fā)性、隱蔽性和破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)[6]。樓團(tuán)滑坡為通道縣典型滑坡之一，該滑坡始發(fā)于2008年5月20日，威脅25戶107人的生命財(cái)產(chǎn)安全，近年來(lái)隨著雨水的不斷浸入，變形更加強(qiáng)烈，本文根據(jù)滑坡發(fā)育特征選擇傳遞系數(shù)法[7]進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[8]，對(duì)該滑坡今后的防治提出建議。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)地貌屬低山剝蝕地貌，山脊呈南北走向長(zhǎng)條狀，微地貌為陡斜坡。坡面呈坡向向西的南北向長(zhǎng)東西向短的長(zhǎng)條形狀。坡面植被因村民建房密集破壞嚴(yán)重?；潞缶壐叱碳s 378 m，前緣高程約 345 m，相對(duì)高差約 33 m。坡面因居民建房挖填局部呈陡坎狀，整體斜坡坡度約為 35°，局部坡度 40°～70°不等，坡面房屋較密，主要為木結(jié)構(gòu)民房。

1.2 地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料結(jié)合本次工程地質(zhì)測(cè)量、工程鉆探、山地工程勘查結(jié)果，樓團(tuán)自然寨區(qū)域地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上覆第四系殘坡積土層，下伏震旦系下統(tǒng)富祿組(Zaf)強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化砂巖，為基巖，區(qū)域資料顯示該基巖厚度大于 300 m，無(wú)軟弱地層或夾層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地震

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，區(qū)域內(nèi)巖性受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)擠壓作用不強(qiáng)烈，基巖呈單斜構(gòu)造，地表出露的巖層多呈層理狀，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，巖體較破碎—破碎，據(jù) 1∶5 萬(wàn)通道幅(G49-64-A) 地質(zhì)圖，調(diào)查區(qū)附近2 km內(nèi)未發(fā)育斷層構(gòu)造，勘查范圍內(nèi)未發(fā)出新斷裂構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度 0.05g，地震基本烈度小于 VI 度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為 0.35 s。

1.4 地表水

調(diào)查區(qū)域內(nèi)西側(cè)發(fā)育播陽(yáng)河地表水流，流向由南向北，該地表河流對(duì)滑坡體無(wú)影響?；录盎掠绊懛秶鷥?nèi)無(wú)地表水流發(fā)育，但在滑坡前緣坡腳發(fā)育水塘，常年積水，由大氣降雨、東側(cè)山體地下水補(bǔ)給。樓團(tuán)自然村寨位于播陽(yáng)河右岸，播陽(yáng)河由南向北流向，匯入渠水經(jīng)靖洲、會(huì)同、洪江等縣市，注入沅江，屬長(zhǎng)江水系，流量約 5.02 m3/s。樓團(tuán)滑坡斜坡坡腳距河流平距約102 m，建筑密集，勘查期間播陽(yáng)河水位約 332.6 m，歷史最高洪水水位約 338.5 m。樓團(tuán)滑坡前緣標(biāo)高 342.5～343.6 m，高于最高水位約 5 m，該地表河流對(duì)滑坡體無(wú)直接影響。

2 樓團(tuán)滑坡發(fā)育特征

2.1 滑坡形態(tài)特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)測(cè)繪、地質(zhì)勘查及結(jié)合前期成果綜合分析，滑坡邊界的判定主要以錯(cuò)臺(tái)、地表出現(xiàn)的變形裂縫、溝谷及陡坎地形和微地貌特征為依據(jù)。

山體斜坡面明顯有 A、B 兩處微地貌等高線變化較大，A 處呈明顯圈椅狀臺(tái)階地形，B 處斜坡面則呈錯(cuò)等高線斜坡?tīng)?，分析該斜坡?yīng)為鄰近兩處山體坡面不同時(shí)段滑坡，邊界交叉疊加堆積而成(圖1、圖2)。

圖1 樓團(tuán)滑坡平面示意圖Fig.1 Plan of Loutuan Landslide

圖2 樓團(tuán)滑坡A-A′剖面圖Fig.2 Sketch map of Loutuan Landslide section A-A′

A 滑體后緣高程 369.5 m，前緣高程 344.5 m，相對(duì)高差 25 m。坡向 279°(向西)，坡長(zhǎng) 66.7 m，平均坡度 23°，南北邊界平均寬 42 m，鉆孔勘查揭露滑坡體平均厚度約 4.9 m，滑坡范圍約 2 081.4 m2，滑坡體積約 1.373×104m3，A 滑體規(guī)模屬于小型。為潛在淺層推移式土質(zhì)滑坡。

B 滑體后緣高程 377.9 m，前緣高程 345.6 m，相對(duì)高差 32.3 m。坡向 274°(向西)，坡長(zhǎng)54.7 m，平均坡度 35°，南北邊界平均寬74 m，鉆孔勘查揭露滑坡體平均厚度約6.5 m，滑坡范圍約 4 047.8 m2，滑坡體積約 2.631×104m3，B 滑體規(guī)模屬于小型。為潛在淺層推移式土質(zhì)滑坡。

滑坡左、右緣均以裂縫變形消失處為界，后緣以裂縫變形消失處及陡坎微地貌為界，前緣剪出口以前緣陡坎為界，總體來(lái)看，整個(gè)滑坡的周界明顯。

2.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑坡物質(zhì)組成包括滑坡體及滑床的物質(zhì)組成，A 滑體和 B 滑體的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征基本一致，均為上土下巖的結(jié)構(gòu)特征，土巖接觸面見(jiàn)軟塑狀滑帶土存在。自上向下分布為滑體土、滑帶土、基巖，基巖體內(nèi)無(wú)軟弱夾層。

(1)滑體：滑體土主要由含角礫粉質(zhì)黏土組成。褐黃、黃褐色，含角礫粉質(zhì)黏土，土質(zhì)較均勻，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，無(wú)搖振反應(yīng)，刀切面較光滑，韌性及干強(qiáng)度性中等，稍濕—濕，可塑狀，含砂巖角礫，粒徑 2～10 cm 不等，角礫含量 約 15%。結(jié)構(gòu)較松散——稍密。層厚 2.72～8.6 m，層頂埋深 0.0 m。覆蓋整個(gè)滑坡體斜坡面。

(2)滑帶(面)：滑帶土主要由粉質(zhì)黏土組成。褐黃、黃褐色，粉質(zhì)黏土，土質(zhì)較均勻，潮濕—飽和，可塑—軟塑狀。層厚 0.3～0.42 m，層頂埋深 2.72～8.6 m。主要分布于滑坡體與滑床之間。

(3)滑床：滑床主要由震旦系下統(tǒng)富祿組強(qiáng)風(fēng)化砂巖及中風(fēng)化砂巖組成，基巖產(chǎn)狀 130°∠30°，為內(nèi)傾斜向斜坡，有兩組主要的節(jié)理裂隙產(chǎn)狀分別為 195°∠65°、230°∠70°。

①?gòu)?qiáng)風(fēng)化砂巖：灰、灰黃色，中厚層狀砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面可見(jiàn)鐵錳質(zhì)侵染，為較軟質(zhì)巖，鉆探巖芯呈砂、碎石狀。錘擊聲悶啞，易碎。產(chǎn)狀：130°∠33°，為內(nèi)傾斜向斜坡，有兩組主要的節(jié)理裂隙產(chǎn)狀分別為 195°∠65°、230°∠70°，節(jié)理面張裂有粉土充填物，巖體破碎。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 極低，一般為 5%～10%，巖石基本質(zhì)量等級(jí) V 級(jí)。圓錐動(dòng)力觸探實(shí)測(cè)擊數(shù)為 N63.5>30，承載力特征值為800 kPa。

②中風(fēng)化砂巖：灰、灰黃色，中厚層狀砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理面可見(jiàn)鐵錳質(zhì)侵染，為較軟質(zhì)巖，鉆探巖芯呈塊狀、短柱、長(zhǎng)柱狀。錘擊聲較脆，重?fù)艨蓴?。產(chǎn)狀：130°∠33°，為內(nèi)傾斜向斜坡，有兩組主要的節(jié)理裂隙產(chǎn)狀分別為 195°∠65°、230°∠70°，節(jié)理面閉合無(wú)充填，巖體較破碎。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 較高，一般為 80%～95%，巖石基本質(zhì)量等級(jí)Ⅳ級(jí)。承載力特征值為 1 500 kPa。

2.3 滑坡變形特征

據(jù)訪問(wèn)當(dāng)?shù)鼐用瘢?978 年以前就有祖輩建房居住在斜坡面上，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人口的增多，在該斜坡上切坡填方建房越來(lái)越多。2008 年 5 月 20 日暴雨后，該斜坡后緣出現(xiàn)拉張裂縫，走向 5°左右，長(zhǎng)約 30 m，當(dāng)時(shí)裂縫寬度 5～10 cm，可見(jiàn)深度約 0.5 m，同時(shí)胡田光村民屋后陡坎滑塌砸損房屋一間。之后村民對(duì)塌坑進(jìn)行了回填，并在坡頂修筑了簡(jiǎn)易的排水溝。

2008 年至 2014 年本次調(diào)查期間，該斜坡并無(wú)整體下滑跡象，但斜坡面多處陡坎在每年雨季總有不同程度的變形，小體積垮方。2011 年 5 月，滑坡前緣低洼水塘出現(xiàn)冒渾水現(xiàn)象。

目前該滑坡變形裂縫跡象不太明顯，但勘查揭露土巖接觸面存在著老滑坡滑帶軟土，即存在潛在的滑動(dòng)面，特別 B 滑體潛在滑動(dòng)面傾向約 279°，傾角 35°，前緣和陡坎臨空面高約 7.4 m，一旦暴雨量達(dá)到一定程度，滑帶土水含量飽和浸軟，滑體土飽和增重，斜坡有可能失穩(wěn)下滑成災(zāi)。進(jìn)而牽動(dòng) A 滑坡滑動(dòng)，威脅 25 戶 107 人的生命財(cái)產(chǎn)安全。

由于滑坡體上主要為生活區(qū)，村民自發(fā)地對(duì)坡上的裂縫進(jìn)行填堵，滑坡體上的裂縫大部分已不可見(jiàn)。目前滑坡體上可見(jiàn)的裂縫共有 4 條，裂縫多為拉裂縫，分布于滑坡的前后緣及中部，與滑坡的主滑方向 270°左右相吻合。裂縫統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 樓團(tuán)滑坡變形裂縫統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of deformation cracks of Loutuan Landslide

3 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算及防治工程措施建議

3.1 穩(wěn)定性宏觀分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，樓團(tuán)滑坡體所反應(yīng)的宏觀變形跡象一般，局部陡坎出現(xiàn)裂縫、失穩(wěn)垮塌等現(xiàn)象，整體下滑的跡象不太明顯，但勘探揭露土巖接觸面有滑帶土存在，具潛在滑動(dòng)面，是該點(diǎn)的主要隱患，對(duì)滑坡體上的居民存在潛在威脅。

3.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)滑坡的發(fā)育特征結(jié)合本次勘查結(jié)果判斷，該滑坡滑體在基巖接觸面上滑動(dòng)，其滑面近于折線形，因此采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算模型如下(圖3)：

圖3 傳遞系數(shù)法計(jì)算模型及條塊劃分圖(折線形滑動(dòng)面)Fig.3 Calculation model of transfer coefficient method and block partition diagram (broken line sliding surface)

穩(wěn)定性系數(shù)Fs：

其中：ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1

Ri=Nitanφi+cili

Ti=Wisinθi+PWicos(αi-θi)

Ni=Wicosθi+PWisin(αi-θi)

Wi=Viuγ+Vidγ′+Fi

PWi=γWiVid

i=sin|αi|

γ′=γsat-γW

式中：Fs——滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；

ψi——傳遞系數(shù)；

Ri——第i計(jì)算條塊滑體抗滑力/(kN·m-1)；

Ti——第i計(jì)算條塊滑體下滑力/(kN·m-1)；

Ni——第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的反力/ (kN·m-1)；

θi——第i計(jì)算條塊底面傾角/(°)，反傾時(shí)取負(fù)值；

αi——第i計(jì)算條塊地下水流線平均傾角/(°)；

Wi——第i計(jì)算條塊自重與建筑等地面荷載之和/(kN·m-1)；

Viu——第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以上體積/ (m3·m-1)

γ——巖土體的天然容重/ (kN·m-3)；

Vid——第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以下體積/ (m3·m-1)；

γ′——巖土體的浮容重/ (kN·m-3)；

Fi——第i計(jì)算條塊所受地面荷載/kN；

PWi——第i計(jì)算條塊單位寬度的滲透壓力，作用方向傾角為αi/(kN·m-1)；

i——地下水滲透坡降；

γsat——巖土體的飽和容重/ (kN·m-3)；

γW——水的容重/ (kN·m-3)。

因此，滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs的求解公式為：

式中：Fs——滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；

Wi——第i計(jì)算條塊自重與建筑等地面荷載之和/(kN·m-1)；

γui——孔隙壓力比；

αi——第i計(jì)算條塊地下水流線平均傾角，一般情況下取浸潤(rùn)線傾角與滑面傾角平均值/(°)，反傾時(shí)取負(fù)值；

K——地震加速度(重力加速度g)；

RDi——滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力/(kN·m-1)；

φbi——第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值/(°)；

cbi——第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的凝聚力標(biāo)準(zhǔn)值/(kPa)

li——第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度/m；

ψi——傳遞系數(shù)；

Ri——第i計(jì)算條塊滑體抗滑力/(kN·m-1)；

TDi——滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力/(kN·m-1)；

Ti——第i計(jì)算條塊滑體下滑力/(kN·m-1)。

滑坡推力計(jì)算如下：

Pi=Ks×Ti+Pi-1×ψi-1-Ri

式中：Pi——為第i條塊的推力/(KN·m-1)；

Ks——推力計(jì)算安全系數(shù)；

Pi-1——第i-1條塊的剩余下滑力/(KN·m-1)；

ψi-1——第i-1條塊傳遞系數(shù)。

計(jì)算采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)合理與否，是計(jì)算評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其中滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)C、φ取值更是關(guān)系重大?；婵辜魪?qiáng)度指標(biāo)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、反演分析、工程類比及參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等來(lái)綜合確定[8-9]。參數(shù)取值見(jiàn)表5，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)綜合推薦表Table 5 Comprehensive recommendation table for calculation parameters of landslide stability

本次勘查在斜坡縱向 A 滑體、B 滑體各布置一條東西向縱剖面，均為主剖面，兩主剖面間距約 70 m，每條縱剖面上均布置 3 個(gè)勘查點(diǎn)，以 A-A′、B-B′為計(jì)算剖面分別計(jì)算A 滑體、B 滑體的穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表Table 6 Table of calculation results of landslide stability

3.3 滑坡穩(wěn)定性分析與預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

通過(guò)采用折線滑動(dòng)法分別計(jì)算滑坡各剖面的穩(wěn)定系數(shù)及剩余下滑力，可以得出如下結(jié)論：

A 滑體在工況1(自重)條件下，為基本穩(wěn)定狀態(tài)；在工況2(自重+暴雨)條件下，為欠穩(wěn)定狀態(tài)。B 滑體在工況1(自重)條件下，為基本穩(wěn)定狀態(tài)；在工況2(自重+暴雨)條件下，為不穩(wěn)定狀態(tài)。

注：① 穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)：Fs<1.00 不穩(wěn)定；1.00

滑坡體在降雨條件下，隨著雨水入滲，下滑力增大，抗滑力減小，滑坡穩(wěn)定性進(jìn)一步降低；本次滑坡穩(wěn)定性計(jì)算已進(jìn)一步驗(yàn)證了當(dāng)前狀態(tài)。B 滑體在自重+暴雨條件下失穩(wěn)下滑，勢(shì)必會(huì)牽引A 滑體的滑動(dòng)，因此，該樓團(tuán)滑坡亟待治理加固。

3.4 防治工程措施建議

根據(jù)本次勘查，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料[10]，在掌握斜坡可能形成滑坡的機(jī)制和主要誘發(fā)因素基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行工程治理，主要采取抗滑支擋和截排水相結(jié)合的綜合治理工程措施。

主要采用抗滑樁工程+地表截、排水工程+坡面生態(tài)工程對(duì)坡體進(jìn)行整體防護(hù)，并與優(yōu)化坡面排水，植被恢復(fù)等輔助治理措施相結(jié)合進(jìn)行防護(hù)。

(1)抗滑樁工程：在滑坡體前緣部位采用抗滑樁進(jìn)行支擋，樁基礎(chǔ)以中風(fēng)化砂巖樁端持力層，樁端應(yīng)嵌入基巖一定深度。

(2)地表截、排水工程：對(duì)滑坡后緣及保護(hù)對(duì)象周?chē)?，修建一?jí)截水溝，在滑坡兩側(cè)各修建一條排水明溝，與滑坡體上現(xiàn)有沖溝及滑坡后緣、兩側(cè)的環(huán)形截水溝構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，以達(dá)到在雨季期間能充分、有效地排放滑坡區(qū)內(nèi)的地表水，以減少滑坡區(qū)內(nèi)土體的流失。修建、完善滑坡前緣排水溝和居民區(qū)現(xiàn)有排水系統(tǒng)，確保極端氣候下排水系統(tǒng)能及時(shí)排走地表積水。

(3)坡面生態(tài)工程：滑坡區(qū)坡面及后緣因拉張裂縫作用，表層土體較松散，局部地段采取削坡后，應(yīng)對(duì)坡面進(jìn)行有效防護(hù)，并對(duì)現(xiàn)有地面裂縫及滑坡上裂縫進(jìn)行回填加固。有條件時(shí)，可在坡面種植易生長(zhǎng)存活又對(duì)表層土壤固結(jié)作用強(qiáng)的樹(shù)木、楠竹和草本植物。

4 結(jié)論

本研究以樓團(tuán)滑坡為對(duì)象，在總結(jié)研究區(qū)地形地貌、地層巖性、活動(dòng)構(gòu)造和人類工程活動(dòng)的基礎(chǔ)上，分析了滑坡的分布特征、巖土體組合類型，并對(duì)滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，提出了治理建議，主要認(rèn)識(shí)如下：

(1)樓團(tuán)滑坡斜坡面多呈階梯形，坡面張拉裂縫發(fā)育，后緣裂縫切割角度大，滑坡屬推移式滑坡。

(2)樓團(tuán)滑坡坡體在天然工況下為基本穩(wěn)定，在暴雨工況下為欠穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)建議采用抗滑樁工程+地表截、排水工程+坡面生態(tài)工程對(duì)坡體進(jìn)行整體防護(hù)，并與優(yōu)化坡面排水，植被恢復(fù)等輔助治理措施相結(jié)合進(jìn)行防護(hù)。