南山滑坡機理及穩定性研究

秦瑞森，余 哲

（1.太原煤氣化股份有限公司，山西 太原 030024；2.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

南山滑坡機理及穩定性研究

秦瑞森1，余 哲2

（1.太原煤氣化股份有限公司，山西 太原 030024；2.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

經對南山滑坡體勘探、監測資料的分析，查明滑坡體的形態、規模、結構，并對滑坡體產生的原因進行了剖析，闡明了滑坡體的穩定狀態，提出了滑坡體治理措施，可為類似條件滑坡體的防治有所借鑒。

滑坡；機理；穩定性；災害治理

在山區，尤其有采礦行為的山區,滑坡災害已成為僅次于地震和火山之后的全球性三大地質災害之一，滑坡帶來的問題是非常嚴重的。近年來隨著，煤炭開采速度加快，采空區越來越多，山區滑坡問題也顯得越來越突出,南山滑坡就是其中極具代表性的一個。2008年9月中下旬，南山山頂出現多處地表裂縫，在山腳部位形成地面隆起或下陷，鐵路專用線外移變形，公路路基開裂、排水溝上隆、護坡變形，山頂處移動公司信號轉播塔傾斜，附近洗煤廠職工生活用房地基下沉、房屋破裂、嚴重損壞。南山坡體的移動和變形嚴重威脅著公路、鐵路交通安全。為了弄清楚該滑坡體的滑坡機理，首先對滑坡體進行了現場調查，同時采取了地球物理探測等必要的技術手段。通過瑞典圓弧法數值分析、力學分析及定期現場監測對滑坡體滑坡機理及穩定性進行了全面的評價研究。

1 滑坡的工程地質狀況

1.1 滑坡地貌

滑坡體東西長約334 m，南北長約210 m，高差110 m左右，滑坡體坡面走向為NW 54°，傾角約30°，滑坡區面積約7萬m2，體積約385萬m3。頂部有20m多的黃土覆蓋層，下部為易分化的松軟巖層。滑坡體坡角部位有鐵路專運線、鄉鎮公路以及季節性河流。見圖1。

1.2 滑坡體的巖土組成

滑坡區分布的地層為第四系全新統地層和侏羅系下統珍珠沖組（J1z）、自流井組（J1-2z）和三疊系上統須家河組（T3xj）。滑坡主要發生在第四系滑坡堆積層（Q4del）和第四系全新統崩坡積層（Q4col+dl）。滑坡體主要由粉質粘土夾碎塊石及強風化砂泥巖組成,屬于土巖混合型滑坡,滑體范圍內的巖體結構松散,含水量高,不穩定、易變形。

區內主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。太原組平均厚度113.13m，含煤6層，即 8、8下、9、10、12 號煤層，煤層總厚度 5.93 m，含煤系數5.2%，其中可采煤層2層（8、9號煤層）。山西組平均厚度41.5 m，含煤6層，即02、03、1、2+3、4、6、7、7下號煤層，煤層總厚度 4.56 m，含煤系數11.0%，其中可采煤層2層（2+3、4號煤層）。

圖1 滑坡體的地形、地貌

2 地面地球物理探測

地球物理探測采用了地面氡氣測量和地面瞬變電磁測量（TEM）探測。為能有效地得到地下采空區和斷層的位置，地面測點的布設原則是：根據已有的采掘工程平面圖，結合地形的具體情況進行布設。測線具體布設是根據地形的情況，各測線長短不一；在有建筑物處、地形復雜地帶不能布設測線。

2.1 氡氣測量

布設2條測線，進行氡氣測量探測。S1測線北西～南東向布置，通過分析測量數據，劃定2、10、18和24號點為采空區邊界；11～17、25～34號點為采空區，3、7、16號點為斷層經過點。S2測線北西～南東向布置，劃定2、7、15號點為采空區邊界，2～7號、15～20號點為采空區，6號點為斷層經過點。

2.2 瞬變電磁法試驗

瞬變電磁法觀測數據經校正和處理后，根據瞬變電磁電壓測道曲線計算出視電阻率，輸出了視電阻率剖面圖（見圖2），同時做出了測氡剖面圖。

通過活性炭測氡剖面、瞬變電磁中晚期測道的曲線（見圖3）、瞬變電磁測線視電阻率剖面等手段，根據分布不同區域16條測線的測點數據，得出了采空區位置、采空區邊界點以及斷層經過點。

由視電阻率剖面圖知，在深度約160m處，瞬變電磁測線測點均出現高阻異常或現低阻異常，推斷是由地下采空引起。

圖2 瞬變電磁視電阻率剖面圖

圖3 瞬變電磁多測道剖面圖

3 瑞典圓弧法數值分析

邊坡穩定性分析采用極限平衡法，采用瑞典圓弧法進行計算分析。確定最危險滑弧的位置及最小安全系數。

按條分法對不穩定地質體進行穩定性分析，將不穩定地質體分為若干寬度為b=0.1R的巖土條（R為滑弧半徑），0號巖土條中線應與過滑弧圓心O的垂線重合。計算示意圖，見圖4。

圖4 瑞典圓弧法計算示意圖

求出各巖土條的重量、滑動力、抗滑力，則不穩定地質體的穩定安全系數可以按下式計算：

K=阻止各巖土條滑動的抗滑力矩總和/各巖土條的滑動力矩總和＝∑｛（Wi+Vi）comαit anφi+cili｝/∑｛（Wi+Vi）si nαi｝.

式中：Wi為各巖土條的重量，Wi=γibhi；αi為過各巖土條中線的滑弧半徑與滑弧圓心線的法線的夾角；φi為各層巖土的內摩擦角，ci為各層巖土的粘聚力；li－αi所對應的滑弧長度，γi為各層巖土的重度；hi為第i條巖土高度，Vi為第i條巖土受到的地震慣力根據對不穩定地質體數值模擬得出，在自然狀態下，不穩定地質體處于準穩定狀態，由于采煤沉陷影響，加劇了山體不穩定程度，導致不穩定地質體的滑移。

4 力學分析

由于山頂區域有地下采煤沉陷影響，采空區上部沉陷帶垂向塌陷過程中，向兩側產生側向擠壓力，加劇了山體不穩定程度。山體下沉中，應力轉移、釋放，使山體側部由下沉轉為向北西方向側向滑移，形成不穩定地質體。

公路和鐵路的護坡坡腳巖性以砂巖為主，巖層較為堅硬，本身就是應力集中區，在該處極容易形成裂隙比較發育的破碎塊體，加上地質體本身存在較大的下傾斷層面。

由于采煤形成采空區，導致采空區上覆巖層應力分布形成彈性區與塑性區分段分布，在交接處形成應力峰區，即上覆巖層減壓帶與增壓帶的交界面。該交界面是采空引起巖層破斷應力轉移的關鍵部位，是卸壓拱腳的上覆巖層。采空區上覆巖層形成卸壓拱，承受上覆巖層載荷并把其傳遞給拱腳巖層。基于這樣的力學傳遞規律，加上本身地質體中斷層面的存在，在巖層斜向下的壓力（傳遞合力）分解為上滑分力和支撐分力，其上滑分力會推動破碎塊體沿著結構面或斷層面上移（圖5）。基于以上原因，在坡腳處就會出現隆起、地裂縫等現象。

圖5 滑移變形受力分析示意圖

5 結束語

通過對南山滑坡體的勘測及數值力學分析可得出以下結論:

1）南山滑坡體地處河流附近，滑坡體北西方向和南東方向地貌形態存在著不均衡性差異，山腳地帶的筑路活動，破壞了山體穩定性，使得山體處于準穩定狀態。滑坡區域巖石破碎，風化強烈，巖性軟弱，透水性差,遇水易軟化變形，具膨脹性為山體的滑坡提供了有利的地質結構條件。

2）通過物理探測，探明了該滑坡體周邊區域巖層組成、巖性特征、地質構造以及開采情況。

3）由于滑坡體上部存在采空區，通過力學分析，采空區上部沉陷帶垂向塌陷過程中向兩側產生側向擠壓力，加劇了山體不穩定程度，使得處于準穩定狀態的山體下沉應力轉移、釋放，山體側部由下沉轉為向北西方向側向滑移，形成不穩定地質體。采空區上方山頂部位沉陷帶以垂向下沉為主，側方山坡部位水平位移與垂直下沉速率相近，山腳部位以水平位移為主。公路位于開采移動變形影響的邊界處，在坡體向北西方向推移后，公路與坡體相交處出現地表拱起現象。

4）通過取典型斷面對邊坡進行數值模擬分析表明，邊坡處于蠕動狀態。變形主要處于巖土體表層，即只有淺層和中層滑面，以拉裂破壞為主，潛在滑面未見變形。

5）滑坡體治理采取對不穩定的頂部刷方減載，坡體裂縫進行回填并修建地表截排水系統，對鐵路北側護坡采取錨桿加固措施。

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Study on Mechanismand Stability of Nanshan Landslide

QIN Rui-sen1,YU Zhe2
（1.Geol ogi calSurvey Depart mentofTai yuan CoalGasi f i cat i on Co.,Tai yuan Shanxi030024，Chi na;2.Col l ege ofmi ni ng Engi neeri ng,Tai yuan Uni versi t y ofTechnol ogy,Tai yuan Shanxi030024,Chi na）

B y the analysis on the exploring and monitoring data of Nanshan landslide, the study determines the form,scale and structure of the landslide,analyzes the reasons,presents the stability situation,and proposes the treatment measures,which could be useful for the similar landslide hazard prevention.

landslide;mechanism;stability;hazard controlling

TD824.7

A

1672-5050（2010）12-0051-03

編輯：徐樹文

2010-09-14

秦瑞森（1960—），男，河北獻縣人，大學本科，高級工程師，從事地質測量管理工作。