石炭系太原組地層頂部滑體滑動分析及處治研究——以山西臨大一級公路沿線滑坡為例

劉少煒

(1. 山西省交通科學研究院;2. 黃土地區公路建設與養護技術重點實驗室)

1 問題的提出

石炭系太原組煤系地層頂部發育一套第四系坡洪積物，呈不整合接觸，該套地層較為松散，覆蓋于傾斜的煤系地層上部，當煤系地層傾向于臨空面時，如遇工程擾動或極端氣候條件，極易發生滑移，造成上覆構造物的塌陷及錯移，對公路等建筑物形成危害，造成生命、財產的損失。

在山西的公路建設中，該類滑動災害時有發生，僅已建成臨大一級公路沿線就有多處同類災害，科學分析煤系地層上部覆蓋物的巖性組成、探究其滑移原因、減小或消除其對公路工程的危害，無疑是有意義的。

本文試圖以臨大一級公路沿線最大的一處滑坡為例，分析研究上述相關問題，以期為本項目及同類工程災害的處置與預防提供參考依據。

2 典型工程分析

2.1 工程概況

滑動體處于山西臨汾至大寧一級公路沿線某處，在公路運營后一段時間后發生公路右邊坡雨后滑移，滑體沖破邊坡防護墻，侵入右半側路面，阻塞交通。

該滑體位于線路的右側，挖方形成該段的路堤，亦即路堤位于滑體前緣。滑體巖性構成為第四系碎石土(含大量砂巖孤石)、炭質泥巖狀物質以及坡洪積粉土，滑坡沿第四系沉積物與太原組泥巖頂部的接觸面向前、向下滑動，滑體沖破邊坡護墻，侵入道路凈空，占據右半側路面。

2.2 地層結構分析

依據公路工程地質勘察報告、滑坡專項勘察資料以及現場剖面測繪，該處地表25 米范圍內地層結構如下:

巖性組成主要為粉土、細砂及卵礫石土，局部見塊石，雜色，中密～密實，地層較為松散，沉積厚度一般為0.5 ～5 m，厚度變化大，主要分布在本滑體的前緣。

以粉質黏土為主，黃褐色～淺紅色，可塑～硬塑，夾多層古土壤及鈣質結核，局部夾礫卵石或碎塊石。分布于本滑體的上部，為構成滑體的主要巖性。

(3)石炭系上統太原組(C3t):巖性主要為砂巖、泥巖及含燧石結核灰巖，具體為:底部為灰白色中厚層狀中粒石英砂巖，泥質膠結，節理裂隙發育，鐵質充填，強風化;其上為淺灰、灰白色薄、中厚層狀細粒砂巖，灰、灰黑色頁巖及薄煤層。中部以三層淺灰色中～厚層狀含燧石結核石灰巖為主，中夾灰色、灰黑色泥巖、砂質泥巖，灰、灰黑色頁巖及薄煤層組成。巖體總體為滑動的滑床?？傮w來講，滑體主體巖土較松散破碎、巖性組成復雜，孔隙多，易充水坍塌及滑移。

2.3 地形地貌分析

滑動區處于破碎的黃土覆蓋基巖中低山區，自然坡度為30° ～50°滑坡前后高差為74m，主軸方向為北偏東33°，基巖頂部總體傾向于臨空面。

微地貌為基巖中緩坡，滑坡地貌特征明顯:滑坡區地層與周邊錯位;后緣陡壁清晰可見;兩側沖溝發育，向上交匯(即雙溝同源)，坡體中下部小沖溝發育;前緣擠出，有橫向裂隙。

2.4 滑動規律分析

該滑坡災害的主要表現形式為滑坡體向下、向外產生位移;在滑坡后緣以及坡體上產生兩級錯臺以及大量地表裂縫;滑坡前緣沖毀路邊邊坡護墻并侵入路面，阻塞交通。此次地質災害由古滑坡和新生滑坡共同作用生成。古滑坡后緣較周圍陡峭，是古滑坡的明顯特征。

可以看到地層由上到下依次為碎石土、炭質泥巖狀物質和粉土。從挖探和鉆探資料也可以看到類似地層結構。顯然上部較老的碎石土(含大量砂巖孤石)和炭質泥巖地層是由于地層變動而覆蓋到地質年代較新的土體上的。

探井內挖到的炭質泥巖，黑色，質軟，具有隔水性質，遇水極滑，滑坡體沿此層滑動。

探井開挖一天后取得的照片。從圖中可以看到探井壁泥巖層出現明顯的錯動，錯動產生于泥巖層與下部穩定地層交界面。錯動面光滑，擦痕明顯。這是判定滑坡后半部分泥巖層為滑動面的有力證據。

從鉆探和挖探以及滑坡前緣顯示的資料可見炭質泥巖層埋深較淺，一般在地表以下8.0 米以內。因其出露位置較高，其產生的滑動力不足以沖破公路邊坡，使之在坡腳處產生較大的破壞。

滑坡前緣側面圖顯示前緣滑面應在路面以下，向上將路面掀起。鉆探資料顯示靠近滑坡前緣土層較厚，下部有泥巖層，是軟弱面，且向外傾斜，角度較大，上部土體易在此地層滑動。

(1)滑坡特征

從平面上來看滑坡整體呈圈椅狀，分為兩個臺階，依地勢向下、向外滑動。

從地質縱斷上來看滑坡后半部分較淺，破壞力較小;前半部分滑面埋深較大，破壞力較強，為滑坡體主體。

本滑坡具有很明顯的牽引式滑坡特征。

(2)滑坡體物質構成

滑體地層結構較為簡單:古滑坡上部為松散的坡積物，含大量孤石，較松散，下部為炭質泥巖層。新滑動部分上部為粉土，下部有泥巖層。

(3)滑體運移分析

①滑坡由兩部分組成:第一部分為滑坡前半部的主滑動部分，其滑動面為粉土和泥巖交界處，滑面埋深較大，滑動力強，破壞力大。第二部分為滑坡后半部因前部滑動牽引后部古滑坡沿著古滑動面滑動。其滑動面為土體和碎石土之間的炭質泥巖，滑面埋深淺，破壞力小。

②滑坡主體下部泥巖層具有較大的向外傾斜度，滑體具有滑動的趨勢;公路修建后削弱了坡腳部位的抗滑能力，進入雨季后降雨滲透滑體表層松散坡積物，浸泡、軟化泥巖，減小其強度;雨水增大了滑體的自重。

③滑坡次要部分同樣受到雨水的浸泡，泥巖軟化，自重增加;同時滑坡主體滑動后為次體滑坡的移動提供了臨空空間。

(4)滑體發展趨勢

滑體滑動后產生大量裂縫，雨水更容易滲透滑體，軟化泥巖，增大滑體自重。可以預見未來降雨天氣將極大影響滑坡穩定。

2.5 滑體穩定性分析評價

(1)計算方法選擇

綜合野外調查和室內分析的軟弱面來計算，滑面大體呈弧型，其穩定性計算可近似采用折線滑動面計算方法——傳遞系數法來計算;傳遞系數法只滿足條塊間力的平衡而不滿足力矩平衡，可利用GEO－SLOPE 軟件的student 版中Morgenstern－Price 法、Corps of Engineers－1 法、Corps of Engineers－2 法和Sarma－vertical slices 來進行驗證計算。

(2)計算工況和參數選擇

綜合分析該滑坡的工程特征，選定如下三種計算工況計算評價滑坡的穩定性:天然狀態、暴雨狀態和地震狀態。

滑體物質組成為上部的碎石土和粉土，天然重度粉土取18 kN/m3、碎石土取20 kN/m3。

根據勘察資料進行穩定性計算得到計算指標及穩定性系數見表1。

表1 主剖面滑面計算指標及穩定性系數表

3 類似工程處治建議

對于石炭系太原組之上的松散破碎滑體，在適宜的巖層產狀、工程開挖及特殊氣候條件下，將會發生滑移，形成地質災害，處治此類災害，由于其松散破碎，傳統的抗滑樁、錨索等固定措施對滑體的止滑效果甚微，地表及地下水體對其的影響是災害發生的重要因素，因此，做好防排水措施的細微設計，并對滑體進行卸載與支擋處治，是同類工程的有效手段。

4 結論與建議

本滑坡位于石炭系太原組地層頂部，滑體由較松散破碎的第四系雜亂沉積物組成，在下伏基巖產狀不利、極端氣候條件及坡腳開挖的共同作用下形成滑移。為滑坡為牽引式，目前處于不穩定狀態，降雨入滲及浸泡誘發坡體滑動，通過變形計算、巖土試驗及反算驗證，采用的指標進行危害評價及災害治理較適宜。

處治本滑坡及同類工程設計中，首要重視的就是降水對工程的影響，防排水措施要科學合理，因而，此類滑坡的處治應以嚴格排水措施與減載為主要措施，傳統的抗滑樁與錨索等處治措施對此類滑坡效果較差。

［1］ 建筑邊坡工程技術規范(GB 50330—2002)［S］.

［2］ 林宗元.巖土工程治理手冊［M］.沈陽:遼寧科技出版社.

［3］ 徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［4］ 中華人民共和國建設部. 巖土工程勘察規范(GB 50021—2001)［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002，2.

［5］ 張悼元，等. 工程地質分析原理［M］. 北京:地質出版社，1994.

［6］ 馮俊林. 我國公路滑坡與高邊坡病害防治現狀［J］.山西交通科技，2009，(4).