烏蘇白楊溝鎮夾皮溝5#平硐礦區滑坡成因分析及穩定性評價

賀根義，馬小軍，陳　鋒，曹阿楠，王浩權

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆 昌吉 831100）

·巖土工程·

烏蘇白楊溝鎮夾皮溝5#平硐礦區滑坡成因分析及穩定性評價

賀根義＊，馬小軍，陳鋒，曹阿楠，王浩權

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆 昌吉 831100）

該滑坡為大型滑坡，通過滑坡的地形、形態特征，物質組成及結構特征，滑坡體周圍人工活動、氣象、地震等方面分析滑坡的主要因素、誘發因素及次要因素；采用瑞典條分法進行穩定性計算，對滑坡的穩定性定量評價。

滑坡；成因；分析；條分法；穩定性；評價

五號平硐礦區隸屬于新疆烏蘇市白楊溝鎮，西南距烏蘇市約40km。五號平硐在平面上呈倒置的“凹”字型，該礦目前已停產關閉。在5#平硐礦區南側緊鄰的是喇嘛河煤礦，該礦1995年建礦，2011年喇嘛河礦采用露天開采，在礦區北部形成了直徑約200～250m，深40～80m的露天采坑，面積約68277m2。

在五號平硐礦區南側，喇嘛河煤礦北部發育一處滑坡，滑坡在1995～1996年發生第一次下滑；2011年8 月15日，發生了第二次下滑，持續下滑時間約24小時。該下滑未造成人員死亡，直接經濟損失約20萬元。滑坡威脅喇嘛河礦區工作生活人員及生產機械設備安全，威脅人數約約35人，威脅財產約500萬元。

1　滑坡體基本特征

1.1滑坡地形地貌

滑坡發育于山脊中下部，地貌類型為圓頂低山地形，總體地勢南高北低，海拔高度在1620～1800m。滑坡前緣及后緣較陡，坡度約20°～30°，中間坡度較緩，坡度約5°～10°。滑坡體植被覆蓋較多，覆蓋率為70%以上。

1.2滑坡形態特征

滑坡平面形態呈扇形，南部較寬，北部狹窄。滑坡邊界根據坡體滑動后產生的明顯的后緣及側緣裂縫范圍確定，滑坡滑向為67°，滑坡后緣高程為1778.37m，前緣高程為1578.71m，高差199.66m，主滑方向長約800m，寬300～720m，滑體后緣厚度約2m，滑體中部厚度約8～20m，滑體前緣厚約10m，體積約460.7×104m3，為大型滑坡。如圖1。

滑坡整體呈兩級陡坎接平臺的斜坡地形，兩側較陡，中間較緩，前后兩端滑面坡角15°～18°，中間坡角3°～5°。滑坡北側為喇嘛河煤礦露天采坑，采坑深約80m，邊坡巖性為侏羅系泥巖、砂巖，坡度70°～80°。采坑邊坡以南即為滑坡的剪出口，為防止剪出的松散土體進入露天采坑，煤礦對剪出口部位進行了清理，坡面上部10m為第四系松散層，下部為侏羅系泥巖、砂巖，坡度50°～60°。滑坡后壁已發生滑動，形成了高2～6m的后緣壁。

1.3滑坡物質組成及結構特征

（1）滑體、滑帶、滑床。滑體物質組成為粉土，土黃色，潮濕—稍濕，結構中密—稍密，局部含礫，粒徑多為2～6cm不等，碎石呈次棱角狀，磨圓及分選差，巖性以花崗巖、砂巖為主。碎石含量約占20%，粉土約占80%。

滑坡的滑帶位于第四系粉土與下伏的侏羅系泥巖接觸帶，為一層黑色粘土；滑坡前緣由喇嘛河煤礦露天開挖揭露泥巖埋深約為10～15m。滑帶巖性為粉土。

滑床為侏羅系灰白色泥巖。從縱剖面看，滑床可分為兩段，北段平緩均一，無突變現象，滑面傾角較平緩，坡角10°～12°。南段呈“凹”型，后緣較陡，中部和前緣的滑面傾角較平緩。兩段的連接處滑床形態呈“凸”型，整體滑床形態呈較光滑的弧線形。

（2）滑坡裂縫。滑坡張拉裂縫廣泛分布研究區內，大部分地裂縫分布于滑坡后緣外側與滑坡發生下滑后坡體受拉力影響地段。

滑坡東西兩側“羽狀”裂隙發育，有眾多的橫向拉張裂縫，長5～50余米不等，裂縫寬度10～30cm左右，最大可視深度0.2～1m，裂縫無填充物，裂縫在滑坡后緣走向基本垂直主滑方向，在側壁邊緣走向基本平行于主滑方向。

1.4滑坡土體物理力學性質

滑體及滑帶巖性為粉土，結構中密-稍密。滑床巖性為泥巖。在滑坡上的探井、探槽中取土樣做試驗，分別在天然狀態和飽和狀態下進行試驗，用Grubbs檢驗法檢驗試驗成果數據，未發現異常值，故數據分別取平均值，成果統計見表1、表2。

表1　原狀土樣天然狀態下物理力學指標統計一覽表

表2　原狀土樣飽和狀態下物理力學指標統計一覽表

2　滑坡災害影響因素

2.1人類工程活動

滑坡北側為煤礦開采區，開礦形成的采空區破壞了原有的應力平衡，引起了20世紀90年代的第一次滑動，滑動后形成了新的平衡，后又由于喇嘛河煤礦開采中開挖坡腳，破壞了新的應力平衡，使本身就不穩定的坡體失穩進而誘發滑坡災害的發生。

2.2大氣降水

研究區年平均降水量248.9mm。降雨集中在6～7月，另有次年3月底至4月初冰雪消融，大量雪水滲入地下，大氣降水（尤其是強降雨和持續降雨）使坡體土層含水量增加，增大了滑坡土體的重度，增加了下滑力，破壞斜坡的平衡穩定狀態，促使滑移面土體抗剪強度急劇降低，當下滑力大于抗滑力時，誘發形成滑坡。

經調查統計分析，研究區內滑坡與區內降雨密切相關，滑坡的滑動均發生在降雨之后。

2.3地震

研究區地震動峰值加速度0.30g，基本烈度為Ⅷ度。根據本次資料收集，烏蘇市有記載的最強一次地震發生于1944年3月10，震級7.25。3級左右的地震在研究區多發。地震會改變坡體巖性結構，引起土體物理力學性質的變化，會誘發滑坡發生。

2.4地形地貌條件

地貌條件在滑坡形成中起著一定的作用。研究區位于喇嘛河煤礦低山區，海拔高度1640～1780m，坡高140m，總體坡度約25°，斜坡高差大、坡度較陡，且前緣存在臨空面，為滑坡的發生創造了有利的地形條件。

2.5地層巖性條件

滑坡體地層巖性為粉土，結構稍密，濕陷系數0.016～0.129，具濕陷性。在降雨及春季融雪條件下，地表水從裂縫灌入滑坡體，由于滑體地層滲透性較差，使坡體土層含水量增加，增大了滑坡土體的重度，增加了下滑力，土層飽水程度增高，土體抗剪強度遇到累積性破壞，對滑坡的穩定性造成不利影響。

3　滑坡穩定性

3.1穩定性評價方法

該滑坡滑體及滑帶巖性為粉土，滑床為侏羅系泥巖，滑床形態呈較光滑的弧線形，本次采用瑞典條分法進行穩定性計算更符合實際。

穩定系數計算公式為：

由于本次勘查區內的滑坡均屬于不涉水滑坡，不考慮地下水作用，穩定系數計算公式為：

式中：Kf——穩定性系數；

Wi——第i條塊的重量，kN/m；

Ci——第i個條塊內聚力，kPa；

φi——第i個條塊內摩擦角，（°）；

Li——第i條塊滑面長度，m；

αi——第i條塊滑面傾角，（°）；

A——地震加速度（g），在地震基本烈度Ⅷ度區，取0.3×0.25=0.08。

滑坡計算的模型如圖3所示。推力計算公式為：

圖3　滑坡計算模型（瑞典條分法）

其中：

式中：Hs、Hm——推力，kN/m；

Ks——設計安全系數；

Ti——條塊重量在滑面切線方向的分力，kN。

3.2穩定性評價

3.2.1參數選取（1）抗剪強度指標.由表1、表2得到：天然狀態：c=33.67kPa，φ=22.58°；飽和狀態：c=6.17kPa，φ=23.08°。

同時在滑坡上選取一條剖面采用反分析方法對飽和狀態的抗剪強度參數的反演，反演根據滑坡實測地形，考慮到滑坡物質組成以粉土為主，采用固定c值（按原狀樣試驗，飽和狀態下c值取6.17kPa），反算φ值，取不同的安全系數，計算結果見表3。

根據監測成果，該滑坡表面雖有明顯裂縫但處于整體暫時穩定—變形狀態，穩定系數Fs取1.00，為極限的平衡狀態，此時阻止滑體下滑的抗滑力達到最大，比較符合現場實際。由此得出整個滑帶在飽和狀態下φ的反演值為12.8°～12.9°，室內試驗的飽和狀態下的φ值為23.08°（該值為完全飽和狀態下取得的數值，是極限狀態下的數值，選用該值計算安全系數較小），比反演值大80%左右。在綜合分析室內試驗結果、經驗類比和反演計算的基礎上，計算參數選取如下：

天然狀態：c=33.67kPa，φ=22.58°；

飽和狀態：c=6.17kPa，φ=12.86°。

（2）滑體重度。天然、飽和重度根據原狀樣試驗結果及碎石含量綜合確定。

①天然重度：根據原狀樣試驗，粉土的天然密度平均值為1.59g/cm3，天然重度平均值為15.55kN/m3，考慮滑坡體中含有一定數量碎石，其占總量的10%左右，計算采用的天然重度為0.1×21.36+15.55×0.9= 16.13kN/m3；

②飽和重度：根據原狀樣試驗，粉土的飽和密度平均值為1.62g/cm3，飽和重度平均值為15.88kN/m3，計算采用的飽和重度為0.1×21.36+15.88×0.9=16.43kN/m3。

3.2.2穩定性和推力計算方法

（1）計算工況及基本荷載：

①基本荷載

滑體自重：以現狀滑體厚度考慮；

地表荷載：滑坡體上無建筑物，計算時地表荷不予考慮；

滑體重度：按飽和重度和現狀重度考慮；

②計算工況

滑坡穩定性分析計算狀態選以下三種工況：

工況1：天然工況；

工況2：暴雨工況（強度重現期為30年的暴雨久雨）；

工況3：暴雨+地震工況（地震設防強度為Ⅷ度）

③滑坡設計安全系數的確定

本滑坡防治工程等級為三級，但無地下水，其安全系數按《滑坡防治工程設計與施工技術規范》安全系數推薦表抗滑動取值，具體確定如下：

工況1：Ks=1.2；

工況2：Ks=1.05；

工況3：Ks=1.05；

（2）滑坡穩定性計算結果。主勘探剖面滑坡計算簡圖見圖4，各工況穩定系數及剩余推力計算結果見表4。

表3　反算法計算c、φ值一覽表

圖4　滑坡主勘探剖面穩定系數及推力計算簡圖

表4　滑坡主勘探剖面各工況穩定系數計算結果表

滑坡主滑方向剖面計算簡圖見圖5，各工況穩定系數及剩余推力計算結果見表5。

圖5　滑坡主滑方向剖面穩定系數及推力計算簡圖

表5　滑坡主滑方向剖面各工況穩定系數計算結果表

3.2.3滑坡穩定性綜合評價

根據滑坡區自然地質條件分析以及滑坡穩定性計算結果，滑坡體在現狀條件下（天然工況）整體上處于穩定狀態，通過穩定性計算，對該滑坡最不利工況條件是暴雨及暴雨+地震工況，在此條件下滑坡可能出現復活。

4　結論

該滑坡形成的主要因素為人類工程活動，誘發因素為降水及地震，次要因素為地形地貌、巖性等。滑坡體在現狀條件下整體上處于穩定狀態，在暴雨及暴雨+地震條件下，滑坡可能出現復活滑動。因此在暴雨或冰雪融水季節及地震條件下加強監測，并做好排水工作。

［1］工程地質手冊［M］.4版.中國建筑工業出版社.

［2］殷躍平.滑坡防治工程設計與施工技術規范［S］.北京：中國地質環境監測院，2004.

TD167

A

1004-5716（2016）03-0001-04

2015-03-19

2015-03-20

賀根義（1986-），男（漢族），甘肅鎮原人，助理工程師，現從事水文地質、工程地質、環境地質工作。