昌吉廟爾溝滑坡穩定性分析及治理措施

雷育賓

?

昌吉廟爾溝滑坡穩定性分析及治理措施

雷育賓

（新疆地礦局第一水文工程地質大隊，烏魯木齊 830091）

在對廟爾溝村HP1滑坡詳細調查與測繪的基礎上，對滑坡的穩定性及治理工程措施進行了深入分析。結果表明：該滑坡在天然工況下穩定；暴雨工況下欠穩定；地震時基本穩定。潛在滑坡在暴雨、地震時穩定。根據分析，最后提出了截排水工程、抗滑樁板墻、重力式擋土墻及警示牌等防治方案。該方案既能消除滑坡地質災害的危害，又能減少地質環境破壞，并且具有施工工藝成熟的優點。

滑坡；穩定性；治理；廟爾溝村

研究區位于新疆昌吉市廟爾溝鄉廟爾溝村，行政區劃屬昌吉市廟爾溝鄉管轄，距昌吉市67km，距原廟爾溝鄉政府約1km。由于研究區位于低山區，區內山坡較陡，大部地區僅能步行，交通十分不便。2015年6月19日，新疆昌吉市廟爾溝鄉廟爾溝村西側發生一起滑坡地質災害。通過野外實地調查和室內資料收集整理，以該HP1滑坡作為對象[1-10]，分析研究了該滑坡孕災環境、穩定性，為后續滑坡的防治工程設計提參考。

圖1 HP1滑坡全貌

1 研究區孕災環境分析

1.1 自然地理概況

研究區屬典型的中溫帶大陸性干旱氣候特征，降水稀少，蒸發強烈，年（日）溫差變幅大。根據頭屯河制材廠氣象站（距離研究區約1.5km）資料顯示，該區多年平均氣溫2.1℃，2月平均氣溫最低為-22.9℃，7月平均氣溫最高為20.5℃；多年平均降水量為386.2mm；研究區東側的頭屯河由南向北縱貫昌吉全境，根據頭屯河制材廠水文站資料，該河多年平均徑流量為2.403億m3，最大徑流量3.146億m3，最小徑流量1.63億m3，其流域匯水面積約1 562km2。

1.2 地形地貌

研究區位于天山北麓中低山區，地勢西南高東北低，海拔在1 476~1 675m之間，起伏大。該區西部為一平緩的斜坡，坡度小于5°。中西部為一向東南傾斜的單一斜坡地貌，地表植被主要為草本植物。斜坡坡面呈波狀起伏，山梁由西向東展布，梁間溝谷呈“V”型，走向由西向東，長度200~350m不等，縱坡20%~50%，溝底寬度3~15m，溝谷橫向相對高差5~30m，縱向相對高差70~140m。溝谷底部一般發育有順坡向的細小沖溝，溝寬0.5~4m，切割深度0.3~2.0m不等。研究區 HP1滑坡全貌如圖1所示。

1.3 地層巖性

研究區出露的地層主要為侏羅系和第四系。其中侏羅系為中統頭屯河組，主要在研究區中部溝底及半坡上出露，為一套沖洪積相、河流相沉積，巖性主要為褐色、紅褐色泥巖，灰綠色、土黃色砂巖組成。而第四系地層主要包括上更新統坡積層、上更新統風積層以及全新統沖洪積層。

1.4 地質構造及新構造運動

研究區屬烏魯木齊中生代山前坳陷之中偏西部齊古褶皺帶，位于東廟爾溝向斜北翼。此外，研究區新構造運動活躍，控制著區內的地層分布及地貌特征。研究區位于河谷階地西側，差異性抬升運動，造成西側地勢不斷升高，河谷不斷下降，河谷階地沉積較厚的沖洪積層；河谷階地抬升過程中，河床相對下切，由于河流西側谷坡高陡，基巖在河水侵蝕作用下變軟，底部開始垮塌，上部形成張裂隙，并不斷溯源，當垮塌堆積物達到一定厚度后形成整體滑動的滑坡。

1.5 水文地質條件

研究區內賦存的地下水類型主要由碎屑巖類裂隙孔隙水和第四系松散巖類孔隙潛水組成。

1）碎屑巖類裂隙孔隙水，碎屑巖類裂隙孔隙水含水層巖性主要為砂巖，孔隙較發育，裂隙在鈣質膠結的巖層中發育，一般涌水量不大。碎屑巖類裂隙孔隙水主要接受大氣降水入滲和片狀洪流入滲補給，總體從西南向東北運移，以側向徑流排出和泉的形式排泄，由于在研究區內埋深大于90m，埋深較大，因此對滑坡的形成無影響。

2）第四系松散巖類孔隙潛，第四系松散巖類孔隙潛水主要分布于頭屯河河谷地帶，地下水水位埋深在河床地帶小于1m，由河床向兩側階地增加，至研究區山坡坡腳地帶水位埋深大于25m。含水層巖性主要為砂卵礫石，單井涌水量100~1 000m3/d，溶解性總固體204.87mg/L，礦化度0.14g/L，pH值8.38，水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型，主要接受河洪水的入滲補給及上游的側向徑流補給，以向下游側向徑流排泄為主。由于孔隙潛水水面距各滑坡滑面距離較大，對滑坡的形成無影響。

1.6 工程地質條件

研究區工程地質巖土體包括巖組和土體兩大類。巖組為軟弱、極軟弱層狀碎屑巖巖組；土體包括粉砂單層土體，圓礫、角礫單層土體，卵石單層土體，及混合土多層土體。

1）軟弱、極軟弱層狀碎屑巖巖，該類巖組主要分布研究區山坡的中部，巖性為紅褐色、褐色泥巖、灰白色砂巖、以及泥巖砂巖互層，局部夾薄層砂質泥巖、泥質砂巖。根據巖石力學試驗結果，泥巖飽和抗壓強度0.044MPa，砂巖一般飽和抗壓強度0.0132～0.0584MPa，屬軟巖、極軟巖。該巖組巖石一般為泥質膠結，親水礦物含量較多，遇水變軟或崩解，巖石強度低，力學性質差異較大，總體工程地質條件較差。滑坡滑帶、滑床基本由該巖組構成。

2）單層、多層土體：①碎石土單層土體，主要分布于研究區西部山坡上部，厚度大致在3~45m，巖性為青灰色、灰色的砂卵礫石，具水平層理，結構致密，局部呈半膠結狀態；另外，在研究區東側的頭屯河及其Ⅱ級階地也有分布，厚度較大，結構較致密，地基承載力300~400kPa，該層土體整體工程地質條件較好。②粉土、碎石土多層土體，廣泛分布于研究區內的山坡上，上部為粉土，其下為松散的砂卵礫石，結構較松散，該層土體整體工程地質條件較差。

2 滑坡災害穩定性分析與評價

主要采用定量計算對該滑坡的穩定性進行評價，進而為后續工程治理措施方案的選擇提供理論基礎。定量評價主要是根據斜坡變形破壞類型選取典型剖面分析計算在不同工況下的穩定性系數。

2.1計算模型的選取

HP1滑坡潛在滑動面為土巖界面，各滑坡滑動面均為折線型。因此，滑坡的穩定性及滑坡推力均按傳遞系數法進行計算，對HP1滑坡1－1’、2－2’、 3－3’剖面進行穩定性和推力計算。

2.2穩定性系數計算公式

由于研究區地下水對該滑坡無影響，因此不考慮地下水作用。但是需要在暴雨工況下考慮水對滑坡產生的“增重效應”以及對滑帶土的“軟化效應”。穩定性系數計算公式如下：

其中：

； （公式2）

。 （公式4）

式中：K－穩定系數；W－第i條塊的重量（KN/m）；C－第i條塊內聚力（KPa）；－第i條塊內摩擦角（°）；L－第i條塊滑面長度（m）；－第i條塊滑面傾角（°）；－第i條塊地下水線與滑面的夾角（°）；－地震加速度（重力加速度g）；－第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數（j=i）,j=。

2.3 計算工況

經研究，降雨、地震及人類工程活動是誘發滑坡發生的主要因素。現狀條件下，人類工程活動主要為開挖坡腳、滑體形成臨空面，在計算模型中已經考慮其形成的地形條件。計算時考慮了滑坡自重、自重+暴雨（持續降雨）以及自重+地震三種工況，具體為：

1） 工況Ⅰ：自重工況，僅考慮滑體自重，無地下水作用。巖土體參數全部取天然狀態時的參數。

表1 室內試驗所得的滑帶土（巖）抗剪強度參數

2）工況Ⅱ：自重+暴雨工況，考慮坡體處于全飽水狀態。巖土體參數全部取飽和狀態時的參數。

表2 滑坡整體穩定性和推力計算成果表

3）工況Ⅲ：自重+地震工況，考慮滑坡受地震外荷載影響，地震設防烈度為Ⅷ度。其他巖土體參數的選取原則與工況I完全相同。

2.4 穩定性計算結果

根據室內土工試驗及巖石試驗，統計滑坡滑帶土物理力學參數數如表1，數值取標準值。

滑坡滑體主要為砂礫石，滑帶為侏羅系泥巖、砂巖強風化層。根據土工試驗、現場試驗及巖土體經驗數據，砂礫石天然重度24.23 KN/m3，飽和重度25.50 KN/m3，基巖風化層天然重度15.58 KN/m3，飽和重度18.71KN/m3。

在上述計算工況和巖土力學參數選擇的基礎上，采用理正巖土（5.6版）軟件對滑坡整體穩定性進行計算，計算結果見表2所示。根據計算結果，對滑坡進行穩定性分析評價，將穩定性劃分為四級：穩定系數Fs≥1.15為穩定，1.15＞Fs≥1.05基本穩定，1.05＞Fs≥1.0為欠穩定，Fs＜1.0為不穩定。

圖2 排水溝設計圖

3 滑坡災害治理工程措施分析

在對研究區孕災環境條件分析的基礎上，并結合研究區滑坡的發育特征、威脅對象、危害程度及穩定性評價結果，提出截排水工程、抗滑樁板墻、重力式擋土墻及警示牌等工程防治方案。

3.1截排水溝設計

截排水溝設置于滑坡體頂部，沿后緣邊界修筑，總長120m，溝深0.50m、底寬0.20m、坡比1∶0.25。排水溝基槽開挖采用人工開挖，整平夯實后，在基槽底部人工鋪設10mm的天然砂礫石墊層，均勻攤平并夯實。排水溝內壁采用C20混凝土預制板砌筑，預制混凝土板采用C20混凝土，底板尺寸200×200×60mm，側板尺寸600×400×60mm，溝頂外側采用C20混凝土壓頂，厚30mm，寬150mm（圖2）。

3.2抗滑樁設計

對于上部滑動部位設置一排樁板式抗滑樁，設計抗滑樁總長21m，嵌固段長7m，懸臂段長14m；在滑坡中部設置抗滑樁板墻，設計抗滑樁總長18m，嵌固段長6m，懸臂段長12m。嵌固段樁底位于弱風化泥巖砂巖層。樁截面為1.5*1.5m的方樁，中心間距為3m，共計25根。樁之間板高為1m，長2.5m，厚0.15m，在樁懸臂段滿布。樁與板均采用C30混凝土澆筑，樁主筋級別為HRB400、直徑32mm，箍筋為HRB335、直徑為10mm；板主筋級別為HRB400、直徑14mm，箍筋為HRB335、直徑為12mm，各板中心位置預留排水孔，插入PVC排水管，板后回填40mm厚砂礫石墊層。

3.3重力擋土墻

在HP1滑坡所在山體坡腳處設置重力式擋土墻，防止其松散層遇水飽和后滑動垮落，如圖3所示。擋土墻采用M10漿砌卵石，總長度設計為175m，設計平均高度為4.0m，頂寬0.6m，面坡坡比為1:0.30，底寬1.7m，基礎埋深設計為0.8m。距地面1.0m處設置1排泄水孔，泄水孔間距2m，孔后設置反濾包。擋土墻每隔15m設置1道伸縮縫，縫寬2cm，內嵌木板，外部瀝青砂漿填充5cm。擋土墻基礎以下松散層需換填，換填深度0.5m-1.0m，采用圓礫換填，壓實度不小于0.97，承載力不小于400kPa。

圖3 擋土墻示意圖

3.4 警示牌

在滑坡體附近醒目處設置警示牌。

4 結論

1）研究區位于天山北麓的中低山區，頭屯河西岸，總體地勢西南高東北低，最大相對高差199m，總體地形起伏大。區內發育一處滑坡及一處潛在滑坡。其中滑坡為小型堆積層滑坡，滑動面位于全風化泥巖、砂巖層中。

2）通過穩定性定量評價分析，滑坡在天然工況下，屬于穩定狀態；暴雨工況下滑坡穩定狀態屬于欠穩定；地震工況下為基本穩定。潛在滑坡在天然工況、暴雨工況及地震工況下為穩定。

3）在對研究區孕災環境條件分析的基礎上，并結合研究區滑坡的發育特征、威脅對象、危害程度及穩定性評價結果，提出截排水工程、抗滑樁板墻、重力式擋土墻及警示牌等工程防治方案。該方案既能消除滑坡地質災害的危害，又能減少地質環境破壞，并且施工工藝比較成熟。

[1] 劉同義, 任鴻飛, 張超杰, 等. 四川省地震災區江油市某滑坡穩定性分析與治理措施[J]. 地下水, 2010, 32(6):139-142.

[2] 班兆玉, 張強, 張志強, 等. 涉縣西達鎮河口村小型滑坡穩定性分析與評價[J]. 地下水, 2014(6):206-208.

[3] 張玉, 徐衛亞, 石崇, 等. 爭崗滑坡堆積體穩定性及治理措施研究[J]. 巖土工程學報, 2010, 28(9):1470-1478.

[4] 袁丁. 南陽碥滑坡穩定性分析及治理工程措施研究[D]. 成都理工大學, 2007.

[5] 穆鵬. 蘭州石峽口滑坡穩定性分析與治理工程設計研究[D]. 蘭州大學, 2009.

[6] 黃志全, 劉希林. 南水北調西線一期工程滑坡崩塌體穩定性評價[J]. 山地學報, 2005, 23(5):579-584.

[7] 于廷新. 四川地震災區陳家山坪崩塌穩定性評價及治理研究[D]. 吉林大學, 2010.

[8] 鄒仙榮. 永安市燕南街道辦南翔路幼兒園崩塌穩定性分析及治理方案[J]. 西部探礦工程, 2016, 28(11):1-4.

[9] 余會明, 安海堂, 張衛強. 崩塌危巖體穩定性定量評價及防治對策[J]. 地質災害與環境保護, 2016, 27(3):35-40.

[10] 劉波, 肖博之. 峨邊縣羊竹壩崩塌工程地質條件及邊坡穩定性評價[J]. 四川地質學報, 2015, 35(3):431-434.

[11] 羅蘇軍. 海南五指山崩塌邊坡擋土墻治理的設計研究[J]. 路基工程, 2015(4):155-158.

Stability and Control of Landslides in Miao’ergou, Changji, Xinjiang

LEI Yu-bin

(No.1 Hydrogeological and Engineering Geological Brigade, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, ürümqi 830091)

The study of landslides in Miao’ergou, Changji indicates that the landslide HP1 is stable under natural conditions, understable under heavy rain condition and basically stable when the earthquake. Potential landslides are stable under heavy rain condition and when the earthquake. Some control plans such as drain engineering, anti-slide pile wall, gravity retaining wall and warning signs are put forward.

landslide; stability; control; Miao’ergou, Changji

P642.22

A

1006-0995（2017）02-0280-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.02.025

2017-02-18

雷育賓（1982- ），女，陜西省富平縣人，工程師，主要從事水文地質、工程地質和環境地質方面的工作