大莊煤礦黃土滑坡破壞過程分析

梁進

（山西省勘察設計研究院 山西太原 030013）

山西晉西地區屬典型黃土丘陵地貌，溝壑縱橫，特殊的地層結構地貌特征，高邊坡和滑坡隨處可見，工程建設誘發的滑坡屢見不鮮。大莊煤礦滑坡位于山西省柳林縣，建設單位擬在滑坡體上建設聯合建筑及副井架導致老滑坡復活。

1 工程地質條件

滑坡區位置處于華北斷塊、呂梁山塊隆、離石-柳林“多”字型復向斜的北部，次級構造為王家會背斜西翼，聚財塔地塹北部。總體看來構造簡單，為一走向近南北向，向西北緩傾斜的單斜構造，地層傾角8°。

滑坡體的巖土層主要為馬蘭黃土、離石黃土、粘土，顏色自上而下由淺黃、淺紅、深紅、紫紅逐步漸變，巖性由粉土、粉質粘土、粘土變化。上部分布的馬蘭黃土（粉土）結構疏松，節理發育，大孔隙較多，稍濕，具中等濕陷性；中部為離石黃土（粉質粘土），呈塊狀，孔隙較發育，可塑-硬塑，可見古土壤與姜石互層、局部夾礫石；下部為第三系粘土，呈硬塑狀態。滑床主要為二疊系下石盒子組（P1x）灰色泥巖、砂巖層。

地下水位于上部黃土（粉土）層，其下二疊系砂巖層未發現地下水，地下水類型屬于上層滯水，地下水位埋深7.0m～7.7m，水位標高介于901.20～902.60m，場地水文地質條件簡單。

2 滑坡特征

2.1 形態及規模

滑坡呈扇形分布，后緣圈椅狀特征明顯，東側邊界為一黃土沖溝，西側邊界為地層錯動的陡坎，主要為馬蘭黃土與離石黃土錯層，剪出口位于廠區公路處，標高略高于公路路面標高，滑坡周界特征明顯。滑坡坡體總地形坡度為6°，后緣坡度較陡，約36～49°。主滑體長200m，平均寬160m，地表面積約 32000m2，坡體厚度 11.3～17.8m，總方量約 48×104m3，屬中型滑坡，按動力學性質劃分，為推移式滑坡，滑坡主滑方向350°。

圖1 滑坡全貌圖

圖2 綜合地質圖

主滑動面為上第三系紅粘性土與二疊系下石盒子組淺灰色泥巖接觸面，滑面具滑膩和光澤感，擦痕清晰。

2.2 滑帶特征

主滑段滑帶物質為二疊系下石盒子組淺灰色、淺黃色泥巖，致密狀具滑膩感、遇水軟化甚至崩解，具明顯滑動痕跡，滑面清晰光滑，擦痕明顯，上部粘性土呈硬塑狀，基本未發生太大變形和揉搓現象，滑坡后緣滑帶物質主要為粉土、粘性土被滑坡滑動過程中拉裂揉捏形成的混合物；該物質可塑性好，失水呈堅硬狀，遇水呈軟塑-可塑（黃油）狀，厚度約30cm。

2.3 滑床特征

圖3 揭露土層與泥巖接觸面

圖4 滑坡前緣揭露的滑面

滑坡主滑段滑床主要由二疊系下石盒子組淺灰色泥巖、中粗粒砂巖、炭質頁巖組成，基巖產狀為280°∠9°，傾向與滑動方向基本一致。前緣滑面在粘性土中擠壓剪切破壞形成，后緣裂縫張拉剪切破壞形成，滑坡抗滑段和牽引段滑床主要由粉土和粘性土組成，滑坡前部埋深13m，滑坡前緣有反翹現象，整個滑坡體周邊無地下水流出。

3 滑坡成因分析

滑坡形成及復活可分為內在因素和外在因素，內在因素主要為特定的地形地貌、地層巖層特征等；外在因素主要為降雨和人類活動。

3.1 內在因素

（1）地貌特征

圈椅狀的地形使滑體上形成小區域的匯水，垂直節理發育的黃土，為地表水下滲提供了路徑。坡前為黃土沖溝，形成臨空面。

（2）地層巖性

滑床巖層主要為下石盒子組淺灰色泥巖，構成了滑坡體的軟弱結構面，且巖層面向坡外傾斜。

（3）巖土特性

泥巖下伏于第四系黃土層之下，具有良好的隔水性能，地表水入滲遇到泥巖被阻隔，滯留在泥巖面，使軟弱結構面軟化，抗剪強度降低，多次蠕滑相當于多次剪切，最終形成穩定連續的滑動面。

3.2 外在因素

（1）集中降雨

集中降雨使大量降水滲入坡體，增加滑坡體自身的重量，沿黃土裂隙滲入泥巖面，使泥化物軟化，強度降低。

（2）人類活動

場地建設中的挖方工程，在滑坡體前緣大量挖土，破壞坡腳，削弱滑坡體抗滑段的抗滑力，誘發滑坡復活。

4 滑坡穩定性計算

4.1 穩定性計算參數選用

（1）取樣及試驗

滑坡穩定性計算的抗剪強度指標，為保證土樣的質量及試驗的可靠性，滑帶土采用野外現場采取環刀土樣，保證土樣的含水率和結構完整性，室內進行反復剪切試驗，求得殘余抗剪強度[5]。

（2）反算法

滑帶巖土抗剪強度參數的反算應用很廣，它是通過已知穩定系數和滑面等條件反算參數，準確性主要取決于地質模型和穩定系數的可靠性。

經過調查和當地人的了解，老滑坡在天然和小雨狀況下無滑動跡象，但在集中降雨或連續降雨時坡體還會出現輕微裂縫，前緣無剪出現象；因此，反算時設定滑坡在自重工況下處于基本穩定狀態，取下限Fs=1.15進行；在暴雨工況下取欠穩定和不穩定界限值Fs=1.0，采用穩定性計算公式-不平衡推力法（隱式解）進行C、φ值反算。

（3）綜合取值

根據室內試驗數據統計的巖土參數，對老滑坡進行穩定性計算，計算結果Fs為1.25。通過試驗數據統計結果和反算的巖土參數，經過分析判斷，最終給出滑動面抗剪強度指標的綜合建議值。

表1 滑動面抗剪強度指標綜合取值

4.2 穩定性計算

根據滑坡勘查結果，各孔揭露的滑動面基本準確，滑坡邊界清晰，從斷面看整體呈折線形，采用剛體極限平衡原理，采用不平衡推力法（隱式解）

和摩根斯頓-普賴斯法選擇代表性斷面KP2對滑坡進行穩定性計算，本區抗震設防烈度為Ⅵ度，未進行地震工況驗算；采用天然和暴雨兩種工況進行計算，計算結果見表2。

表2 穩定性計算成果

從表2結果看，老滑坡在天然狀態下處于基本穩定狀態，在暴雨狀態下處于欠穩定階段。

5 老滑動復活穩定性反算

5.1 基本情況

工程建設在滑體前緣開挖深度約15m，自坡前向坡體開挖，進尺到20m時坡體后緣出現微小裂縫，但未貫通，基本達到極限平衡狀態；當開挖進入到27m時，工程隊收工停挖，至第二天凌晨三點，發生了滑動，慶幸無人員傷亡存；事后重新進行了現場調查了解和測量。

5.2 結果反算

根據開挖進尺和滑坡滑動過程分為三個階段，第一階段為開挖進行到20m時，滑坡處于極限平衡階段，反算穩定系數取1.05；第二階段為開挖進行到27m時，滑坡具備滑動條件，此時處于牽引變形階段，在臨界狀態坡形未發生變化前，反算穩定系數取0.97；第三階段為開挖進行到27m后，滑坡滑動后，達到再次平衡，坡體已發生嚴重變形，前緣擠出，后緣牽引錯落，根據變形后的形態進行反算，反算穩定系數[1～4]取1.0。根據現狀下滑坡體的變化及變形特征，對滑坡體分階段進行反算，反算結果見表3。

圖5 開挖進尺27m代表性斷面計算簡圖

圖6 開挖進尺27m滑動平衡后代表性斷面計算簡圖

表3 穩定性反算成果

滑帶土殘余內摩擦角主要決定于土體的礦物成分、顆粒組成等因素，與所受的應力歷史的因素關系不大；在土體滑動過程中剪切破壞，結構發生變化，在剪切面附近，剪應力使土顆粒沿剪切面形成定向排列，成為分散結構，強度降低，粘聚力減小，因此，反算時盡可能保持其內摩擦角不變；減小粘聚力。

6 結束語

（1）滑坡形成的機制基本明確；后期治理結合廠區的總體規劃，采用卸載支擋與南側邊坡治理同步實施方案。

（2）通過對滑坡穩定-復活-再平衡整個過程的分析計算，這表明滑坡的穩定分析結果可信度取決于滑坡周界、揭露滑動面位置和地質模型的準確性以及對滑坡穩定系數的把控。通過室內試驗確定的巖土參數與滑坡本身復雜的應力路徑、試驗方法等存在密切關系，受力和破壞狀態與整個滑坡體的狀態不能完全吻合，試驗數據不能完全反應實際情況，因此應綜合各種手段的進行綜合分析，才能做到切合實際。

（3）通過對滑坡工程的分析以及周邊同類型滑坡體的了解，具類似地形地貌單元和地層巖性的地質體，如后壁陡立具圈椅狀，坡體較平緩前緣存在臨空面或沖溝，坡體局部存在鼓丘，黃土層下伏軟巖標高高于沖溝底標高，巖層面存在一定坡度等特征，在進行工程建設前期應認真對待。

（4）今后在同類型滑坡分析時能起到借鑒作用；同類工程地質單元體上進行工程建設時應引起足夠重視。

[1]鄭穎人，陳祖煜，王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2010，8.

[2]徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]張倬元，王士天，王蘭生，等.工程地質分析原理[M].北京：地質出版社，1994.

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[5]張昆，郭菊彬.滑帶土殘余強度參數試驗研究[J].鐵道工程學報，2007，08：13～15.