寧鎮低山丘陵區降雨型滑坡致災機理與防治措施研究

咸玉建,郭炳躍,戴俊成,王 毅,周 強

(江蘇省地質勘查技術院,江蘇 南京 210049)

0 前言

滑坡災害是我國低山丘陵區主要的地質災害類型之一,諸多專家學者們研究了滑坡災害的孕災地質條件、破壞模式、成因機制、穩定性評價方法及工程防治措施等[1-8]。

江蘇省南京、鎮江地區經濟發達,但因地質環境條件較差,是滑坡等突發地質災害重點防治區,具有突發性強、點多分散、危害大特征。近年城市發展對地質環境影響加劇,加之極端天氣頻發,寧鎮低山丘陵區突發地質災害呈多發頻發態勢,防災形勢嚴峻,而滑坡災害歷來就是防災工作的重中之重。

2016年受罕遇強降雨影響,南京市江寧開發區發生多處滑坡災險情,對周邊過往行人和生態環境安全構成威脅。因此,本文以江寧開發區某盤山公路滑坡災害為例,在調繪與詳勘為基礎,系統分析了滑坡災害特征、成因和滑坡穩定性,并提出了綜合治理措施,也為同類型滑坡災害防治提供借鑒。

1 研究區孕災地質環境條件

1.1 氣象水文

寧鎮地區為亞熱帶季風氣候區,年均降水量約1 106 mm,其中6-9月間為梅雨季節。2016年6月南京降雨量達625.5mm,遠超歷年該月歷史紀錄。

1.2 地形地貌

本滑坡區為寧鎮揚構造剝蝕低山丘陵地貌,北低南高、上緩下陡,坡度約27°～35°,自然斜坡高程分布范圍103.92～149.70 m,滑坡坡腳處為人工切坡,切坡面最陡達56°,前緣地形較緩,坡度約5°～7°左右?；聟^東西兩側為沖溝,呈雙溝同源現象。該滑坡隱患對過往行人車輛安全構成嚴重威脅。

1.3 地質構造

滑坡區地處揚子地層區、下揚子地層分區、寧蕪地層小區北部,附近主要有近東西向祖堂山—橋頭斷裂、祖堂山-殷巷斷裂等。

1.4 地層巖性

滑坡區前第四紀地層主要為中生代侏羅系上統大王山組(J3d)灰綠、灰紫色安山質角礫凝灰巖,風化差異大,局部有巖體出露,多為淺部薄層松散層覆蓋;淺表第四紀地層主要為上更新統下蜀組(Q3x)殘坡積含碎石粉質粘土層,為寧鎮地區典型易滑地層。

2 滑坡發育特征及成因分析

2.1 滑坡基本特征

2.1.1 滑坡形態特征

滑坡區位于山體北麓斜坡上,植被茂密,呈南高北低、上陡下緩之勢?；聟^整體坡度27°～35°,高程103.9～149.7 m間,最大高差達45 m。滑坡體平面上呈喇叭形,東西兩側以古沖溝為界,后緣以拉張裂縫為界,滑坡沿主滑向縱向長約120 m,橫向平均寬約50 m,平均厚度約6 m,體積約4×104m3,屬小型滑坡,主滑方向為北東向3°?；虑熬壠孪虏繛楸P山公路建設人工切坡段,形成切坡陡坎長約90 m、局部最陡達56°,滑坡周界及詳勘工作部署見圖1～圖2。

圖1 滑坡體整體特征(N-S)

圖2 滑坡區調繪及實際材料圖

2.1.2 滑坡結構特征

根據滑坡詳細勘察查明結構特征如下:

滑體:主要由①含碎石粉質粘土及②1全風化安山質凝灰巖組成,滑體厚約3.3～8.3 m,平均厚度約6.0 m。

滑帶:根據詳細勘查綜合分析,主滑帶位于①、②1層中,在全、強風化安山質凝灰巖界面附近,呈黏土～砂土狀,高嶺土化,遇水易軟化,強度低、易隔水,屬極軟巖。

滑床:②2層強風化安山質角礫凝灰巖,巖芯相對完整、強度較高。

2.1.3 滑坡體變形特征

根據地質調查及測繪,滑坡周界清晰,變形破壞特征明顯,若不及時處置災險情將會隨著滑坡規模發展而進一步擴大。

滑坡后緣清晰,張性裂縫寬約5～16 cm,落差約40 cm(圖3a),后緣頂高程約141.75～148.0 m?；聳|側邊界表現為明顯的地表裂縫和臺階落差,縫寬5～26 cm,最大落差約30 cm(圖3b)。西側邊界主要位于西側新形成的沖溝處(圖3c)?；虑熬壷饕憩F臨空切坡(圖3d),①層含碎石粉質粘土層受雨水沖刷、局部滑塌明顯。此外,滑坡體上發育多條東西向張性裂縫,其中高程123 m、136 m、140 m處的裂縫最為明顯,縫長分別約32 m、34 m、21 m,縫寬3～4 cm,這也表明滑坡變形正在不斷發展階段。

圖3 滑坡體地表變形破壞特征

2.2 滑坡成因分析

2.2.1 孕災地質環境條件影響

滑坡區屬低山丘陵地貌,地形高陡起伏,滑坡前后緣高差達45 m,坡面沖溝發育,滑坡前緣為人工切坡陡坎微地貌,未做防護措施,高陡地形和切坡臨空面有利于滑坡災害的發生發展?；麦w主要由含碎石粉質粘土和全風化安山質凝灰巖組成,主滑帶位于全風化與強風化凝灰巖界面處,滑動帶呈黏土-砂土狀,局部高嶺土化,巖芯破碎,遇水易軟化,為滑坡形成創造了物質條件。

2.2.2 連續強降雨影響

根據災害調查及詳勘,發現滑坡巖土體滲透性差異大,全風化凝灰巖高嶺土化嚴重,加之滑坡區坡面沖溝及裂隙發育,大量地表水易在粘性土層與不同基巖風化層界面匯集形成軟弱帶。由于遭遇強降雨影響,大量雨水在淺部松散土層中蓄積。雨水軟化作用首先增大滑體自重,孔隙水壓力增加,增大下滑力;其次是雨水匯聚入滲到滑面上產生揚壓力,使抗剪強度指標降低,減弱了穩定性,最終致使不穩定斜坡失穩滑動。

2.2.3 人為工程活動影響

因前期景區規劃盤山公路建設在坡體前緣形成臨空切坡帶,人類工程活動改變了原來的地形地貌,局部坡度較陡,邊坡穩定性變差,斜坡的平衡狀態被打破,受重力和降水軟化影響使滑坡體失穩發生滑坡災害。

3 滑坡穩定性定量評價

3.1 滑坡計算參數確定

根據《滑坡防治工程勘查規范》(GB/T 32864-2016),本滑坡穩定性分析中的土體抗剪強度是在室內土工試驗基礎上,結合強度參數反演并借鑒該地區相似滑坡體的經驗數據綜合確定。滑帶參數反演選取具備反演條件的典型剖面2-2進行反演計算。具體強度指標反演公式為:

本滑坡穩定性分析評價各地層主要計算指標見表1所示。

表1 滑坡各地層主要計算參數表

3.2 滑坡穩定性分析評價

基于滑坡現場調查和詳細勘查認識,通過軟件Geo-Studio穩定性分析模塊,按照天然、暴雨和地震3種工況,對滑坡穩定性進行定量評價。典型主剖面2-2降雨工況計算結果見圖4,滑坡穩定性分析結果見表3。

表3 滑坡主剖面穩定性分析結果表

圖4 滑坡典型剖面2-2計算分析圖

根據穩定性分析結果表明,滑動帶位于①、②1層中,在全、強風化凝灰巖層界面附近,在三種工況下滑坡體皆為不穩定狀態。通過滑坡現場調查,滑坡坡面的沖溝極其發育,在坡腳工程切坡及強降雨等影響下,滑坡周界剪切裂縫、張拉裂縫不斷發展,已發生了較明顯滑動,這與滑坡穩定性分析結果基本吻合。在后期強降雨等不利影響下存在極大滑動風險,對景區行人和坡腳道路工程安全構成威脅,急需采取處置措施。

4 滑坡防治工程治理方案

4.1 擬采取治理方案

綜合考慮滑坡災害特征、治理方案比選和景區規劃等因素,采用坡形整理、裂縫封填+坡腳抗滑樁板墻+坡面錨桿格構防護+系統截排水+坡面植被綠化的綜合治理措施。同時,開展運行期滑坡治理效果監測,竣工后不少于1個完整水文年的變形監測。

4.2 剩余下滑力確定

參照《滑坡防治工程設計與施工技術規范》,采用傳遞系數法計算天然、暴雨、地震3種工況滑坡的剩余下滑力值,設計要求安全系數分別取1.3、1.2、1.1,計算公式如下:

Fi=Fi-1×ψi-1+Fs×Ti-Ri

(1)

式中:Fi、ψi分別為第i條滑塊剩余下滑力及其傳遞系數,Fs為不同工況安全系數。

根據計算結果可知,在暴雨工況下滑坡剩余下滑力值最大,故以暴雨工況作為設計控制工況,根據滑坡災害特征、擬治理方案和區域滑坡治理經驗,擬設抗滑樁處滑坡剩余下滑力設計值為綜合確定為1 300 kN/m。

4.3 擬設抗滑樁樁身內力計算

根據本滑坡特征和潛在滑動形式,在坡下部擬設計一排抗滑樁加固,樁中心間距4 m,嵌入下部穩定的凝灰巖層內,樁間設擋土板。通過理正軟件進行抗滑支擋結構內力分析,取擬設樁后土壓力和剩余下滑力設計值之間最不利樁身彎矩和剪力值進行抗滑支擋結構設計。陷于篇幅,本節給出最不利工況抗滑樁樁身內力及分布見圖5。

圖5 擬設抗滑支擋結構內力分布圖

4.4 滑坡治理工程建議

應及時對滑坡體裂縫進行封填和局部變形體覆蓋,并結合滑坡區水文地質特征合理設置截排水系統,樁間擋板(可預制)須按要求設置泄水孔。因滑坡縱向較長、高差較大,為提升局部坡體穩定性,宜在滑坡中上部設置若干道拱形錨桿格構梁對淺部滑體鎖固。綠化要考慮景區景觀規劃要求和養護工作。做好施工期及竣工后至少一個水文年變形監測,確保治理工程安全實施,便于指導和優化后續施工,檢驗工程治理效果。

5 結語

(1)文章基于滑坡災害調查和詳細勘查工作,系統分析了滑坡災害特征與致災機理,綜合確定了各巖土層計算參數,通過Geo-studio和理正軟件定量評價了滑坡在天然、暴雨和地震工況的坡體穩定性,結果表明皆

為不穩定狀態,急需采取治理措施以確保坡下環山道路及過往行人安全。

(2)滑坡成因主要受內在地質因素和外部誘發因素共同作用所致。高陡地形和沖溝發育的地貌形態易于發生滑坡,斜坡淺部含碎石粉質粘土裂隙發育、易滲水,下部凝灰巖風化層高嶺土化嚴重、易匯水軟化崩解形成軟弱滑動帶;坡腳道路工程切坡建設擾動了坡體原始穩定狀態,為滑坡剪出提供滑動空間;最終在強降雨影響下斜坡巖土體抗滑力驟降、下滑力劇增,沿全、強風化凝灰巖風化層軟弱界面發生滑動破壞。

(3)綜合考慮滑坡成因機理與定量分析結果,提出采用“裂縫封填與坡形整理+抗滑樁板墻與錨桿格構支擋+截排水系統+坡面覆綠+治理效果監測”的綜合治理措施,可有效消除滑坡災害隱患,也為寧鎮地區同類型滑坡災害防治提供一定的借鑒。