某山體滑坡災害治理與穩定性分析

摘 要：以某滑坡工程勘察及災害治理項目為研究對象，分析滑坡變形特征及形成機制。采用多種手段綜合判定滑面（帶）主要位于層④2-2與層④3-2的交界面，并確定滑面（帶）參數，采用傳遞系數法確定天然工況和暴雨工況下滑坡均處于不穩定-欠穩定狀態。削方后的數值計算結果表明，削方對天然工況剩余下滑力的降低及穩定系數的提高作用較好，但暴雨工況效果一般。

關鍵詞：滑坡災害；滑坡治理；滑面判定；穩定性分析

中圖分類號： U 41 文獻標志碼：A

根據地質災害調查結果可知，滑坡地質災害數量占到總數量的70%，對生活及生產影響極大，已成為繼地震及洪澇災害后的第三大災害類型。滑坡地質災害的破壞作用是多方面的。首先，滑坡會導致土地坍塌、轉移，給人們的生命財產安全帶來威脅[1]，滑坡可能會摧毀房屋、道路、橋梁和其他基礎設施，造成巨大的經濟損失。其次，滑坡會破壞自然環境，改變地貌結構。滑坡的泥沙、巖石和植被流失會造成土壤侵蝕和水源污染，給生態系統帶來影響[2]。此外，滑坡還可能引發山洪和泥石流，進一步加劇破壞范圍和程度。

為了預防和減少滑坡地質災害的發生，需要進行地質勘察和監測，了解地質條件和滑坡危險性，采取適當的防護措施[3]。以某實踐工程為例，對某山體滑坡災害治理進行分析和研究，對其進行穩定性分析，提出相應的防護措施建議。

1 地質環境背景

1.1 地形地貌

研究區屬侵蝕剝蝕丘陵地貌，區內海拔高程為100m～230m，相對高差115m，山體自然地形坡度20°～30°，坡面形態多呈凸形，上緩下陡。地表植被茂盛，以松樹、灌木為主。北側生活垃圾焚燒發電及飛灰填埋項目場地已經整平，其南側開挖形成邊坡，邊坡最大高度約60m，按1∶0.5坡率分臺階開挖，每8m高做一個2m寬平臺，總體坡度約60°，坡面采用錨桿掛網噴射混凝土防護，錨桿長度3m～9m（上部2～3排長9m，其余長度3m）；滑坡前緣即為切坡形成的高約30m～60m的人工邊坡。

1.2 工程與水文地質特征

研究區出露的地層有白堊系下統西山頭組（K1x）、上更新統坡洪積層（al-plQ3）、第四系殘坡積層（el-dlQ）。分述如下。1）白堊系下統西山頭組（K1x）。西山頭組上部為塊狀玄武巖，下部為灰紫色含角礫晶玻屑熔結凝灰巖。巖石風化蝕變強烈，強風化巖呈碎塊狀、碎裂塊狀，中風化巖較完整，巖質較堅硬。2）上更新統坡洪積層（al-plQ3）。物質成分為黃褐色、淺黃色，含碎石粉質粘土、粉質粘土。碎石多呈次棱角狀，大小懸殊。3）第四系殘坡積層（el-dlQ）。殘坡積層主要分布于丘陵山體斜坡表部，厚度為0.5m～3m，山頂、山脊部位較薄，坡腳及坡面平緩地段較厚。呈黃色、淺黃色，巖性為礫砂，結構松散稍濕。

研究區地下水類型按賦存形式、含水介質和埋藏條件可分為兩大類，即松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙水賦存于第四系殘坡積層，透水性較好，補給源以大氣降水為主；基巖裂隙水賦存于基巖的風化裂隙及構造裂隙中，接受大氣降水和松散巖類孔隙水補給。

1.3 區域人類活動

研究區內人類工程活動主要表現為根據工程建設需要進行山體開挖、坡腳人工切坡。因工程建設需要開挖山體至2個整平高程為117m和105m，并在場地周邊山體進行坡腳人工切坡，形成高約30m～60m的開挖面，坡角約為60°，坡面采用錨桿掛網噴射混凝土防護。

2 滑坡變形特征及形成機制

2.1 滑坡變形特征

2019年7月，生活垃圾焚燒發電及飛灰填埋項目正在進行場地整平、坡腳切坡及上面部分坡面防護，場地南側山體4號坡體出現坡面1號裂縫，滑坡開始發生。2019年10月12日，滑坡變形繼續發展，坡面裂縫繼續出現較大變形。2019年10月18日，4號坡體1號裂縫已經從坡腳發展到坡面頂部，且周邊邊坡也逐步出現坡面裂縫。2019年10月19日深夜至20日凌晨，4號坡坡體出現大的下滑變形，坡面出現大量裂縫，坡體中間出現滑坡臺階，后緣位置出現大面積裂縫區，如圖1所示。

2.2 變形監測數據

2019年10月30日起對滑坡體進行應急坡面變形監測，根據10月30日到11月19日的坡面變形監測數據可以將4號坡體細分為2個小塊，其一是含監測點J07、J16的塊體部分，變形方向為294°方向（西偏北方向），豎向變形為沉降變形；其二是含監測點J01-J06、J09的塊體部分，變形方向為256°方向（西偏南方向），豎向平均變形為上升隆起。應急階段監測數據見表1。

2.3 滑面綜合判定

4號坡體上典型4–4剖面如圖2所示。

根據鉆孔巖芯特性判定剖面上Z11、Z12、Z13、Z14各孔的巖芯特性、巖芯破碎的位置，確定滑面（帶）位置的孔深分別為25.5m、32.0m、30.0m、31.3m。以場地滑坡主滑面（帶）4–4剖面為研究對象，通過回彈儀測得剖面上Z11～Z14鉆孔巖芯的回彈強度值，如圖2所示。同時，通過剖面內各鉆孔抗壓強度曲線可以直觀發現滑帶處巖芯抗壓強度值產生突降，產生這種情況的原因是滑面（帶）由軟弱夾層土或巖層破碎帶形成的，因此抗壓強度較低，而完整巖芯的抗壓強度值均較高。綜合判定，Z11～Z14鉆孔滑帶深度分別為24.80m、31.80m、29.40m及30.30m，滑面主要位于層④2-2與層④3-2的交界面處，4號坡體滑面（帶）如圖2所示。

3 滑坡災害治理與穩定性評價

3.1 滑坡穩定性平面極限平衡法分析

根據確定的滑面（帶），采用滑動反分析方法確定滑面（帶）參數。考慮滑面（帶）的主滑段傾角大約為23°，內摩擦角以23°為上限，分別取23°、22°、21°、20°，采用2019年10月19日坡體出現較大變形時的坡面形態，運用傳遞系數法，工況采用天然工況，求出穩定系數，分析結果見表2。

表2 剖面4–4滑面（帶）抗剪強度反演試算結果表

內摩

擦角 黏聚力/kPa

11 15 19 23 27 31 35 39

20° 0.897 0.916 0.934 0.953 0.971 0.990 1.008

21° 0.944 0.962 0.981 0.999 1.018 1.025

22° 0.973 0.991 1.010 1.014 1.019

23° 1.021

根據表2可知，內摩擦角值變化1°，穩定系數變化0.045～0.047，黏聚力值變化1.0kPa，穩定性系數變化0.004～0.005，表明滑坡穩定性與內摩擦角值關聯度較大。綜合上述分析，滑面（帶）抗剪強度可能的（黏聚力，內摩擦角）組合為（15kPa，22°）、（27kPa，21°）、（35kPa，20°），建議滑面（帶）抗剪強度黏聚力取27kPa，內摩擦角取21°。

3.2 滑坡穩定性綜合分析

研究區域在應急處置階段做了坡腳壓腳和坡面削頂，由于壓腳措施為應急的臨時性措施，并且壓腳部分土坡在暴雨下多處出現坡面流土、局部滑塌以及大量裂縫，因此在現狀整體穩定性評價時考慮坡面削頂而不考慮應急壓腳部分。使用傳遞系數法，分別計算天然工況和暴雨工況，4–4剖面有一定方量的削坡，滑體面積從初始的6249m2降至5204m2，剩余下滑力從原來的13204.9kN降至9214.7kN。4–4剖面計算的天然工況下的穩定系數為1.060，暴雨工況下的穩定系數為0.863，根據《滑坡防治設計規范》（GB/T 38509—2020）可知，天然工況下的整體穩定安全系數建議取1.30，暴雨工況下的整體穩定安全系數建議取1.25，4號坡體處于不穩定-欠穩定狀態。

3.3 數值模擬分析

為了深入了解滑坡體應力變形特征，分析其穩定性，采用FLAC3D軟件對該滑坡進行模擬，為評價其穩定性提供參考。根據研究區域滑坡的地形地貌、地質構造、結構特征及邊界特征等，數值模擬選取代表性剖面4-4'剖面為研究對象建立數值模型，以對滑坡體的應力變形特征進行分析，優化模型，滑坡體采取實體單元，滑坡后緣最高點為150m，X軸長為402m，Y軸寬為50m，模型共設計77345個單元，15163個節點。模型坡面為自由表面，四周及底面采用法向約束，滑坡體基巖采用彈塑性模型，使用摩爾庫倫準則，忽略構造應力作用，只考慮坡體自身重力。

數值模擬時采用邊坡強度折減法，考慮邊坡變形破壞準則，計算得到邊坡穩定性系數為0.99。塑性區分布、最大主應力、剪應變增量、位移增量如圖3所示。

由圖3可知，坡體上出現了明顯的塑形區貫通，由有緣延伸至坡腳高程105m處，說明坡腳開挖后邊坡形成了貫通的滑動面，塑性區主要處于地層④-3與滑坡后緣的坡體上，與鉆孔揭示的深層滑面位置基本一致。邊坡開挖后，伴隨邊坡應力場的重分布，開挖坡面的最大主應力值介于0MPa～0.08MPa，開挖后坡體表面最大主應力增大，地層④-3中最大主應力發生變化，發生應力集中，由開挖前的2MPa～3MPa增至3MPa～4MPa，表明該巖層易發生破壞，產生順層滑動。同時，由圖3（c）可知，開挖后剪應變主要發生在地層④-3和滑坡后緣中，表明發生了順層滑動，開挖面部位最大剪應變值基本為零，高程為117m平臺發生最大剪應變。坡體在重力荷載作用下的水平位移分布如圖3（d）所示，滑體的位移量級為0.01m～0.85m，最大位移約為85.8cm，出現在滑坡的前緣，滑坡臺階附近位移量為65.0cm。

3.4 滑坡發展變化趨勢及危害性預測

研究區在2019年10月19日發生后進行了應急處理，在坡腳做了壓腳處置，并在坡頂做了削坡處理，有效緩解了該滑坡體的繼續滑動。根據應急處置階段的坡面變形監測數據，坡體變形依然存在，整個滑坡體沒有達到穩定狀態。同時，應急處置采取的壓腳為松散土體，本身在暴雨下會逐步滑塌，不能直接作為防護措施使用。因此，滑坡體沒有達到穩定，在暴雨下一方面使壓腳坡體滑塌崩解，另一方面降雨會持續地、間歇性地促使下滑力增大，而使滑坡體變形持續地、間歇性地發展，在經歷一段時間后滑坡體依然存在下滑變形明顯增大的可能性，從而演變成二次滑坡。治理方案建議進行多方案比選，包括削方減載、錨固、支擋（抗滑樁）等多種方案，并包括對反壓部分松散土體進行處理。4–4剖面削方效果預估表見表3，計算結果顯示，削方對天然工況剩余下滑力的降低及穩定系數的提高作用較好，但暴雨工況下仍需采取其他必要的抗滑措施。

表3 4–4剖面削方效果預估表

滑體面積/m2 6249 5204 3509 2680

穩定系數 天然工況 0.999 1.060 1.172 1.324

暴雨工況 0.814 0.863 0.945 1.081

剩余下滑力/kN 13204.9 9214.7 3716.5 1155.3

4 結語

以某山體滑坡為研究對象，對該滑坡進行現場勘察和應急監測數據，從而對滑坡變形特征及形成機制進行分析，采用多種手段綜合判定滑面（帶）并確定滑面參數，采用FLAC3D軟件對該滑坡進行模擬。主要結論如下。1）根據地質勘察及應急監測數據，4號坡體裂縫發展復合滑坡發生特征，從單一裂紋發展為貫通裂縫，并發展成為沉降變形及上升隆起2種塊體。2）采用多種手段確定4號坡體滑面（帶），滑面主要位于層④2-2與層④3-2的交界面處。3）采用傳遞系數法，天然工況和暴雨工況下穩定系數分別為1.060、0.863，滑坡處于不穩定-欠穩定狀態。4）坡腳開挖后塑形區逐步貫通，后邊坡形成了貫通的滑動面，坡體表面最大主應力增大，發生順層滑動，削方對于天然工況剩余下滑力的降低及穩定系數的提高作用較好，但暴雨工況效果一般。

參考文獻

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[2]胡芹龍.川西地區地質災害防治工程效果評價研究[D].成都：成都理工大學，2020.

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