河北省尚义县下马圈乡滑坡基本特征及防治措施

宫凤梧

(河北省地矿局第三地质大队,张家口　075000)



河北省尚义县下马圈乡滑坡基本特征及防治措施

宫凤梧

(河北省地矿局第三地质大队,张家口075000)

摘要：冀西北地区是湿陷性黄土广泛分布的地区之一，受地形切割的影响，形成了众多的黄土直立边坡，对当地人民的生活及出行造成了一定的影响。本文以下马圏滑坡为例分析了黄土地区滑坡的基本特征及其变形机制，并通过瑞典条分法和传递系数法对滑坡体的稳定性进行了分析计算，结果表明黄土地区滑坡以黄土内部的圆弧滑动为主。通过采取拦挡、削坡等一系列治理措施，该滑坡体目前处于稳定状态，治理工程取得了良好的社会、经济和环境效益。本文前提是黄土下伏地层为硬质岩石的情况，当为软岩时需另作分析。

关键词：滑坡；瑞典条分法；传递系数法

1概况

下马圈乡滑坡位于尚义县下马圈乡下马圈村西南侧，尚义县县城东南方向31.5 km。属冀西北深山区，地形复杂，沟壑纵深，海拔高度1 060～1 751 m。交通条件一般。该滑坡主要威胁当地居民53户200人,房屋113间，耕地约1 hm2，坡树700棵，估算其直接经济损失约3 000万元，此外还将严重影响下马圈乡经济发展。

2滑坡体基本特征

2.1滑体特征

该滑坡位于乡政府西侧，为黄土斜坡，东西长约50 m，南北宽约100 m，最高点高程约1 243 m，前缘高程约1 221 m，高差约22 m，主要为风-洪积黄土。滑坡体平均厚12～20 m，滑坡体面积4 900 m2，体积约7.84×104m3，属小型黄土滑坡。滑坡体空间上分布不均匀，厚度也不均一，南北两侧较厚，中间为一黄土洼地，厚度较薄，滑坡顶面有小型陡坎，滑坡剖面形态呈阶梯状，前缘有错落台阶和小规模崩塌。滑坡体上植被覆盖较差，后缘裂隙已被人工充填。

2.2滑床特征

滑坡的滑床为侏罗系下花园组及南大岭组砂岩[1]，分布于整个滑坡范围内，红褐色，碎屑颗粒具粒径多小于0.1 mm，滑床基岩产状15°∠30°。上部岩层风化较严重，全风化厚度一般小于0.5 m，透水性较强。中风化岩层较厚，钻探岩心RQD一般为10～30。

2.3滑动带特征

该滑坡没有发现明显的滑动面，下伏基岩产状15°∠30°，滑坡轴向120°，主滑方向为65°，主滑方向与下伏基岩产状不重合，且土石结合面处岩性为碎石土，碎石含量较高，其抗剪强度较高；该滑坡在2004年8月13日、2007年8月23日、2009年9月25日曾多次发生小型土体滑塌灾害，发生时均为前缘土体的小规模崩塌，故滑动面不在土石结合面处。通过对现场勘查成果和滑坡形态特征的分析，下马圈滑坡成因为前缘临空面卸荷，上覆松散层沿内部不利结构面而产生滑动面，滑带在黄土状粉土层内，滑坡土体沿黄土体内的不稳定结构面产生滑动。前缘人类工程活动导致前部黄土体失稳崩滑，进而导致后部土体失稳，诱发滑坡的产生。

3滑坡体稳定性分析

下马圈滑坡滑体主要为黄土状粉质粘土，该土层的垂直节理裂隙发育，由于滑坡的前缘产生了较高的临空面，且滑坡后缘已经出现张拉裂隙，故黄土状粉质粘土内存在滑动面或破裂面，形态为近圆弧状。下伏基岩为砂页岩，产状15°∠30°，滑坡轴向120°，主滑方向为65°，主滑方向与下伏基岩产状不重合，故在黄土状粉质粘土和下伏砂页岩接触面上有存在滑动面的可能，形态为折线型。故对滑坡的稳定性分析应分别对两种可能的滑坡形态分别进行分析判断。

3.1计算模型与工况

(1) 计算剖面的选取

本次分析在滑坡体内取一典型剖面进行计算，计算方式分别按瑞典条分法和传递系数法计算滑坡的稳定性。

(2) 计算工况的选择

工况1(天然工况)：自重+地下水；

工况2(饱和工况)：自重+地下水+暴雨；

工况3(地震工况)：自重+地下水+地震。

3.2滑坡岩土体物理力学参数取值

根据《河北省尚义县下马圈乡下马圈滑坡勘查报告》，工况1(天然工况)和工况3(地震工况)采用天然重度、天然内摩擦角和天然粘聚力，工况2(暴雨或持续降雨工况)采用饱和重度、饱和内摩擦角和饱和粘聚力。计算选取滑带土的天然重度16.0 kN/m3， 饱和重度19.7 kN/m3；天然粘聚力C为11.0 kPa，天然内摩擦角φ为13.5°；饱和粘聚力C为10.0 kPa，饱和内摩擦角φ为13.0°。

3.3计算方法的确定

下马圈滑坡存在两种形态分别为黄土状粉质粘土内部的圆弧滑动和黄土状粉质粘土与下伏岩层接触带的折线滑动。当计算圆弧滑动时其计算模型和公式应采用瑞典条分法或简化Bishop法计算其稳定性与剩余下滑推力。当计算折线型滑动时其计算模型和公式应采用传递系数法计算其稳定性与剩余下滑推力(图1)。

图1　滑坡计算模型示意图

(1) 瑞典条分法[2]

采用该法时，应选取单位宽度的土条，计算中应将滑动面以上土体分成等宽土条，条分间距为1 m，滑动面切线为水平线的土条编号为0，向上依次正向排序，向下依次负向排序。本次计算对于滑动面的选择采用软件自动搜索法。

具体计算公式如下：

Kf=

(1)

(2)

(3)

(4)

Ri=Nitanφi+cili

(5)

Ti=Wisinθi+Pcosθi

(6)

Ni=Wicosθi-Psinθi

(7)

Wi=Viγ+Fi(天然或地震工况)或Wi=Viγsat+Fi(暴雨工况)

(8)

Pi=KTi+ψiPi-1-Ri(天然或地震工况)或 (暴雨工况)

(9)

式中，Ks为滑坡稳定性系数；ψi为传递系数；Ri为第i计算条块滑体抗滑力(kN/m)；Ti为第i计算条块滑体下滑力(kN/m)；Ni为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力(kN/m)；ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值(kPa)；φi为第i计算条块滑带土的内摩擦角标准值(°)；li为第i计算条块滑动面长度(m)；Wi为第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和(kN/m)；θi为第i计算条块底面倾角(°)，反倾时取负值；Vi为第i计算条块单位宽度岩土体的体积(m3/m)；γ为岩土体的天然重度(kN/m3)；γsat为岩土体的饱和重度 (kN/m3)；Fi为第i计算条块单位宽度所受的地表荷载(kN/m)；Pi为第i计算条块的剩余下滑推力(kN/m)，作用于分界面的中点；K为滑坡推力安全系数，本次计算分别取K=1.05(天然工况)、1.05(地震工况)、1.20(暴雨工况)。

(2) 传递系数法[3]

根据尚义县下马圈滑坡变形破坏模式分析，当滑坡沿岩土界面附近和碎石土内部形成滑动带时，其滑面结构为折线型(图2)。

图2　计算模型概化图

具体计算公式如下：

(10)

ψj=cos(θi-θi-1)-sin(θi-θi-1)tanφi + 1

(11)

(12)

Ri=Nitanφi+cili

(13)

Ti=Wisinθi+Pcosθi

(14)

Ni=Wicosθi-Psinθi

(15)

Wi=Viγ+Fi(天然或地震工况)或Wi=Viγsat+Fi(暴雨工况)

(16)

Ei=KTi+ψiEi-1-Ri(天然或地震工况)或 (暴雨工况)

(17)

式中，Fs为滑坡稳定性系数；ψi为传递系数；Ri为第i计算条块滑体抗滑力(kN/m)；Ti为第i计算条块滑体下滑力(kN/m)；Ni为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力(kN/m)；ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值(kPa)；φi为第i计算条块滑带土的内摩擦角标准值(°)；li为第i计算条块滑动面长度(m)；Wi为第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和(kN/m)；θi为第i计算条块底面倾角(°)，反倾时取负值；Vi为第i计算条块单位宽度岩土体的体积(m3/m)；γ为岩土体的天然重度(kN/m3)；γsat为岩土体的饱和重度 (kN/m3)；Fi为第i计算条块单位宽度所受的地表荷载(kN/m)；Ei为第i计算条块的剩余下滑推力(kN/m)，作用于分界面的中点；K为滑坡推力安全系数，本次计算分别取K=1.05、1.05、1.20。

3.4滑坡稳定性计算结果

(1) 圆弧滑动时计算结果

当土体内部形成圆弧状破裂面时，按瑞典条分法进行稳定性计算结果见表1。

表1　瑞典条分法稳定性计算成果表

(2) 折线滑动时计算结果

当土体与下伏岩层接触面形成折线状破裂面时，按传递系数法进行稳定性计算结果见表2。

表2　传递系数法稳定性计算成果表

3.5稳定性综合评价

滑坡稳定状态应根据其稳定系数按表3确定。

表3　滑坡稳定状态分级表

经对比分析，当滑坡体沿岩土界面形成滑动带整体滑动时，滑坡在三种工况下均处于稳定-基本稳定状态。黄土状粉质粘土处于不稳定状态，在其内部易形成圆弧滑动面。

4防治措施

治理工程主要为“挡墙工程+削坡工程+排水工程+绿化护坡工程”，治理工程设计方案如下。

(1) 挡墙工程

该滑坡局部前缘高度达11 m，且滑坡体局部地段已出现张拉裂缝，滑坡体稳定性差。为有效防护滑坡体对乡政府及个别居民的威胁，应在滑坡体前缘设置浆砌石重力式挡土墙，长度为100 m。

(2) 排水工程

在挡土墙内侧顶部设置一道排水明沟，宽度为1 m，底部为10 cm的C15细石混凝土护面，向坡脚延伸的长度为1 m，该明沟由南向北的坡降为5‰。为了减少暴雨入渗对滑坡稳定性的影响，在滑坡后缘设置一道横向截水沟，该截水沟至治理工程的南北边缘顺坡而下与挡墙后明渠相接，在治理工程北端，为本次治理工程的排水总出口，该出口渠道顺北侧边坡而下，做成跌水状，在进入地面后做成“八”字形，同时底面应做成护袒，以防止冲刷和淘蚀。截水沟断面为梯形。

(3) 削坡工程

沿设计坡脚线(南端标高1 225.5 m，北端标高为1 225 m)处开始以1∶2.5的坡比进行削坡。主要工作内容为：对南北两段进行挖方削坡，对中部低洼处进行人工夯填处理。

(4) 绿化护坡工程

对削坡后的斜坡坡面进行绿化护坡，采用种植裸根紫穗槐的措施，坡面种植紫穗槐的株距为0.5 m，行距为0.5 m。

5结论

(1) 尚义县下马圈滑坡属于典型的黄土滑坡，其规模属于小型滑坡。

(2) 经过现场勘查及分析研究，该滑坡可能的破坏形态有两种，其一为黄土状粉质粘土内存在的圆弧型滑动，其二为黄土状粉质粘土和下伏砂页岩接触面上存地的折线型滑动。

(3) 通过理论计算，该滑坡发生圆弧滑动较发生折线型滑动的可能性高得多。

(4) 该滑坡治理工程主要采用了拦挡、削坡、截排水和绿化护坡等措施，竣工已有5 a时间，取得了良好的经济、环境和社会效益。

参考文献

[1]刘鹤峰，等.河北省地质矿产环境[M].地质出版社，2006，11.

[2]常士骠，张苏民，等.工程地质手册[M].中国建筑工业出版社，2007，02.

[3]中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程勘查规范(DZ/T 0218-2006)[S].北京：中国标准出版社,2006.

THE FEATURES AND PREVENTIVE MEASURES OF THE XIAMAJUAN LANDSLIDE IN SHANGYI COUNTY OF HEBEI PROVINCE

GONG Feng-wu

(The 3rd Brigade of Goology of Hebei Province Exploration and Development Bureau of Geology and Mineral Resource,PRC,Zhangjiakou075000,China)

Abstract:The collapsible loess in the northwest of Hebei Province form numerous vertical slopes because of the cut of the terrain, which effects the life of the local people. This article analysis the basic features and the deformation mechanism of the landslides in the loess region, also calculating the stability of the landslide body by the Sweden slice method and the Transfer coefficient method by the example of the Xiamajuan landslide. The results show that the landslides in the loess region are mainly circular sliding. By landslide dams and the slope cutting, the Xiamajuan landslide is stable currently. The regulation project has got good social, economic and environment effects. The premise of this article is that the substrata of the loess is hard rocks but not soft rocks.

Key words：landslide; the Swedish slice method; the transfer coefficient method

文章编号：1006-4362(2016)02-0001-04

收稿日期：2016-02-12改回日期：2016-04-17

中图分类号：P642.22

文献标识码：A

作者简介：宫凤梧(1976-)，男，注册岩土工程师,主要从事水文地质调查与评价、水资源论证、矿区水文、矿山环境以及地质灾害防治方面的研究。E-mail：gfw15830301682@126.com