片马镇国门小学滑坡稳定性评价及治理方案研究

李东，杨华舒，周新伟

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明　650093)



片马镇国门小学滑坡稳定性评价及治理方案研究

李东，杨华舒，周新伟

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明650093)

在实地踏勘的基础上，对云南泸水县国门小学滑坡的地质地貌条件以及滑坡体的基本特征进行了详细的分析。在此基础上，运用极限平衡理论对该滑坡的公路段以及整个滑坡体，分3种工况进行了稳定性研究。结果表明：在较为干燥的条件下，各段滑坡体均处于稳定状态，但在强降雨或是地震工况下，则表现为基本稳定-欠稳定状态。为了防止地质灾害发生，结合相关理论提出了治理方案，建议实施支挡和排水工程。

地质灾害；滑坡；稳定性；治理方案

1　前言

我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一[1]。云南地处西南边陲，是滑坡、泥石流等地质灾害的频发地区[2]。泸水县位于云南省西部偏北、怒江傈僳族自治州南部，国门小学位于泸水县片马镇主街北侧的斜坡上。2004年7月由于强降雨天气影响，片马镇所在山梁两侧的斜坡发生了多处小规模滑动变形，造成多处路基下沉、三处木材加工厂的房屋损毁、斜坡上的诸多建筑物毁坏。2008年8月，片马地区遭遇连续强降雨天气，国门小学外侧围墙及过道的水泥地面出现明显裂缝，校园内水泥地坪靠斜坡外侧亦出现较多裂缝。因此，对本区滑坡体的分析研究和有效治理至关重要，直接关系到道路交通以及学校师生的生命财产安全。

2　地形与地质条件

2.1地形地貌分析

研究区位于高黎贡山西部斜坡地带，为典型的河谷切割地貌，恩梅开江及其支流诺昌卡河流经此地，地形切割剧烈，山壑纵横，总体上呈近南北向展布，高程由西南向东北逐渐递增，具有明显的掀斜特征，最高点位于北部山顶，海拔达4 075 m，以恩梅开江江面为最低点，海拔为224 m，高差达3 800 m之多。片马镇以高山峡谷地貌为主，山顶高程在3 000～4 000 m之间，河谷高程约1 500 m，地形高差在1 500 m以上(图1)。

片马镇所在地为一平缓山梁地形，山梁总体呈北东走向。山梁脊部较为宽缓，坡度在5°～10°之间，片马镇集镇顺山梁展布，往南西方向延伸地势渐低，一直延伸至片马河。本次研究的重点区域国门小学即处于主街北西侧斜坡段，整体地形呈阶梯状往南东冲沟方向逐渐抬升。片马公路位于学校北西侧围墙下方，公路高程为1 922 m，公路内侧边坡成陡坎状，公路外侧沿线民房分布。公路下方即木材加工厂冲沟，沟心高程1 881 m，冲沟两侧斜坡相对较陡，地形坡度约20°～25°。地形坡度是影响滑坡稳定的重要因素，且公路内侧形成陡坎，容易在坡脚区域形成应力集中，造成滑坡不利因素。

图1　片马镇国门小学滑坡范围示意图

2.2地层与岩性的影响

片马国门小学区域出露地层由新到老为第四系(Q)、燕山期(γ52)中细粒黑云二长花岗岩。第四系残坡积层(Qel+dl)分布于片马国门小学缓坡平台部位，以含碎石粘土层为主，碎石成分为花岗岩；下部分布为残积层，以含块状碎石土为主，与底部基岩全风化层呈过渡关系，甚至难于区分，厚度不均匀；人工堆积(Q4s)主要分布于片马集镇缓坡山梁地表，为人工堆填土层，物质成分较为混杂，以含碎石粉土层为主，分布不连续，厚度不均。燕山期(γ52)岩浆岩，中细粒黑云二长花岗岩，黑云钾长花岗岩，岩石多呈浅灰色，中-细粒花岗结构，岩石矿物成分主要为钾长石、斜长石、石英、黑云母等。该层风化层较厚，勘察区四周地表出露均为全风化岩层，岩体原岩结构清晰可辨，整体呈散体状结构，锄镐可挖，该层为地下伏基岩层。该地区上部岩土力学指标较低，岩土在降水的情况下极易软化，为滑坡的形成提供了有利条件。

2.3地质构造与地震

本区新构造分区上属于高黎贡山掀斜隆起区，以东即为怒江-龙陵-瑞丽断裂带，外围西侧展布有片马断裂(龙川江断裂北段)，为区域性断裂。区域内虽无褶皱发育，亦无断层发育，但其西侧紧邻的片马断裂对本地区构造及稳定性影响较大。根据调查和对地质构造相似地区进行类比以及相关文献[3]表明，勘查区属地震基本烈度Ⅶ度区，设计地震分组第二组，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为0.15 g。在地震的强烈作用下，岩土的内部结构会发生破坏，原有的结构面张裂松弛；此外，地震多伴随较多余震，在地震力的反复作用下，斜坡岩土更容易发生破坏变形，最终导致滑坡的形成。

2.4水文地质条件

2.4.1松散岩类孔隙水

该类型地下水主要分布在区内残坡积内。由于第四系残坡积层介质富水性较好，雨季期间该层可见稳定的地下水。该类型水主要来源于大气降水，具有短径流、快交替、浅循环的动态特点，其水量随大气降水变化有较大的变幅。在丰水季节有出露,在枯水季节，水位下降，残坡积物中地下水枯干。

2.4.2基岩裂隙水

该类型水主要分布于下层花岗岩的基岩风化裂隙中，由于该层岩性以花岗岩为主，浅部风化裂隙频率大，张开度及连通情况较好，因而在地表浅部构成了一定的储水空间。该类型水主要接受大气降水补给，但片马地区雨季时间长，气候湿润，且植被覆盖率高，该层内地下水变幅不大。此外在勘查区外围常有泉水点出露。

地下水是导致斜坡滑塌的重要因子之一。一方面在地下水的作用下，岩土容重加大，同时会被软化或溶蚀；另一方面，地下水会对岩土体产生静水压力、加大动水压力以及浮托力，促使岩体下滑，斜坡稳定性下降。

2.5不良地质现象

2008年以前，国门小学前缘公路已经开挖，一直未进行支护，形成高度为4～5 m斜坡，开挖致使斜坡前缘原始地貌被改变，形成了人为岩土边坡，降低了斜坡的稳定性。另外区域内建筑物相对密集，且为多层楼房建筑，整体挖填方厚度不大，规模较小，但场地人为改造较大，场地多经过人工平整挖填。

片马国门小学滑坡其前缘部位大致在环镇公路内侧坡脚，高程约1 922 m，沿公路宽约163 m。后缘即在学校内靠围墙侧，高程约1 934 m，相对高差12 m。后缘拉张裂隙较为明显，但前缘未见剪出破坏迹象，亦未见边坡垮塌迹象。据张裂缝及地表变形调查结果，确定主变形方向为318°。

滑坡区后缘地面发育较多拉张裂缝，这些拉张裂缝走向大多呈北东向，缝宽0.5～3 cm不等，尚未见有明显阶状错台，裂缝倾角一般大于45°，延伸长度3～10 m不等。对地面的破坏主要表现为水泥地面的开裂，无地表松弛下陷。

综合上述，在公路开挖形成斜坡并未进行支护条件下且受到边坡上部建筑荷载作用，极易形成坡脚的剪切破坏，进而扩大后缘的拉张裂缝，最终导致斜坡破坏或滑塌。

3　滑坡体研究

3.1空间形态分析

片马国门小学滑坡的特征不具典型性，调查未发现前缘有明显的剪出口和地面隆起，且其侧缘剪切错动亦不明显，亦未发现其有明显的后缘陡坎发育等变形迹象，斜坡变形主要表现在学校内场地水泥地坪和部分围墙的开裂变形，滑坡平面呈宽短扇形。其前缘部位大致在环镇公路内侧坡脚，高程约1 922 m，沿公路宽约163 m。后缘即在学校内靠围墙侧，高程约1 934 m，相对高差12 m。后缘拉张裂隙较为明显，但前缘未见剪出破坏迹象，亦未见边坡垮塌迹象。据张裂缝及地表变形调查结果，确定主变形方向为318°。

滑坡区后缘地面发育较多拉张裂缝，这些拉张裂缝走向大多呈北东向，缝宽0.5～3 cm不等，尚未见有明显阶状错台，裂缝倾角一般大于45°，延伸长度3～10 m不等。对地面的破坏主要表现为水泥地面的开裂，无地表松弛下陷。片马国门小学变形体纵长约25 m，横宽平均160 m，平面面积约4 000 m2，潜在滑体平均滑体厚度约5.5 m，总体积2.2×104m3，属于小型浅层土质滑坡。

3.2滑坡物质的组成及结构特征

3.2.1滑体

片马国门小学滑坡的滑体自上而下由含碎石人工填土、坡积粘土层和坡残积含块石碎石土层组成。

地表层为人工填土层，物质成分混杂，为含碎块石杂填土。厚度0.5～2.0 m不等，主要分布在片马镇集镇范围内，该层表层多为硬化地坪混凝土层。

人工填土层以下为原始斜坡上堆积的浅褐色、灰色含腐殖质粘土，潮湿，可塑，分布不均匀，挖方地段该层多被清除，其厚度0.5～1.5 m不等。

下部为浅灰、灰黄色含块石碎石土层，潮湿，中等密实。所含碎块石多呈次圆状，多为强风化花岗岩，粒径一般1～4 cm，占土体总量约1%～5%。该土层主要分布于山梁顶部区域，斜坡段钻孔未揭露该层。

3.2.2滑带

由于滑坡体变形幅度小，并未形成滑面和滑动带层。通过地面工程地质测绘及钻孔、探坑揭露，也未发现明显的滑坡滑面和滑动带层。经综合分析推测片马国门小学斜坡将来有可能的变形为圆弧形滑动，滑动剪切面可能发育在浅层坡积及残积层土层中。

3.2.3下伏基岩

4　滑坡体的稳定性评价

4.1定性讨论

上述研究表明，人类工程活动(公路边坡开挖)是其产生的主导因素，大气降雨是片马国门小学变形体发展的诱发因素。片马国门小学滑坡属地表坡积层土向临空侧松动变形。变形体纵长约25 m，横宽平均160 m，平面面积约4 000 m2，可能的潜在滑体厚度约5.5 m，总体积约2.2×104m3，根据对滑坡的规模等级评定标准，属于小型浅层土质滑坡。推测滑坡变形方式为局部圆弧形剪切破坏，对地表破坏主要表现为学校外围侧边坡垮塌，继而牵引后部斜坡体变形。滑坡总体变形以松弛变形为主，无明显滑面，滑坡体整体现状为基本稳定状态。

4.2计算分析

4.2.1计算模型及工况

通过勘查，选取2条对应主变形方向的Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′工程地质剖面，分别对其整体和公路局部分，在自然、暴雨以及偶然3种工况条件下进行分析，偶然工况主要考虑地震因素(图2～图5)。计算采用的地震动峰值加速度为0.15 g，考虑0.25地震作用效应折减系数。

由于滑坡体上的建筑物较密集，房屋多为1～4层的砖混结构，在稳定性计算分析时，地表荷载在建筑范围内按每单层建筑物10 kN/m取值。由于变形体并未形成完整连续滑面，本工程计算依照地表变形确定边界区间，滑移面简化为圆弧形滑面，采用一般条分法计算，进行潜在最危险滑面搜索。

Fs=

式中，Ci为第i计算滑块滑面黏聚力标准值(kPa)；φi为第i计算滑块滑面摩擦角标准值(°)；Li为第i计算滑块的滑面长度(m)；θi为第i计算滑块的滑面倾角(°)；A为地震加速度；Wi、Wbi分别为第i计算滑块单位宽度岩土体自重(kN/m)、滑体地表建筑物的单位宽度重量(kN/m)。

4.2.2计算条件及参数选取

稳定性计算参数通过实验取得，同时考虑野外取样时对试样的干扰较大，室内试验制样时对试样的干扰也比较大。因此本次滑坡计算参数同时参考该地区同类岩土层的物理力学参数经验值，具体参数见表1。

表1　稳定性计算参数取值综合确定

图2　　剖面Ⅰ-Ⅰ′公路边坡计算简图

4.3综合评价

按上述3种工况对片马国门小学滑坡稳定性进行了计算，每一个计算模型均针对斜坡整体稳定性及环镇公路边坡局部不利地段稳定性采用自动搜索最危险滑面计算，根据滑坡稳定性分级表[4，5]对稳定性进行综合评价，结果如表2。

图3　Ⅰ-Ⅰ′整体边坡计算简图

图4　Ⅱ-Ⅱ′公路边坡计算简图

图5　Ⅱ-Ⅱ′整体边坡计算简图

计算目标剖面编号工况安全系数1.10稳定系数评价结果整体稳定性Ⅰ-Ⅰ'Ⅱ-Ⅱ'11.170稳定21.160稳定31.128基本稳定11.435稳定21.430稳定31.377稳定公路边坡稳定性Ⅰ-Ⅰ'Ⅱ-Ⅱ'11.070基本稳定21.037欠稳定31.054欠稳定11.158稳定21.087基本稳定31.113基本稳定

稳定性计算的结果表明：片马国门小学整体斜坡在天然状态条件下处于稳定状态，暴雨状态下处于稳定状态，地震状态下处于基本稳定状态。其环镇公路边坡段在天然状态条件下处于基本稳定-稳定状态，暴雨状态下处于欠稳定-基本稳定状态，地震状态下处于欠稳定-基本稳定状态。

5　防治方案研究

5.1滑坡体的发展趋势

我国目前高校对于管理类人才的培养一般都是理论大于实践的，特别是对于安全工程管理这一课程的学习，一方面，在进行实际管理规划之前，的确需要有扎实的基础管理知识培训，否则的话，根本没有管理工作进行的可能。另一方面，就安全工程管理来说，其本身就十分繁琐。在进行安全工程管理规划之前，必需要先到现场进行勘测，而且要对相关单位的安全措施有一个较为深入的了解。但是如果学校要使学生进行实践工作的话，会面临很大的困难。首先就需要大量的资金投入，才能保证学生能够进行实践操作；其次，很多建设单位对于这种实践活动是十分排斥的，他们往往出于“多一事不如少一事少一事”的想法，拒绝学校的实践活动。

片马国门小学斜坡变形主要为人类工程活动诱发，在强降雨及人为改变土体含水条件下加剧变形。斜坡整体处于稳定状态，不利条件下局部斜坡欠稳定。如再遇较长期强降雨或外来因素扰动，变形体将进一步松动变形，若变形体进一步滑动，其后缘斜坡及其上部建筑物将会沿倾斜的拉剪面陆续发生牵引变形，滑坡范围将进一步扩大，产生更大的危害。

5.2防治方案建议

由于片马国门小学滑坡变形体所影响的人数多、涉及的建筑物财产较大，虽然变形体并未产生剧烈变形，主要建筑物未受破坏，斜坡现阶段整体处在稳定状态，但鉴于欠稳定段为公路开挖边坡局部区域，还是建议采用工程治理方案处理，避免不必要的损失。片马国门小学滑坡变形体治理，应根据地形地质条件、稳定性影响因素来综合考虑，并应贯彻以下原则：

(1) 预防为主，防治结合；

(2) 综合治理与长期监测相结合；

(3) 支挡工程与排水工程相结合。

5.2.1支挡工程

根据滑坡的稳定情况、纵向剩余下滑力的大小及分布,采用支挡进行防治。用挡土墙进行支挡,挡土墙建议设置在环镇公路内侧直接对公路边坡形成支护。同时在公路内侧以及公路下坡面适当设置抗滑桩，但不宜采用大型抗滑桩。

5.2.2排水工程

水是诱发滑坡的主要因素，治理滑坡最为关键之一就是对水的治理，所以排水工程对滑坡的稳定性起十分重要作用。建立并完善学校内外地表排水系统，对现有明、暗水沟作修补、防渗处理，对排水能力不足的水沟重新规划改造。

6　结论

综合分析得到片马国门小学变形体为土质边坡的松弛变形，为可能沿圆弧面滑动的土质边坡。现阶段边坡并未形成滑面，后部拉裂缝较多，但位移小。变形体纵长约25 m，横宽平均160 m，平面面积约4 000 m2，钻孔揭露潜在滑体平均滑体厚度约5.5 m，总体积2.2×104m3。该地区现阶段总体处于稳定状态，但是当遇到强降雨或者地震工况时，则该边坡极有可能失稳。因此，应及时采取措施对其进行综合治理，以免造成不必要的损失。

[1]曹修订，阮俊，等.GIS技术在地质灾害信息系统的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2007，18(3):112-115.

[2]舒杨君，杨生斌，刘玉萍，等.云南省江城县茶园沟滑坡特征分析及诱因探讨[J].西部探矿工程，2009，3(10)：36-38.

[3]中华人民共和国建设部．岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S]．西安：中国建筑工业出版社,2009.

[4]中华人民共和国国土资源部．滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ/T0219-2006)[S]．北京：中国标准出版社，2006．

[5]中国国家标准化管理委员会．滑坡防治工程勘查规范(DZ/T0218-2006)[S].北京：中国标准出版社，2006．

STABILITY EVALUATION AND CONTROL MERHODS OF GOU MEN ELEMENTARY SCHOOL LANDSLIDE IN PIAN MA

LI Dong，YANG Hua-shu，ZHOU Xin-wei

(College of Land and Resources Engineering，Kunming Uinversity of Sinence and Techology，Kunming650093，China)

On the basis of field reconnaissance，this article analysis the geological and topographical conditions and basic characteristics of Guo Men elementary school landslide in Yunnan Lushui County. On this basis，the limit equilibrium theory is used to analysis the stability of the road section and the landslide in three conditions.The results show that each section of the landslide is in stable state in the condition of dry，but basically stable or unstable state in the condition of heavy rainfall and earthquake.According to relevant theory，support and drainage works should be taken to prevent the occurrence of geologicaldisasters.

geologicaldisasters；landslide；stability；Treatment method

1006-4362(2016)03-0007-06

2016-02-16改回日期：2016-03-20

国家自然科学基金(41462013；51069003；50869003)

P642.22

A

李东(1990-), 男, 汉族, 四川内江人, 硕士研究生，研究方向为灾害地质。E-mail: 734894122@qq.com