安徽金寨红土地纺织厂滑坡稳定性分析及治理工程建议方案

黄德国，朱义，沈弘毅

（安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安 237000）

0 引言

金寨县地处大别山区核心地带，境内地层古老，岩浆多期侵入，构造复杂，断裂发育，岩体风化程度大且破碎，生态及地质环境较全省其他县区脆弱，是安徽西部地质灾害重点防治县，县内滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害点多面广[1]。红土地纺织厂滑坡虽规模不大，因其发育形态良好，特征要素齐全，2013年被安徽省地勘局设为“地质环境勘查技能大赛”野外考场。依托《安徽省金寨县1∶50000地质灾害调查》项目，对红土地纺织厂滑坡进行了详细勘察，分析其形成机理并判定其稳定性，更深入地认识该滑坡地质灾害，有利于提出更合理的治理方案。

1 自然地理及地质背景概况

金寨县位于安徽省西部，六安市西北缘，处于鄂豫皖三省交界地带。气候湿润，四季分明，春秋短冬夏长，梅雨显著，降水集中[2]。据金寨气象资料统计，多年平均降水量为1409.7mm，降水集中在6～8月份，占全年降水量的51%以上，也是地质灾害集中发生的时间。

金寨县地势总体西南高、东北低，地貌类型多样，以中低山、丘陵为主，平原较少[3]。县境大部分地区山峰环绕，地形起伏，山势陡峻，河谷深切高差达300～400m，平均坡度35°左右，极易发生地质灾害。

金寨县属构造秦岭地槽褶皱系的桐柏-大别造山带，区域桐柏-桐城断裂带（逆断层为主）从境内横穿而过，构造极其复杂[4]。地层跨华北、华南两个地层大区，并以华南地层为主。境内出露地层以新太古代大别杂岩、新元古代佛子岭岩群、晚古生代梅山岩群以及各期侵入岩为主，风化程度大，岩体破碎；中生代晚侏罗世及晚白垩世地层多分布在新老县城以北；新生代古近系、新近系、第四系仅在河流两侧有少量分布[2]。

红土地纺织厂滑坡范围出露地层为中生界中侏罗系三尖铺组砂岩和新生界松散堆积物。三尖铺组岩性以中厚层砂岩为主，产状为100°∠20°，发育两组节理，产状分别为60°∠64°和30°∠40°，局部夹薄层砾岩，表层为残积物覆盖，残积物以棕黄色黏土为主，结构松散，厚0.5～1m，含少许碎石，黏性较好，并含大量植物根系。

滑坡体物质中，表层为棕黄色黏土，混少量碎石，结构松散，含植物根系；下部主要是破碎的强风化三尖铺组砂岩并混杂少许的黏土及砾石颗粒等，较密实，局部可见架空现象，呈碎块状，具明显的扰动痕迹，产状较混乱，裂隙十分发育。碎石粒径10～50mm。

2 滑坡特征

2.1 滑坡形态特征

滑坡位于金寨新县城北部红土地纺织厂西侧山坡，为丘陵地貌。山顶高程113.9m，坡脚高程73m，整体坡向70°，原始坡度约18°，整体较缓，开挖临空面坡度约65°，滑坡体位于坡脚地带。滑体长约43m，总宽度73m，平均厚度为3.5m，总面积约2597m2，总体积约1.0×104m3，属小型岩质推移式滑坡，形成于2012年6月，虽规模不大，但形态特征明显。该滑坡后缘滑壁清晰且陡倾，坡体植被凌乱，岩土体破碎，滑体中后部可见多处横向拉长裂隙，部分裂隙被填埋，裂隙可见宽度约0.1～0.4m，可见深度约0.2～0.5m。部分滑坡体前缘部分被清除，形成高陡坎，降雨期间，坡脚可见浑水渗出，说明该滑坡稳定性差，仍处于活动阶段，威胁厂区安全（图1）。

图1 厂房与滑坡相对位置图Figure 1. Relative location of the mill and landslide

该滑坡主要由两部分组成，即①号主滑体（已滑动，有滑移面）和②号变形体（未滑动，有裂隙），整体呈M型弧状。主滑方向约90°，基本为顺坡向，坡度约25°，滑坡全貌如图2所示。

图2 滑坡全貌图Figure 2. A full view of the landslide

①号主滑体长约40m，宽约56m，平均厚约4m，体积约8960m3。呈台阶状，平面呈弧形；后缘及侧壁圈椅状地形明显（图3），后缘陡坎约3m，侧壁陡坎约0.3～1m；主滑方向约90°，滑坡总体坡度约30°，局部平缓处约15°。该滑坡滑移面有2 个，分别为主滑面和次滑面（图5）。

②号变形体约21m，宽约17m，平均厚约3m，体积约1071m3，斜坡顶部存在多处拉张裂隙，最大裂隙宽5～12cm，长约1m，深约0.8m，为卸荷时形成，未见扩张痕迹。斜坡岩石以剥、坠落块石为主，并形成体积约2.5m×0.8m×1m的直立危岩体。

图3 滑坡后缘滑壁Figure 3. The trailing edge of the landslide

2.2 滑体特征

滑体物质简单，主要是破碎砂岩，上部为少量的残积土，土质为黏土混少许碎石，滑床为侏罗系三尖铺组浅黄色中—微风化完整砂岩，厚层状。其特征如下：

①黏土：黄褐色、红褐色，厚0.1～0.5m，全场分布。黏粒含量较高，可塑性好，含水量大，且沿拉张裂隙发育较多的土洞。含少量的碎石，成分以砂砾石为主，有一定磨圆。粒径约1～5cm。分布在滑坡边界范围内，属于全新统滑坡堆积层（Qhdel）。

②砂岩：黄褐色、灰色，较破碎的强风化层厚度约0.5～8.6m，较密实，局部可见架空现象，呈碎块状，具明显的扰动痕迹，产状发生变化，裂隙十分发育。碎块粒径达10～50cm。较完整的中风化层，产状约100°∠20°，发育两组节理，产状分别为60°∠64°和30°∠40°，局部夹砾岩。岩块强度较低、且易沿节理面开裂，遇水软化严重。

为查清该滑坡物质组成及滑动面埋深，勘察期间共布置3条剖面，7个钻孔。ZK2揭示滑体厚度3.6m，主要为含大量碎石的黏土；ZK3 揭示滑体厚度9.0m，表层为0.4m 厚黏土，其余为破碎砂岩；ZK5 揭示滑体厚度3.3m。

2.3 滑面（带）特征

主滑面（带）为基本顺坡向卸荷引起的断层，次级滑面从中部陡坎开始发育，向下延伸并与主滑面相接。由A-A′剖面线钻孔揭露情况可以看出，ZK3 于深度8.8～9m 范围内可见砂岩的破碎带，破碎带上下岩体较为完整，岩心呈短柱状。

在A-A′剖面线南侧，即滑坡体的右侧边界，可以清楚地看到部分滑动带，滑动带长约7.5m，宽约0.1m，滑移面两侧可以看到明显的挤压、错动及岩块的架空迹象，其物质组成为可塑黏土(图4)，局部可见明显擦痕。根据滑移面的产出状况，可知该滑坡为一岩质滑坡。滑动带两侧均为破碎的砂岩。

图4 滑坡右侧界线出露的滑动带Figure 4. The sliding zone exposed at the right boundary of the landslide

2.4 滑床及剪出口特征

根据钻孔揭示，滑床为顺坡倾向中—微风化砂岩，局部夹中薄层砾岩，发育两组节理，其裂隙较发育。此类岩石的抗风化能力较差，在雨水作用下，岩石容易软化且容重增加，易诱发滑坡灾害。该滑坡的剪出口位于滑坡前缘与下方水泥路相接的坡趾处。

2.5 滑坡成因分析

该滑坡的形成主要受切坡建房、地形、地层条件的控制，近期的活动主要受下面两个因素的影响：一是人类工程活动。斜坡体前缘被开挖形成约60°陡坡（临空面），且未进行支护，卸荷后在重力势能作用下，原坡体上方形成了较多的拉张裂缝，并逐步贯通形成断裂，这是滑坡形成的主要原因。此外，坡体上部植被遭到破坏，表层残积土体因扰动变得松散，形成大量空隙，为雨水的入渗提供了更多的通道。二是地表水入渗。主要以强降雨入渗为主，雨水通过孔隙、裂隙进入岩土体后，一方面增加了相应岩土体的容重，即增加了下滑力；另一方面断层面下基岩为中—微风化砂岩，透水性相对较差，在滑带形成潜流，且软化滑带土体，使滑带土由干燥时的硬塑状态转为饱和时的流塑状态，极大的降低了c值和φ值，即减小了摩擦力，稳定系数急剧减小，使原本处于极限平衡状态的土体产生蠕变，进而发展成滑坡。

3 滑坡稳定性分析与工程治理建议方案

由定性分析可见，该滑坡目前整体稳定性较差。为了保证该滑坡下方厂房及来往行人车辆安全，需对该滑坡进行治理。为了选择经济可行的治理方案，需进行定量分析，计算该滑坡的稳定系数和剩余推力。由于该滑坡为浅层岩质滑坡，滑面为差异风化面，其滑面的形状为折线型，并不是光滑圆弧型，因此采用基于极限平衡理论的Janbu法进行稳定性系数计算。

3.1 计算剖面的选取

（1）滑坡稳定分析和计算选取的剖面为A-A′剖面、B-B′剖面与C-C′剖面，剖面示意图分别如图5、6、7 所示，其剖面特征如前所述。滑面埋深由钻孔资料揭露和分析推算综合确定。

图5 A-A′剖面计算示意图Figure 5. Calculation diagram of the A-A＇section

图6 B-B′剖面计算示意图Figure 6. Calculation diagram of the B-B＇section

图7 C-C′剖面计算示意图Figure 7. Calculation diagram of the C-C＇section

（2）针对红土地纺织厂滑坡变形破坏的特点，分别对选定的剖面按“天然”状态、“天然＋地震”状态、“饱和”状态[5]共3种工程状况，计算其稳定性系数。

3.2 计算参数

滑坡体主要成分为黏土（表层）、破碎砂岩（下部），钻孔揭露的滑带土厚度很小，无法取心，故未取滑带土样，因而滑面不赋属性。地震参数选取：地震烈度为6度，水平地震动峰值加速度采用0.05g。其他计算参数根据室内试验（砂岩）和经验参数（碎土、黏土）综合确定，如表1所示。

表1 滑坡岩土体计算参数Table 1.Calculation parameters for the rock and earth mass of the landslide

3.3 计算结果及分析

对3 条剖面按设定的岩土参数和强度指标，通过计算，得到各剖面在不同工况下的稳定系数（见表2）。由计算结果可知，3 条剖面在“天然”状态下稳定性系数分别为1.09、1.20、1.54，均大于1.05，即滑坡整体在“天然”状态下处于基本稳定状态。在“天然＋地震”状态下稳定性系数分别为1.02（大于1，小于1.05）、1.08、1.45，即A-A′剖面处于欠稳定状态，其余2条剖面处于基本稳定状态。在“饱和”状态下稳定性系数降低很多，分别为0.95、1.01、1.29，相应的稳定性状态为不稳定、欠稳定、基本稳定，即A-A′剖面已发生破坏，B-B′剖面局部发生破坏，C-C′剖面局部可能发生微小的蠕变形。

表2 不同工况稳定系数计算结果Table 2. Calculation results of stability coefficients under different conditions

通过极限平衡法的分析结果表明，红土地纺织厂滑坡体A-A′剖面处于欠稳定状态，在饱水情况下达不到安全性的要求。B-B′剖面处于基本稳定性状态，但是在饱水工况下处于极限平衡状态。上述两剖面在长期降雨或短时暴雨的条件下，可能诱发该滑坡体的失稳变形进而发生破坏。而C-C′剖面的稳定性则较A-A′剖面与B-B′剖面高许多，处于稳定状态，但其上部存在裂隙，为切坡卸荷所形成，也应进行处理。

3.4 工程治理建议方案

建议对该滑坡采取“分级削坡减载+挡土墙+截、排水沟+绿化”的综合措施进行治理，以同时提高坡体的整体和局部的稳定[6]，典型治理剖面如图8 所示。其治理方案采取以下方法。

①分级削坡减载。由坡脚地面标高为起点，至坡顶，坡率控制在1∶1.5～1∶4.5（均小于45°），设置三级台阶（北侧二级台阶），坡顶位置随实际地形调整，削至与现有地形一致。在每级台阶内侧设置排水沟，坡面覆8cm厚根植土，撒播草灌种子，盖无纺布养护，坡脚设挡墙及排水沟。

②挡墙工程。可在滑坡坡脚处设置一道重力式挡墙。墙身尺寸按滑坡推力计算，基础埋深不宜小于0.5m，垫层厚度不小于10cm。墙身设置2 道PVC 排水孔，每10～15m设置一道伸缩缝。

③截、排水沟。在坡顶设置截水沟，各级平台设置排水沟，挡墙脚设置矩形盖板排水沟，并相互连通，各截、排水沟的截面尺寸根据计算的过流能力决定。

④绿化。自然复绿较慢，可以采用喷播植草方式加快复绿进程，草籽以四季青、马尼拉、狗牙根等为宜，其复绿效果较好，并注意养护。

图8 A-A′剖面工程布置示意图Figure 8. General layout of engineering along the A-A＇section

4 结论

（1）红土地纺织厂滑坡形成于2012年6 月，由①号主滑体（已滑动，有滑面）和②号不稳定斜坡（已变形，未滑动）组成，主滑体形态特征较明显、边界清晰，整体呈M 型弧状，为小型岩质滑坡，滑体物质主要是破碎砂岩，上部少量残积土。

（2）该滑坡岩土体松散，裂隙发育，植被稀少，使得降雨的径流冲刷和入渗作用显著，从该滑坡体的变形特征来看，长时间降雨和暴雨应是影响红土地纺织厂滑坡体稳定的主要因素。

（3）现场勘察发现，滑坡体植被多零乱，结构松散，裂缝发育，滑坡体前缘部分被清除，形成高陡坎，每逢长期降雨或暴雨期间，坡脚可见浑水渗出。这些迹象均表明该滑坡体稳定性差，局部地区仍处于蠕滑变形阶段。

（4）数值计算结果表明该滑坡整体稳定性差，特别是在“饱水”条件下，各剖面均处于不稳定—临界平衡状态。

（5）结合现场勘察和稳定计算结果，红土地纺织厂滑坡体在A-A′剖面坡趾处沿原滑面滑动的可能性很大，其剪出口可能位于A-A′与B-B′之间的滑坡前缘。