滑坡地质灾害稳定性及治理方案研究

丁爱红，韩 辉，邵亚凯

(河南省资源环境调查一院，河南 郑州 450000)

巩义市小关镇中心幼儿园滑坡位于小关村南部山坡，滑坡区地质构造简单。其地形地貌、地层岩性、气象水文等因素有利于地质灾害的孕育和发育，直接威胁幼儿园全体师生502人，预测直接经济损失700万元，危害程度大型。危害对象等级划分为一级，防治安全等级为I级。本文研究了滑坡地质灾害稳定性分析与评估[1-7]，并提出了工程地质方面的要求和建议。研究为后续边坡地质灾害防治工作的开展指明了工作思路。

1 研究区地质环境条件

(1)地形地貌。巩义市地势东南高西北低，由东南部的中低山，逐渐过渡到丘陵、岗地。最高处为嵩山玉柱峰，海拔为+1 440 m，最低处为河洛镇的河洛滩，海拔为+104 m，相对高差达1 336 m。勘查区地貌属黄土丘陵地貌区，东南为坡，西为冲沟，最高点海拔为+281.43 m；最低点位于西部冲沟，海拔为+242.19 m，相对高差39.24 m，坡面形态呈阶梯状，斜坡坡度在25°～32°。

(2)地层岩性。根据本次勘查，勘查区大部分地区被第四系坡积、洪积的红褐色黏性土覆盖，在钻孔48.5 m勘探深度范围内，下伏地层有2种岩性：①第四系中更新统(Q2p)。在区内分布最广泛，岩性为坡积、洪积棕红色、褐黄色黏土,粉质黏土，砂砾，砾石和人工填土碎石土(来源为铝土矿矿渣)。黏土、粉质黏土具中—强胀缩性。②二叠系下统山西组(P1s)。该组厚60.54～82.16 m，与下石盒子组整合接触。

(3)地质构造。勘查区未发现断层，地层以单斜构造为主，地质构造相对简单。

2 滑坡特征

2.1 滑坡边界、规模及形态特征

根据此次勘查，勘查区大部分地区被第四系坡积、洪积的红褐色黏性土覆盖。微形态为缓坡，东北高西南低，坡面形态呈阶梯状，滑体平面呈矩形，后缘标高+279.12 m，前缘标高+248.63 m，相对高差30.49 m。前缘横向宽度72 m，纵向坡长61 m，面积约4 011 m2(图1)。

图1 小关滑坡正射影像Fig.1 Orthophoto of Xiaoguan landslide

据工程地质测绘、调查及勘查资料，滑体物质为第四系粉质黏土及碎石土。碎石土接触面构成颗粒不均处存在潜在的主控滑动面，属人工填碎石土滑坡。滑坡为浅—中层的牵引式滑坡，滑坡主要是由自然地质作用及雨水侵湿等因素综合产生，滑坡稳定程度为不稳定，按年代分类属新滑坡。

由于滑坡体是粉质黏土和人工堆积的碎石渣土，最终得出调查区域的剪切强度c=21.1 kPa，φ=14.5°。

2.2 滑动带特征

滑动带为粉质黏土、碎石土，碎石土为人工堆积的铝土矿矿渣，堆存了10年以上，上部覆盖了粉质黏土薄层，目前种植了树木。

2.3 滑床特征

据钻孔揭露，滑床埋深0～6.57 m，总体上后缘陡、前缘缓。滑坡滑床呈圆弧形，其埋深与滑体的埋深呈正比。

2.4 物理力学性质参数

根据土工试验、岩体试验、钻探、工程地质测绘及区域经验,提出滑坡的物理力学性质参数建议值:天然孔隙比0.712～0.998，压缩系数0.15～0.49，湿陷起始压力15～165 kPa，黄土湿陷系数(荷重100)0.002～0.089。

2.5 滑坡影响因素

(1)地形因素[8-11]。由于本区第四系坡积、洪积土，工程力学性质较差，坡面冲刷严重，地形切割较强烈，坡脚处有小关镇中心幼儿园道路，斜坡前缘临空，坡脚边缘处为平坦的平台。

(2)物质因素。地下水浸泡使滑带土体软化，抗剪强度降低，为滑坡变形失稳创造了条件。

(3)地震影响。在地震作用的影响下，斜坡的软弱带(滑带)土体在饱水状态下孔隙水压力增加，滑体内的物质结构已经遭到破坏，在内外力作用下破坏岩体稳定性。

(4)人类工程活动影响。滑坡体上为林地和耕地，增加了形成滑坡的松散固体物，降雨极易下渗浸润土体，使坡体物质稳定性变得极差，极易使软弱结构面滑动变形加剧。坡脚开挖形成的幼儿园道路，改变了自然斜坡的平衡状态，造成斜坡变形失稳，从而诱发滑坡灾害。

3 稳定性分析与评价

3.1 滑坡稳定性计算

(1)计算剖面[12-17]。计算剖面采用B02线地质剖面计算复活体滑坡的稳定性。小关滑坡B02线地质剖面如图2所示。

图2 小关滑坡B02线地质剖面Fig.2 B02 line geological section of Xiaoguan landslide

(2)计算参数。根据室内试验数据，残坡积土体主要成分为粉质黏土，结合室内土工实验和现场直剪试验结果，取土体的计算参数如下。①天然状态：天然重度γ=19.6 kN/m3，黏聚力c=21.1 kPa，内摩擦角φ=14.5°。②饱和状态：重度γsat=20.38 kN/m3，黏聚力c=18.7 kPa，内摩擦角φ=6.9°。

(3)计算模型及计算方法。采用通用方法；计算目标为安全系数计算；滑裂面形状为圆弧滑动。根据上述方法建立该滑坡的计算模型，如图3所示。

图3 小关滑坡剖面计算条分图Fig.3 Section calculation slice chart of Xiaoguan landslide

(4)计算工况的确定。①工况1(以下称为天然工况)：自重；②工况2(以下称为暴雨工况)：自重+暴雨(考虑局部滑体饱水，滑体自重增加，滑带土抗剪强度进一步降低)；③工况3(以下称为地震+暴雨工况)：自重+暴雨+地震(按规范考虑Ⅵ度地震影响)。

(5)稳定性计算结果。小关滑坡在各种工况下稳定性系数计算结果见表1。

表1 小关滑坡稳定性计算结果Tab.1 Stability calculation results of Xiaoguan landslide

3.2 滑坡稳定性分析

根据计算结果，分析滑坡在各工况下的稳定性见表2。

表2 小关滑坡稳定性评价Tab.2 Stability evaluate of Xiaoguan landslide

根据计算结果，参照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0218—2006)，对滑坡进行稳定性分析评价，稳定系数Fs>1.15为稳定(A)，1.15≥Fs>1.05为基本稳定(B)，1.05≥Fs>1.0为欠稳定(C)，Fs≤1.0为不稳定(D)。

小关滑坡在天然状态下处于基本稳定状态，汛期到来之后，滑坡会加剧变形，滑面抗剪强度持续下降，一旦滑面贯通，滑带土失去强度，将会发生大规模瞬间滑动，滑坡体下的幼儿园将遭受重大损失，同时会牵引滑坡上部土体，引发更大规模的滑坡地质灾害。

4 险情及危险性评估

4.1 险情

根据现状调查，小关镇中心幼儿园共有 502人，住房位于滑坡影响范围内，教师60人和学生442人遭受滑坡威胁，潜在威胁人数超500人，潜在直接经济损失700万元。依据表3，小关滑坡险情等级为大型。

4.2 危险性评估

据稳定性分析，滑坡在天然工况下稳定性为基本稳定，在暴雨工况下稳定性为不稳定，发育程度为小型发育，险情为大型，则预测地质灾害危险性等级为大型。

表3 地质灾害灾情/险情分级标准Tab.3 Grading standard for geological hazards/dangerous situations

5 滑坡治理方案评价及建议

5.1 滑坡治理方案

(1)防治措施。根据小关滑坡应急勘查，可采取避让方案、地表排水、工程措施(挡土墙、抗滑桩)等几种防治措施[18-20]。

(2) 治理方案比选。①避让方案。小关滑坡如果发生滑动，将威胁小关镇中心幼儿园502人生命财产安全，如果搬迁成本费用低于治理费用，建议进行搬迁。②治理方案。小关滑坡整体稳定程度较低，遇到暴雨、连阴雨、暴雨加地震后或其他因素扰动后，坡体有随时滑动的可能。为消除滑坡的危害，可采取地表排水与工程措施(挡土墙、抗滑桩)相结合进行防治。

5.2 防治工程设计参数

根据小关滑坡工程地质勘查资料、土体物理力学性质指标，建议进一步做好建筑材料的勘查，依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219—2006)有关规定，结合场地地质条件和设计的安全系数，选取抗滑桩、排水工程较适宜的施工设计方案。

5.3 变形监测

由于勘查时间短，未对小关滑坡进行长时间变形监测，建议对小关滑坡从现在开始进行变形监测，随时了解滑坡的动态，如发现变形量增大应及时向有关部门汇报。

小关滑坡治理工程施工过程中和施工完成后，应进行长期变形观测，其目的是：①施工过程中监测滑坡的稳定性，确保施工过程中幼儿园及其教学楼安全；②施工后监测滑坡的稳定性，检验抗滑效果；③监测抗滑设施质量及使用期间的安全性；④验证抗滑工程设计相关参数的准确性与可靠性；⑤研究变形规律，预报变形趋势。

6 结论与建议

6.1 结论

(1)巩义市小关镇中心幼儿园滑坡位于小关村南部山坡，滑坡区地质构造简单。其地形地貌、地层岩性、气象水文等因素有利于地质灾害的孕育和发育，直接威胁幼儿园全体师生502人，预测直接经济损失700万元，危害程度为大型。

(2)危害对象等级划分为一级，防治安全等级为Ⅰ级。

(3)根据勘查，微地貌形态为缓坡，东北高、西南低，坡面形态呈矩形，滑体平面呈舌状，后缘标高为+279.12 m，前缘标高为+248.63 m，相对高差30.49 m。前缘横向宽度72 m，纵向坡长61 m，面积约为4 011 m2，坡度约30°，滑带深度0～6.57 m，滑体体积约1.32×104m3，属小型滑坡。

(4)本区地震峰值加速度为0.10g，地震烈度Ⅶ度。

(5)滑坡稳定性评价采用了理论计算与评价，在天然工况下，稳定性系数1.087，滑坡处于基本稳定状态；在暴雨工况下，稳定性系数0.997，滑坡处于不稳定状态；在地震+暴雨工况下，稳定性系数0.870，滑坡处于不稳定状态。

6.2 建议

(1)尽快对滑坡进行治理，治理工程可采用“抗滑桩+截排水+辅助工程”方式进行，排水工程可于前期先行展开，对坡面特别是边缘部位的空洞和虚土密实，防止地表水下渗，提高坡体的稳定性。

(2)建议支挡工程在旱季施工，以确保斜坡在施工过程中处于稳定状态。

(3)治理施工过程中，必须加强施工验槽、灾害体监测、监理、施工地质校核等工作。