某滑坡稳定性分析及防治措施研究

2023-03-14谢道在

水利技术监督 2023年2期

谢道在

(福建省水利水电勘测设计研究院有限公司，福建福州 350001)

1 研究区概况

1.1 工程概况

福建省将乐县于2019年5月持续的出现强降雨天气，受强降雨影响，将乐县多处地区出现了滑坡、崩塌等地质灾害[1]。其中将乐县某村北侧的后山坡发生了滑坡如图1所示，滑坡体影响的边坡宽约25m，前后缘高差约15～17m，坡度约40°～60°，滑坡整体走向SE121°，轴向为NE28°～50°，已发生滑坡的灾体方量约200m3，滑坡体顺坡而下，堆积于民房内及房后空地。下滑岩土体毁坏或堆压于坡脚民房，危及当地居民的生命财产安全。

图1 滑坡状况

1.2 气象水文

研究区地处中亚热带地区，属中亚热带季风气候区。气候特点：四季分明，夏无酷暑，冬少严寒，雨热同期，干湿明显，受季风及地形影响，常有灾害性天气。全区雨量充沛，年平均气温18.7℃，无霜期298d，年均降水量1676.3mm。

1.3 基本地质条件

区内地貌属侵剥蚀丘陵—中低山，研究区地形为东北高西南低，自然斜坡地形坡度为30°～50°。滑坡位于山坡中下部，坡顶高程约645～655m，坡脚村民民房所在地面高程约630～637m，山坡植被较发育，主要为树木杂草。

根据钻孔内水位观测与各岩土层性状分析，场地地下水主要为埋藏于全风化层中的孔隙水与基岩中的裂隙水两种类型。塌滑处地下水位处于全风化层的中下部或强风化基岩中，稳定水位埋深为6.2～8.6m。场地范围内地下水主要受大气降水竖直补给，排泄方式主要为天然蒸发和向地势低处排泄。

2 滑坡成因分析

2.1 基本特征及变形迹象

滑坡位于村庄房屋后边坡，由2个相邻小滑坡组成，原始状态为屋后人工开挖边坡，坡度一般为45°～48°，较陡，且未采取支护措施。在持续暴雨情况下，坡残积土体呈饱和状态，增加坡体土的重力，增大了下滑力，土的物理力学性质变差，力学指标大幅度降低，导致边坡表层坡残积含碎石砂质粘土变形失稳。西北侧小滑坡宽约12m，前后缘高差约16m；东南侧小滑坡宽约8m，前后缘高差约14.5m。由于受房屋的阻挡，滑坡体大部分堆积于房后，两小滑坡形成的边坡坡度为38°～40°，滑坡总宽约25m，边坡整体走向SE121°，滑坡走向为NE28°～50°，滑坡体总方量约200m3。滑坡状况如图1所示。

图2 圆弧形滑面滑坡计算示意图

据勘查，滑坡区东南侧屋后已有的人工开挖边坡坡度40°～45°，边坡性质与已滑段边坡性质一致，在强降水的条件下，土质边坡具有发生滑坡的潜在可能性。此外，该滑坡上方为冲沟，为地表水和地下水的汇集区，对形成滑坡提供了有利条件。滑坡的后缘呈滑坡陡壁，周界较清晰，形态为舌形，由于受房屋阻挡，滑坡体大部分堆积于屋后。现状滑体不再沿滑动带位移，滑带土含水量降低，滑坡壁明显，滑坡后缘裂隙和两侧羽状裂隙不发育，无继续发展趋势，滑体变形不再发展。

2.2 成因分析

(1)地形地貌

研究区地形为东北高西南低，自然斜坡原始坡度30°～50°，边坡为人工开挖边坡，坡度一般在45°以上，形成下陡中缓上陡，上部呈环形的坡形。滑坡坡顶高程约647～650m，坡脚村民民房所在地面高程约630～634m，高差约15～17m。场地地形环境有利于滑坡的形成，具备斜坡变形失稳的地形条件。

(2)物质组成及岩土体结构

滑坡体表层出露坡残积堆积物含碎石砂质粘土，层厚1.8～5.5m，土的结构疏松，孔隙率较大，透水性较强，在饱和状态下土的力学性质差，土体抗剪强度大幅度降低。上部为全风化土层，全风化土的结构相对致密，物理力学性质相对较好，透水性相对较弱。强风化岩石呈碎裂结构，具有一定的力学强度，节理裂隙稍发育，但不存在构成边坡稳定问题的不利结构面和结构面组合[2]。因此，坡残积含碎石砂质粘土层与全风化层为软弱面，在地下水作用下，易转化形成滑动带，故在降水土体饱和状态下具备产生滑坡条件。

(3)大气降雨

该区多年平均降雨量年均降水量1676.3mm，2019年5月15日—17日，将乐县持续大暴雨，降雨渗入坡体，在地下水的作用下，表层坡残积土层土体饱和，增大土体重度，特别是土体在地下水的作用下其抗剪强度大幅度降低，坡残积含碎石砂质粘土的抗滑性能差[3]。此外，进入坡体的地下水对边坡产生静水压力和动水压力，加剧边坡的失稳。

(4)人类工程活动

由于已建的民房开挖形成高约7～18m的人工边坡，边坡坡度45°～50°，坡面局部呈近直立状，边坡产生侧向临空面，坡脚阻滑力下降，破坏坡体平衡作用，进一步降低了边坡的稳定性。

3 滑坡稳定性分析

3.1 稳定性定性分析

根据勘查，目前除已发生的滑坡处后缘，及周界附近滑坡壁处的含碎石砂质粘土外，边坡整体处于基本稳定和稳定状态，在强降雨等诱发因素的作用下，已塌滑区后缘及左右侧边坡性质与塌滑边坡性质一致，边坡将处于欠稳定或不稳定状态，特别是边坡表层坡残积含碎石砂质粘土具有产生滑坡的潜在可能性。

3.2 稳定性定量分析

3.2.1滑动面滑动分析

计算采用的剖面均为上部为土质结构，下部为岩体的岩质层结构，其破坏形式主要为土层间的破坏，滑坡的滑动面为圆弧形[4- 5]。因此采用圆弧形滑面滑动计算方法计算其稳定性。

(1)计算工况的选取

根据《福建省滑坡勘查技术规范(试行)》表3.2.2滑坡防治工程等级划分，该工程滑坡防治等级为三级，由于滑坡处在正常情况下的地下水埋深为6.2～8.6m，地下水处于全风化层的中下部或强风化基岩中，边坡表层坡残积含碎石砂质粘土层和大部分的全风化层位于水位以上。根据附录D，对滑坡处岩土体进行不同工况的稳定计算，3种工况类型见表1。

表1 滑坡稳定性计算工况类型及安全系数推荐表

(2)计算参数的确定

根据现场调查、原位测试及室内土工试验结果，结合场地揭露的岩土特征等有关数据，参照国标GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》、GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》、行业标准DZ/T 0219—2006《滑坡防治工程设计与施工规范》[6]及福建省地方标准DBJ 13- 07—2006《建筑地基基础技术规范》[7]，并参照地区经验与反分析综合确定，各项岩土体物理力学计算指标推荐见表2，供防治工程设计选用(带*号数值为地区经验值)。

表2 治理设计岩土物理力学计算指标推荐表

(3)计算公式

根据研究区的工程地质条件，当滑动面为圆弧形时，滑坡的稳定性安全系数计算方法采用《福建省滑坡勘查技术规范(试行)》推荐的毕肖普(Bishop)法，计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中，Fs—边坡稳定性系数；ci—第i计算条块滑面粘聚力，kPa；φi—第i计算条块滑面内摩擦角，(°)；li—第i计算条块滑面长度，m；θi—第i计算条块滑面倾角，(°)，滑面倾向与滑动方向相同时取正值，底面倾向与滑动方向相反时取负值；Ui—第i计算条块滑面单位宽度总水压力，kN/m；Gi—第i计算条块单位宽度自重，kN/m；Gbi—第i计算条块单位宽度竖向附加荷载，kN/m，方向指向下方时取正值，指向上方时取负值；Qi—第i计算条块单位宽度水平荷载，kN/m，方向指向坡外时取正值，指向坡内时取负值；hwi，hw,i-1—第i及第i-1计算条块滑面前端水头高度，m；γw—水重度，取10kN/m3；i—计算条块号，从后方起编；n—条块数量。

(4)计算结果及稳定性评价

稳定性计算结果表明见表3及如图3—4所示，该滑坡在设计工况下处于稳定状态，在校核工况下处于欠稳定状态。

表3 稳定性计算结果一览表

图3 Ⅰ1-Ⅰ1’剖面计算示意图(工况1、工况3)

图4 Ⅰ2-Ⅰ2’剖面计算示意图(工况1、工况3)

4 防治措施及效果分析

4.1 防治措施

根据滑坡的形成条件、形态特征、所处的位置及潜在危害性，考虑防治工程的技术可行性，经济合理性，施工简便性及防治效果的长期性，采取“方形钢筋砼格构+现浇砼护面墙”的方案对该滑坡体进行综合治理，治理方案典型剖面示意图见Ⅰ—Ⅰ′、Ⅱ—Ⅱ′如图5—6所示。具体实施方案为：①对边坡上部坡段自上而下分级开挖，进行削坡减载，并清除松散土体；②在边坡坡脚部位设置护面墙，护面墙基础应选择合适的持力层，墙身应设置沉降缝；③采用现浇钢筋混凝土进行边坡坡面防护，并利用锚杆加以固定；④在护面墙墙身设置仰斜排水孔，同时在边坡后缘设置环形状截水沟，坡脚处设置排水沟，与外围截水沟相接[8]；⑤对坡面进行种植灌木绿化。