绥德至延川高速公路西马家沟村滑坡发育特征及稳定性评价

吴景龙

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队,陕西 西安 710003)

面的生产与研究工作。

0 引言

陕西省榆林市清涧县近两年的雨水较多,经常遭遇暴雨来袭,大量的水库、道路、文物遗迹及居民房屋、窑洞受到损坏和威胁,山体滑坡等地质灾害频发,受灾情况十分严重。清涧县所处地区黄土陡坡、陡崖密布,沿斜坡坡脚分布大量的窑洞和房屋,呈阶梯状分布,由于地质环境的特殊性以及剧烈的人类工程活动,在持续降雨过程中,边坡周围产生大量危险的地质灾害,沿沟谷两侧斜坡呈面状发育,造成大量的群众伤亡和财产损失,塌窑埋房灾害普遍,灾害险情极大[1-3]。

西马家沟村山体滑坡位于清涧县境内一处山坡上,绥德至延川高速公路在该滑体坡脚处以桥梁的形式通过,滑坡体位于线路右线K52+430～K52+680左侧。该滑坡体长98 m,宽310 m,滑体厚约13.8～25.4 m,体积约为37.4万 m3,属对拟建工程影响较大的中型推移式土体滑坡。

1 自然地理条件

研究区位于清涧县西马家沟村。研究区属地具有明显四季特征的温带半干旱大陆性季风气候。年平均温度为9.6℃,年最高温度为16.8℃,年最低温度为3.9℃。1月份的平均气温为-6.8℃,7月为23.8℃。平均降雨量为473.4 mm,最小降雨量247.8 mm(1999),最大降雨量753.3 mm(1964)[4]。

研究区春季暖气流逐渐向北推进,日温差较大,容易出现寒潮、霜冻等天气,易发生旱灾;夏季降雨集中,以雷阵雨为主,并伴随着强风,占年降水总量80%左右,汛期为每年6-9月,主汛期为每年7-8月。秋季天气凉爽,多雨气候。冬季气候寒冷干燥,雨量稀少。区内多年平均蒸发量1 012.8 mm,相对湿度56%。

研究区地貌属黄土梁峁区,滑坡体发育在黄土斜坡上,西马家河大桥北部,该滑坡的山体后缘高程为1 028.4 m,前缘高程为950.4 m,其前后缘相对高差为78 m,滑坡体表面总体坡度约为25°。

研究区内中新生代地层的变形不显著,褶皱断裂不发育,新生代挤压应力方向以NEE-SWW为主,属于新构造运动相对稳定区。根据《陕西省各区、县(市)抗震设防烈度表》,清涧县的地震动峰值加速度为0.05 g,地震基本烈度为Ⅵ度。

依据地下水的赋存状况及其水理特征,受各种因素的影响和控制,研究区内的地下水以基岩裂隙水为主。据勘察资料显示,在勘察深度范围内未见有地下水发育。

2 滑坡发育特征及成因机理

2.1 滑坡现状

该滑坡体形态整体比较清晰,轮廓较为明显,滑坡中上部陡坎较为发育,滑痕比较明显。目前滑坡后壁较高,坡面总体呈台阶状,下部有农户居住,滑坡前缘处被河流一级阶地反压,房屋也未见有开裂现象。在当地调查走访,该滑坡体尚未发现有再次活动的迹象,新的滑动特征不太明显,目前处于稳定状态,为老滑坡。

2.2 滑坡分布形态及类型

滑坡在平面上呈不规则圈椅状,滑体宽约210 m,轴长约98 m,宽度最长,轴长稍短,滑坡体整体地势东高西低。由于场地地形条件复杂,坡体植被较为丰富,勘察区内降水量较小,滑坡目前处于稳定状态。该滑坡为老滑坡,滑坡体受人为影响,土体表面被严重剥蚀。依据相关钻孔数据,滑体的后缘厚度为25.4 m,中部为21.4 m,前缘厚度较小为10～13.6 m,平均厚度约22.4 m,滑体土的总体积约为27.4万 m3,其主要成分为黄土状土,属中型推移式黄土质滑坡。

2.3 滑坡体结构特征

滑坡体沿黄土斜坡发育,斜坡组成物质全部为黄土,厚度约25 m,上部土湿陷性弱,孔隙裂隙发育,多垂直节理,遇水易崩解,强度降低幅度大。滑坡后缘变形迹象不明显,但斜坡中部旧窑洞塌方严重,斜坡上部有冲沟发育。

勘察发现,滑带土土体主要为黄色、灰褐色粉质粘土,内夹浅黄色、棕红色粘土块,土质不均匀,结构疏松,擦痕、镜面显著。

根据调查,滑坡体已产生浅层滑移破坏,最不利剪切破裂面为滑移面,为切层滑面,滑床与滑体无明显分层,物理力学特征基本相同。滑床土岩性为第四系中更新统黄土、三叠系强风化砂岩。

据野外钻探揭露,滑面(带)厚度约40 cm,滑带土体土质混杂,挤压错动现象较为明显,镜面擦痕较为发育,滑面总体形态呈东部高、西部低,总体呈西北方向倾斜,坡面上陡下缓,整体呈圆弧形。

2.4 滑坡机理分析

滑坡所处为黄土梁塬山坡地形,整体较陡,陡坎较多,坡脚处有基岩出露,上部覆盖新黄土较松散,厚度大,雨季受大雨影响,中后缘处滑体土抗剪强度降低,加之后缘滑体较陡,后缘土体开始滑移,从而推动前缘土体滑动。

水是最常见的诱发山体滑坡的因素,特别是大雨和连绵不断的降雨,使地表的水不断地向坡面渗透,造成土体强度降低,土体重量度增大,滑坡体推力增大,滑坡体的范围也就随之扩大。该滑坡体局部呈明显的陡峭状,且土体结构疏松,地表水和上层滞水易于下渗,故而在长时间降雨时,容易增大滑体重度和湿度,从而推移前缘土体开始滑动,雨后滑带土抗滑力及抗剪强度下降,对形成滑坡有利。地震和人类的活动如修建铁路、公路和桥梁及开挖隧道等均是导致滑坡的重要因素,造成土体疏松,坡体晃动,使坡体失去平衡,从而引起斜坡稳定性下降进而产生山体滑坡。

3 滑坡稳定性评价

3.1 定性评价

经过野外实地观察,滑坡体坡脚处未见有水流流出,也未发现新的错动痕迹,滑坡岩土体主要由黄土状土和砂砾岩(滑床)组成,由此可判断滑坡已停止了滑动。虽然目前宏观判断处于稳定状态,但由于前缘坡脚切坡建房等施工形成临空面,使边坡应力重新调整,在坡面处发现了裂缝,如果开挖坡脚或发生长时间降雨,地表水灌入将导致土体饱和,粘聚力下降,对滑面产生润滑作用,从而降低滑床阻滑力,导致滑坡平衡状态发生变化,因此滑坡体可能发生再次滑动。

3.2 定量评价

3.2.1 计算工况以及公式的选取

综合分析本滑坡体,采用极限平衡条分法进行滑坡的定量评价,研究区滑面的结构类型为折线型,清涧县地震基本烈度Ⅵ度,考虑四种工况滑坡进行分析计算,具体如下:

(1)工况Ⅰ:自重+天然工况。考虑到钻孔数据显示没有发现地下水发育,所以土体自重采用天然重度。

(2)工况Ⅱ:自重+地震工况。

(3)工况Ⅲ:自重+暴雨工况。考虑土体浸水饱和,因此土体重度采用饱和重度计算。

(4)工况Ⅳ:自重+地震+暴雨工况。

滑坡安全系数采用《滑坡防治工程设计与施工设计规范》(DZ/T 0219-2006)附录A中的公式进行计算,采用瑞典条分法。

3.2.2 参数的选取

1)滑坡的分条原则及数量

按照瑞典条分法的原理,根据滑体的岩土体特征、坡面地形,滑面产状等特征进行划分,本滑坡所划分的条块假定为刚性条块,三个剖面均划分滑坡为6块。

2)抗剪强度指标的选取

考虑到该滑坡滑体土前后缘较薄,中部较厚,不同部位滑带土体的抗剪强度尚存差异,因此该滑体在不同部位抗剪强度参数方面均给出区间值,参照该地区滑坡抗剪强度参数实际经验,按滑带土后缘、中前缘抗剪强度分别考虑,给出不同参数的建议值,具体参数选取结果见表1和表2所示。

表1 天然状态下抗剪强度指标

表2 饱和状态下抗剪强度指标

表3 滑体土的容重 KN/m3

根据研究区的具体环境背景,地震动峰值加速度a=0.05 g,基本烈度为Ⅵ度,依此考虑地震对稳定性的影响。

3.2.3 计算剖面选择

计算剖面选择滑坡突出隆起较为明显部位即具代表性的、切割滑坡体积较大的滑坡剖面,本滑坡选取三个剖面,计算断面与地质断面完全吻全。在理正软件中输入各剖面土质、坡线资料、地震及含水条件等,安全系数、下滑力、抗滑力等通过电脑读取各条块面积,计算得出。

3.2.4 稳定性评价

为了查明滑坡在各种状态下的稳定性,本次勘察分别在天然状态下、地震状态下、饱和状态下、饱和+地震状态下进行稳定性计算,计算结果统计见表4所示。

表4 滑坡稳定性计算及评价结果汇总表

经稳定性计算,与定性分析结果相吻合,该滑坡体在天然、地震工况下处于稳定状态,饱和、饱和+地震工况下处于不稳定状态,特别是在饱和状态下斜坡存在失稳滑移破坏的危险,应及时对该滑坡进行加固处理。

3.2.5 稳定性综合分析

总体来讲在天然工况下滑坡对线路所经过桥梁的影响不大。滑坡体受水的影响较大,若滑坡后缘未做防渗处理,地表水通过下渗沿界面形成地下水径流通道,至前缘渗出,并导致前缘抗滑力下降,威胁下方居民安全,建议对该滑坡进行防渗处理和相关拦挡措施。

4 结语

(1)西马家沟村滑坡位于清涧县一处的山坡上,绥德至延川高速公路在该滑体坡脚处以桥梁的形式通过。该滑坡体长98 m,宽310 m,滑体厚约13.8～25.4 m,体积约为37.4万 m3,属中型推移式土体滑坡。

(2)该滑坡体局部呈明显的陡峭状,且土体结构疏松,地表水和上层滞水易于下渗,故而在长时间降雨时,容易增大滑体重度和湿度,从而推移前缘土体开始滑动,雨后滑带土抗滑力及抗剪强度下降,对形成滑坡有利。

(3)经稳定性计算,该滑坡体在天然、地震工况下处于稳定状态,饱和、饱和+地震工况下处于不稳定状态,特别是在饱和状态下斜坡存在失稳滑移破坏的危险,应及时进行滑坡体加固处理。