河南伊川县双头寨滑坡稳定性评价及治理方案研究

程毅铭,程相恩,王 风

(1.河南省地质局生态环境地质服务中心,河南 郑州 450000;2.河南省有色金属地质矿产局第六地质大队,河南 郑州 450016)

0 引言

伊川县地质灾害主要为滑坡、崩塌和地面塌陷。其中滑坡危害方式主要为砸埋房屋,伤亡人畜,主要是由于斜坡某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度,坡体发生滑移现象[1]。在分析研究伊川县丘陵区以粉质黏土为主要组成的滑坡地质灾害发育的孕灾地质条件、变形破坏机理,结合工程实际情况,提出经济合理的治理方案,为我县丘陵区滑坡灾害防治提供参考案例。

1 自然地理及环境地质条件

伊川县是河南省洛阳市管辖区,洛栾高速和二广高速从县区经过,地理位置优越,交通便利。面积1 243.3 km2,全县辖12镇1乡两街道,369个行政村,人口79.28万[2]。

伊川县位于豫西低山丘陵区,四周群山环绕,伊川北部龙门山属离山山脉;南部为九皋山,与篙县境内外方山相接;西部是熊耳山系东延的低山丘陵区;东部则是娘娘山属箕山山系。伊河纵穿南北,形成西南一东北走向的伊川盆地。地势总体四周高、中间低,海拔在154.0～937.3 m间,相对高差783.3 m[3]。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡规模及形态特征

滑坡体整体为圈椅状,滑坡体中间有一条深沟(沟深约7～10 m),把整个滑坡分成左右两部分,其走向为西南方向,坡体倾向近似南东方向,地形呈东南低北西高。东侧滑坡纵向长度约125 m,宽度约120 m;西侧滑坡纵向长度约185 m,宽度约138.5 m;总面积约32 000 m2,厚度2.0～16.1 m,体积约15.0×104m3,主滑动方向约304°～314°。滑坡体前缘高程235 m,后缘高程为285 m,坡体相对高差约为50 m,平均坡度为15°,前缘有15～20 m高的陡坡,坡角下有约3～5 m高的埸落土体堆积。根据滑体体积划分为中型滑坡,滑坡形态特征见图1。

图1 双头寨滑坡规模及形态特征

2.2 滑体物质结构特征

滑坡体主要岩性为褐黄色粉质黏土,呈可塑-硬塑状态,局部夹有卵石。部分土体土质脆硬,且土体内孔隙较发育,该层厚度2.0～16.1 m。滑坡体表现为后缘较薄、前缘较厚的分布规律,详见图2。

图2 双头寨滑坡1-1′剖面工程地质剖面图

2.3 滑面(带)物质结构特征

根据滑坡体上的裂缝及建筑物变形情况看,该滑体为牵引式滑坡,处于蠕动变形阶段,在坡体前缘高切坡位置能看到有新近的土体垮塌痕迹。

根据勘探资料,滑带(面)主要于位粉质黏土层下部和卵石层下部,其主要物质成分由粘粒、粉粒和含少量砂岩碎石组成,碎石粒径一般3～10 cm,含量25%～50%。硬塑状,韧性中等,结构较松散。

2.4 滑床物质结构特征

滑床的物质组成主要为新近系可塑-硬塑状态粉质黏土及其下部全风化、中风化的玄武岩。

在滑体坡堆积物较厚部位,大气降水沿堆积物空隙渗入下部弱透水或隔水地层,便以粉质黏土层面径流,降低其抗剪强度而形成滑床,其空间形态呈弧线状。

3 滑坡成因分析

滑坡坡体高程从后缘到前缘呈台阶状递减,滑坡体后缘可见裸露的玄武岩,便于雨水通过后缘下渗。在坡体后半部分以民房和村内道路为主,在坡体的前半部有少量耕地和大量的次生树木及杂草。坡体上部岩性主要以红褐色可塑-硬塑状态的粉质黏土,中间夹有砂卵石层,或呈胶结、半胶结状态的钙质胶结薄层。局部的粉质黏土有膨胀性,1#探井样见光滑面和擦痕面。另外,据本村村民反映,在几年前该坡体前缘被大量开挖土方后才出现房屋及地面的开裂现象。可见开挖后的陡坎高度达十几米,且陡坎面近于直立状对后方坡体稳定造成了一定的安全隐患。

集于以上人为因素,加之大气降水后的入渗,增大了坡体区域地下水的赋存量,加大了坡体的下滑力的同时也降低了坡体的抗滑力,造成坡体向不利的方向发展。由此可见,暴雨或持续降雨,坡前大量土方开挖后引起坡体前缘失稳是引起土体滑移蠕动的关键因素。

4 滑坡稳定性评价

4.1 计算参数的选取

4.1.1 滑带土抗剪强度取值

计算参数根据钻孔采取的岩土样室内试验,结合反演法综合确定。

表1 滑带土抗剪强度参数取值表

4.1.2 滑体土重度取值

表2 滑体土重度取值表

4.2 计算工况的选取

根据勘查区具体情况,为全面分析滑坡体在各种工况下的稳定状态,采用三种工况进行稳定性计算:

工况一:自重(天然状态)

工况二:自重+连续降雨或暴雨(饱和状态)

工况三:自重+连续降雨或暴雨(饱和状态)+地震

4.3 稳定性计算

根据本次勘查工作的调查和勘探结果,在主滑坡区选取3条主剖面(1-1′剖面、2-2′剖面、3-3′剖面)计算。计算采用理正岩土设计软件,依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)[4]要求选取稳定性计算安全系数值,计算结果见表3。

表3 稳定性计算成果汇总表

4.4 稳定性评价

根据《滑坡防治工程勘查规范》(GB/T 32864-2016),稳定性评价标准划分为四级:稳定系数Fs≥1.15为稳定,1.15>Fs≥1.05为基本稳定,1.05>Fs≥1.00为欠稳定,Fs<1.00为不稳定[5]。计算结果与稳定性分析详见表5-3。

由稳定性计算:

(1)在天然状态下,1-1′剖面、2-2′剖面、3-3′剖面处于基本稳定状态。

连续降雨或暴雨时,1-1′剖面、2-2′剖面处于欠稳定状态,存在整体滑动的可能;3-3′剖面处于稳定状态。

连续降雨或暴雨时加地震时1-1′剖面、2-2′剖面处于不稳定状态,整体滑动的可能行较大,3-3′剖面处于稳定状态。

(2)滑坡稳定性与降雨及地震的关系密切。在天然状态下处于基本稳定状态;在连续降雨或暴雨时,处于欠稳定状态;在连续降雨或暴雨和地震的影响下其稳定性降低,处于不稳定阶段。

5 滑坡防治工程建议

根据双头寨滑坡灾害物质组成及基本特征,结合当地工程地质条件,提出以下两种工程治理方案:

方案一:削坡+挡土墙+锚杆格构+截排水+绿化

方案二:削坡+挡土墙+绿化+截排水

方案一中锚杆格构对滑坡体有非常好的支护作用,但是工程施工复杂,且工程造价较高;方案二削坡加挡土墙施工工艺相对简单,且造价相对较低;根据双头寨滑坡的地质条件、变形破坏机理,结合当地工程条件,建议采用削坡+挡土墙+绿化+截排水的方案进行治理

6 结语

(1)双头寨滑坡体总面积约32 000 m2,厚度2.0～12.5 m,体积约为15.0×104m3,主滑动方向144°。

(2)双头寨滑坡区属丘陵地貌和伊河冲积阶地相结合部位,坡体自然坡度5°～10°,边坡前缘高切坡坡度50°～80°。根据本次调查,此滑坡为新近滑坡体,主要是人为因素及暴雨所造成的蠕动变形。据了解,目前仍有少量蠕动,呈不稳定状态。

(3)双头寨滑坡稳定性与降雨及地震相关。在天然工况下处于基本稳定状态;在连续降雨(暴雨)工况下,处于欠稳定状态;在连续降雨(暴雨)和地震工况下,其稳定性降低,处于不稳定状态。

(4)根据双头寨滑坡的地质条件、变形破坏机理,结合当地工程条件,建议采用削坡+挡土墙+绿化+截排水的方案进行治理。