南山滑坡机理及稳定性研究

秦瑞森，余 哲

（1.太原煤气化股份有限公司，山西 太原 030024；2.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

南山滑坡机理及稳定性研究

秦瑞森1，余 哲2

（1.太原煤气化股份有限公司，山西 太原 030024；2.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

经对南山滑坡体勘探、监测资料的分析，查明滑坡体的形态、规模、结构，并对滑坡体产生的原因进行了剖析，阐明了滑坡体的稳定状态，提出了滑坡体治理措施，可为类似条件滑坡体的防治有所借鉴。

滑坡；机理；稳定性；灾害治理

在山区，尤其有采矿行为的山区,滑坡灾害已成为仅次于地震和火山之后的全球性三大地质灾害之一，滑坡带来的问题是非常严重的。近年来随着，煤炭开采速度加快，采空区越来越多，山区滑坡问题也显得越来越突出,南山滑坡就是其中极具代表性的一个。2008年9月中下旬，南山山顶出现多处地表裂缝，在山脚部位形成地面隆起或下陷，铁路专用线外移变形，公路路基开裂、排水沟上隆、护坡变形，山顶处移动公司信号转播塔倾斜，附近洗煤厂职工生活用房地基下沉、房屋破裂、严重损坏。南山坡体的移动和变形严重威胁着公路、铁路交通安全。为了弄清楚该滑坡体的滑坡机理，首先对滑坡体进行了现场调查，同时采取了地球物理探测等必要的技术手段。通过瑞典圆弧法数值分析、力学分析及定期现场监测对滑坡体滑坡机理及稳定性进行了全面的评价研究。

1 滑坡的工程地质状况

1.1 滑坡地貌

滑坡体东西长约334 m，南北长约210 m，高差110 m左右，滑坡体坡面走向为NW 54°，倾角约30°，滑坡区面积约7万m2，体积约385万m3。顶部有20m多的黄土覆盖层，下部为易分化的松软岩层。滑坡体坡角部位有铁路专运线、乡镇公路以及季节性河流。见图1。

1.2 滑坡体的岩土组成

滑坡区分布的地层为第四系全新统地层和侏罗系下统珍珠冲组（J1z）、自流井组（J1-2z）和三叠系上统须家河组（T3xj）。滑坡主要发生在第四系滑坡堆积层（Q4del）和第四系全新统崩坡积层（Q4col+dl）。滑坡体主要由粉质粘土夹碎块石及强风化砂泥岩组成,属于土岩混合型滑坡,滑体范围内的岩体结构松散,含水量高,不稳定、易变形。

区内主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。太原组平均厚度113.13m，含煤6层，即 8、8下、9、10、12 号煤层，煤层总厚度 5.93 m，含煤系数5.2%，其中可采煤层2层（8、9号煤层）。山西组平均厚度41.5 m，含煤6层，即02、03、1、2+3、4、6、7、7下号煤层，煤层总厚度 4.56 m，含煤系数11.0%，其中可采煤层2层（2+3、4号煤层）。

图1 滑坡体的地形、地貌

2 地面地球物理探测

地球物理探测采用了地面氡气测量和地面瞬变电磁测量（TEM）探测。为能有效地得到地下采空区和断层的位置，地面测点的布设原则是：根据已有的采掘工程平面图，结合地形的具体情况进行布设。测线具体布设是根据地形的情况，各测线长短不一；在有建筑物处、地形复杂地带不能布设测线。

2.1 氡气测量

布设2条测线，进行氡气测量探测。S1测线北西～南东向布置，通过分析测量数据，划定2、10、18和24号点为采空区边界；11～17、25～34号点为采空区，3、7、16号点为断层经过点。S2测线北西～南东向布置，划定2、7、15号点为采空区边界，2～7号、15～20号点为采空区，6号点为断层经过点。

2.2 瞬变电磁法试验

瞬变电磁法观测数据经校正和处理后，根据瞬变电磁电压测道曲线计算出视电阻率，输出了视电阻率剖面图（见图2），同时做出了测氡剖面图。

通过活性炭测氡剖面、瞬变电磁中晚期测道的曲线（见图3）、瞬变电磁测线视电阻率剖面等手段，根据分布不同区域16条测线的测点数据，得出了采空区位置、采空区边界点以及断层经过点。

由视电阻率剖面图知，在深度约160m处，瞬变电磁测线测点均出现高阻异常或现低阻异常，推断是由地下采空引起。

图2 瞬变电磁视电阻率剖面图

图3 瞬变电磁多测道剖面图

3 瑞典圆弧法数值分析

边坡稳定性分析采用极限平衡法，采用瑞典圆弧法进行计算分析。确定最危险滑弧的位置及最小安全系数。

按条分法对不稳定地质体进行稳定性分析，将不稳定地质体分为若干宽度为b=0.1R的岩土条（R为滑弧半径），0号岩土条中线应与过滑弧圆心O的垂线重合。计算示意图，见图4。

图4 瑞典圆弧法计算示意图

求出各岩土条的重量、滑动力、抗滑力，则不稳定地质体的稳定安全系数可以按下式计算：

K=阻止各岩土条滑动的抗滑力矩总和/各岩土条的滑动力矩总和＝∑｛（Wi+Vi）comαit anφi+cili｝/∑｛（Wi+Vi）si nαi｝.

式中：Wi为各岩土条的重量，Wi=γibhi；αi为过各岩土条中线的滑弧半径与滑弧圆心线的法线的夹角；φi为各层岩土的内摩擦角，ci为各层岩土的粘聚力；li－αi所对应的滑弧长度，γi为各层岩土的重度；hi为第i条岩土高度，Vi为第i条岩土受到的地震惯力根据对不稳定地质体数值模拟得出，在自然状态下，不稳定地质体处于准稳定状态，由于采煤沉陷影响，加剧了山体不稳定程度，导致不稳定地质体的滑移。

4 力学分析

由于山顶区域有地下采煤沉陷影响，采空区上部沉陷带垂向塌陷过程中，向两侧产生侧向挤压力，加剧了山体不稳定程度。山体下沉中，应力转移、释放，使山体侧部由下沉转为向北西方向侧向滑移，形成不稳定地质体。

公路和铁路的护坡坡脚岩性以砂岩为主，岩层较为坚硬，本身就是应力集中区，在该处极容易形成裂隙比较发育的破碎块体，加上地质体本身存在较大的下倾断层面。

由于采煤形成采空区，导致采空区上覆岩层应力分布形成弹性区与塑性区分段分布，在交接处形成应力峰区，即上覆岩层减压带与增压带的交界面。该交界面是采空引起岩层破断应力转移的关键部位，是卸压拱脚的上覆岩层。采空区上覆岩层形成卸压拱，承受上覆岩层载荷并把其传递给拱脚岩层。基于这样的力学传递规律，加上本身地质体中断层面的存在，在岩层斜向下的压力（传递合力）分解为上滑分力和支撑分力，其上滑分力会推动破碎块体沿着结构面或断层面上移（图5）。基于以上原因，在坡脚处就会出现隆起、地裂缝等现象。

图5 滑移变形受力分析示意图

5 结束语

通过对南山滑坡体的勘测及数值力学分析可得出以下结论:

1）南山滑坡体地处河流附近，滑坡体北西方向和南东方向地貌形态存在着不均衡性差异，山脚地带的筑路活动，破坏了山体稳定性，使得山体处于准稳定状态。滑坡区域岩石破碎，风化强烈，岩性软弱，透水性差,遇水易软化变形，具膨胀性为山体的滑坡提供了有利的地质结构条件。

2）通过物理探测，探明了该滑坡体周边区域岩层组成、岩性特征、地质构造以及开采情况。

3）由于滑坡体上部存在采空区，通过力学分析，采空区上部沉陷带垂向塌陷过程中向两侧产生侧向挤压力，加剧了山体不稳定程度，使得处于准稳定状态的山体下沉应力转移、释放，山体侧部由下沉转为向北西方向侧向滑移，形成不稳定地质体。采空区上方山顶部位沉陷带以垂向下沉为主，侧方山坡部位水平位移与垂直下沉速率相近，山脚部位以水平位移为主。公路位于开采移动变形影响的边界处，在坡体向北西方向推移后，公路与坡体相交处出现地表拱起现象。

4）通过取典型断面对边坡进行数值模拟分析表明，边坡处于蠕动状态。变形主要处于岩土体表层，即只有浅层和中层滑面，以拉裂破坏为主，潜在滑面未见变形。

5）滑坡体治理采取对不稳定的顶部刷方减载，坡体裂缝进行回填并修建地表截排水系统，对铁路北侧护坡采取锚杆加固措施。

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Study on Mechanismand Stability of Nanshan Landslide

QIN Rui-sen1,YU Zhe2
（1.Geol ogi calSurvey Depart mentofTai yuan CoalGasi f i cat i on Co.,Tai yuan Shanxi030024，Chi na;2.Col l ege ofmi ni ng Engi neeri ng,Tai yuan Uni versi t y ofTechnol ogy,Tai yuan Shanxi030024,Chi na）

B y the analysis on the exploring and monitoring data of Nanshan landslide, the study determines the form,scale and structure of the landslide,analyzes the reasons,presents the stability situation,and proposes the treatment measures,which could be useful for the similar landslide hazard prevention.

landslide;mechanism;stability;hazard controlling

TD824.7

A

1672-5050（2010）12-0051-03

编辑：徐树文

2010-09-14

秦瑞森（1960—），男，河北献县人，大学本科，高级工程师，从事地质测量管理工作。