辉县市沙窑乡南坪村滑坡体稳定性计算评价及治理工程措施

周 文，周延奎

（河南省地质矿产勘查开发局第一水文地质工程地质队，河南 郑州450045）

1 引言

辉县市沙窑乡南坪村滑坡体位于国家AAAA级旅游区、国家地质公园——河南省万仙山风景区内的昆仑根至大河口公路一侧。该公路不仅是连接南坪村大队所辖4个自然村（丹分、南马崖、北马崖、东寨）的唯一通道，还是万仙山风景区旅游线路的唯一通道。该路段曾多次发生局部滑坡，严重威胁当地村民的生命财产安全，威胁常住人口213人，小型水电站3个、水厂2个、宾馆1个、民房60余间，潜在的经济损失达5 000万元以上。据资料统计［1］，2009年该景区接待游客90万人次，门票收入900余万元，如遇极端气象条件（暴雨或连续降雨）发生较大规模山体滑坡的可能性极大，滑坡一旦发生，将会造成严重的群死群伤特重大安全事故和巨大经济损失［1］。

2 滑坡区自然条件及地质环境条件

2.1 地形地貌

滑坡区位于辉县市西北部太行山区，区内地形陡峭，海拔高程700～1 000m，相对高差较大，地形切割强烈，坡度起伏大，陡崖冲沟较多，属中山区地貌，植被覆盖率较高，达95%以上，植被种类主要为松树。为开发风景区旅游资源，区内地形地貌进行了较大规模的人工改造，如人工切坡修路、兴建小型水电站、农家乐坡宾馆等［1］。

2.2 气象与水文

滑坡区处于太行山与华北平原结合部，为北亚热带向暖温带过渡区，属暖温带大陆性季风型气候。由于受山脉走向和海拔高度影响，季风作用较为明显，春季多风少雨，夏季多雨较热，秋季气候凉爽，冬季较冷少雪。据1971～2009年气象资料统计分析，1月最冷，月均气温－0.6℃；7月最热，月均气温27.1℃。极端最高气温41.5℃（出现在1992年7月2日）；极端最低气温－18.3℃（出现在1990年1月31日）。年均降水量589.1mm，7月降水最多，月均降水182.3mm。一日最大降水量178.0mm（出现在1981年8月16日）。境内水系包括海河水系和黄河水系。主要河流有淇河、百泉河、刘店干河、黄水河、石门河、峪河、纸坊沟河［2］。

2.3 地层岩性

滑坡体滑床以上地层为第四纪残坡积碎石土，滑床为中元古界汝阳群（Pt2ry）砂岩［3］。

2.4 水文地质条件

区内地下水类型为基岩裂隙水，分布于中元古界砂岩岩石裂隙中，接受大气降水补给，以泉的形式排泄于沟谷中，含水较弱，涌水量一般为240～250m3／d，矿化度277mg／L，总硬度244.25mg／L，水化学类型为重碳酸·硫酸―钙·镁型水。

3 滑坡体空间形态及特征

滑坡体在平面形态呈“舌”字形分布，主滑方向348°，坡度42°，空间形态总体上前缘低，后缘高，前缘高程745m，后缘高程809m，相对高差64m。滑坡东西长1 750m，南北平均宽56m，滑坡面积9.8×104m2，滑坡体堆积物为第四纪残坡积层碎石土，滑床为中元古界汝阳群石英砂岩，滑体平均厚8m，体积78.84×104m3，属中型土质滑坡［3］。

3.1 滑坡体物质组成及结构特征

3.1.1 滑体（滑带）

滑坡的物质组成主要由碎石土组成，滑坡体坡积物纵向厚度变化特征为：前缘坡积物较薄，一般在1～3m，土石比为7∶3，滑体后缘坡积物较厚，一般在3～13m，土石比为3∶7；滑体中部坡积物厚3～7m，土石比为6∶4。碎石土土粒成分以粉质粘土为主，碎石成分主要为砂岩，块径一般0.3～3.0m，最大可达4m，分选差，磨圆度低，呈次棱角－棱角状。滑坡体坡积物横向变化不大，最厚为13m，最浅为4m，平均厚度8m。

3.1.2 滑床

滑坡滑床为中元古界汝阳群砂岩，岩性为浅红、肉红、灰白色巨厚～厚层状细～粗粒浅变质石英砂岩、块状构造，由粘土矿物及云母等组成，节理、裂隙发育，易风化，风化后呈砂砾状。与上覆地层接触处有风化壳存在，层厚0.5～1.0m。

4 滑坡体稳定性计算及成因机理分析

4.1 滑坡稳定性计算

4.1.1 计算模型

工程地质勘探浅井和物探揭露的地质剖面，其滑坡滑动面整体呈折线型滑动。计算基本假定如下，沿滑坡横断面方向取1m宽的土条作为计算的基本断面，不计两侧摩阻力；滑坡体每一分条假定为整体滑动；滑坡体推力的作用方向平行于滑动面；推力的应力分布为矩形。稳定性计算选取轴向纵剖面作为稳定计算模型基础，采用传递系数法滑移变形体进行计算，地形线和滑动面分别按直线计算，整体呈折线型滑动。计算时取单宽滑坡滑体进行研究，简化为二维空间问题进行计算。滑坡稳定计算剖面见图1、图2、图3。

图1 剖面1－1′条分

图2 剖面2－2′条分

图3 剖面3－3′条分

4.1.2计算方法

滑坡稳定性计算采用《滑坡防治工程设计与施工技术规范》［4］附录公式计算。滑坡稳定性计算公式为：

ψj为第i块段的剩余下滑力传递至第i＋1块段时的传递系数（j＝i），即ψj＝cos（αi－αi＋1）－sin（αi－αi＋1）tgφi＋1；TDi＝rwhiwLitgβicos（αi－βi）为孔隙水压力产生的平行滑面的分力；

式中K 为稳定系数；RDi＝rwhiwLitgβisin（αiβi）孔隙水压力产生的垂直滑面的分力；

NWi＝rwhiwLi为孔隙水压力；Wi为第i块段的重量（kN／m）；Ci为第i块段内聚力（kPa）；φi为第i块段内摩擦角（°）；Li为第i块段滑面长度（m）；αi为第i块段滑面倾角（°）；βi为第i块段地下水流向与水平面的夹角（°）；A为地震加速度（单位：重力加速度g）。

4.1.3 计算参数的选取

（1）滑体（滑带）土重度的确定。滑体物质成分为碎石土，天然状态重度为17.024 1kN／m3，湿重度为17.044 6kN／m3。

（2）地震系数。滑坡区地震基本烈度为Ⅶ度，地震加速度为0.20g。

（3）滑坡体抗剪强度参数的确定。碎石土粘聚力值C＝6.5kPa，内摩擦角φ＝25.5°。

（4）荷载组合。根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》中的滑坡防治工程工况组合要求，本工程计算工况组合如下，工况Ⅰ，自重（天然状态，滑坡地表无建筑物因此可以认为滑体无集中荷载，基本荷载为滑体的自重）；工况Ⅱ，自重＋10年一遇暴雨（滑体按饱水状态计算空隙水的作用）；工况Ⅲ，自重＋10年一遇暴雨＋地震。

（5）滑坡稳定性计算参数的采集方法。本项目滑坡稳定性计算参数采集方法为按照工程地质勘探浅井和物探揭露的地层资料制作滑坡剖面计算剖面条分图，本次共计算滑坡剖面4条（见1－1′2－2′、3－3′、4－4′滑坡剖面计算条分图）。采集剖面条块的面积、滑面长度及倾角等有关数据进行滑坡稳定性计算和滑坡推力计算。4条滑坡剖面计算参数统计见表1。

4.1.4 滑坡稳定性计算结果

将计算剖面条分图采集的各种数据及滑体重、滑带土抗剪强度等参数值代入滑坡稳定性计算公式和滑坡推力计算公式进行计算，计算结果见表2。

表1 滑坡稳定性计算参数统计

表2 滑坡稳定性计算结果统计

4.1.5 滑体稳定性计算结果分析

将计算滑体稳定性计算结果对照《滑坡防治工程勘查规范》滑坡稳定状态划分表［5］见表3。

表3 滑坡稳定状态划分

本滑坡在不同工况条件下稳定状态如下。

（1）工况Ⅰ条件下（天然状态）。1－1′、2－2′、3－3′计算剖面稳定系数 K 分别为1.03、1.01和1.05，滑坡体分别处于欠稳定状态。

（2）工况Ⅱ条件下（自重＋10年一遇暴雨）。1－1′、2－2′、3－3′计算剖面稳定系数 K 分别为1.00、0.89和0.55，滑坡体处于不稳定状态。

（3）工况Ⅲ条件下（自重＋10年一遇暴雨＋地震）。1－1′2－2′、3－3′计算剖面稳定系数K 均＜1.00，滑坡体均处于不稳定状态。

4.2 滑坡体稳定敏感性分析

从滑坡稳定性计算结果数据分析可以看出，大气降雨与滑坡的稳定关系密切，滑坡的稳定与大气降雨敏感性因素较大。

4.3 滑坡的成因机理分析

4.3.1 地形地貌因素

该滑坡体地形地貌形态为斜坡前缘高程745m，后缘高程809m，相对高差64m，滑坡坡度为40～45，属中低山地貌。滑坡前缘因景区公路建设人工切坡，使斜坡前缘临空，这种地表形态为滑坡体上的岩土体运动创造有利条件。

4.3.2 地层岩性因素

该滑体地层岩性为残坡积土加碎石，其结构松散，与下伏地层砂岩（滑床）地层形成了一个天然斜坡接触面，在滑体自重条件下，滑体沿滑床岩石表层极易发生滑动失稳。

4.3.3 大气降水因素

该滑坡体堆积物主要为碎石土，其结构松散，大气降水易渗入滑体，在饱水状态下滑体重量增加，其力学性质、力学强度、特别是抗剪强度急剧下降，难以抵抗土体自重产生的下滑力，造成土体的滑移。

4.3.4 人类工程活动影响

人类工程活动也是造成该斜坡不稳定重要因素之一，主要表现为在景区建设期间修建道路切坡开挖，加高了坡体的临空面，破坏和改变了斜坡的原始稳定状态，加快了滑坡体变形发展。

综上分析，该滑坡在自然状态下处于稳定状态，在“自重＋10年一遇暴雨”和“自重＋10年一遇暴雨＋地震”工况条件滑坡体将发生局部和大规模滑动失稳。

5 滑坡治理工程措施

5.1 削坡减载

削坡减载［6］，削去滑坡体上部的岩土体和降低使滑体坡角，从而减小滑体的自重和下滑力，使边坡达到稳定状态，这种工程措施施工方便、技术简单，在滑坡防治中被广泛采用。经施工设计该滑坡削坡减载工程量为12 000m3。

5.2 修建地表截排水工程

该滑坡体的稳定与大气降雨敏感性因素较大，因此，需对滑坡体外地表水进行截流旁引，不使其流人滑坡范围，以减小滑坡的下滑力。经施工设计［7］该滑坡后缘设置修筑截水沟，在滑坡体坡面和前缘修筑排水沟，使坡体地表截、排水沟形成地表排水系统，将大气降水合理地排泄到滑坡体以外，从而达到坡体的稳定。该工程设计地表截、排水明渠25 00m。

5.3 修建重力式抗滑挡土墙进行支挡

支挡工程的作用主要是增加抗滑力，使滑坡不再滑动。经设计论证在滑坡体前缘修筑重力式抗滑挡土墙工程［7］，设计挡土墙工程400m。

6 结语

该滑坡治理工程经过可行性研究、工程地质勘察、工程施工图设计等工作，上报河南省国土资源主管部门后，被列入2010年河南省财政地质灾害防治“两权价款”项目。目前该项目已进入工程施工阶段。

［1］河南省水文地质工程地质勘察院.辉县市沙窑乡南坪村不稳定斜坡和危岩体地质灾害治理可行性研究报告［R］.郑州：河南省水文地质工程地质勘察院，2010.

［2］河南省环境地质监测总站.河南省辉县市地质灾害调查与区划报告［R］.郑州：河南省环境地质监测总站，2004.

［3］河南省水文地质工程地质勘察院.辉县市沙窑乡南坪村不稳定斜坡和危岩体地质灾害治理勘察报告［R］.郑州：河南省水文地质工程地质勘察院，2011.

［4］中华人民共和国国土资源部.DZ／T0219－2006滑坡防治工程设计与施工技术规范［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［5］中华人民共和国国土资源部.DZ／T0218－2006滑坡防治工程勘查规范［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［6］余祖湛，周延奎.三峡库区秭归段土质滑坡成因影响因素及整治措施［J］.岩土工程界，2002（2）：67～68.

［7］河南省水文地质工程地质勘察院.辉县市沙窑乡南坪村不稳定斜坡和危岩体地质灾害治理施工设计书［R］.郑州：河南省水文地质工程地质勘察院，2011.