削填方滑坡成因及坡上建房治理研究

唐 威， 燕永锋， 刘兵川

(昆明理工大学，云南昆明 650093)



削填方滑坡成因及坡上建房治理研究

唐 威， 燕永锋， 刘兵川

(昆明理工大学，云南昆明 650093)

滑坡是成灾后果严重的地质灾害，经常会导致交通中断和摧毁村庄、掩埋农田等，造成较大的经济损失[1]。我国国土面积广袤，也是山地大国[2]，而山区地形又为滑坡的形成提供了地貌条件。随着经济的发展，山区居民新建、扩建房屋数量迅速增加，然而山区适宜建造房屋的平坦空地却比较紧张，居民为了创造出适宜建房的平地，出现了大量的“削高填低”平台。但填土的松散性再加上雨水作用的情况下，该种将天然边坡通过削方、填方方式形成的平台极易形成滑坡。因此，研究削、填方滑坡的成因及在坡上建房的治理措施有很重要的理论和现实意义。

目前，研究天然滑坡、填土滑坡的报道较多，如贺国京等[3-6]对填土滑坡的稳定性及防治措施进行了研究；周创兵等[7-10]对天然滑坡的成因机制、稳定性及防治措施进行了相关研究；殷坤龙等[11]综述了国际滑坡的研究现状。但是对山区削方、填方形成的滑坡成因机制和对在该种滑坡上建房采取的防治措施研究较少，为此，笔者研究了云南省丽江市永胜县涛源镇12红东5户削方、填方滑坡的成因机制及在其上建房采取的防治措施，以期为山区类似成因滑坡的防治及对坡上建造房屋存在的威胁采取治理措施提供参考。

1研究区滑坡概况

图1　涛源镇滑坡典型剖面简化示意Fig. 1　 Typical section of the cut and fill slope landslide in Taoyuan Town

图2　裂缝拉裂与滑坡滑动Fig. 2　Cracking and sliding of slope landslide

1.1滑坡现状概述云南省丽江市永胜县涛源镇12红东5户为云南华电鲁地拉电站移民计划，移民房屋新建于该镇所在地的一处斜坡上，将斜坡上部开挖，下部回填，再将其整平作为新建房屋场地(图1)。永胜县涛源镇12红东5户地块于2013年3月开始施工，但是基础完成后发生开裂，产生大量裂缝。且所有裂缝拉裂方向与滑坡滑动方向一致(图2)。滑坡总体向北西向倾斜，主滑方向328°，坡度1°～5°，呈扇形。滑坡在沟左岸形成临空面，临空面高15～25 m。该滑坡直接威胁坡体上拟建、已建建筑物和二级公路1条，可能造成直接经济损失约220万元，受威胁固定资产总额约500万元，必须采取相应的治理措施。

1.2研究区滑坡岩土体特征根据现场勘察揭露，研究区钻探深度内分布3层土，自上而下分述如下：

(1)素填土(Q4ml)。褐黄色，松散，干燥-稍湿，主要由粉质粘土、碎石经人工回填而成，部分土体欠固结，成分较均匀，层厚最大为8.6 m，最小为1.2 m，平均厚度为6.9 m，分布于沟床左岸坡顶及公路左侧坡体地段，填埋均匀，底部含块石。成因主要为涛源镇移民工程开工建设以来进行的地基开挖及二级公路建设工作开挖残坡积层(Q4el+dl)产生的含碎石角砾粉质粘土。

(2)粉质粘土(Q4el+dl)。灰褐色粉质粘土，软塑-可塑状，干强度和韧性低。压缩系数a1-2=0.201 MPa-1。地基土承载力特征值fak=170 kPa。

(3)粉质粘土(Q4el+dl)。灰褐色粉质粘土，软塑-可塑状，干强度和韧性低。压缩系数a1-2=0.206 MPa-1。地基土承载力特征值fak=190 kPa。

2滑坡成因及稳定性分析

2.1定性分析及评价

2.1.1地形地貌。研究区地表切割较强,坡前沟床相对高差达25 m左右,堆填区形成较大的临空面且坡度较陡。提供了滑坡形成的重要因素。

2.1.2地层岩性。由于填土与粉质粘土物理性质差异较大，层面坡度较陡，易在层面形成潜在滑动面，填土未固结完成、孔隙比较大、土质较松散。

2.1.3雨水影响。降雨是导致边坡失稳的主要激发因素。在长时间或强降雨条件下,不仅使表层土体饱水软化,而且入渗后沿填土与原生土构成的软弱面迳流排泄,降低了滑体与滑床间的摩阻力,使结构面贯通、土体自重增加、抗剪强度降低,易引起滑动变形破坏。

2.1.4人类工程活动。研究区滑坡人类工程活动主要表现为移民建设项目和二级公路建设，对阶地进行2次回填。在沟床边缘填土高度为5～8 m，滑坡总高度为20～25 m，工程建设破坏了原有地质环境条件，大量开挖和回填破坏了原地形地貌和排泄系统，同时在回填后未实施规范的碾压夯实，以及滑坡区内及周边排水系统不够完善，致使周边汇集的雨水、地表水入渗坡体，导致边坡坡体上松散的人工填土被冲刷浸泡，使填土弱化，降低了坡体物质的内聚力，破坏了坡体的稳定性及其应力平衡，导致本就脆弱的地质环境条件恶化从而形成现状下的滑坡。

2.2定量分析及评价采用通用边坡滑块剩余下滑推力传递系数法进行计算。对该边坡按复杂土层土质边坡进行分析计算。

(1)计算参数。选定各层土体计算指标取值见表1。

表1　各层土体计算指标取值

注：*为工程地质类比值或经验参考值。

Note:*was specific value of engineering geology of reference value of experience.

(2)计算公式。选择折线法进行计算，利用力矩平衡条件把条间竖向剪力表示成水平推力的函数。计算公式采用《滑坡防治工程设计与施工技术规范》中滑动面为折线法公式，按下式计算边坡稳定性系数：

Kf=

其中

Rn=(Wn[(1-rU)cosαn-Asinαn]-RDn)tgφn+CnLn

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

式中，Wi、Li、αi、βi、Ci、φi分别为第i块滑体的重量、第i块滑体滑面长度、第i块滑体滑面倾角、第i地下水流向、第i块滑体滑面上粘聚力及Φ；ψj为第i块滑体的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数(j=i)；ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)·tanφi+1；rU为孔隙压力比；A为地震加速度(重量加速度g)；TDi为渗透压力产生的平行滑面分力，TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)；RDi为渗透压力产生的垂直滑面分力，RDi=γwhiwLisinβisin(αi-βi)；Kf为稳定系数。

(3)滑坡稳定性计算结果。天然状态下该滑坡剖面计算稳定安全系数为0.996，现状处于欠稳定～失稳状态。在各不利工况下，最大剩余下滑力为619.082kN/m。

2.3稳定性分析坡体用定性分析和定量计算的方法分别进行了稳定分析评价，坡体现状下处于欠稳定～失稳状态。若再对其进行加载或开挖或在地震和暴雨情况下，会造成滑坡进入加速变形阶段从而失稳下滑，形成填土滑坡。

3滑坡防治措施

3.1方案比选通过勘查后研究分析,对永胜县涛源镇12红东5户地块滑坡提出了相应的2套防治方案：方案1是将填土整体开挖，达到原生地层，再对地基进行换填处理，分层碾压；方案2是“抗滑桩+拦挡坝+排水系统+边坡削坡”。

3.2方案1的优缺点方案1的优点是对地基土整体换填，可避免滑坡的威胁，再对填土进行换填，分层碾压，可一定程度上减少由于填土不均匀沉降造成的危害。工程投资较少。

方案1的缺点是开挖方量较大，施工难度大，而且滑坡后缘居民建筑已经全部竣工，部分居民已搬入新址，若进行地基换填，将会造成不必要的损失。而且滑坡前缘仍然会形成临空面，存在很大的安全隐患。

3.3方案2的优缺点方案2的优点是能够有效地防止滑坡进一步发展，保持边坡的整体稳定性，保护后缘居民建筑不因滑坡滑动而发生倒塌。坡体表面排水工程能有效排出地表水，防止坡体土层因降雨等因素而导致的容重增大的现象。坡面生物防治能够有效防治水土流失，降低坡前冲沟形成泥石流的可能性。

方案2的缺点是针对滑坡进行防治工程设计,未考虑填土沉降问题,场地建设适宜性差。如需进行房屋建设,应对地基采取地基换填的形式进行处理,再行修建。

3.4最终治理方案经过研究对比分析，在同时兼顾工程投资和施工工期的情况下，对研究区滑坡采用“抗滑桩+拦挡坝(防止冲沟溯源侵蚀)+排水系统(边坡整体地表排水)+边坡削坡(放坡处理及生物措施)”的治理方案(方案2)。

3.4.1抗滑桩。于滑坡前缘处布设1排抗滑桩，共16棵, 桩心距为6.0m，桩截面为1.5m×2.0m。其中，A型桩2棵，桩长为12.0m，配筋率为2.00%；B型桩5棵, 桩长为15.0m，配筋率为1.03%；C型桩5棵, 桩长为15.0m，配筋率为1.80%；D型桩4棵, 桩长为22.0m，配筋率为1.90%(表2)。

表2　抗滑桩计算

3.4.2拦挡坝。滑坡剪出口的河沟处设置拦挡坝，坝高为7.0 m，坝长为24.6 m，顶宽为1.0 m，迎水坡比为1∶0.3，背水坡比为1∶0.2。抗滑移验算：Kc2=1.463>1.3;抗倾覆验算：K0=6.953>1.5;地基承载力验算值为113.57 kPa。

3.4.3截排水措施。于滑坡后缘设置1条截水沟截断地表水入渗至坡体内；在抗滑桩与公路之间设置1条排水沟。

3.4.4边坡削坡。为了降低滑坡前缘较陡的坡度，需要对滑坡进行削坡处理。为了工程的整体美观，整个滑坡削坡坡度均采用坡比1∶2.0。削坡完成后对整个坡体采取植草措施进行防治，并采用土工布对坡体进行覆盖,防止降雨下渗,增大坡体容重,导致坡体稳定性降低。

3.5治理后评价该研究区滑坡治理工程于2014年12底完工，据现场的监测数据，滑坡及房屋的沉降、位移均在规范要求范围内。治理工程的实施使滑坡的潜在危害得到有效控制。

4结论及建议

4.1结论研究区坡体现状下处于欠稳定～变形状态，但是强烈地震或持续强降雨会导致滑坡失稳，导致坡体上5户及后缘已建好的4户面临生命财产安全威胁。滑坡主要成因为地形、地层(松散填土)、降雨入渗、人类工程活动(削、填建房、加载)。通过“抗滑桩+拦挡坝+排水系统+边坡削坡”的治理方案是成功的，能有效治理该类型滑坡。

4.2建议人类建设活动过程中，应尽量不破坏原生坡，避免开挖坡脚，并加强坡面绿化及植被保护；尽可能少削、填方建房，若必须削方和填方，则不宜开挖出较陡和堆填出过陡的临空面；填土必须分层碾压夯实，待固结沉降稳定后再行修建；在填土上进行工程建设前，要对填土做必要的检测和稳定性评价，对其工程建设的可行性进行研究分析；治理填土滑坡时宜在旱季进行，不宜在雨季施工，避免发生二次灾害。

参考文献

[1] 王恭先.滑坡防治工程措施的国内外现状[J]．中国地质灾害与防治学报，1998，1(9)：1-9.

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[10] 樊怀仁,郭睿.滑坡灾害防治技术回顾与展望[J]．煤田地质与勘探,2002，30(4):47-48.

[11] 殷坤龙,韩再生,李志中.国际滑坡研究的新进展[J]．水文地质工程地质,2000，1(5):1-3.

摘要对云南省丽江市永胜县涛源镇一处部分削方部分填方形成的填土滑坡成因进行了分析，并对滑坡上建造房屋造成的威胁提出了治理措施。结果表明，研究区滑坡主要成因为地形、地层(松散填土)、降雨入渗、人类工程活动(削、填建房、加载)；通过“抗滑桩+拦挡坝+排水系统+边坡削坡”的治理方案是成功的，能有效治理该类型滑坡。

关键词削方；填方；滑坡；成因分析；治理措施

Causation of the Cut and Fill Slope Landslide and Management of Building on the Slope

TANG Wei, YAN Yong-feng, LIU Bing-chuan(Kunming University of Science and Technology,Kunming,Yunnan 650093)

AbstractCausation of the cut and fill slope landslide was analyzed in Taoyuan Town, Yongsheng County, Lijiang City, Yunnan Province. Management measures for building on the slope were put forward. Results showed that before engineering construction, it was necessary to detect and evaluate the stability of fill, and to analyze the feasibility of engineering construction. Management of cut and fill slope landslide should be carried out in dry season in order to avoid secondary disaster.

Key wordsCut; Fill; Landslide; Causation analysis; Control measures

收稿日期2015-12-14

作者简介唐威(1988- )，男，湖南岳阳人，助理工程师，硕士，从事环境地质、矿产地质研究。

中图分类号S 429；P 694

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)01-200-03