长沙市望城区丁字镇船行湾山滑坡稳定性评价及工程治理研究

彭钊，张慧，黄栋良（湖南省地质科学研究院，湖南 长沙 410007）



长沙市望城区丁字镇船行湾山滑坡稳定性评价及工程治理研究

彭钊*，张慧，黄栋良
（湖南省地质科学研究院，湖南 长沙 410007）

摘 要随着国家社会经济发展，国家对滑坡地质灾害治理越来越重视。滑坡稳定性评价和工程治理方法也进一步发展，本文列举了常用的滑坡稳定性评价和工程治理方法，并以船行湾山滑坡治理为例，采用瑞典条分法对滑坡进行稳定性评价及滑坡推力计算，并采用坡面排水、挡土墙结合锚杆格构梁对滑坡进行综合治理，达到了消除滑坡隐患，改善人居环境的治理效果。

关键词滑坡稳定性评价；瑞典条分法；挡土墙；锚杆格构梁

滑坡治理工程是岩土工程的一个重要领域，涉及到工程数学、力学、工程地质等多个学科。随着人们对滑坡研究的深入，各国间学术交流的频繁，数理力学的发展，尤其是计算机技术在工程中的广泛应用，一些新思路、新方法在滑坡稳定性研究和灾害预报中应运而生。根据国内外相关资料，边坡稳定性分析方法大致可分为5类：定性分析方法、定量评价方法、不确定性分析方法、确定性和不确定性方法的结合方法、物理模拟方法。定量评价方法包括极限平衡方法和数值分析方法，极限平衡方法可分为瑞典条分Fellenius(1936)法，Bishop(1955)法，Janbu(1973)法(J法)，Morgenstern和Price(1965)法(M-P法)、Spencer(1967)法(S法)、Sarma(1973)法，后来Chen和Morgenstern（1983）等人对其进行了发展，基本上形成了比较完整的理论体系。

滑坡典型的支挡结构主要包括土钉墙、挡土墙、锚杆格构梁、预应力锚索、抗滑桩、锚索抗滑桩等支撑和锚固结构，是用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其塌滑以保持稳定的一种建筑物。在铁路、公路路基工程中，支挡结构被广泛应用于稳定路堤、路堑、隧道洞口以及桥梁两端的路基边坡等，主要用于承受土体侧向土压力。在水利、矿场、房屋建筑等工程中，支挡结构主要应用于加固山坡、基坑边坡和河流岸壁。当以上工程或其他岩土工程遇到滑坡、崩塌、岩堆体、落石、泥石流等不良地质灾害时，支挡结构主要用于加固或拦挡不良地质体。

长沙市望城区丁字镇船行湾山滑坡为小型土质滑坡，稳定性评价方法采用瑞典条分Fellenius（1936）法，治理采用截排水沟、挡土墙及锚杆格构的综合治理方案，达到了消去滑坡隐患，提升人居环境的效果。

1　滑坡概况

1.1 滑坡规模及形态特征

长沙市望城区丁字镇船行湾山滑坡呈南北向分布，滑动方向呈正东向，大体呈半圆形，坡脚紧靠灌溉水渠，坡顶紧靠书堂山小学东侧道路。该滑坡长为190 m，宽15～25 m,坡脚高程48.31～50.2 m，坡顶高程60.0～63.30 m，相对高差约12 m，滑坡方量约为2.85万m3,滑动方向为89°，为小型土质滑坡，主要的变形迹象为坡体局部的垮塌、居民房屋及学校围墙的裂缝，主要的破坏模式为土层内部的圆弧滑动破坏。滑坡坡主要威胁对象为248名师生，及2栋教学楼、1栋教师宿舍、坡脚230 m灌溉的运行安全和100多亩农田的正常耕种，面临的潜在经济损失约700万元，施工难度一般。按《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219—2006）滑坡防治工程分级表，确定船行湾山滑坡防治工程等级为Ⅱ级（图1、2、3）。

图1　滑坡全貌及其威胁对象Fig.1 The landscape of the landslides and its threat objects

图2　滑坡前缘垮塌Fig.2 The collapse in the leading edge

图3　滑坡体上房屋开裂Fig.3 The houses cracking in the landslide

1.2 工程地质条件

通过勘查，综合区域资料，查明拟建场地分布岩土层有：素填土、粉质粘土、强风化花岗岩等，按其工程特性及指标，共划分为3个工程地质层。现自上而下分述如下：

（1）素填土①（Q4ml）：褐黄色、褐红色，稍湿—湿，主要由花岗岩残积土等组成，系新近人工堆填而成，密实度不均匀，松散—稍密，未完成自重固结，层厚1.00～5.30m。

（2）粉质粘土②（Qel）：褐黄色、灰白色，残留约20～30%石英颗粒,可见云母片及条带状灰白色长石风化物，稍湿，硬塑，稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，层厚6.30～7.50m。根据标准贯入试验及室内试验结果，结合当地工程建设经验，承载力特征值为180 kpa。

(3)强风化花岗岩（γ）：灰白色，大部分矿物风化变质，其中钾长石风化后呈砂状，风化裂隙发育，岩块用手易折断，岩芯呈土柱状及碎块状，最大揭露厚度10.10 m。根据岩石试验结果结合当地工程建设经验，承载力特征值为380 kpa。

1.3 岩土体物理力学特性

计算采用的岩土物理力学参数合理与否，是计算评价边坡稳定性的关键，其中滑带土的抗剪强度参数C、φ取值更是关系重大。本次计算滑面抗剪强度指标是根据室内试验、反演分析、工程类比及参考地区经验等来综合确定（表1）。

表1　稳定性计算参数综合推荐表Table 1 The recommendation table of stability calculation parameters

2　滑坡稳定性计算评价

2.1 计算方法

滑坡可能的破坏形式，为圆弧滑动及局部小型崩塌，对该边坡稳定性计算采取圆弧滑动法的瑞典条分法计算方法，滑动面为圆弧形(图4）。

图4　瑞典条分法（圆弧型滑动面）Fig.4 Sweden slice method(circular arc sliding surface)

（1）滑坡稳定性计算

其中：

渗透压力产生的垂直滑面分力 RDi：

式中：Wi—第i条块的重量（kN/m）；

Ci—第i条块的内聚力（kPa）；

φi—第i条块内摩擦角（°）；

Li—第i条块滑面长度（m）；

αi—第i条块滑面倾角（°）；

βi—第i条块地下水流向（°）；

A—地震加速度(重力加速度g)；

K

f—稳定系数。

若假定有效应力

其中γU是孔隙压力比，可表示为：

简化公式：

（2）滑坡推力计算公式：

对剪切而言：

对弯矩而言：

其中：Hs、Hm—推力（kN）；

Ks—设计的安全系数；

Ti—条块重量在滑面切线方向的分力。

2.2 计算模型的选取

计算目的是为滑坡稳定性评价及防治提供依据。计算时，考虑自重和自重+暴雨两种工况。由于本区地震烈度为Ⅵ度，地壳属基本稳定区，因此不考虑自重+地震工况。分析计算的荷载主要有：滑坡体自重和暴雨状况下的滑体容重。分以下两种情况：

①工况Ⅰ：自重（天然状况）

②工况Ⅱ：自重+暴雨

根据地质调查及勘探揭露，潜在滑面为粉质粘土层，沿坡脚附近滑动，滑坡稳定性计算选取2-2'剖面、3-3'剖面、4-4'为计算剖面潜在滑面进行计算，并对可能的潜在滑面进行稳定性计算，详见图5、6、7、8。

图5　勘查及治理工程平面图布置Fig.5 The plan arrangement of the exploration and management project

图6　2-2'剖面稳定性计算简图Fig.6 The stability calculation schematic of profile 2-2’

图7　3-3'剖面稳定性计算简图Fig.7 The stability calculation schematic of profile 3-3’

图8　4-4'剖面稳定性计算简图Fig.8 The stability calculation schematic of profile 4-4’

2.3 滑坡稳定性评价

滑坡推力计算中设计安全系数，考虑该滑坡的重要性及危害性，前已述及，该滑坡防治工程级别为Ⅱ级，参照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219—2006)表5，选取该滑坡防治工程设计安全系数如下：

工况Ⅰ：采用Ks(安全系数)=1.25

工况Ⅱ：采用Ks(安全系数)=1.10

在稳定性计算的基础上，按照相关规范，采用瑞典条分法和上述对应工况的安全系数，进行滑坡推力计算，计算结果汇总于表2。

根据表2，按《地质灾害防治工程勘察规范》（DB50/143—2003）滑坡稳定状态划分标准（稳定系数Fs≥Ks为稳定，Ks＞Fs≥1.05基本稳定，1.05＞Fs≥1.0为欠稳定，Fs＜1.0为不稳定，Ks为设计安全系数）。因此该滑坡在自重工况下，2-2'、4-4'剖面处于基本稳定状态，3-3'剖面处于不稳定状态；在自重+暴雨工况下，2-2' 、3-3' 、4-4'剖面均处于不稳定状态。

表2　纵剖面2-2'、3-3'、4-4'稳定性及滑坡推力计算成果Table 2 The stability and calculation of landslide thrust in profile 2-2’,3-3’,4-4’

3　治理方案

3.1 治理原则

（1）治理工程必须针对滑坡地质灾害的形成发育规律，制定切实可行且安全有效的工程方案。

（2）治理方案应选择技术可靠、经济合理、结构简单、可操作性强的方案。（3）因地制宜，就地取材，节省防治费用。（4）防止坡体水土流失，治理后做到绿色、环保。

3.2 治理工程布置

根据望城区丁字镇船行湾山滑坡的勘查成果和前面的分析，在充分掌握滑坡影响因素、稳定性状况以及危害对象等的基础上，采取“截排水沟+挡土墙+锚杆格构梁+水渠护岸+监测工程”的综合治理方案（图9）。

图9　典型剖面设计图Fig.9 Design diagram of the typical profile

治理方案工程具体布置如下：

（1）截排水沟工程：沿坡体后缘修建M7.5浆砌片石截水沟；在坡体中部沿道路左侧修建C20砼路基边沟；在2-2'、4-4'剖面处修建M7.5浆砌片石踏步式跌水沟，将边沟汇集的地表水引入坡脚灌溉水渠。另外，为消减水流冲击力及防止排水沟淤积，在截水沟拐弯处、截水沟入水渠处及跌水沟入水渠处，修建沉砂井六个。

（2）挡土墙工程：为稳固坡脚及恢复乡村公路路基宽度，沿滑坡坡脚设置4 m高直立式M7.5浆砌片石护脚墙稳固坡脚，墙体顶宽2.0 m，底宽2.73 m，基础埋深不小于1 m。挡土墙墙背回填完成后，砍挖坡体上灌木丛，清除坡体表面浮土，挖台阶填筑路基。

（3）锚杆格构梁护坡工程：为保证坡体稳定，将2-2'与5-5'剖面范围坡面采用锚杆格构梁防护，稳固坡体，格构梁采用C30砼浇筑，截面尺寸为30×40 cm，水平间距为2.0 m，竖向间距为2.0 m，在格构梁结点处设置锚杆，锚杆主筋采用Φ32钢筋，锚孔直径为Φ130 mm，俯角25°，锚杆长度为12 m。

（4）水渠护岸工程：为防止水流冲刷挡墙基础，沿滑坡坡脚即灌溉水渠左岸砌筑M7.5浆砌片石护岸，护岸高1.8 m，基础埋深0.8 m，墙厚0.5 m。

（5）隔离栅工程：在道路右侧坡顶设置1.9 m高隔离栅，防止小学生进入坡面玩耍，坠入灌溉水渠。

（6）监测工程：根据滑坡特征，在坡体、挡土墙顶、锚杆格构梁上布置二等位移监测点3个，同时进行水平位移和垂直位移监测，位移监测采用全站仪进行监测。锚杆应力监测点3个，用于监测工程完工后锚杆应力变化。

3.3 治理效果

（1）船行湾山滑坡治理工程竣工至今已两年多，两年多的监测结果显示，滑坡地表位移及锚杆应力变化值均在规范要求的范围内，滑坡体已趋于稳定，到达了消除滑坡隐患的目的。

（2）滑坡范围及周边生态环境得到了明显改善，坡面植被重新生长，坡脚水渠灌溉功能得到加强，曾经垮塌的乡村道路现已畅通无阻。

图10　治理后效果图Fig.10 The rendering after treating engineering

（3）滑坡治理后产生了较好的社会效益，改善了书堂山中心小学的教学环境及当地村民的居住环境，得到了师生及村民的好评。

4　结语

（1）船行湾山滑坡属小型土质滑坡，采用瑞典条分法进行稳定性评价及推力计算，方法选取恰当，计算结果与滑坡实际变形状态相符。

（2）滑坡采取“截排水沟+挡土墙+锚杆格构梁+水渠护岸+监测工程”的综合治理方案，治理效果较好，达到了消除滑坡隐患，优化人居环境的目标。

（4）工程案列对此类型滑坡治理有较高的参考与借鉴价值。

参考文献/Reference

[1]《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218—2006）.

[2]《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219—2006）.

[3]郑颖人，陈祖煜等，《边坡与滑坡工程治理》（第二版），[M]，2010.8.

[4]《建筑地基基础设计规范》，（GB50007—2011）.

[5]《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）.

Study on Landslide Stability Evaluation and Engineering Management in Chuanxingwan Hill,Dingzi,Wangcheng,Changsha

Peng Zhao,Zhang Hui,Huang Dongliang
(Hunan Research Academy of Geological Sciences,Changsha Hunan 410007)

Abstract:With the national socio-economic development,China takes more and more attention on treatment of landslide disaster.Landslide stability evaluation and engineering treatment method have further developed.The paper cites the usual landslide stability evaluation and engineering treatment method,and takes the landslide treatment of chuanxingwan hill for example,uses the swedish slice method for stability evaluation and landslide thrust calculation,and uses external drainage,earth-retaining wall and anchor lattice beam for comprehensive landslide treatment.Through the landslide treatment,the effect of eliminating landslide disaster and improving the living environment has reached.

Key Words:stability evaluation of landslide;swedish slice method;earth-retaining wall;anchor lattice beam

收稿日期：2016-1-15；改回日期：2016-3-2。

*第一作者简介彭钊，男，1983年生，岩土工程专业，工程师，研究方向：水工环地质。E-mail:94685883@qq.com

文章编号：1672-5603（2016）01-053-6

中图分类号：P642.22

文献标识码：A