六盘水市钟山区水钢技校不稳定斜坡形成机制及防治对策

曾庆禹，尹先娥

(贵州省地质环境监测院六盘水分院，贵州 六盘水 553001)



六盘水市钟山区水钢技校不稳定斜坡形成机制及防治对策

曾庆禹，尹先娥

(贵州省地质环境监测院六盘水分院，贵州 六盘水 553001)

[摘要]六盘水市钟山区水钢技校不稳定斜坡自2010年6月以来，校园附近出现不同程度的建筑物变形、地面裂缝等现象。目前，水钢技校不稳定斜坡已出现较明显的变形，坡体前缘挡土墙裂缝极发育，已出现明显滑移迹象。该斜坡剪出口明显，边界清晰，一旦受暴雨等因素影响，坡体失稳变形，将严重威胁位于斜坡后缘的教学楼、坡体上建筑物以及321名师生的生命财产安全，潜在经济损失约1000万元，对其进行工程防治的紧迫性日渐突出。本文对不稳定斜坡的形成机制进行了详细的分析，并提出了防治对策。

[关键词]不稳定斜坡；稳定性评价；工程防治

不稳定斜坡体自2010年6月以来，校园附近出现不同程度的建筑物变形、地面裂缝等现象。目前，水钢技校不稳定斜坡已出现较明显的变形，坡体前缘挡土墙裂缝极发育，已出现明显滑移迹象。该斜坡剪出口明显，边界清晰，一旦受暴雨等因素影响，坡体失稳变形，将严重威胁位于斜坡后缘的教学楼、坡体上建筑物以及321名师生的生命财产安全，潜在经济损失约1 000万元，。受威胁的人数众多、对象突出，经济损失巨大，研究该不稳定斜坡变形破坏特征及发展趋势，提出防治对策，对该区灾害防治具有重要意义。

1危岩带地质环境背景

1.1地形地貌

钟山区位于贵州省六盘水市东南部，属构造剥蚀-侵蚀中低山斜坡地貌。调查区域地形起伏程度相对较小，不稳定斜坡主要位于学校前缘陡坡处。调查区坡度低于20°，局部陡坎。区内海拨一般为1 835～1 855 m，相对高差为20 m，局部见陡坡。区内多为建筑物密集区，道路纵横、房屋密布。水钢技校不稳定斜坡位于低中山沟谷低缓地带。该不稳定斜坡前缘为居民集中区，左侧为水钢技校宿舍楼，右侧位于校园围墙附近，后缘为操场变形拉裂缝一带。

1.2地层岩性

调查区出露的主要地层为第四系人工填土(Q4ml)、第四系残坡积层(Q4dl+el)和石炭系马坪组(C3mp)，现由新至老分述如下：

(1)第四系人工填土(Q4ml)：

灰黄色杂填土，主要由碎石土组成，结构松散，主要分布于学校校区、周边建筑区以及公路一带，厚薄不均，一般厚1～2 m。

(2)第四系残坡积层(Q4dl+el)：棕、灰黄色碎石土，结构松散，碎石含量30%～55%，碎石母岩为强风化灰岩，碎石粒径2～8 cm，粒间充填物为粉质粘土，主要分布于斜坡地带，厚度一般4～5 m，地形较陡的地带分布很薄，一般厚约2 m，地形较缓的地带逐渐变厚。

(3)石炭系马坪组(C3mp)：灰、灰白色灰岩，中风化-微风化，块状，广泛分布于斜坡地带。

1.3地质构造与地震

勘查区位于黄土坡断层东南侧，整个勘查区受断层影响小，在区内未发现大断层或区域性断裂，地质构造简单。

根据全国地震区划图编制委员会编制的《中国地震动参数区划图》[1](GB18306-2001)，勘查区地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震基本烈度为Ⅵ度。

1.4水文地质条件

1.4.1地下水类型

根据勘查区内出露的地层岩性、含水介质及地下水动力条件，区内地下水类型可划分为碳酸盐岩岩溶水、第四系孔隙水两大类。

(1)碳酸盐岩岩溶水

碳酸盐岩岩溶水是勘查区内最主要的地下水类型，分布广，水量大，主要赋存于三叠系关岭组碳酸盐岩的溶蚀管道及溶蚀裂隙中，含水岩系岩性以灰岩为主，以地下暗河、溶蚀裂隙赋存，受大气降水渗入补给，径流速度相对较快，地下水运动状态呈溶洞为主的管道流，动态变化较大，受人为工程活动的影响，以向下游径流、泄流及泉、伏流出口、暗河出口为排泄方式。泉流量一般为5.76～220.39 L/S，地下迳流模数为4.94～31.44 l/S.km2。

(2)第四系孔隙水

孔隙水零星分布于河流阶地和岩溶洼地的各类松散岩类地层组合中，以第四系为主，富水性差，其含水量大小受松散岩类孔隙度大小控制，补给方式主要为大气降水入渗，径流速度缓慢，排泄方式以泉点出露为主。泉流量一般为 0.07～0.17 L/S。

1.4.2地下水补、径、排条件

地下水类型以碳酸盐岩岩溶水为主，地下水富集受岩性、地貌和构造诸多因素制约，一般富集于褶皱构造核部地段、构造体系的交接复合部位、构造裂隙相对密集的断裂两盘交汇处及不同岩性的接触面。

地下水补给来源主要是大气降水，补给途径有集中补给和面状渗透补给。集中补给主要是大气降水通过岩溶洼地、落水洞、岩溶漏斗直接补给地下水；面状渗透补给主要是大气降水通过溶蚀裂隙、层间裂隙、构造裂隙等补给地下水。地下水接受补给后，多沿岩层走向迳流，在河谷两岸或地形低洼处排泄。

1.4.3地下水动态特征

地下水动态变化主要受大气降水所控制，其变化与大气降水的变化规律基本同步。每年4～10月为降水高峰期，泉流量与河水位处于丰水期，地下水位随之升高；每年12月至次年1～3月降水量减少，泉流量与河水位处于枯水期，地下水位随之下降，水位变幅一般为2～30 m。

2不稳定斜坡的形成机制分析

2.1不稳定斜坡的基本特征

水钢技校不稳定斜坡位于学校南侧陡坎一带，因70年代末期，学校教学楼、操场、围墙等附属设施修建过程中，场地表层多为杂填土。因杂填土与第四系残坡积层未经有效碾压，在南侧挡土墙修建后，年代久远，围墙、挡土墙等出现不同程度倾斜、开裂，地面操场也出现多条裂缝。

根据工程地质调查，将不稳定斜坡内变形迹象描述如下：

(1)挡土墙、围墙裂缝：裂缝分布于校园南侧挡土墙的中部及左端。裂缝宽约5～15 cm，垂直向发育，裂缝长约1.0～1.5 m。

(2)操场裂缝：零星分布于整个操场地面，平面形态不规则，多为水泥地面开裂，裂缝宽度基本小于2 cm。

2.2不稳定斜坡成因分析

不稳定斜坡平面形态成“圈椅”状，斜坡前缘临空面坡度较大，表层出露岩土物质多为第四系杂填土、残坡积物，均较松散、破碎，粘结性差。坡面防护措施主要为挡土墙，边界周围无有效排水措施。坡体上部为冶金北路、水钢技校校舍、宿舍、办公楼等教学设施，下部为居民建筑密集区。在上部过往车辆、建筑物等加载、降水直接浸润坡面，下渗浸蚀松散岩土体、有利的大坡度临空面等多种因素综合作用下，导致不稳定斜坡失稳，导致操场地面形成多条拉裂缝、前缘挡土墙、围墙倾斜、开裂等。

2.2.1不利的地形条件

不稳定斜坡前缘微地貌为陡坡，前缘地形坡度一般70°～85°。该段地形为不稳定斜坡的变形提供了有利的剪出口。

2.2.2地层岩性

岩性对该斜坡稳定性的控制作用是明显的，在降雨、人工开挖等诱发因素下，挡土墙背后松散物质因主动土压力的变化，导致墙体变形开裂。

2.2.3水的作用

雨季是边坡失稳的多发季节，降雨强度越大、历时越长越易发生。地表水的入渗量与岩土石的裂隙大小、深度及密度息息相关。暴雨期间容易导致岩土体近似饱水状态，静水压力、表层岩土体容重的增大，导致挡土墙、操场地面等发生变形破坏。

2.3不稳定斜坡稳定性评价

2.3.1定性分析评价

水钢技校不稳定斜坡特征表现为前缘挡土墙及操场等出现裂缝，坡体整体坡面由后至前依次变陡，呈多级台阶状。第四系杂填土及残坡积层分布厚度不均，局部为强风化灰岩，下伏基岩为强～中风化灰岩。滑动面位于第四系与下伏基岩接触处。在持续强降雨的情况下，地表水下渗，坡体饱水导致滑动部分岩土体饱和容重增大，且滑带得到润滑，抗剪强度进一步降低，使滑坡处于欠稳定状态，局部处于不稳定状态。

2.3.2定量计算及评价

结合不稳定斜坡的地形特征及变形机制，按照挡土墙及墙后土的稳定性计算，分析挡土墙后斜坡的稳定性。

1)计算模型与工况

按照圆弧法计算挡土墙后斜坡的稳定性。

勘查区地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震基本烈度Ⅵ度，不考虑地震荷载；斜坡所在位置上部为操场，不考虑建筑荷载；不稳定斜坡内，无地下水，不考虑地下水的影响；该地质灾害危害对象等级为二级，鉴于该地质灾害位于学校区，一旦发生灾害，社会影响与经济损失较大，因此，地质灾害防治工程等级定为Ⅱ级。

选定天然状态(工况Ⅰ-自重)、持续降雨(工况Ⅱ-自重+暴雨)两种工况进行稳定性计算，稳定性安全系数按下表选取。

2)计算公式的选取

不稳定斜坡滑面呈圆弧型，因此本次稳定性计算方法采用瑞典条分法(图1)，据《滑坡防治工程勘查规范》[2](DZ/T0218-2006)附录E．1．1)计算公式如下：

(1)滑坡稳定性计算：

式中：Nwi=γwhiwLicosαi；TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)；RDi=γwhiwLisinβisin(αi-βi)

式中：Wi为第i条块的重量(KN/m)；Ci为第i条块内聚力(KPa)；Φi为第i条块内摩擦角(°)；Li为第i条块滑面长度(m)；hiw为第i条块滑面高度(m)；αi为第i条块滑面倾角(°)；βi为第i条块地下水流向(°)；A为地震加速度(单位：重力加速度g)；Kf为稳定系数；Nwi为孔隙水压力，即近似等于浸润面以下土体的面积hiwLicosαi乘以水的容重γw；TDi为渗透压力产生的平行滑面分力；RDi为渗透压力产生的垂直滑面分力；

(2)滑坡推力公式如下：

对剪切而言：

Hs=(Ks-Kf)×∑(Ti×cosαi)

对弯矩而言：

Hm=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosαi)

其中：Hs、Hm为推力(KN)；KS为设计的安全系数；Ti为条块重量在滑坡切线方向的分力，(KN)

3)计算参数的确定

(1)斜坡土体物理力学参数

坡体主要以杂填土、第四系残坡积碎石土等为主，采用经验值，并结合不稳定斜坡的现状稳定性进行反演修正，综合确定。本次稳定性计算中，滑体天然重度取17.90 kN/m3、饱和重度取18.25 kN/m3。

表1　稳定性计算土体抗剪强度参数采用值

(2)剖面的选择

根据实测剖面，选择前缘挡土墙裂缝发育处两条典型断面，进行不稳定斜坡的稳定性计算。

4)稳定性计算结果

根据上述稳定性计算公式及稳定状态判别标准对不稳定斜坡进行了稳定性计算及稳定性评价，稳定性计算结果及稳定性评价见表2。

表2　滑坡稳定性分析成果表

5)稳定性综合评价

由表2可知，Ⅰ-Ⅰ’天然状况下稳定性系数为1.20，滑体处于稳定状态。在天然状况+50 a一遇暴雨工况(工况2)下稳定性系数为1.04，稳定性有较大程度的降低，小于设计工况下的稳定性安全系数1.15，滑坡整体处于欠稳定状态; Ⅱ-Ⅱ’天然状况下稳定性系数为1.22，滑体处于稳定状态。在天然状况+50 a一遇暴雨工况(工况2)下稳定性系数为1.05，稳定性有一定的降低，小于设计工况下的稳定性安全系数1.15，滑坡整体处于欠稳定状态。通过本次地表调查也发现，强降雨后，不稳定斜坡前缘地表以及中上部变形迹象明显，中部地表及前缘挡土墙、围墙等裂缝发育，与该工况下的稳定性计算结果基本吻合。因此，在治理设计中应采取一定的抗滑支挡措施。在治理设计中应注重坡面排水工程的布置，以防止雨水下渗以及雨水对坡面的冲刷作用。

3防治对策

根据不稳定斜坡的基本特征，在分析不稳定斜坡形成机制、稳定性评价的基础上，以及坡脚建筑物的重要性、对群众生命安全危害的社会影响性，建议水钢技校不稳定斜坡防治方案为：

工程治理(挡土墙、围墙重建)

拆除已建围墙与前缘挡土墙，并拆除前缘紧邻挡墙的一排建筑物，对挡土墙、围墙进行重建，保证该斜坡的稳定性，从而保障受胁师生、群众的生命财产安全。

参考文献

[1]GB18306-2001.中国地震动参数区划图[S].

[2]地质灾害防治工程勘察规范[S].DB50/143-2003.

[收稿日期]2015-10-28

[作者简介]曾庆禹(1970-)，男，贵州毕节人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质相关工作。

[中图分类号]X523

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)01-0174-03