南京市江宁区横山凹滑坡发育特征及稳定性分析

陈宗全

(中煤长江基础建设有限公司，南京 210046)

0 引言

南京市地处长江中下游地区，是江苏省内受地质灾害影响程度最剧烈的城市之一。南京市地质灾害类型主要有崩塌、滑坡、地面塌陷与特殊类土(砂土、软土)4大类，因其地处长江沿线，地理位置特殊，区内地质环境条件较复杂，加上近些年来极端气候和各类建设活动等因素的影响，地质灾害尤其是滑坡类灾害时常发生，且因其具有突发性、破坏性强等特点，防范难度大，给人民生命和财产安全带来极大威胁[1]。

本文以横山凹滑坡为研究对象，通过对现场调查、勘查及实验测试等方法，基本查明了滑坡体的特征。结合稳定性分析成果，提出了滑坡治理工程措施，治理工程结束后，边坡状态稳定，实现预期治理效果。

1 滑坡区自然地理及地质特征

横山凹滑坡位于南京市江宁区北部，距离主城区约15km，属北亚热带季风气候区，气候温和，无霜期长，雨量丰富，光照充足。年平均气温为15.7℃，全年最冷月份(1月)平均气温2.8℃，最热月份(7月)平均气温是27.9℃，极端最低气温为-13.3℃，极端最高气温达40.4℃。全年平均降水量为1 072.9mm，1991年最高达2 006.0mm，1978年最少只有479.8mm。

横山凹滑坡地处灵山─龙王山西部北侧，地表高程14～86m，地形坡度为20°～30°，局部较陡达40°左右，主要由第四系松散土层、三叠系、二叠系沉积岩组成，区内地表无水系，大气降水为治理区地下水的主要补给来源，而地表自然蒸发、侧向径流及人为开采则是其主要排泄方式。附近人类工程活动包括早期煤矿开采和近些年来的矿山地质环境治理，研究区进行过地形整治和绿化工作，并在坡脚位置进行了回填压脚。

2 滑坡发育特征

2.1 边界特征及规模

横山凹滑坡位于灵山北坡，地势南高北低，坡面呈倾斜状，坡脚以北为居民区，地势平缓。边坡在标高+30m和+50m处均为平台。

该滑坡四周界线较为清晰，平面上呈喇叭形，滑坡前缘呈现弧状，滑壁则呈圈椅状。滑坡后缘顶部标高为+48m，前缘标高为+16.7m，相对高差31m，滑坡体后缘壁上下盘高差1m，形成的后壁坡度约42°，滑坡体坡度为25°左右，坡面发育有多条裂缝，规模较大的有6条，坡脚有2处发生隆起变形。滑坡沿主滑方向长度约120m，宽度约135m，投影面积为16 158m2。勘查资料显示，滑体平均厚度约13m，得到滑体总体积约21万m3，属中型土质滑坡[2-3]。滑坡特征及勘查工程布置如图1所示。

图1 滑坡特征及勘查工程布置Figure 1 Landslide features and prospecting engineering layout

2.2 滑坡体变形

2016年进入雨季后，降水量逐渐增大，7月份达到了477.3mm，持续强降雨诱发了本次滑坡。根据现场踏勘、调查，滑坡后缘位于标高+48m处。滑体后缘因滑坡体下滑而形成长约50m，高差约1m的滑坡壁，主滑方向NE15°左右。坡面受土体变形位移影响，裂缝较发育，局部鼓胀变形，导致坡面排水沟遭受变形破坏；滑坡下部受下滑土体挤压作用，剪出口处水泥道路局部路面鼓胀开裂，道路北侧出现东西向贯通裂缝，同时水平推移变形较大。

滑坡发生后对滑坡范围建构筑物造成严重影响和破坏。坡体上的截排水沟及坡脚块石挡墙均遭到不同程度的损毁，坡体下部的民房前后地面变形严重，房屋开裂、房屋柱歪斜。

2.3 滑坡体物质结构

据现场踏勘调查、地质剖面测量及勘查钻孔揭露，滑坡体组成物质主要有残(坡)积土、粉质黏土、回填土等。其中，残(坡)积土呈可塑—硬塑状，压缩性中等，泥灰岩为其主要成分，遇水后易软化；粉质黏土则呈可塑—硬塑状态，具有松散结构，土中黏粒含量比例高，具有中等压缩性；回填土分上下两层，上部以碎块为主，岩性主要为灰岩，含矿渣碎屑物质，碎石含量超过70%，个别粒径大于5cm，下部则以土质为主[4]，结构较为松散，雨水易于入渗。

根据地质剖面测绘结果分析，滑体结构主要分为两种类型：一种是在滑坡体中部的主滑区(2-2’剖面附近)填土厚度较大，滑坡体主要由回填土组成；另一种是滑坡两翼，滑坡体主要由残(坡)积土、粉质黏土及回填土组成[5]。

2.4 滑带土

据勘查钻孔资料与岩土样室内试验，结合物探成果综合分析，该滑坡在不同的剖面位置滑带土的类型不一，分述如下：

1)主滑区。该区域回填土层较厚，根据物探布置的高密度电法D3线及地质雷达L2线解译结果，滑动面最大深度约15m，主要位于回填土中。据钻探揭露及室内试验，滑带土主要为回填土层，滑坡主滑方向NE15°左右。滑坡滑面形态主要受回填土底面控制，滑动面总体为折线状，滑面平均25°，在不同部位滑面埋深不等。

2)滑坡两翼。根据物探布置D1、D2、L1、L3线，滑坡两翼滑面变浅，滑坡西侧翼部滑动面主要分布在+30m平台以下坡体中。滑坡东侧翼部滑动面延伸至坡顶，结合钻探揭露的地层情况，滑带土主要为滑坡后缘、前缘为回填土，中部为残(坡)积土。滑面形态主要受基岩顶面控制，滑动面总体为折线状，滑面平均20°，在不同部位滑面埋深不等。

3 滑坡破坏模式及主要影响因素

3.1 形成机制分析

据本次野外踏勘、调查和勘查工作成果资料，该滑坡体地表形态呈上陡下缓状，物质组成以回填土、粉质黏土及残(坡)积土为主，下伏基岩岩性为三叠系青龙组石灰岩，基岩面同样为上陡下缓状态。

由于治理区内曾进行过回填土施工，改变了原先自然地形地貌，而且增加了原始坡面的荷载，并且回填土松散，透水性能较好，雨水极易入渗，回填土体吸水后达到饱和，自重剧增。同时雨水的入渗使得土体的抗剪强度急剧降低，最终上覆土层在饱和自重及地下水渗流等作用综合影响下沿软弱带发生向下滑动，在坡体内部形成断续的滑动面。随着坡体的进一步滑动，滑面渐渐贯穿连通，导致坡体发生整体性滑动[6-7]。

3.2 破坏模式

据勘查结果综合分析，滑坡的滑动面主要在填土层或残积层与强风化基岩面交界处，滑床深度与滑面形态受基岩顶面埋深控制，总体呈折线型滑动，局部呈圆弧形滑动(主要为填土层较厚且具有较大高差的地段)。

3.3 影响因素

1)地形地貌。滑坡区域山体地形整体呈上陡下缓倾斜形态，上部陡立坡面汇集雨水对下部平缓坡段冲刷侵蚀较强，同时+50m高处为一个回填平台，土质松散，地表水径流缓慢，大气降水易渗入边坡体内部，对边坡稳定性产生不利影响。

2)地层结构及岩性。据现场调查、地质勘查，据区域地质与勘查资料，治理区岩土体分为4个工程地质层，自上而下为：①填土层；②粉质黏土层；③残(坡)积土层；④1强风化灰岩层；④2中风化灰岩层。其中①～③层为滑体的主要组成部分，土层松散，孔隙多，随着降水入渗后，不断吸水饱和，使土岩交界面受浸润后抗剪强度降低，抗滑力减小而自重增加，最终引起滑坡。

3)人类工程活动。近年来，灵山—龙王山一带实施了矿山地质环境治理工程，治理区内中部及西部进行了地形整治及绿化工作，地形整治过程中对区内部分区域进行了回填压脚，不仅改变了原有自然地形地貌，而且增加了原始坡面的荷载，直接影响原始边坡的稳定。

4)降水入渗。大气降水时随着雨水不断渗透进坡体内，使土体中的孔隙水压力增大，加重滑体的自重，使处于极限平衡状态下的滑坡体产生滑动；其次是水不断渗透到滑动面(带)上，不断软化并降低接触土体间的抗剪强度，抗滑能力变差，滑坡体变形逐渐增大，直至失稳发生滑移。且近年地区降水量不断增多(由2013年的927.68mm增加到2016年的1 807.7mm)，这也正是本次滑坡产生的直接诱因[8]。

4 稳定性分析

正确地评判滑坡当前的稳定性及其变化趋势是经济合理选择工程场地的前提，准确计算滑坡特定部位推力值对设计抗滑工程结构的选择具有指导作用，二者对应于滑坡稳定性定性分析与定量分析两个方面[9-10]。

4.1 定性分析

据现场调查，滑坡前缘地带为道路与居民区，地形平缓，临空高差很小，滑坡区地表无径流，周边没有新的加载来源，人为动力因素被禁止，原边坡张拉裂隙及前缘隆起，亦未发现有进一步扩展和变形迹象，因此，该边坡目前宏观上总体呈稳定状态[11]。

4.2 定量分析

4.2.1 计算模型与计算方法

治理区滑坡类型为土质滑坡，滑动面形状为折线形，根据该滑坡的破坏模式，按照相关规范要求，采用折线型滑动面传递系数法[12-13]计算横山凹滑坡的稳定性系数和推力值，计算模型如图2所示。

图2 折线形滑面传递系数法计算模型示意Figure 2 Schematic diagram of broken line sliding surfacetransfer coefficient method computation model

稳定性计算公式如下：

(1)

其中：

Rn={Wn[(1-ru)cosan-Asinan]-RDn}tanφn+CnLn

(2)

Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDn

(3)

(4)

式中：Wi——第i条块的重量，kN/m；

φi——第i条块土的内摩擦角,(°)；

Ci——第i条块土的内聚力，kPa；

Li——第i条块滑面长度，m；

ai——第i条块滑面倾角,(°)；

βi——第i条块地下水流向,(°)；

A——地震加速度，g；

Ti——第i块滑动面上的下滑力，kN/m；

Ri——第i块滑动面上的抗滑力，kN/m；

Ψj——传递系数；

ru——空隙压力比；

TDi——渗透压力平行滑面的分力，kN/m;

RDi——渗透压力垂直滑面的分力，kN/m。

Kf——滑坡稳定系数。

滑坡推力计算公式：

Pi=Pi-1×Ψi-1+Ks×Ti-Ri

(5)

式中：Ks——设计安全系数；

Pi——滑坡推力，kN/m；

4.2.2 工况选取

综合滑坡体地形特征及地下水情况，本次选定以下两种工况进行此滑坡稳定性计算。第一种天然工况，第二种暴雨工况。

4.2.3 计算参数选取

根据室内试验测试结果，综合考虑滑坡滑动变形所处的阶段，以天然和饱和状态下的峰值和残余强度试验值为基础，综合选取滑带土的抗剪强度值。

据现场踏勘调查，在当前天然条件下，滑坡体状态稳定，滑坡岩土体物理力学参数主要以试验室提供的室内试验成果数据为基础，结合参数反演、岩性特征综合确定。最终确定稳定性计算采用的相关参数如表1所示。

表1 滑带土物理力学参数取值

4.2.4 计算结果及评价

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0218—2006)中对稳定性系数F值划分标准，依据本治理区灾害发育特征，结合勘查及物探工作布置情况，对该滑坡体3条地质剖面(编号1-1’～3-3’)进行稳定性计算，分别得到天然、暴雨2种工况下的滑坡稳定性系数F及稳定状态如表2所示。

表2 不同工况下滑坡稳定性系数

综合上述定性分析和定量计算可知，天然工况条件下3条计算剖面都呈稳定状态；而暴雨工况条件下3条计算剖面则都处于不稳定状态，这与该滑坡恰恰发生于强降雨时期的实情是相符合的。由此认为本滑坡体总体呈不稳定状态，安全程度不足，在强降水等诱因下可能发生整体或局部滑动[14-15]。

5 滑坡治理措施

1)削坡减载。该滑坡滑体厚度较大，局部坡段坡面较陡，设计采用削坡减载，有效减小坡体下滑力。根据现状地形及设计计算，拟采用三级削坡，各级坡面坡度不超过20°，于+30m、+40m和+50m标高设置平台，其中+40m平台西侧标高渐变至+30m平台。平台宽度10m。

2)抗滑桩。根据计算，削坡减载后坡体仍有部分剩余下滑力，为此，在坡脚的阻滑段(距离坡脚15～30m位置)设置一排抗滑桩，桩顶采用冠梁连接，其中3-3’剖面以东为保护房屋安全，抗滑桩设置在房屋南侧。为利于排水，抗滑桩中心线以南至坡脚范围内的场地应平整为坡度不小于3°的缓坡。

抗滑桩采用圆形桩，桩径2m，桩中心距3.0m，纵筋采用ф36mm的HRB400钢筋，螺旋箍筋采用ф12mm的HRB400钢筋，架立筋采用ф14HRB400钢筋，桩长21～25m，且须保证桩端进入中风化不小于5m。

3)截排水沟。坡顶设置截水沟，坡面、坡脚、平台等位置设置排水沟，截排水沟系统与外界排水系统连接，拦截并排除坡面积水，保护坡面稳定安全[16]。

4)喷播绿化。为改善治理区生态环境，提升景观效果，在治理区坡面平台采用普通喷播。坡脚北侧废弃地进行撒播草籽，但应绕开建筑物、道路等建构筑物，草籽配置同普通喷播，按15g/m2撒播。

该治理工程2017年已全面完工，治理完成后至今，边坡整体稳定，未再发生滑塌现象，证明治理措施行之有效，达到了消灾减灾，保护生命财产安全的目的，避免坡底建筑与道路再遭破坏损失，社会效益和经济效益显著。

6 结论

1)本滑坡周界清晰，滑坡后缘中心标高约48m处，剪出口位于坡脚道路北侧，标高约16.7m，滑坡相对高差达31m，滑坡纵向长度约120m，平均宽度135m，投影面积约16 158m2；滑体平均厚度约13m，滑坡方量约21万m3，属中型土质滑坡。

2)查明本滑坡滑动带位于填土层中或残积土层与下伏基岩交界处，滑体主要由回填土、粉质黏土及残(坡)积土组成。强降水入渗是引发滑坡灾害的首要诱发因素。

3)经稳定性计算，该滑坡体在天然工况状态下3条计算剖面都呈稳定状态；暴雨工况条件下3条计算剖面都处于不稳定状态，与该滑坡发生于强降雨时期的实际情况相符。

4)综合运用削坡减载、抗滑桩、截排水沟、喷播绿化等措施进行了滑坡治理，治理效果显著。