宿迁市韩山堆填土滑坡稳定性分析与防治

邹 婷 徐朝霞 叶子璐 韦雨晴 李亚璇 李书舟

宿迁学院建筑工程学院 江苏宿迁 223800

滑坡地质灾害的预防和管理已成为边坡工程重要的研究方向之一，国内外学者开展了对滑坡灾害的致害机理、破坏模式、稳定性评价以及防治措施等方面的研究工作。目前学者们在滑坡稳定性研究方面已有较深入的研究，参数敏感性分析是其中较重要的一个方面，常用的滑坡稳定性影响因素敏感性分析方法主要有单因素分析和多因素分析两类，其中多因素分析方法又包含主成分分析法、正交试验设计等。对于人工堆填+滑坡，这类因人为开挖、堆弃矿渣浮土等工业垃圾形成的斜坡体的稳定性研究也吸引了众多学者研究，但其影响因素的敏感性研究还相对较少。由于这类坡体稳定性差，一旦有强降雨或人类工程活动不当就容易发生失稳滑动破坏。然而，由于该类型的滑坡成因复杂，力学性能差异大，在不同场地条件下形成的滑坡其研究结果也有较大差异。因此，结合具体的滑坡灾害，开展堆填土滑坡稳定性影响因素的敏感性研究对于滑坡灾害防治具有重要的实践意义。

本文以韩山人工堆填土滑坡为研究对象，开展稳定性影响因素的敏感性研究，旨在为滑坡灾害治理设计提供参考。

1 研究区区域地质概况

韩山镇位于江苏省宿迁市沭阳县的东北部，属于亚热带向暖温带过渡地区，气候不稳定，经常发生洪涝等自然灾害，年降水量在1000毫米左右，但降水量分布不均，6月到8月较多，导致该地易出现春旱、夏涝、秋冬干燥的天气。大规模降水也给边坡稳定带来不利影响，一方面雨水形成地表径流冲刷坡面，另一方面雨水渗透到坡体内部，导致土体强度降低，发生滑动破坏。受到多种因素影响，研究地区地下水分布不均，不同地段差异很大，有的地方地下水极少，有的地方地下水丰富。因为气候和地表水都会引起地下水变化，所以地下水不够稳定。地下水不稳定会给土体带来许多不利影响，例如，会导致岩体塌陷，发生崩塌或滑坡；会促使岩体下滑或崩倒；渗入裂隙中的水结冰，导致岩体破坏倾倒[1]；地下水产生的浮托力，使岩体有效重量减轻，降低稳定性。沭阳地貌为冲积平原，地貌简单，地形平坦，该地流经地表的河流众多，水系发育良好。地质构造上位于郯庐断裂带以东，属于连云港—沭阳—泗阳比较稳定带。

通过调查发现，韩山堆填土是由于矿区采矿开挖出大量土体被堆积在韩山北坡形成的，填土体积规模很大以及土体稳定性较差，所以边坡非常不稳定。目前韩山北坡填土体已经发生滑动破坏，为了减少对周围的产生安全隐患，确保滑坡区新建建筑物及行人安全，亟须治理。

2 韩山堆填土滑坡失稳机理及其影响因素分析

2.1 滑坡失稳机理

沭阳市韩山镇，海拔最高66.6米。滑坡体位于韩山断裂带内，总体趋势是北部和南部较高，南部和北部较低。边坡体的东西两侧为剪切裂缝边界，后端为拉伸裂缝边界，边坡内部为剪切裂缝，前缘稍宽，后缘稍窄，坡体沿主滑坡方向约80m，横向宽度约220m。滑带土是一种人工填土，主要由碎石和垃圾组成，分布不均，厚度约2.2～8.7m，滑带土是人工填土和残渣的混合物，滑动层区域为黑云斜长石片岩。

已有研究表明：导致韩山堆填土滑坡的成因主要有三个方面：(1)地质条件稳定性较差；(2)强降雨及地下水的破坏作用；(3)人类工程活动处理不当。即韩山北坡堆积的大量废弃物，掺有一定量的碎石和垃圾，且这些堆积物厚度大，稳定性差，土体填土层裸露，裂缝张开，节省了地表水的入渗、排水和储存空间。回填层底部气层渗透性差，易堵塞地下水的积聚，导致土壤的重量增加。在强降雨条件下，大量地表水渗入滑坡，降低了滑坡的抗滑能力。地下水还具有渗透软化作用，降低了边坡的抗剪强度指标和岩土与滑动面之间的摩擦力，减小了边坡的滑动力，除了自然条件的因素，还有人为改造的影响。1985年，在韩山进行大规模开采蓝晶石，后来建成韩山新城，建造了韩信广场、点将台等景观。不仅破坏了边坡自身的稳定状态，而且为滑坡留下了滑动空间。

2.2 稳定性分析计算模型

在边坡稳定性分析中，极限平衡法是发展最早、应用最广且非常经典成熟的方法。因此，在本文滑坡稳定性分析中采用极限平衡法计算滑坡稳定性系数(Fs)。根据韩山堆填土滑坡的地质特征，尤其是滑动体主要为人工堆填土，我们选择了其中最典型的一个剖面(Ⅱ-Ⅱ，如图1所示)[2]进行稳定性分析，并对实际滑面作了简化处理，假定其为圆弧滑面，滑出点过坐标原点。为了提高计算效率，采用简化的Bishop条分法计算稳定性系数，计算简图及公式分别如图2和式(1)所示。

(1)

对于滑坡稳定性系数计算公式(1)，我们采用数值积分方法来求解Fs。由于等式两边均含有未知数Fs，可通过假定Fs的初始值进行迭代计算。Fs的初始值确定后，在给定的积分区间内，根据戴自航和沈浦生[3]及蒋斌松等[4]的研究成果，将式(1)右边拆分为多个积分表达式，如式(2)所示。当式(1)中的其他参数已知，可计算出拆分后的积分表达式(2)的数值解。将这些积分数值解代入式(1)即可求得Fs的第一次迭代值；然后将该迭代值代入拆分后的积分表达式(2)求得第二次的积分值，再次将它们代入式(1)得到Fs的第二次迭代值，如此重复，直到Fs满足所要求的收敛精度为止。为此，我们利用Matlab编制了相应的计算程序，并设定Fs的初始值为1，计算了Ⅱ-Ⅱ剖面在天然工况下的稳定性系数，本文计算结果及已有文献研究结果如下表所示。

(2)

本文计算结果及其他研究成果表

由上述结果可知，本文计算结果稍高于其他研究成果，但最大相差仅0.006，仍在允许精度范围内，这表明本文方法计算韩山堆填土滑坡的结果是准确可靠的。

2.3 各因素对滑坡稳定性的影响规律

在通过2.2节验证了本文稳定性分析模型的准确性后，我们分析了抗剪强度参数及边坡高度对韩山堆填土滑坡稳定性的影响规律，其结果分别如图3(a)、(b)和(c)所示。从图中可以看出，韩山堆填土滑坡的稳定性系数Fs随黏聚力c的增大而增大，随内摩擦角φ的增大而增大，随坡高H的增大而减小，且减小幅度很大。这表明提高抗剪强度参数有助于提高滑坡的稳定性，而坡高过高则极不利于滑坡稳定。

3 滑坡防治建议

3.1 拟采取的治理方案

通过上述分析各参数对滑坡稳定性的影响规律，并结合对滑坡的性质以及灾害特征调查，基于现有经验水平，确定以改变滑坡几何形态为主的治理方案，采用上卸下加法对上部坡体进行削坡开挖，使边坡相对减缓；采用化学加固法增强坡体抗剪强度参数，改善滑动带的性质，提高抗滑力；结合强夯法[5]对坡面进行压实处理，减少土体的滑动空间；对顽固裂缝进行回填灌浆做封堵处理；并在滑坡区设置有效的给排水系统和绿植，地表设置明渠引流排水[6]，防治暴雨天气雨水过多渗入坡体，做好滑坡区的绿化工作，同时设置截水盲沟用于拦截或疏导滑坡外围的地下水，以期减少在非极端天气下的春旱夏涝情况。同时在坡顶和坡脚均设置水平监测仪，周期性监测坡体的变形情况。

综上所述，韩山堆填土滑坡的治理防治方案为：由减缓坡形、化学加固、裂缝回填、设置给排水系统及有效绿化等方法形成综合治理方案。

3.2 滑坡的监测

(1)在治理工程完成后要开展对坡体的变形监测，在坡顶和坡脚设置水平位移的长期观测点，观测边坡坡面的动态变化，定期查看坡面裂缝回填处和绿化的完整性，如有脱落应及时补充。

(2)对坡体上的道路和沟渠管道进行巡视，查看有无渗水和裂缝或者堵塞等情况出现，及时分析渗水来源以及对边坡是否有影响，对裂缝和堵塞现象及时维修和疏通。

(3)相关工作人员应注意天气预报，在暴雨来临前要保证排水系统能正常工作。

4 结论

(1)根据韩山堆填土滑坡的成因和特征及事故分析，本文对该滑坡典型剖面Ⅱ-Ⅱ进行了简化处理，采用简化的Bishop条分法进行了稳定性分析，计算结果与已有研究成果很接近，表明本文方法准确有效。

(2)在上述基础上对滑坡的稳定性影响因素进行了敏感性分析，结果表明滑坡稳定性系数随抗剪强度参数的增大而增大，随坡高的增大而减小。

(3)根据滑坡稳定性影响因素的敏感性分析，提出以整理坡形、提高坡体抗剪强度参数为主要防治手段的综合治理方案，可以给类似工程提供理论参考。