大莊煤礦黃土滑坡破壞過程分析

梁進(jìn)

（山西省勘察設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030013）

山西晉西地區(qū)屬典型黃土丘陵地貌，溝壑縱橫，特殊的地層結(jié)構(gòu)地貌特征，高邊坡和滑坡隨處可見，工程建設(shè)誘發(fā)的滑坡屢見不鮮。大莊煤礦滑坡位于山西省柳林縣，建設(shè)單位擬在滑坡體上建設(shè)聯(lián)合建筑及副井架導(dǎo)致老滑坡復(fù)活。

1 工程地質(zhì)條件

滑坡區(qū)位置處于華北斷塊、呂梁山塊隆、離石-柳林“多”字型復(fù)向斜的北部，次級(jí)構(gòu)造為王家會(huì)背斜西翼，聚財(cái)塔地塹北部?？傮w看來構(gòu)造簡(jiǎn)單，為一走向近南北向，向西北緩傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角8°。

滑坡體的巖土層主要為馬蘭黃土、離石黃土、粘土，顏色自上而下由淺黃、淺紅、深紅、紫紅逐步漸變，巖性由粉土、粉質(zhì)粘土、粘土變化。上部分布的馬蘭黃土（粉土）結(jié)構(gòu)疏松，節(jié)理發(fā)育，大孔隙較多，稍濕，具中等濕陷性；中部為離石黃土（粉質(zhì)粘土），呈塊狀，孔隙較發(fā)育，可塑-硬塑，可見古土壤與姜石互層、局部夾礫石；下部為第三系粘土，呈硬塑狀態(tài)?；仓饕獮槎B系下石盒子組（P1x）灰色泥巖、砂巖層。

地下水位于上部黃土（粉土）層，其下二疊系砂巖層未發(fā)現(xiàn)地下水，地下水類型屬于上層滯水，地下水位埋深7.0m～7.7m，水位標(biāo)高介于901.20～902.60m，場(chǎng)地水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

2 滑坡特征

2.1 形態(tài)及規(guī)模

滑坡呈扇形分布，后緣圈椅狀特征明顯，東側(cè)邊界為一黃土沖溝，西側(cè)邊界為地層錯(cuò)動(dòng)的陡坎，主要為馬蘭黃土與離石黃土錯(cuò)層，剪出口位于廠區(qū)公路處，標(biāo)高略高于公路路面標(biāo)高，滑坡周界特征明顯?；缕麦w總地形坡度為6°，后緣坡度較陡，約36～49°。主滑體長(zhǎng)200m，平均寬160m，地表面積約 32000m2，坡體厚度 11.3～17.8m，總方量約 48×104m3，屬中型滑坡，按動(dòng)力學(xué)性質(zhì)劃分，為推移式滑坡，滑坡主滑方向350°。

圖1 滑坡全貌圖

圖2 綜合地質(zhì)圖

主滑動(dòng)面為上第三系紅粘性土與二疊系下石盒子組淺灰色泥巖接觸面，滑面具滑膩和光澤感，擦痕清晰。

2.2 滑帶特征

主滑段滑帶物質(zhì)為二疊系下石盒子組淺灰色、淺黃色泥巖，致密狀具滑膩感、遇水軟化甚至崩解，具明顯滑動(dòng)痕跡，滑面清晰光滑，擦痕明顯，上部粘性土呈硬塑狀，基本未發(fā)生太大變形和揉搓現(xiàn)象，滑坡后緣滑帶物質(zhì)主要為粉土、粘性土被滑坡滑動(dòng)過程中拉裂揉捏形成的混合物；該物質(zhì)可塑性好，失水呈堅(jiān)硬狀，遇水呈軟塑-可塑（黃油）狀，厚度約30cm。

2.3 滑床特征

圖3 揭露土層與泥巖接觸面

圖4 滑坡前緣揭露的滑面

滑坡主滑段滑床主要由二疊系下石盒子組淺灰色泥巖、中粗粒砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖組成，基巖產(chǎn)狀為280°∠9°，傾向與滑動(dòng)方向基本一致。前緣滑面在粘性土中擠壓剪切破壞形成，后緣裂縫張拉剪切破壞形成，滑坡抗滑段和牽引段滑床主要由粉土和粘性土組成，滑坡前部埋深13m，滑坡前緣有反翹現(xiàn)象，整個(gè)滑坡體周邊無地下水流出。

3 滑坡成因分析

滑坡形成及復(fù)活可分為內(nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素主要為特定的地形地貌、地層巖層特征等；外在因素主要為降雨和人類活動(dòng)。

3.1 內(nèi)在因素

（1）地貌特征

圈椅狀的地形使滑體上形成小區(qū)域的匯水，垂直節(jié)理發(fā)育的黃土，為地表水下滲提供了路徑。坡前為黃土沖溝，形成臨空面。

（2）地層巖性

滑床巖層主要為下石盒子組淺灰色泥巖，構(gòu)成了滑坡體的軟弱結(jié)構(gòu)面，且?guī)r層面向坡外傾斜。

（3）巖土特性

泥巖下伏于第四系黃土層之下，具有良好的隔水性能，地表水入滲遇到泥巖被阻隔，滯留在泥巖面，使軟弱結(jié)構(gòu)面軟化，抗剪強(qiáng)度降低，多次蠕滑相當(dāng)于多次剪切，最終形成穩(wěn)定連續(xù)的滑動(dòng)面。

3.2 外在因素

（1）集中降雨

集中降雨使大量降水滲入坡體，增加滑坡體自身的重量，沿黃土裂隙滲入泥巖面，使泥化物軟化，強(qiáng)度降低。

（2）人類活動(dòng)

場(chǎng)地建設(shè)中的挖方工程，在滑坡體前緣大量挖土，破壞坡腳，削弱滑坡體抗滑段的抗滑力，誘發(fā)滑坡復(fù)活。

4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

4.1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)選用

（1）取樣及試驗(yàn)

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，為保證土樣的質(zhì)量及試驗(yàn)的可靠性，滑帶土采用野外現(xiàn)場(chǎng)采取環(huán)刀土樣，保證土樣的含水率和結(jié)構(gòu)完整性，室內(nèi)進(jìn)行反復(fù)剪切試驗(yàn)，求得殘余抗剪強(qiáng)度[5]。

（2）反算法

滑帶巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的反算應(yīng)用很廣，它是通過已知穩(wěn)定系數(shù)和滑面等條件反算參數(shù)，準(zhǔn)確性主要取決于地質(zhì)模型和穩(wěn)定系數(shù)的可靠性。

經(jīng)過調(diào)查和當(dāng)?shù)厝说牧私?，老滑坡在天然和小雨?duì)顩r下無滑動(dòng)跡象，但在集中降雨或連續(xù)降雨時(shí)坡體還會(huì)出現(xiàn)輕微裂縫，前緣無剪出現(xiàn)象；因此，反算時(shí)設(shè)定滑坡在自重工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，取下限Fs=1.15進(jìn)行；在暴雨工況下取欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定界限值Fs=1.0，采用穩(wěn)定性計(jì)算公式-不平衡推力法（隱式解）進(jìn)行C、φ值反算。

（3）綜合取值

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的巖土參數(shù)，對(duì)老滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果Fs為1.25。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和反算的巖土參數(shù)，經(jīng)過分析判斷，最終給出滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的綜合建議值。

表1 滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)綜合取值

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)滑坡勘查結(jié)果，各孔揭露的滑動(dòng)面基本準(zhǔn)確，滑坡邊界清晰，從斷面看整體呈折線形，采用剛體極限平衡原理，采用不平衡推力法（隱式解）

和摩根斯頓-普賴斯法選擇代表性斷面KP2對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，本區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，未進(jìn)行地震工況驗(yàn)算；采用天然和暴雨兩種工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算成果

從表2結(jié)果看，老滑坡在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨?duì)顟B(tài)下處于欠穩(wěn)定階段。

5 老滑動(dòng)復(fù)活穩(wěn)定性反算

5.1 基本情況

工程建設(shè)在滑體前緣開挖深度約15m，自坡前向坡體開挖，進(jìn)尺到20m時(shí)坡體后緣出現(xiàn)微小裂縫，但未貫通，基本達(dá)到極限平衡狀態(tài)；當(dāng)開挖進(jìn)入到27m時(shí)，工程隊(duì)收工停挖，至第二天凌晨三點(diǎn)，發(fā)生了滑動(dòng)，慶幸無人員傷亡存；事后重新進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解和測(cè)量。

5.2 結(jié)果反算

根據(jù)開挖進(jìn)尺和滑坡滑動(dòng)過程分為三個(gè)階段，第一階段為開挖進(jìn)行到20m時(shí)，滑坡處于極限平衡階段，反算穩(wěn)定系數(shù)取1.05；第二階段為開挖進(jìn)行到27m時(shí)，滑坡具備滑動(dòng)條件，此時(shí)處于牽引變形階段，在臨界狀態(tài)坡形未發(fā)生變化前，反算穩(wěn)定系數(shù)取0.97；第三階段為開挖進(jìn)行到27m后，滑坡滑動(dòng)后，達(dá)到再次平衡，坡體已發(fā)生嚴(yán)重變形，前緣擠出，后緣牽引錯(cuò)落，根據(jù)變形后的形態(tài)進(jìn)行反算，反算穩(wěn)定系數(shù)[1～4]取1.0。根據(jù)現(xiàn)狀下滑坡體的變化及變形特征，對(duì)滑坡體分階段進(jìn)行反算，反算結(jié)果見表3。

圖5 開挖進(jìn)尺27m代表性斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖6 開挖進(jìn)尺27m滑動(dòng)平衡后代表性斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖

表3 穩(wěn)定性反算成果

滑帶土殘余內(nèi)摩擦角主要決定于土體的礦物成分、顆粒組成等因素，與所受的應(yīng)力歷史的因素關(guān)系不大；在土體滑動(dòng)過程中剪切破壞，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在剪切面附近，剪應(yīng)力使土顆粒沿剪切面形成定向排列，成為分散結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度降低，粘聚力減小，因此，反算時(shí)盡可能保持其內(nèi)摩擦角不變；減小粘聚力。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）滑坡形成的機(jī)制基本明確；后期治理結(jié)合廠區(qū)的總體規(guī)劃，采用卸載支擋與南側(cè)邊坡治理同步實(shí)施方案。

（2）通過對(duì)滑坡穩(wěn)定-復(fù)活-再平衡整個(gè)過程的分析計(jì)算，這表明滑坡的穩(wěn)定分析結(jié)果可信度取決于滑坡周界、揭露滑動(dòng)面位置和地質(zhì)模型的準(zhǔn)確性以及對(duì)滑坡穩(wěn)定系數(shù)的把控。通過室內(nèi)試驗(yàn)確定的巖土參數(shù)與滑坡本身復(fù)雜的應(yīng)力路徑、試驗(yàn)方法等存在密切關(guān)系，受力和破壞狀態(tài)與整個(gè)滑坡體的狀態(tài)不能完全吻合，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全反應(yīng)實(shí)際情況，因此應(yīng)綜合各種手段的進(jìn)行綜合分析，才能做到切合實(shí)際。

（3）通過對(duì)滑坡工程的分析以及周邊同類型滑坡體的了解，具類似地形地貌單元和地層巖性的地質(zhì)體，如后壁陡立具圈椅狀，坡體較平緩前緣存在臨空面或沖溝，坡體局部存在鼓丘，黃土層下伏軟巖標(biāo)高高于沖溝底標(biāo)高，巖層面存在一定坡度等特征，在進(jìn)行工程建設(shè)前期應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。

（4）今后在同類型滑坡分析時(shí)能起到借鑒作用；同類工程地質(zhì)單元體上進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)應(yīng)引起足夠重視。

[1]鄭穎人，陳祖煜，王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2010，8.

[2]徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

[3]張倬元，王士天，王蘭生，等.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.

[4]時(shí)衛(wèi)民，鄭穎人，唐伯明，張魯渝.邊坡穩(wěn)定不平衡推力法的精度分析及其使用條件[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2004，03：313～317.

[5]張昆，郭菊彬.滑帶土殘余強(qiáng)度參數(shù)試驗(yàn)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2007，08：13～15.