特大型滑坡群地質災害治理研究

張環(huán)春

（廣東省地質局第八地質大隊,廣東 梅州 514089）

滑坡群是一種群發(fā)性的地質災害，災害點在較小的地理空間內(nèi)密集發(fā)育，災害體之間距離較短，一旦發(fā)生滑坡災害，容易引起鏈式反應，致災后果嚴重[1]。因此，必須在滑坡群引發(fā)安全事故前進行治理，確保山區(qū)的生命財產(chǎn)安全，為當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展提供相對穩(wěn)定的環(huán)境。本文結合梅州市大埔縣山區(qū)滑坡群的地質災害特點，提出災害治理方案，并對方案有效性進行驗證。

1 項目概況

廣東省梅州市某山區(qū)滑坡群治理項目，位于大埔縣山脈，該山區(qū)主脈為南北走向，周邊高，中間低，屬于山地、丘陵地貌，地質特點是侵蝕切割較多，沖溝較多且不開闊，是滑坡群集中區(qū)域。受斷裂帶影響，巖體裂隙發(fā)育活躍，巖層完整度較差，表面巖石風化程度高。該山區(qū)滑坡群為第四系覆蓋層碎石土與三疊系泥巖接觸面形成的土質山坡，山坡土體厚度為12～18 m。山坡下緣周邊為沖溝地形。由于山坡聚集，一旦某個山坡發(fā)生滑坡災害，容易引發(fā)鏈式反應，形成滑坡群地質災害。因此，大埔縣山區(qū)滑坡群必須進行治理。

2 滑坡群形成機制

滑坡群的形成和發(fā)生由內(nèi)因和外因共同作用。地質構造、巖層特性和地形地貌是內(nèi)因，降雨、地震是外因。

大埔縣山區(qū)滑坡群為中、低山丘陵地貌，地形高度起伏較大，坡度為8°～35°，斜坡段相對高差達到180 m。絕大多數(shù)山坡三面臨空、地形突兀，缺乏兩側約束，極易產(chǎn)生崩滑破壞，這是滑坡群發(fā)育的地形條件。山坡上部為風化的碎石，下部為含粉質黏土較多的泥巖。上部碎石透水性強，下部粉質泥巖透水性差，遇水容易軟化。地表水滲透到下部泥巖，形成地質軟弱帶[2]，為上部山坡沿軟弱帶滑動創(chuàng)造條件。大埔縣山區(qū)滑坡群的巖體裂隙較多，巖層完整性較差，巖體破碎程度較高，透水性較強，加快風化速度，加深風化程度，巖體的力學性能變差。

大埔縣乃至整個梅州地區(qū)，降雨集中，雨季容易出現(xiàn)暴雨或大暴雨，遇水增大巖土重量，下滑力增大。浸潤雨水的滑動面摩阻力減小，土體附著力降低，極易誘發(fā)山坡失穩(wěn)滑動。此外，地殼運動產(chǎn)生地震波也不斷作用于山坡。在重力和地震力的耦合作用下，上、下巖層的接觸面易產(chǎn)生拉伸裂縫，結合層分離，土體失去穩(wěn)定，形成滑移帶，發(fā)育成松散層滑坡，最終以崩滑的方式向臨空側滑落。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

以滑坡群中最為典型的一處三面臨空的山坡為例，建立模型如圖1 所示。

圖1 滑坡模型

碎石土、角礫土、泥巖為主的滑動帶，沿斷層滑坡的可能性最大。選擇1-1'、2-2'和3-3'剖面對該山坡進行穩(wěn)定性分析。結合滑體的變形特征，在3 個剖面上確定主滑動面和次級滑動面。1-1'剖面的滑動面如圖2 所示。

圖2 1-1'剖面的主滑動面和次級滑動面

為了分析典型山坡的穩(wěn)定性，按照自然狀態(tài)、暴雨工況和地震工況分別進行穩(wěn)定系數(shù)計算。暴雨工況取梅州地區(qū)10 年一遇的暴雨，山坡飽水狀態(tài)為1/3。地震工況取規(guī)范GB18306 規(guī)定的地震設防8 度計算。

根據(jù)傳遞系數(shù)法，對上述3 個剖面進行計算，得到穩(wěn)定系數(shù)[3]，進而判別穩(wěn)定狀態(tài)，如表1 所示。

表1 滑坡穩(wěn)定性分析結果

由表1 可知，在自然狀態(tài)下，該山坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，1-1′剖面和3-3′處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，2-2′剖面處于穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下，1-1′剖面和3-3′的主滑動面和次級滑動面以及2-2′剖面的主滑動面均為不穩(wěn)定狀態(tài)，容易發(fā)生滑坡，進而引發(fā)滑坡群地質災害，必須進行針對性治理。

4 滑坡地質災害治理措施

4.1 抗滑樁和預應力錨索

抗滑樁結合預應力錨索，是高效的支護技術，能夠有效治理滑坡。樁身可將上部承載的山坡土體推力傳遞給下部的側向土體，利用下部的側向阻力來平衡山坡的下滑推力，保持山坡穩(wěn)定。預應力錨索則通過錨桿進一步拉緊樁身的下部，主動對抗山坡的下滑推力，為維護山坡穩(wěn)定增加一道保障[4]。抗滑樁和預應力錨索的結構如圖3 所示。

圖3 抗滑樁和預應力錨索

根據(jù)滑坡推力計算數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗，在山坡的下半部設置3 道U 型抗滑樁，樁身截面為2 m×1.5 m，樁間距為6 m，樁身長度為16～22 m，預應力錨索的角度為20°～25°。兩排抗滑樁之間的間距為10 m。

4.2 排水工程

雨水下滲、富集和徑流作用是誘發(fā)滑坡的外因之一。合理的設置排水設施，對于保持山坡穩(wěn)定意義重大。根據(jù)地形特點和既有排水路線，設計排水溝，大樣如圖4 所示。在山坡兩側沖溝以及沿邊坡設置如圖所示的排水溝，同時設立消力池，降雨時將地表水引出山坡，盡量減小雨水滲入山坡土體內(nèi)。

圖4 排水溝大樣（單位mm）

4.3 重力式擋土墻

在山坡底部的堆積土區(qū)域設置重力式擋土墻，依靠墻身自重和土壓力來維持山坡穩(wěn)定。擋土墻頂寬為1.0 m，底寬為2.0 m，地上墻身高度為2.5 m，地下埋深為2.0 m，基底位于砂巖層中，面坡的傾斜角為1:0.3，采用M7.5 的漿徹塊石砌筑而成。

5 治理效果分析

為了驗證上述治理措施的有效性，利用Flac3D 軟件建立數(shù)字高程模型，在自然狀態(tài)、暴雨工況和地震工況下，對山坡的變形特征和穩(wěn)定性進行數(shù)值模擬分析。

5.1 自然狀態(tài)下治理措施有效性分析

通過Flac3D 軟件仿真分析得到治理前后的變形數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性參數(shù)如表2 所示。

表2 自然狀態(tài)下變形數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

自然狀態(tài)下，經(jīng)治理后的最大位移為1.72 mm，減小89.2%，剪切應變?yōu)?.35 mm，減小55.1%，穩(wěn)定系數(shù)提升3.5%。

5.2 暴雨工況下治理措施有效性分析

暴雨工況下，治理前后的變形數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性參數(shù)如表3 所示。

表3 暴雨工況下變形數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

暴雨工況下的位移云圖和剪應變云圖分別如圖5、圖6 所示，經(jīng)治理后的最大位移為2.37 mm，比治理之前減小90%，最大位移出現(xiàn)在滑體的中部，沿山坡線逐級遞減。剪切應變?yōu)?.48 mm，減小85.7%，穩(wěn)定系數(shù)提升27.7%，說明山坡穩(wěn)定性增強，不會由于降雨而失穩(wěn)，治理效果明顯。

圖5 暴雨工況下主滑動面位移云圖

圖6 暴雨工況下主滑動面剪應變云圖

5.3 地震工況下治理措施有效性分析

以ELCentro 地震波為動力荷載，按照抗震設防烈度為8 度，加速度的設防值為0.2 g，地震波前10 s 的波形如圖7 所示。

圖7 EL Centro 地震波

地震工況下，治理前后的變形數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性參數(shù)如表4 所示。

表4 地震工況變形數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

在地震工況下的位移云圖和剪應變云圖分別如圖8、圖9 所示，經(jīng)治理后的最大位移為4.75 mm，比治理之前減小89.6%。剪切應變?yōu)?.44 mm，減小66.3%，穩(wěn)定系數(shù)提升37.2%，抗滑樁在地震作用下支護效果良好，山坡由不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定，治理效果明顯。

圖8 地震工況下主滑動面總位移云圖

圖9 地震工況下主滑動面剪應變云圖

6 結語

結合梅州市大埔縣山區(qū)地質情況，對滑坡群的地質災害治理展開研究，得出以下結論：

（1）三面臨空的地形特征，上部松散、下部完整的巖層特性是滑坡群產(chǎn)生的內(nèi)因，降雨、地震是滑坡群產(chǎn)生的外因；

（2）針對穩(wěn)定性分析結果，提出抗滑樁和預應力錨索+排水工程+重力式擋土墻的組合治理方案；

（3）通過數(shù)值分析，經(jīng)過治理后，暴雨工況和地震工況的位移和剪切應變顯著減小，穩(wěn)定系數(shù)得到提升，轉為穩(wěn)定狀態(tài)，驗證了治理方案的有效性。