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麦积山国际中心老滑坡成灾机理及防治对策分析

2023-11-08 100 上传者：管理员

摘要：通过对天水麦积山国际露营中心斜坡的野外调查，结合岩土工程勘查技术手段，探讨了国际中心滑坡的成灾机理；利用传递系数法定量分析坡脚人工边坡在不同工况条件下的稳定性。结果表明：天水麦积山国际中心老滑坡由地震作用诱发，属地震-降雨耦合型滑坡；坡脚不稳定斜坡在天然状态下相对稳定，在降雨以及地震+降雨工况下，处于欠稳定-不稳定状态。建议采用“锚索框架+坡脚挡土墙+外围排水渠”对坡脚不稳定斜坡斜坡进行整治。研究成果可为天水麦积区地震滑坡的变形机理及防灾减灾提供实践依据。

关键词：
地震滑坡
山间河谷盆地型
旅游综合体
治理措施
稳定性分析
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天水市是典型的山间河谷盆地型城市。区内黄土分布广，厚度大，垂直节理和裂隙发育，降雨集中分布，致使沟壑纵横，地貌地形支离破碎，地质环境十分脆弱[1,2,3],在自然因素以及人类工程活动影响下，滑坡、泥石流、崩塌、不稳定斜坡失稳等地质灾害现象频繁发生[4]。现已查明天水市有地质灾害隐患点1 578处，其中滑坡1 168处，泥石流212处，崩塌198处。随着城镇化和乡村振兴战略深入发展，区内地质环境问题将更加突出，深入开展当地滑坡、泥石流灾害研究与防治具有重要的实际意义。

麦积山国际露营地综合体项目是集休闲度假、户外运动、露营体验、儿童娱乐、研学教育等为一体的旅游综合体，位于颖川河北岸阶地。项目建设过程中将形成高6-14m的工程边坡，严重影响项目的正常建设和运营。本文将基于野外调查、现场测绘以及工程勘察，分析老滑坡的地质环境背景，重点对老滑坡成灾机理及坡脚工程边坡稳定性进行分析，以期为该地区的防灾减灾提供技术支撑。

1、地质环境背景概况

项目地处颍川河一级阶地，地势总体向河谷倾斜，东北高西南低。地貌单元属颍川河河谷堆积区和黄土丘陵区。场地揭露地层主要第四系滑动堆积的粉土、砾砂、粉质黏土，第四系冲洪积堆积的圆砾、砾砂以及新近系泥岩。区域地处六盘山南北地震带中段的银川-天水-武都带和秦岭北缘东西地震带与中部天水-兰州带的交汇复合部位，使得区域构造非常复杂，断裂、褶皱发育，与地质灾害的分布呈现一定的相关性[5,6,7],且地震活动的强度大、频率高，有明显的成群分布的特点，具有活跃—平静相互交替的活动态势[8,9,10]。新构造运动以不均匀的间歇性升降运动为主，表现为河谷深切及颖川河阶地的形成。

2、灾害体成灾机理分析

根据现场调查及工勘资料显示，拟建场地东南黄土丘陵斜坡为老滑坡堆积体。现场地形切割痕迹表明，该斜坡体曾多次发生滑动，致使平面呈现两条明显“舌”状产出(图1),地形整体破碎，细沟冲沟发育。现今，老滑坡后壁高位拉痕明显(图2),坡体呈东―西走向，坡向250°～255°,整体坡度10°～30°,坡面呈台阶状，台阶宽度5.0～15.0 m不等。工勘结果表明：H1滑坡堆积体以黄土、泥岩以及砂砾混杂堆积。黄土为浅黄色、黄色粉质黏土、粉土，棕红色泥岩多呈团块状，夹钙质、泥质结核物，呈不均匀分布。新近系泥岩成岩程度低，透水性差，易于汇集水流，遇水易软化，使其强度降低[11,12,13]。

图1 灾害体分布特征图

综合判定H1滑坡为由地震诱发，主要体现在：(1)滑坡后壁位置高。高位拉裂面位于坡体顶部，系黄土梁顶部土体整体下错形成；(2)地层层序紊乱。地震滑坡动能大，滑距远，使砂砾层以及褐红色泥岩成团断续出现且泥岩产出角度大于区域接触角度4°～10°;(3)坡面台地成阶梯状。地震波的不均匀传播使近坡面部分土体产生剪张破坏形成，受地震波震动作用，斜坡土体松散堆积，裂隙发育，在后期风化、冻胀作用及水力侵蚀作用下，坡面支离破碎，在短时集中降雨作用下，易再次失稳破坏，降雨诱发次级滑坡的形成，主要表现为[14,15]:(1)地表水渗入黄土体内部使其重量增加，下滑力增大，并使土体被软化，降低了其抗剪强度；(2)水分沿着土体节理裂隙下渗，水分的介入使有效应力减小，形成软弱通道，滑带物质该位置富集、转运。如在坡体中下部存在层厚约1.5 m次棱角-亚圆状饱和状砂砾层；(3)地表水下渗补给地下水，使得对岩土体产生浮力作用。

图2 H1老滑坡形态及物质结构特征图

3、不稳定斜坡概况

据现场访问，H1滑坡于滑动时间不详，历史上未造成人员伤亡。现阶段，H1老滑坡体未见明显整体变形迹象。因工程建设开挖H1滑坡体坡脚前缘，形成BW1以及BW2不稳定斜坡。

3.1 BW1不稳定斜坡基本概况

BW1不稳定斜坡发育于商业街北侧颍川河阶地斜坡坡脚地带，整体呈“圈椅”状展布，根据规划需侵占坡脚场地，侵占纵向长度约27 m, 宽度143 m, 致使形成高4～9 m的边坡，斜坡平面总面积约4 438 m2,坡向236°～266°。斜坡坡顶为规划宽6 m景观大道，坡脚为露营地商业街，以2F铺面为主。

BW1不稳定斜坡物质组成主要为滑坡堆积层含砂砾粉质粘土，土体结构松散，在斜坡村道位置可见明显的两条变形张拉裂缝，坡脚受人为削坡改造平台，坡体上缓下陡呈折线状，前缘陡直，相对高差较大，临空条件优越(图3)。根据工程勘察资料表明，坡脚中上部有透镜体砂砾层，层厚约3.5 m, 延伸长度47 m, 倾斜23°,为地下水富集、转运通道。

图3 Ⅱ-Ⅱ′剖面工程地质图

1-新近系砂质泥岩；2-第四系滑动堆积粉质粘土；3-第四系冲洪积碎石土(圆砾);4-第四系滑动堆积碎石土(砂砾);5-潜在滑动面；6-地下水位线；7-钻孔

3.2 BW2不稳定斜坡基本概况

BW2不稳定斜坡发育于宿舍楼北侧颍川河阶地斜坡坡脚地带，整体呈“条带”状展布，根据规划需侵占坡脚场地，侵占纵向长度约16 m, 宽度94 m, 致使形成高12～14 m的边坡，斜坡平面总面积约1 445 m2,坡向265°。斜坡坡顶为老滑坡形成的滑坡平台，宽约55 m, 坡脚为露营地4F宿舍楼。

BW2不稳定斜坡物质组成主要为滑坡堆积层粉质粘土，土体结构松散，经现场调查，前后缘未见明显变形特征。坡脚受人为削坡改造，前缘陡直，相对高差较大，临空条件优越(图4)。根据工程勘察资料表明，坡脚中上部有透镜体砂砾层，层厚约2.0 m, 延伸长度24 m, 倾斜18°。

图4 Ⅴ-Ⅴ′剖面工程地质图

1-新近系砂质泥岩；2-第四系滑动堆积粉质粘土；3-第四系冲洪积碎石土(圆砾);4-第四系滑动堆积碎石土(砂砾);5-潜在滑动面；6-地下水位线；7-钻孔

4、不稳定斜坡稳定性计算

考虑到斜坡为老的滑坡堆积体，土质不均，含富水性高的砂砾层，地下水位位于该层附近，并结合野外调查及工勘报告，综合确定坡脚斜坡失稳为折现型滑动，均质的粉质粘土层失稳为圆弧型滑动。采用计算公式如下：

Kf=∑i=1n−1(((Wi((1−ru)cosαi−Asinαi)−RDi)tanϕi+CiLi)Πj=in−1ψj)+Rn∑i=1n−1((Wi(sinαi+Acosαi)+TDi)Πj=in−1ψj)+Tn

其中：Rn=Wn(((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tanϕn+CnLn)

Tn=Wn(sinαn+Acos

αn)+TDnru=滑体水下体积×水的容重滑体总体积×滑体容重≈滑体水下面积滑体总面积×2Πj=in−1ψj=ψj⋅ψi+1⋅ψi+2⋯⋯ψn−1

式中：ψj为传递系数；Wi为第i条块重力(KN/m);Ci为第i条块黏聚力(kPa);ϕi为第i条块土的内摩擦角(°);Li为第i条块滑动面长度(m);αi为第i条块滑面倾角(°);A为地震加速度；ru为孔隙压力比；Kf为稳定系数；

4.1 计算断面选择、参数确定

选取Ⅱ-Ⅱ′剖面对BW1斜坡进行稳定性计算评价，选取Ⅴ-Ⅴ′剖面对BW2斜坡进行稳定性评价，潜在滑动面为砂砾层及粉质粘土沿地下水位线的折线形滑动以及粉质粘土层中圆弧形滑动。

图5 Ⅱ-Ⅱ′剖面计算模型

图6 Ⅴ-Ⅴ′剖面计算模型

表1 室内试验土体物理参数

4.2 岩土体物理力学参数分析及取值

4.2.1 岩土体重度

根据室内土工试验所得TJ56探井(BW2斜坡上部平台位置)内粉质粘土天然密度为1.79～1.86 g/cm3,饱和密度(饱和度大于85%)1.89～1.94 g/cm3。具体试验结果见表1。

4.2.2 抗剪强度参数

滑带土抗剪强度根据试验成果和反演分析相结合的方法确定。

反演取值：根据现场调查判断，现状BW1不稳定斜坡浅层(Ⅱ-Ⅱ′)发生过滑动，根据勘查揭露，滑面位于地下水位以上，因此，反演过程中稳定性系数取值如下：将BW2斜坡Ⅱ-Ⅱ′断面恢复至原始地面，形态近似于BW2边坡Ⅴ-Ⅴ′断面，在“自重+暴雨”工况下，稳定系数取值0.98进行反算其抗剪强度。岩土体的力学参数反演计算结果见表2。

通过室内试验以及反演分析，结合地区经验，土体抗剪强度参数取值详见表3。

表2 自重+暴雨BW1抗剪强度(浅层)参数反演分析表

4.2.3 计算工况

本次工勘期间，对勘探孔进行水位测量，经查大部分钻孔可见地下水位，工程区地震基本烈度为Ⅷ度，依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)的工况要求，考虑在以下3种工况下分别计算滑坡稳定性：

(1)工况Ⅱ:

自重+(地下水),考虑自重及附加荷载，水位以上采用天然状态下的C、φ值和天然容重，地下水位以下，取饱和抗剪强度及饱和容重。

(2)工况Ⅲ:

自重+暴雨+(地下水),水位上升1.6 m, 水位以上采用滑带(面)土天然状态下的C、φ值和滑体天然容重，以下采用滑面饱水状态下的C、φ值，饱水时的容重。

(3)工况Ⅳ:

自重+地震+(地下水),采用滑带(面)土天然状态下的C、φ值和滑体天然容重，考虑地震力，设计基本地震加速度值为0.30 g, 根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013水平地震影响系数0.025。

表4 稳定性计算成果表

表5 锚杆容许最小截面积计算表

5、防治工程措施

根据不稳定斜坡体的地质环境、坡体结构、岩土体工程地质特性及成因和变形因素等条件，提出了“锚索框架+坡脚挡土墙+外围排水渠”的综合治理措施。

BW1不稳定斜坡斜坡中上部可见明显的拉张裂缝，斜坡坡脚地段浅表层发生过局部溜滑，致使该段斜坡坡型不一致，为此在斜坡坡脚坡表高程1249～1258m内布设锚索框架进行坡体锚固，采取清方取直、修整坡面，靠近服务中心位置按照1〯2.3修整坡面(MS-1型锚索框架),商业街后部坡面按照1〯1.5修整坡面(MS-2型锚索框架),纵向布设锚索框架1片，横向布设18片，每片高度8.0 m, 宽度9.0 m。每片3列3排锚索，垂直间距为2.5 m, 水平间距3.0 m。根据计算，MS-1型锚索及MS-2型锚索采用4φs15.24高强度低松弛预应力钢绞线，MS-3型锚索采用5φs15.24高强度低松弛预应力钢绞线。

6、结语

(1)麦积山国际中心老滑坡为地震诱发，平面上呈圈椅状分布，具有滑距长、滑坡后壁高陡、滑体呈阶梯状等分布特点。滑体为第四系黄土、砂砾及新近系泥岩混杂堆积物，滑床为强风化带泥岩，属地震?降雨耦合型滑坡。

(2)天水降水量在年内分配很不均匀，6-9月份降水量占全年降水量的70%,且多以短时强降雨形式出现。致使麦积山国际中心坡面细沟、冲沟发育，地形支离破碎，在多次降雨激发作用下，容易导致高陡临空面位置再次失稳破坏。

(3)通过传递系数法分析工程建设形成的不稳定斜坡BW1及BW2,结果表明：天然状态下斜坡处于基本稳定状态；在暴雨工况下，处于欠稳定状态；地震+暴雨工况下，斜坡将再次失稳破坏，威胁下方商业街铺。采用“锚索框架+坡脚挡土墙+外围排水渠”对斜坡进行整治。

参考文献:

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