某工业区山体滑坡稳定性分析及工程治理

刘海林

（中国瑞林工程技术有限公司 深圳分公司，广东深圳518032）

某工业区山体滑坡稳定性分析及工程治理

刘海林

（中国瑞林工程技术有限公司 深圳分公司，广东深圳518032）

根据西乡固戍第三工业区山体滑坡区域地质条件和边坡体的基本特征，分析诱发滑坡的主要原因，并对滑坡体稳定性进行定性分析。通过反演计算，确定饱和状态下滑动面强度参数，利用传递系数法对滑坡进行稳定性评价和剩余推力计算；根据计算结果，采用削坡减载、抗滑桩、预应力锚索、锚索（杆）格构梁等措施对边坡进行综合治理。监测结果表明，在后期连续强降雨情况下，滑坡体变形稳定，治理效果良好。

山体滑坡；稳定性分析；地质构造；滑坡体；综合治理

1 工程概况

西乡固戍第三工业区山体滑坡治理工程位于深圳市宝安区西乡街道铁仔山公园内，边坡整体呈近直线状，大体东西走向，倾向正北，坡顶标高188.54 m，坡底标高29.69 m，高差158.85 m，边坡长约150 m（图1）。20世纪80年代末期,因坡脚工业园开发及取土、采石等人为活动诱发滑坡,主滑方向为北东向21°，由碎块石夹粘性土组成的崩滑堆积体最厚处约为15.2 m。2008年，新建的公园道路从滑坡堆积体上穿过，将滑坡体分割为上下两部分:道路以下边坡高度约为17～35 m，公园道路修建时已进行了初步整治，分级放坡，并设置有高度2.2～3.2 m毛石挡土墙；道路以上边坡高度约为116.3～136.2 m,以厚层滑坡堆积体为主,坡度较缓,未采取相关支护措施，东、西两侧滑坡周界内侧因雨水冲刷，形成约1.0 m深的排水沟，水沟加剧了边坡汇水对滑坡堆积的入渗。

图1 滑坡范围平面

由于公园道路修建时的填低挖高以及施工机械影响,破坏了滑坡体原有的应力平衡,2009年4月，因连续强降雨影响，滑坡堆积体出现较大位移，刚完工不到半年的新建公园道路沥青路面见裂缝发育，最大宽度约为45 mm，可见深度超过1.0 m，延伸长度超过10.0 m，且有持续发展的态势。由于坡顶为宝安区西乡空管站，坡脚为人口密集的工业园区，一旦继续滑坡，后果十分严重，必须对滑坡体进行及时治理，消除安全隐患，保障人民生命财产安全。

2 工程地质分析

2.1 地层

现场勘探揭示，滑坡区域地层主要有人工填土、含碎石粉质粘土、滑坡崩塌堆积物以及全、强、中风化混合花岗岩等。滑坡崩塌堆积物主要由碎块石夹粘性土组成，块石大小不均，排列凌乱，缝隙间充填粒径较小的块石及粘性土等，充填程度不均，但堆填时间较长，稍胶结。厚度呈上薄下厚，两侧薄中间厚，厚度4.5～15.2 m。崩滑堆积体整体性差，但与下伏岩土体界限明显，滑动带较薄或不明显，未见剪出口，滑坡床大致呈折面状，西侧稍高，东侧稍低。

2.2 地质构造

黄期岭断裂组从边坡北脚通过，同时在个别钻孔发现破碎岩芯以及硅化岩和石英脉充填节理的痕迹，印证了此断裂构造的存在。此处正处于加里东期混合花岗岩与围岩下古生界混合岩渐变地段中。此断裂组现已停止活动。

从场地节理发育情况判断，黄期岭断裂组产生于混合花岗岩形成之后，但早于杨柳岗断裂束的形成时间，故场地形成两组与区域构造大体一致的优势节理面，且裂隙极发育。

2.3 滑坡特征

中段滑坡范围较大，根据现场调查，从整体看滑坡呈圈椅状，各滑坡要素明显，滑动体面积约12500m2，滑体体积超过1×105m3,植被覆盖较好,滑动轴向为北东向21°,长约300 m,宽40～90 m，中段滑坡周界明显，滑坡侧壁陡立，边缘裂隙发育，时见崩滑发生；滑坡后缘壁直达山顶，滑坡前缘一直延伸至公园道路以下，推测应至现有坡脚建筑处，部分已被挖除。

按滑面剖面形态分类应属椅子型滑面，滑面大致与岩层风化线及优势构造结构面一致，属顺层滑坡，主要沿强风化岩与中风化岩界面及中风化岩层中的软弱强风化夹层进行滑动，滑坡前缘主要为堆积层，较平缓。

从滑坡类型上分：滑坡堆积体厚度为4.5～15.2 m，属中层滑坡；由于是因坡脚取土采石使下部土体变形，导致上部土体失去支撑而产生的变形滑动，因此从运动形式上分，属于牵引式滑坡；按发生原因属于工程滑坡；按发生年代属老滑坡；按滑坡体体积(超过1×105m3)分属中型滑坡。根据滑坡潜在经济损失及危害对象，本滑坡防治工程分级为Ⅰ级。

3 稳定性分析与评价

3.1 滑坡成因分析

根据现场勘查成果，分析滑坡形成的原因主要有：1）地质构造。滑坡区域岩土体受黄期岭断裂的影响，岩芯破碎，原岩普遍发育着顺坡向原生结构面，尤其是强风化与中风化以及中风化与中风化中软弱夹层，构成了顺层软弱面，是滑坡产生的内在基础。2）人为活动。不论是20世纪80年代末期在坡脚的取土、采石，还是近期在滑坡堆积体中部修建公园道路时的低填高挖，都改变了岩土体的应力平衡状态，开挖形成应力释放面，造成局部坡体出现应力集中带，导致土体位移。3）降雨。因现场无有效的截排水措施，连续强降雨时大量地表水顺坡渗入边坡土体及基岩裂隙中，由于岩石渗透性远小于土体，下渗的雨水在土—岩界面上汇流，水流带走了土体中的细颗粒，使土体的粘聚力和内摩擦角急剧降低，减少了土体的抗滑力;同时，土体因降雨入渗而导致含水量升高，含水量的升高导致土体容重增加、下滑力加大，抗滑力的减少以及下滑力的增加，最终导致了滑坡的产生。

3.2 滑坡稳定性分析

滑坡稳定性分析应按定性与定量两部分进行。

3.2.1 定性分析

定性分析通常可以从边坡体地质构造、地貌形态及其演变、滑动因素的变化以及滑动迹象及其发展变化等方面进行。本工程滑坡体具有比较明显的滑动迹象。2009年，新建公园道路完工不到半年就因连续强降雨诱发路面裂缝。虽然对裂缝进行了灌浆填缝处理，但经灌浆填缝处理后的裂缝呈继续扩大趋势，并出现了多条新的、沿道路纵向的裂缝，且发展迅速。为确保安全，对新建道路进行封闭并及时疏散了坡脚工业区工人。根据滑坡体内地表裂缝出现的部位、性质以及发育的顺序和程度，结合现行国家规范[1-2]及相关专业著作等的评价标准[3-4]，认定滑坡处于暂时稳定～变形状态。

3.2.2 定量分析

定量分析的关键是确定滑动面位置以及滑动面的强度参数，滑动面位置由现场调查、探槽、物探、钻探、深层位移监测等手段综合确定，滑动面强度参数主要有重度、粘聚力和内摩擦角，一般通过现场勘察以及室内试验获得。由于滑动面强度参数直接关系到边坡模拟计算的结果，取值合理与否对稳定评价以及边坡治理影响至关重要，因此，在勘探成果的基础上，结合定性分析，通过反演计算，对其进行复核确定。勘察成果提供的滑坡体主要岩土层物理力学参数如表1所示。

表1 滑坡体主要岩土层物理力学参数

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/ T 0219-2006），滑坡处于整体暂时稳定～变形状态时，安全系数Ks可取1.00～1.05。现假定其安全系数为Ks=1.0，按照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219-2006）推荐公式（1）、公式（2）对滑动面强度指标进行反演计算。

式中：Wi为第i计算条块的重量,kN/m；αi为第i计算条块底面倾角；L为滑面长度,m；c、φ分别为滑动面粘聚力（kPa）和内摩擦角（°）。

由于滑动面强度参数c、φ值的反分析存在解的非唯一性[5]，本工程根据崩滑堆积体的物质组成以及勘察提供的强度参数值，认为在雨水入渗作用下，首先受影响的将是碎块石间充填的粘性土，在不断增加的渗流作用下，可能造成粘性颗粒大量流失，直接降低粘聚力。因此，根据相关经验[5-6]，对内摩擦角只略作折减，调整为18°，以确定粘聚力的取值。

利用Geoslope以及理正岩土软件建立边坡模型，计算断面选取主滑面，如图2所示，反演计算主要公式如下：

式中：ψi为第i计算条块剩余下滑推力向第i+1计算条块的传递系数；Ri为第i计算条块滑动面的抗滑力，kN/m；Ti为第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力，kN/m。

图2 主滑面地质剖面

通过输入不同的参数值进行试算，选取计算得到的滑坡稳定安全系数与假定值（Ks=1.0）最为接近的作为设计计算值。根据上述原则，经多次试算，确定滑动面强度参数如表2所示，该参数组合下，滑坡稳定安全系数i=1.01。

表2 滑动面强度指标反演计算结果（饱和状态）

4 治理措施

滑坡治理设计时，上部115.0 m～坡顶标高范围内坡体已完成治理设计、施工，故本次治理范围为115.0 m～坡脚范围段区域。根据滑坡区域工程地质以及滑坡体的基本特征，结合滑坡稳定性计算成果，对滑坡进行治理设计。由于滑动面较深，滑坡堆积体较厚，最厚处达15.2 m，下滑力较大，滑坡体对坡顶空管站、坡腰新建公园道路以及坡脚工业园区威胁很大，经多方案比选和分析论证，采用“削坡减载+抗滑桩+预应力锚索+锚杆（索）格构梁+排水系统”等措施进行综合治理。

4.1 削坡减载

主要针对公园道路以上滑坡体，亦即滑坡堆积体较厚部分，对现状边坡进行分级放坡并与上部已完工的空管站边坡115.0 m高平台相接，共分4级，一级坡从现状浆砌块石挡墙顶部开始至78.0 m标高，坡率约为1:3.0，二、三级坡高12.0 m，坡率约为1:1.7，四级坡高13.0 m，坡率约为1:1.25，一级平台宽度约6.0 m，二、三级平台宽度5.0 m，四级平台宽度3.0 m。

4.2 抗滑桩

通过对滑动面滑坡推力的计算，来确定桩型、桩位、桩长以及桩身配筋，滑坡推力计算采用规范推荐公式：

式中：Pi、Pi-1分别为第 i、i-1块滑坡体的剩余下滑力，kN/m；ψi为第i-1计算条块剩余下滑推力向第i计算条块的传递系数；Ks为滑坡推力计算安全系数，应根据滑坡等级以及滑坡失稳后果等因素综合确定，本工程取1.2；Ti、Ri意义同公式（3）。

利用反演分析参数计算所得滑坡推力结果，在新建公园道路外侧高程65.5 m处以及坡脚高程44.0 m处设置两排抗滑桩，两处桩位剩余下滑力分别为1 178.08 kN、647.18 kN。假定桩后滑坡推力为梯形分布，并假定桩身锚固段产生弹性反力，桩身内力计算采用地基系数m法，对抗滑桩进行受力分析，从而确定桩身截面尺寸、锚固深度、桩身配筋。

抗滑桩均采用方形截面，新建公园道路外侧Ⅰ型抗滑桩截面尺寸为1.8 m×2.5 m，滑坡中部堆积体较厚处桩更长且更密，桩长21～25 m，间距4.0 m，滑坡两侧堆积体较薄处，桩长18～21 m，间距5.0 m，共26根，在桩身设置一道预应力锚索，锚索采用5× 7Ф5 mm钢绞线，锚索长度24 m，锚固段14 m，设计拉力为500 kN；坡脚高程44.0 m处抗滑桩截面尺寸为1.5 m×2.0 m，由于坡脚处堆积体厚度较均匀，则桩长与间距均一致，桩长为16 m，间距5.0 m，共10根。

4.3 锚杆（索）格构梁

公园道路以上滑坡体经削坡减载后，坡面采用锚杆格构梁支护，锚杆采用普通全粘结锚杆，杆筋选用32mmHRB400级螺纹钢筋，锚杆间距3.0 m×3.0 m，长度8～15 m，锚孔孔径不小于130 mm，锚杆倾角15°；格构梁间距3.0 m×3.0 m，截面尺寸为400 mm× 300 mm（高×宽），采用半嵌入式，埋入坡体内250 mm，梁身采用C25砼浇筑。

公园道路以下两排抗滑桩之间的滑坡体未经削坡减载，坡面修整后，采用锚索格构梁支护，锚索采用高强度、低松弛的钢绞线，锚索间距4.0 m×4.0 m，长度18～20 m，锚孔孔径不小于150 mm，锚索倾角20°；格构梁间距4.0 m×4.0 m，截面尺寸为500 mm× 400 mm（高×宽），采用半嵌入式，埋入坡体内350 mm，梁身采用C25砼浇筑。

4.4 排水系统

排水系统设计是滑坡治理的关键，应做到滑坡区外雨水有效截排，滑坡区内雨水快速引流，尽量减少雨水冲刷、入渗。设计径流量按《公路排水设计规范》（JTJ 018-97）公式计算：

式中：Q为设计频率地表汇水流量,m3/s；ψ为径流系数；q为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min，降雨强度按照100年一遇设计，200年一遇校核；F为汇水面积,km2，本工程约为0.03 km2。

根据满宁公式计算排水沟内水流的平均流速：

式中：n为排水沟壁的粗糙系数；R为水力半径,m；I为水力坡度,可取用排水沟的底坡。

根据上述参数，本工程排水系统设计为：1）在平台内侧设置平台排水沟,沟身截面尺寸为0.6 m×0.6 m,采用钢筋混凝土结构。2）在滑坡两侧现状冲沟位置设置东侧、西侧两条跌水沟,将平台排水沟内雨水汇集引入坡脚排水系统，并利用滑坡东侧跌水沟,与上部空管站边坡排水系统顺接,将上部边坡汇水引入坡脚排水系统，跌水沟截面尺寸为1.0 m×1.0 m,采用钢筋混凝土结构,沟内采用踏步消能,兼做上下通道。3）新建公园道路内侧原排水沟断面无法满足过流断面要求，对原排水沟进行扩建,扩建后沟身截面尺寸为1.0 m×1.0 m,采用钢筋混凝土结构,公园道路内侧排水沟及消能池设置25 cm厚混凝土盖板。4）利用直径1 000 mm预制混凝土涵管，将汇水通过现状公园道路,涵管部位采用断面尺寸为1.0 m×1.0 m的钢筋混凝土跌水沟将汇水接入坡脚工业区排水系统。

治理措施典型剖面图如图3所示。

图3 治理措施典型剖面

5 监测

自2009年4月中旬发现险情后，主管部门立即对该边坡进行了全方位的动态监测，治理措施动工后，又重新布设了监测点进行工后变形监测，共设置了40个位移兼沉降观测点、4个深层测斜点以及4个桩身内力及滑坡推力监测点。

治理措施主体工程于2013年3月完工，2013年3月～2014年3月,监测报告显示累计水平位移最大值为19.20 mm,累计沉降最大值为16.35 mm；2014年3月～2014年8月,累计水平位移最大值为3.45 mm,累计沉降最大值为2.26 mm；2014年5月11日6:30分至14:00,深圳全市普遍记录到大暴雨,局部特大暴雨,最大降雨量达276.5 mm,边坡位移增量为0.02 mm,沉降增量为0.01 mm,坡体变形稳定。

6 结论

1）本文根据西乡固戍第三工业区山体滑坡治理工程，经过分析论证，得出山体产生滑移的主要原因，并结合滑坡体位移特征，对其稳定性进行定性评价，确定其处于极限平衡状态。

2）结合定性分析结果，通过反演计算，复核饱和状态下滑动面强度参数值，利用Geoslope以及理正岩土软件计算边坡稳定性以及滑坡推力，并采用“削坡减载+抗滑桩+预应力锚索+锚杆（索）格构梁+排水系统”等措施对滑坡进行综合治理。

3）根据监测数据，经治理后，边坡变形已基本进入稳定阶段，并在2014年5月份的特大暴雨中，变形稳定，说明基于上述分析后采取的治理措施是合理可行的，治理效果良好，可为类似的滑坡治理工程提供参考经验。

[1] DZ/T 0219-2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].

[2] GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[3] 徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[4] 赵明阶,何光春,王多垠.边坡工程处治技术[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5] 陈俊峰.降雨型堆积层滑坡抗剪强度参数反演分析[J].华中科技大学学报（城市科学版），2008，25（4）：249-252.

[6] 丘建金，文建鹏，高伟.深圳光汇油库边坡稳定性分析及工程治理[J].岩石力学与工程学报，2009，28（11）：2201-2207.

Stability Analysis of Mountain Landslide and Engineering Management in a Certain Industrial Park

LIU Hailin
(Shenzhen Branch Office of China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518032,China)

Based on regional geological condition of landslide and essential feature of slope in Xixiang Gushu No.3 industrial park,the paper analyzes main reason for triggering landslide and the stability of landslide and confirms the intensity parameter of sliding surface in saturation condition by back calculation.Transfer coefficient method is adopted to evaluate stability of landslide and residual thrust calculation;according to calculating result,cutting slope lightening,slide-resistant?pile,pre-stressed?anchor?cable, anchor lattice beam are adopted for comprehensive treatment of slope.Monitoring result shows that the continuous heavy rainfall in the later stage,the landslide deformation is stable and it can achieve good results.

mountain landslide;stability analysis;geological structure;landslide mass;comprehensive treatment

TD92

B

1004-4345(2015)02-0011-05

2014-12-11

上：江西省科技计划项目（20141BBG70097）。

刘海林(1983—),男,工程师，主要从事岩土工程设计与研究工作。