滑坡形成的机理分析及治理实例

白保国

(陕西省一八五煤田地质有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

横山采油厂白狼城集输站滑坡点地处大理河支流右岸，东距307国道约3 km，滑坡区旁侧有采油厂厂区公路，交通较为便利。集输站位于黄土沟壑区，造成滑坡地质灾害的主要因素为地质条件及降水，文中就滑坡产生机理进行分析，并结合工程实际进行治理。

1 地质条件

1.1 地形地貌

采油厂集输站地貌属黄土丘陵地貌，沟壑纵横，地形起伏大，相对高差约180 m；属于典型的黄土地貌，黄土冲沟发育，切割强烈，沟谷多呈“V”形，形成梁峁塬沟谷相间分布区，植被稀疏，水土流失严重。治理区位于鄂尔多斯台向斜东翼陕北斜坡上，地层近水平展布，倾角1°～3°，属于黄河一级支流无定河流域，二级支流大理河流域。

滑坡所在地为黄土梁峁沟壑区，冲沟发育，切割强烈，沟谷多呈“V”形，基岩仅在沟谷地段出露，谷坡较陡，坡度15°～28°，地貌呈台阶状，上部陡，下部变缓。

1.2 地层岩性

1.3 地质构造与地震

滑坡所在区域在大地构造上属于中朝准地台，按断块构造划分和大地构造性质、新构造运动强度、块体运动方式、断裂、地震活动及应力场特征，本区属于鄂尔多斯断块隆起区和陕北高原隆起区一、二级构造单元。

鄂尔多斯断块隆起内部构造简单，块体完整性较好，不发育活动断裂，属于稳定块体区，地震活动微弱，无6级以上地震发生。根据《中国地震动参数区划图》(GB1830620)，区内地震动反应谱特征周期为 0.35 s，地震动峰值加速度小于0.05 g，相应的地震基本烈度为Ⅵ级。

1.4 水文地质条件

滑坡区地下水类型主要为第四系松散层孔隙水、基岩风化带裂隙水。

第四系松散层孔隙水主要赋存于黄土孔隙中(孔洞和垂直节理发育)，由于区内冲沟发育，其潜水呈不连续分布，该地下水埋深变化大。滑坡区赋存高含水地层，含水层为上更新统马兰黄土，其相对隔水层为上更新统古土壤或中更新统离石黄土。滑坡区基岩风化带裂隙水一般埋藏较深，部分区段受补给影响其地下水相对富集。

2 滑坡基本特征及危害

2.1 滑体空间形态

横山采油厂白狼城集输站滑坡点坡度较缓，前缘临靠东支沟，后缘面与前缘面高差30～45 m，总坡度30°～35°。滑坡后缘宽度约150 m，中部宽度约180 m，前缘宽度约200 m，平均宽度约177 m，主滑长度85～110 m，滑坡平均厚度约8.0 m，体积约155 760 m3，如图1所示。

图1 滑坡体空间形态示意Fig.1 Spatial form of landslide mass

2.2 滑坡变形特征及其危害

滑坡体后缘出现弧形的张拉裂缝，有错台现象，滑坡体两侧呈“∩”型裂缝；后缘裂缝宽度2～36 cm，观察深度0.5～1.5 m。后缘错台高度0.2～0.5 m，陡坡段伴生表土滑塌体，前缘有明显的挤出鼓胀开裂现象，如图2所示。

图2 滑坡前缘挤胀开裂现象Fig.2 Expansion and cracking at the front edge of landslide

根据前、后缘的滑坡特征形态与地表的张拉裂缝现象及勘查中钻孔所揭露的滑动面位置，该滑坡的滑动面剖面形状为向东倾斜的缓坡。滑面垂直深度5.8～10.0 m。平均深度约8.0 m，滑面相对高差2.0～15.0 m。

2.3 滑坡变形破坏及形成机理分析

滑坡的形成，是由黄土的特性、边坡地貌形态和基岩面起伏状态决定的。集输站场地后缘有高峻的山体，由于人工开挖，土体形成了新的空间形态，造成重力、地应力重新分布；黄土的结构和物质成分是形成黄土滑坡的物质基础，黄土在沉积时，形成欠压密、低湿度、高孔隙率的特性，物质成分主要为石英、长石，粘粒成分主要是中等亲水性的伊利石。作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，而遇水时，水对各种胶结物具有溶解软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷，地表出现裂隙裂缝。地下水是土质滑坡最为重要的诱发因素。土体含水量，无论是人为用水还是降雨造成，含水量都是滑坡失稳的决定因素，当土体饱和失稳时，滑动带以塑性摩擦滑移。大气降水作为地下水补给来源，在黄土滑坡形成的条件中，地下水的活动为斜坡变形破坏提供了十分重要的动力条件。地下水沿裂隙空隙下渗并常在沟谷底部溢出，改变了斜坡的水文地质条件，一方面增加了斜坡土体的重量，对不稳定土体产生静水压力或动水压力及向上的浮托力；另一方面降低了斜坡软弱结构面的抗剪强度，并起着溶解、冲刷、软化的作用，使不稳定土体和稳定土体之间的粘结力减小，降低了黄土斜坡土体的稳定性。场地4个台阶建成后原有冲沟被掩埋，地下水流场发生变化，雨后地表水疏导不畅，强烈下渗，局部形成滞水，造成地下水向古冲沟低洼地带渗透或者向土体边坡渗透。从山顶到沟谷，基岩面呈台阶状分布，在地下水和重力的作用下，破坏了土体稳定结构，出现湿陷、张裂、失稳、蠕动或滑移，造成了黄土新生坡基滑坡的迹象或重大滑坡的征兆。马兰黄土是滑坡的主体，马兰黄土具有很强的湿陷性，节理裂隙发育，属于易滑地层。

2.4 滑坡稳定性评价

根据实地踏勘及钻探勘察，滑坡地貌明显，滑坡基底基岩面呈台阶状分布，湿陷性黄土在一定压力作用下，遇水后发生显著的沉陷。滑坡体呈现“簸箕状”或“舌状”，滑坡体后缘已出现高差1.5 m的错台及多处张裂隙、剪裂缝，并在雨季频繁发生。沟谷地段地势低洼，滑坡体向沟谷方向表现出不断加重趋势，前缘有顺坡滑移的现象，出现鼓胀隆起，底部蠕滑错动。在场地东部边坡地段，同样出现黄土湿陷及大小不等的裂隙，边坡失稳，形成了黄土潜在滑坡威胁，均反映了场地目前处于不稳定状态。对厂区的设施及办公区造成直接威胁。

滑坡变形破坏表现形式为前缘剪出，后缘出现拉裂缝、漏水洞；站场建设期间，削坡场平，其填土区未有效夯实及硬化处理，包括排水渠渗漏、工业废水等水源下渗，使得坡体土被反复浸润，致其抗剪强度降低，又使隔水层形成的滞水带致土体软化，力学强度低，导致上部土体及自身重力增大而下滑，前缘临空面在坡体上形成拉应力，前缘出现挤胀鼓起或出现溜滑现象，在后缘产生横向的裂缝，由于前缘的滑动又引起后面土体拉裂缝，从而逐渐形成横向的拉裂缝。目前裂缝处于潜在发展期，总体看，该滑坡为牵引-拉裂式滑坡，破坏模式为蠕滑-拉裂型。

3 滑坡地质灾害的整治措施

对滑坡形成的主要因素以及不同的成因，实施不同工程的措施并进行治理。依据横山采油厂白狼城集输站滑坡的形成，分部分进行整治，依次为抗滑桩，坡面平整压实，排水工程，其中抗滑桩工程为主体工程。

3.1 抗滑桩

3.1.1 抗滑桩

分A型抗滑桩和B型抗滑桩2种桩型，A型抗滑桩桩长14 m，设计滑坡推力为973.859 kN/m；B型抗滑桩桩长16 m，设计滑坡推力1 315.565 kN/m。推力按矩形分布进行设计，桩中心距为6 m。

施工A型抗滑桩数4根，采用全埋式，桩截面尺寸2 m×2.5 m，嵌入稳定岩层深度为桩长的2/5，即入岩深度为5.6 m，按最大剪力9 600.424 N，极限弯矩31 991.99 kN·m控制配筋。B型抗滑桩数为23根，桩长16.0 m，桩截面尺寸2 m×2.5 m，嵌入稳定岩层深度为桩长的2/5，即入岩深度为6.4 m，按最大剪力12 637.307 kN，极限弯矩52 683.09 kN·m控制配筋。

3.1.2 挡土墙

在抗滑桩的施工过程中，孔内会出现流泥、渗水、积水等问题，致使锁口轻微下沉，为保证安全施工及施工质量，在抗滑桩靠山侧施工挡土墙是必要的保证措施。在白狼城集输站滑坡点治理中，完成17号抗滑桩靠山侧挡土墙5.0 m×0.8 m×2.0 m(长×宽×高)、1～8号抗滑桩靠山侧挡土墙(断面呈“凸”状，长47 m、下部宽1.3 m、上部宽0.8 m、高4.0 m)和1～8号抗滑桩上方重力式挡土墙(断面呈阶梯状，长19.2 m，下部宽1.8 m，上部宽1.2 m，高3.8 m)3座，以保证孔口及孔底施工人员安全，如图3所示。

图3 施工完毕的挡土墙Fig.3 Completed retaining wall

3.1.3 高压旋喷桩

在滑坡治理期间，在抗滑桩施工的过程中出现了流泥、渗水问题，致使正常的人工挖孔不能满足施工需求，区域土层为马兰黄土，含水层厚度约6～8 m，含水量大、呈流塑状，容易造成塌方，威胁人身安全。为确保工程进度、保证工程质量，采用“高压旋喷桩帷幕支护方案”对抗滑桩四周进行加固处理。在预定位置以高压设备使浆液成为20 MPa的高压流用喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，当流量大、速度快和呈脉动状的喷射流超出土体强度时，在喷射流的冲击力、离心力和重力等的作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。喷嘴一边旋转一边提升，浆液凝固后则形成圆桩状固结体旋喷桩。采用水灰比1∶1；形成桩径φ500 mm的旋喷桩；施工中控制提升速度10～25 cm/min；浆压20～25 MPa；浆液流量 80～120 L/min；旋转速度15 r/min；旋喷提升速度 10～15 cm/min，以保证旋喷质量。

3.1.4 渗水井

针对抗滑桩桩孔内渗水严重，根据实际地质情况，分别在一标段和二标段各施工4个渗水井，采用2种规格，φ600 mm×7.5 m渗水井2个，φ360 mm×12.5 m渗水井2个，分别下入规格为φ325 mm×6.0 m和φ219 mm×10.5 m的滤水管，填入3～8 mm砾石作为滤料，经过不断的抽排水，有效减少了抗滑桩桩孔内的渗水量，如图4所示。

图4 正在施工的渗水井Fig.4 Seepage well under construction

3.2 坡面平整

为保证治理后坡面的整体稳定性，对抗滑桩后侧的坡体进行坡面平整压实，根据坡面的不同分别进行削坡、填方，设置2～3级平台，与现有坡体形成两级边坡，在第一级边坡坡面进行浆砌片石坡面防护，浆砌片石护坡厚40 cm，如图5所示。

图5 抗滑桩上方浆砌片石护坡Fig.5 Mortar rubble slope protection above anti slide pile

3.3 排水工程

排水工程主要由排水沟与急流槽构成。

坡体上排水沟布置在坡顶、坡体中部和抗滑桩后侧共3排。排水沟采用0.5 m×0.5 m尺寸，用M10水泥砂浆MU30片石内勾缝砌筑。水流顺排水沟流入坡体中下部急流槽中，急流槽采用C20混凝土砌筑。在滑坡边界外侧设置A型截水沟，共施工4条排水沟，2条急流槽，如图6所示。

图6 排水沟与急流槽Fig.6 Drainage ditch and chute

4 治理效果

横山采油厂白狼城集输站滑坡点治理工程完成抗滑桩27根，其中A型抗滑桩4根，B型抗滑桩23根；抗滑桩挡土墙3座；每个抗滑桩周围布置高压旋喷桩36个，共计高压旋喷桩为720个；施工4个渗水井；对抗滑桩上方坡体进行填方，形成人工填方边坡，使上方的坡体与现有坡体形成两级边坡，在第一级边坡面用浆砌片石进行坡面防护；施工排水沟4条，急流槽2条，抗滑桩、挡土墙、坡面平整和排水沟等部分工程经验收符合设计及规范要求。

通过对滑桩进行高压旋喷桩帷幕加固，成功解决了流泥、积水和渗水等问题，使抗滑桩施工得以顺利进行。通过对抗滑桩坡体人工填方边坡，有效增加了坡面的整体稳定性。

5 结论

滑坡地质灾害的发生对人们的生产和生活带来了严重影响，目前滑坡的治理方法有很多，其中支挡、排水在滑坡治理工程中具有灵活性、实用性；在进行滑坡治理的过程中，要结合实际地质、地形条件并综合分析后选择最佳治理方案，最大限度的避免滑坡现象的发生。建议日常及时对坡体上存在的裂缝、落水洞等下渗通道予以修复，以减少地表水的下渗，防止次生灾害发生；对易产生滑坡的地段进行长期观测，并适当布设渗水井，确保地下水排放，消除安全隐患。