雲南省師宗縣第一中學運動場滑坡成因分析及防治研究

論文類別:理學論文 > 地質學論文
論文作者: 羅洪 李林濤
上傳時間:2009/12/11 14:33:00

摘 要:師宗县第一中學運動場北側發生一縱向長45m,前緣宽45m的滑坡,對該學校的正常教學造成影響,同时威脅滑坡周圍居民的生命財產安全。分析發現松散填土及原民用井湧水是該滑坡產生的內因,強降雨是滑坡發生的外因及誘发因素,人工填土及降水對滑坡起控制作用。该滑坡為一典型的人工填土淺層堆移式中型滑坡,形成機理為滑移-拉裂破壞模式。通過对該滑坡的定性及定量評價,進行了防治方案比選,確定了2-2防治方案。
關鍵詞:滑坡;形成機理;變形過程;稳定性評價;防治方案
    1 引言
    师宗縣第一中學位於師宗縣城北側,是師宗縣的重點中學之一,該校於2006年在其後山開挖山體并建成標準運動場,2007年6月進入雨季後,該運動場北部斜坡已發生開裂變形,經多次簡易處理,變形仍在加劇,6月30日師宗城區降大雨,7月12日變形邊坡發生滑坡,運動場西北部被毀,不能正常使用,原已建坡腳毛石擋墻下滑,滑坡前緣推倒民房6間(瓦房),壓死生豬4頭,石块及滑坡土體淹沒磚混结構民用樓房1層外墻,並堵塞河道,部分農作物被破壞。該滑坡已嚴重影響中學運動場的安全使用,對學校的教學環境造成影響,同時對滑坡周邊居民生命财產造成損失和威脅。因此對滑坡的形成機理進行分析及防治方案研究具有十分必要性及緊迫性。
    2 滑坡區地質环境條件
    2.1 气象水文
    师宗一中位於師宗縣城北側,屬亞熱帶高原季風氣候區,6~10月份為雨季,降水量約占全年的85%,多年平均降雨量1242.0mm,較為充沛,最大一日降水量147.4mm,年蒸發量1810.7mm,平均相对濕度83.5%。
    2.2 地形地貌
    师宗一中地位於師宗盆地西北緣與山区接合部位,為緩坡低中山地貌,師宗一中即座落於一山頂之上。滑坡為該山體北側,為一微凸單面直線坡,前緣為挽瀾路居民住宅區,坡後緣為師宗一中運動場,坡長60m,坡度30°,相對高差20m。
    2.3 巖土體類型及物理力學特征
    根據工程地質測繪及鉆探揭示,區內分布有第四系松散人工素填土(Qml),第四系殘積粘性土(Qel),第四系湖积粘土(Ql),下伏基巖為個舊組第二段泥巖(T2gb)。
    2.4 地質构造與地震
    工程区位於師宗—彌勒斷裂帶南東側之褶皺帶。據師宗县地震辦觀測資料,師宗縣自1965年—1986年間沒有發生過較大的地震,僅在1986年5月5日發生在竹基、龍甸、抵魯一帶的ML3.9級地震,縣城有感。據《建築抗震設計規範》(GB50011—2001),勘察場地抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值0.10g,設計分组為第三組。
    2.5 水文地质條件
    場地地下水主要為第四系松散層孔隙水及下伏基巖風化裂隙水兩種,松散層孔隙水主要賦存於第四系人工填土及風化殘积粘性土層中,接受大氣降水直接入滲補給,部分向下滲補給基岩裂隙水,部分順層沿斜坡下徑流,在地形低凹部位溢出。基巖風化裂隙水主要賦存於T2gb泥巖構造風化裂隙中,主要接受大氣降水及上覆松散孔隙水補給。場地地下水含量微弱—中等。
    3 滑坡基本特征
    3.1 滑坡範圍
    3.1.1 滑坡邊界
    滑坡後緣位於運動場西北角跑道位置。滑坡形成後,為防止其進一步向後緣擴展,校方清除了部分土體,現仍可見滑壁呈弧形延伸,寬度32m,陡壁高2m,壁面光滑,坡角64°。
    西側界在ZK12號孔附近由於滑體剪切錯動形成一陡坎,順坡向延伸,至圍墙處滑坡堆積隆起與周圍地形形成明顯差異;東側界沿ZK10號孔—ZK14號孔附近原擋墻斷位移處,可見明顯剪切裂缝。
    滑體前緣位於民房後侧呈明顯隆起,寬度45m。
    滑坡體縱向長45m,橫向寬:後緣部位32m,前緣部位45m。
    3.1.2 滑動面
    產生滑坡的地層為第四系人工素填土,該土層結構松散,為新近堆積,未經過壓实,大氣降水極易滲入土中,增加了土體的重量,加之原民用水井被淹埋後地下水就沿填土的底板界面滲透,至使土體的抗剪強度降低,在重力作用下沿原始坡面產生剪切滑移形成滑坡,因而填土的底板即為滑動面。據鉆孔揭露,填土層的底板埋深5.0~6.5m,取平均值5.7m為滑動面埋深,亦即滑坡體的厚度。
    3.2 變形破壞跡象
    變形裂縫:有三種類型,第一类:分布於滑壁下,為拉張變形裂縫。裂縫寬度5~10cm,可見深度20cm,斷續延伸;第二類分布於兩側界,為剪切變形裂縫,這類裂縫在地表無明顯的開裂,僅形成剪切滑移錯動現象;第三類分布於滑坡體中部,為均勻滑动形成,這類裂縫垂直於主滑方向平等分布,發育3~4條,寬度15~20cm可見深度7-10m,延伸長度5-8m。
    擋墻位移:原擋墻大致位於8—8′剖面處,被推移出7.5-10m破壞為四段,擋墻推移土體形成高約4m的土丘。淹埋擋墻前面的河溝,並造成居民住戶的6間瓦房被推倒,破壞四層樓房一層之磚墻。
    地下水溢出:據調查訪問,民井被淹埋後,就沒有地下水出露,滑坡發生後地下水就於擋墻斷裂處溢出。
    3.3 滑坡的規模及类型
    滑坡周界按上述表征与勘察資料圈定,滑坡體的平面尺寸為:橫向寬度最大45m,最小32m,平均38.5m,縱向長度45m,面積1732.5km2,滑體平均厚度5.7m,滑坡體體積9875m3,滑坡的主滑方向337°[1]。
    滑坡類型為中型人工素填土推移式滑坡。
    4 滑坡成因機理分析
    滑坡是由內因及外因相互影響所構成,松散填土及原民用井湧水是該滑坡產生的內因,強降雨是滑坡發生的外因及誘發因素[2]。人工填土及降水對滑坡起控制作用[3]。
    该滑坡發生於一坡度為30°的邊坡之上,坡體表層為新近堆積的人工填土,厚度為5.0~6.5m,該土層大孔隙比,高壓縮系性是形成滑坡的關鍵因素,斜坡原民用井的堵塞及6月30日的強降水是滑坡产生的主要誘因。
    該滑坡的形成過程是師宗一中在修建運動场時將開挖棄土堆放于運動場北側斜坡一小冲溝之內,形成一坡度为30°的斜坡,未采取碾壓等密實手段,僅在坡腳设置一擋土墻。6月30日強降雨後,大量降雨入滲到土中增加了土體的重量,同時原始地貌也導致下滲降水在沖溝內匯集,增加了填土的含水量;由於降雨的影響,原民用井湧水量的增加也導致填土含水量的增加,進一步軟化土體,同时也為滑面貫通創造了條件。進入雨季後,邊坡已经產生變形跡象,6月30日强降雨影響及淺層地下水的富聚,導致邊坡的變形加劇发生滑坡,為典型的人工素填土淺層堆移式滑坡[4]。下滑过程是一個重力勢能降低的過程。
    5 滑坡的危害
    5.1 直接危害
    此次滑坡沖毀民房6間,壓死生豬4頭,滑体石塊及土體毀壞鋼混結構的樓房1層磚墻並堵塞河道,河水流到挽瀾路淹沒民房及市政設施。學校運動場西北角40m長的跑道被毀壞,坡腳40m擋墻被剪斷成4段,已徹底廢棄,共計直接經濟損失200萬元。
    5.2 間接危害
    目前在滑坡體坡腳30m的範圍內仍有4戶居民居住,由於滑坡形成後,給居民的心裏造成極大的恐慌。滑坡體堵塞河道後,河水流到挽澜路一帶淹沒市政道路等設施及民房,給這一帶居民的生活、出行造成極大不便,如不加以治理,到來年雨季漲河水的時候,將會给這一帶造成洪澇災害。滑坡造成學校運動場基本上不能使用,严重的影響了學校的正常教學工作。另外由於受損受害住戶經常找學校解決,因而也給學校帶來很大的壓力,嚴重幹擾了學校的教學秩序,社會影響較大。
    6 滑坡穩定性評價及發展趨勢分析
    6.1滑坡穩定性分析
    根據滑坡體的滑面形態,選擇與滑坡主滑方向一致的1-1ˊ、2-2ˊ、3-3ˊ工程地質剖面圖作為計算斷面,按用《巖土工程勘察規範》(GB50021—2001)规定的折線滑面型滑坡穩定性計算公式(總應力法)進行計算,計算滑坡稳定性系數和剩余下滑力。計算公式如下: 免费論文下載中心 http://www.hi138.com     Ei=KtWisinai+ΨiEi-1-(Wicosaitgψi+CiLi)
    計算結果表明,天然狀態下滑坡仍處於極限平衡狀態,稳定系數K=0.92-1.02,剩余下滑力E=113.76-388.45kN/m,與滑坡體的現状及滑移體的變形特征比較吻合。若到雨季,滑坡體处於飽和狀態時,穩定性系數K=0.90-1.00,剩余下滑力E=210.62-235.67KN/m,穩定性系數降低,降雨可能誘發滑坡,与實際相吻合。
    6.2滑坡發展趨势分析
    經過此次劇滑后,該滑坡體已處於暫時稳定狀態,但滑坡體後緣外及東側仍有大量填土,且地形陡峻,尤其東侧面擋墻已開裂破壞,斜坡上树木傾斜壞死,表明斜坡受到了牽引變形,形成了潛在滑移體,因此,如果清理滑坡物質或雨季降雨入滲,極易誘發滑坡體變形擴展,潛在滑移體形成滑坡。
    7滑坡防治工程的可行性行研究
    7.1防治目標及工程布置原則
    7.1.1 防治目標
    ①保證滑坡體的稳定,防止滑坡進一步擴展,保障居民的生命財產安全。②消除河溝堵塞物質,預防挽瀾路一帶形成洪澇災害。③恢復運動場的功能使用。
    7.1.2 工程布置及原則
    ①要充分考慮滑坡的可能發展趨勢,工程的布置原則即要按永久性防治標準進行設計,又要兼顧运動場今後的建設發展規劃,一步到位。②在選擇工程手段時,應考慮工期,當地施工條件等情況。③治理方案應是技術上安全、可靠、經濟上合理。
    7.2 方案選擇
    根據獲得的勘勘察資料,從地形地貌特點、巖土特性、工程穩定性要求、可靠性及經濟合理性、施工的可行性等幾個方面進行方案比選[4]。
    第1方案:滑坡體後緣支擋
    在滑坡體後緣(7-7′勘察斷面)位置設置一排抗滑樁,樁頂作樁間擋板或毛石挡墻,樁後回填恢復運動場跑道。
    该方案能穩定潛在滑移體的發展,但對產生滑動的滑動體不起作用,由於滑動的滑坡體滑動面已貫穿,因而,如遇暴雨或工程活動(如清理滑體前缘的水溝,極易誘發滑坡復活,形成災害,並同時影響抗滑樁上部支擋工程,所以,該方案不可行(未作工程布置圖)。
    第2方案:滑坡體中部抗滑支擋
    在滑坡體中部(8-8′断面)位置設置一排抗滑桩,樁頂同樣作支擋,樁後回填恢復运動場跑道(見工程布置平面設計图)。
    该方案克服了第一方案的缺點,能防止滑坡體及潛在滑移體變形擴展,根据上部支擋結構的不同,該方案又可分為以下兩個子方案:
    第2-1方案:抗滑樁加承臺加重力式擋墻
    在8—8′斷面位置布置一排抗滑樁,共13根,Z1~Z10樁心距為5m,Z10~13樁心距為6m,樁頂位於地表(控制高程H=986.00m),上做一钢筋混凝土承臺,承臺寬2.5m厚1.0m、長45.0m。承臺上作M10漿砌石擋墻,仰斜式,底寬2.5m,頂寬1.5m,高3.0m,長45.0m,墻後作回填到坡頂恢復運動場跑道範圍,回填坡比為1:1.75,分兩積,碎落臺寬3~5m,全坡面M7.5漿砌石封閉,設排水溝,並將滑坡前緣泉點用盲溝引出至下部水溝,清除滑體前緣水溝,並作全斷面毛石砼襯砌。
    該方案設計抗滑樁C25鋼筋混凝土(包括樁壁支护、樁身、承臺)1047.45m3,人工挖土(包括挖樁、清溝等)1228.97m3,漿砌石和毛石砼支砌(包括重力式擋墻、水溝襯砌、坡面漿砌片石防護)663.08m3,墻後回填土3422m3,工程造價1003549元。
    第2-2方案:抗滑樁板墻
    抗滑樁平面布置同第一方案,不同之处在於上部支擋結構采用樁後擋土板代替重力式挡墻,抗滑樁高出地面2—4m。樁長11~19 m,共13根,樁頂控制高程H=989.4m,擋板後放兩級坡回填至坡頂恢復運動場跑道。坡面作漿砌片石封閉防護,清除滑體前緣水溝位置,並作全斷面襯砌,将滑坡前緣泉點用盲溝引出至下部水溝。
    8 結論
    ①師宗一中運動場滑坡,在性質上屬於素填土推移式滑坡,滑坡體平面面積1732.5m2,滑坡體平均厚度5.7m,滑坡體積9875m3,規模為中型。②滑坡的成因。松散填土及原民用井湧水是該滑坡產生的內因,強降雨是滑坡發生的誘發因素。人工填土及降水對滑坡起控制作用。③目前,天然狀態下滑坡仍處於極限平衡狀態,稳定系數K=0.92-1.02,剩余下滑力E=113.76-388.45kN/m。若到雨季,滑坡體處於飽和狀態時,穩定性系数K=0.90-1.00,剩余下滑力E=210.62-235.67KN/m,穩定性系數降低,降雨可能誘發滑坡,並可能滑坡範圍進一步擴展。④下滑过程是一個重力勢能降低的過程。⑤根據滑坡治理工程的安全性、經濟合理性及施工可行性對三個防治方案比選,建議在滑坡中部采用樁板墻为主,結合其它工程措施進行综合治理(即2-2防治方案)。

參考文獻


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