乌苏白杨沟镇夹皮沟5#平硐矿区滑坡成因分析及稳定性评价

2016-09-22贺根义马小军曹阿楠王浩权

西部探矿工程 2016年3期

关键词：滑体粉土滑坡体

贺根义，马小军，陈　锋，曹阿楠，王浩权

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉 831100）

·岩土工程·

乌苏白杨沟镇夹皮沟5#平硐矿区滑坡成因分析及稳定性评价

贺根义＊，马小军，陈锋，曹阿楠，王浩权

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉 831100）

该滑坡为大型滑坡，通过滑坡的地形、形态特征，物质组成及结构特征，滑坡体周围人工活动、气象、地震等方面分析滑坡的主要因素、诱发因素及次要因素；采用瑞典条分法进行稳定性计算，对滑坡的稳定性定量评价。

滑坡；成因；分析；条分法；稳定性；评价

五号平硐矿区隶属于新疆乌苏市白杨沟镇，西南距乌苏市约40km。五号平硐在平面上呈倒置的“凹”字型，该矿目前已停产关闭。在5#平硐矿区南侧紧邻的是喇嘛河煤矿，该矿1995年建矿，2011年喇嘛河矿采用露天开采，在矿区北部形成了直径约200～250m，深40～80m的露天采坑，面积约68277m2。

在五号平硐矿区南侧，喇嘛河煤矿北部发育一处滑坡，滑坡在1995～1996年发生第一次下滑；2011年8 月15日，发生了第二次下滑，持续下滑时间约24小时。该下滑未造成人员死亡，直接经济损失约20万元。滑坡威胁喇嘛河矿区工作生活人员及生产机械设备安全，威胁人数约约35人，威胁财产约500万元。

1　滑坡体基本特征

1.1滑坡地形地貌

滑坡发育于山脊中下部，地貌类型为圆顶低山地形，总体地势南高北低，海拔高度在1620～1800m。滑坡前缘及后缘较陡，坡度约20°～30°，中间坡度较缓，坡度约5°～10°。滑坡体植被覆盖较多，覆盖率为70%以上。

1.2滑坡形态特征

滑坡平面形态呈扇形，南部较宽，北部狭窄。滑坡边界根据坡体滑动后产生的明显的后缘及侧缘裂缝范围确定，滑坡滑向为67°，滑坡后缘高程为1778.37m，前缘高程为1578.71m，高差199.66m，主滑方向长约800m，宽300～720m，滑体后缘厚度约2m，滑体中部厚度约8～20m，滑体前缘厚约10m，体积约460.7×104m3，为大型滑坡。如图1。

滑坡整体呈两级陡坎接平台的斜坡地形，两侧较陡，中间较缓，前后两端滑面坡角15°～18°，中间坡角3°～5°。滑坡北侧为喇嘛河煤矿露天采坑，采坑深约80m，边坡岩性为侏罗系泥岩、砂岩，坡度70°～80°。采坑边坡以南即为滑坡的剪出口，为防止剪出的松散土体进入露天采坑，煤矿对剪出口部位进行了清理，坡面上部10m为第四系松散层，下部为侏罗系泥岩、砂岩，坡度50°～60°。滑坡后壁已发生滑动，形成了高2～6m的后缘壁。

1.3滑坡物质组成及结构特征

（1）滑体、滑带、滑床。滑体物质组成为粉土，土黄色，潮湿—稍湿，结构中密—稍密，局部含砾，粒径多为2～6cm不等，碎石呈次棱角状，磨圆及分选差，岩性以花岗岩、砂岩为主。碎石含量约占20%，粉土约占80%。

滑坡的滑带位于第四系粉土与下伏的侏罗系泥岩接触带，为一层黑色粘土；滑坡前缘由喇嘛河煤矿露天开挖揭露泥岩埋深约为10～15m。滑带岩性为粉土。

滑床为侏罗系灰白色泥岩。从纵剖面看，滑床可分为两段，北段平缓均一，无突变现象，滑面倾角较平缓，坡角10°～12°。南段呈“凹”型，后缘较陡，中部和前缘的滑面倾角较平缓。两段的连接处滑床形态呈“凸”型，整体滑床形态呈较光滑的弧线形。

（2）滑坡裂缝。滑坡张拉裂缝广泛分布研究区内，大部分地裂缝分布于滑坡后缘外侧与滑坡发生下滑后坡体受拉力影响地段。

滑坡东西两侧“羽状”裂隙发育，有众多的横向拉张裂缝，长5～50余米不等，裂缝宽度10～30cm左右，最大可视深度0.2～1m，裂缝无填充物，裂缝在滑坡后缘走向基本垂直主滑方向，在侧壁边缘走向基本平行于主滑方向。

1.4滑坡土体物理力学性质

滑体及滑带岩性为粉土，结构中密-稍密。滑床岩性为泥岩。在滑坡上的探井、探槽中取土样做试验，分别在天然状态和饱和状态下进行试验，用Grubbs检验法检验试验成果数据，未发现异常值，故数据分别取平均值，成果统计见表1、表2。

表1　原状土样天然状态下物理力学指标统计一览表

表2　原状土样饱和状态下物理力学指标统计一览表

2　滑坡灾害影响因素

2.1人类工程活动

滑坡北侧为煤矿开采区，开矿形成的采空区破坏了原有的应力平衡，引起了20世纪90年代的第一次滑动，滑动后形成了新的平衡，后又由于喇嘛河煤矿开采中开挖坡脚，破坏了新的应力平衡，使本身就不稳定的坡体失稳进而诱发滑坡灾害的发生。

2.2大气降水

研究区年平均降水量248.9mm。降雨集中在6～7月，另有次年3月底至4月初冰雪消融，大量雪水渗入地下，大气降水（尤其是强降雨和持续降雨）使坡体土层含水量增加，增大了滑坡土体的重度，增加了下滑力，破坏斜坡的平衡稳定状态，促使滑移面土体抗剪强度急剧降低，当下滑力大于抗滑力时，诱发形成滑坡。

经调查统计分析，研究区内滑坡与区内降雨密切相关，滑坡的滑动均发生在降雨之后。

2.3地震

研究区地震动峰值加速度0.30g，基本烈度为Ⅷ度。根据本次资料收集，乌苏市有记载的最强一次地震发生于1944年3月10，震级7.25。3级左右的地震在研究区多发。地震会改变坡体岩性结构，引起土体物理力学性质的变化，会诱发滑坡发生。

2.4地形地貌条件

地貌条件在滑坡形成中起着一定的作用。研究区位于喇嘛河煤矿低山区，海拔高度1640～1780m，坡高140m，总体坡度约25°，斜坡高差大、坡度较陡，且前缘存在临空面，为滑坡的发生创造了有利的地形条件。

2.5地层岩性条件

滑坡体地层岩性为粉土，结构稍密，湿陷系数0.016～0.129，具湿陷性。在降雨及春季融雪条件下，地表水从裂缝灌入滑坡体，由于滑体地层渗透性较差，使坡体土层含水量增加，增大了滑坡土体的重度，增加了下滑力，土层饱水程度增高，土体抗剪强度遇到累积性破坏，对滑坡的稳定性造成不利影响。

3　滑坡稳定性

3.1稳定性评价方法

该滑坡滑体及滑带岩性为粉土，滑床为侏罗系泥岩，滑床形态呈较光滑的弧线形，本次采用瑞典条分法进行稳定性计算更符合实际。

稳定系数计算公式为：

由于本次勘查区内的滑坡均属于不涉水滑坡，不考虑地下水作用，稳定系数计算公式为：

式中：Kf——稳定性系数；

Wi——第i条块的重量，kN/m；

Ci——第i个条块内聚力，kPa；

φi——第i个条块内摩擦角，（°）；

Li——第i条块滑面长度，m；

αi——第i条块滑面倾角，（°）；

A——地震加速度（g），在地震基本烈度Ⅷ度区，取0.3×0.25=0.08。

滑坡计算的模型如图3所示。推力计算公式为：

图3　滑坡计算模型（瑞典条分法）

其中：

式中：Hs、Hm——推力，kN/m；

Ks——设计安全系数；

Ti——条块重量在滑面切线方向的分力，kN。

3.2稳定性评价

3.2.1参数选取（1）抗剪强度指标.由表1、表2得到：天然状态：c=33.67kPa，φ=22.58°；饱和状态：c=6.17kPa，φ=23.08°。

同时在滑坡上选取一条剖面采用反分析方法对饱和状态的抗剪强度参数的反演，反演根据滑坡实测地形，考虑到滑坡物质组成以粉土为主，采用固定c值（按原状样试验，饱和状态下c值取6.17kPa），反算φ值，取不同的安全系数，计算结果见表3。

根据监测成果，该滑坡表面虽有明显裂缝但处于整体暂时稳定—变形状态，稳定系数Fs取1.00，为极限的平衡状态，此时阻止滑体下滑的抗滑力达到最大，比较符合现场实际。由此得出整个滑带在饱和状态下φ的反演值为12.8°～12.9°，室内试验的饱和状态下的φ值为23.08°（该值为完全饱和状态下取得的数值，是极限状态下的数值，选用该值计算安全系数较小），比反演值大80%左右。在综合分析室内试验结果、经验类比和反演计算的基础上，计算参数选取如下：

天然状态：c=33.67kPa，φ=22.58°；

饱和状态：c=6.17kPa，φ=12.86°。

（2）滑体重度。天然、饱和重度根据原状样试验结果及碎石含量综合确定。

①天然重度：根据原状样试验，粉土的天然密度平均值为1.59g/cm3，天然重度平均值为15.55kN/m3，考虑滑坡体中含有一定数量碎石，其占总量的10%左右，计算采用的天然重度为0.1×21.36+15.55×0.9= 16.13kN/m3；

②饱和重度：根据原状样试验，粉土的饱和密度平均值为1.62g/cm3，饱和重度平均值为15.88kN/m3，计算采用的饱和重度为0.1×21.36+15.88×0.9=16.43kN/m3。

3.2.2稳定性和推力计算方法

（1）计算工况及基本荷载：

①基本荷载

滑体自重：以现状滑体厚度考虑；

地表荷载：滑坡体上无建筑物，计算时地表荷不予考虑；

滑体重度：按饱和重度和现状重度考虑；

②计算工况