山阳中学滑坡稳定分析及治理方案的优选.pdf

第19卷增刊灾 害 学Vol119 No1S0 2004年10月JOURNAL OF CA TA STROPHOLOGYOct12004 山阳中学滑坡稳定分析及治理方案的优选 X 杨向军,门玉明,高凌霞,李寻昌 长安大学 地质工程与测绘工程学院,陕西 西安710054 摘 要山阳中学滑坡位于陕西省山阳县城以东215km处,自1984年以来,出现多次局部滑动现 象。本文在分析该滑坡基本特征的基础上提出了滑坡治理方案,通过对三种方案在造价、环境影 响、施工难度和未来发展的要求等方面的比较,提出了推荐方案。 关键词滑坡稳定性分析;条分法;治理方案优选;山阳中学 中图分类号P642122 文献表示码 B 文章编号10002811X2004 S0 20092205 山阳中学滑坡位于陕西省山阳县城东215km的县河北岸三级阶地上。山阳中学为陕西省 重点中学,于1962年在此选址兴建,现有学生2 618人,教职员工178人,共计2 796人。目 前占地5hm 2, 总固定资产约2 000万元。1984年7～9月,连降暴雨,导致滑坡表层土体饱 和,局部下滑,推倒学生宿舍六间; 1987年、1988年雨季也有局部下滑现象; 1999年7月23 日又逢暴雨,造成表层流泥从挡墙上部滑出。 为了预防更加严重的情况发生,保护国家财产不受损失和全体师生的生命安全,作者在 对该滑坡资料分析的基础上,通过定性分析和定量计算相结合的方法对其稳定性进行了评价, 进而提出治理方案,并通过多方案比较,最终优选出推荐方案,为工程的治理提供了理论和 技术上的依据。 1 滑坡区工程地质条件 1地形地貌 滑坡区位于南秦岭东西向流岭山脉南侧低山斜坡至县河阶地上,属山阳 山间盆地的北缘。山阳盆地总体走向东西,地势东高西低。盆地中部较为平缓,南北两侧为 中低山区,其沟谷、山梁发育。勘查区自北向南,地形逐渐降低,依次为低山斜坡、县河 的三级阶地、二级阶地、一级阶地和漫滩。东西两侧分别为大、小老虎沟。滑坡区高程683～ 780m ,坡度约为20～35,风化层厚度012～01 5m 。 2地层岩性 主要有白垩系碎屑岩和第四系碎石土和粘性土,两者呈不整合接触。 3地质构造 滑坡区南2km为东西向山阳深断裂,北倾,倾角60～80,为一多期活 动的逆断层。以北有NWSE向的商南深断裂,倾向N E,倾角60～80,为逆断层。两条 断裂构造之间,即为秦岭褶皱系礼县柞水华力西褶皱带。 X收稿日期2004203211 作者简介杨向军19752 , 男,甘肃会宁人,硕士研究生,主要从事土体工程方面的学习和研究 1 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 4水文地质条件 该区地处内陆,属凉亚热带湿润气候。年平均降水量737mm ,最大 降水量1 13118mm1964年 , 最小降水量47312mm1978年。51的降水量集中于7、8、 9三个月。大雨、暴雨多发生在7～8月。 滑坡区东西有大、小老虎沟南北向发育,平时无水,雨季山洪暴发时有水流入县河。县 河近年来平时断流,雨季才有水流。 2 滑坡稳定性分析 本次滑坡稳定性分析与评价采用定性分析与定量计算相结合的办法,定性分析基于野外 调查资料的综合判断,定量计算则根据钻探、坑、槽探取样分析资料及实测计算断面的有关 资料,选取有代表性的计算参数,采用条分法进行稳定性计算。 211 定性分析 滑坡体坡度较缓,地面植被较少,滑体上仅在中间的局部地带有少数张裂缝。整体观察, 近期尚没有明显滑动迹象。滑坡体西部为砖厂采土场,已开挖有较大的临空面,其断面上可 见滑动面,但并没有明显的滑动迹象。 据钻孔及探井揭露,滑坡体上没有连续的地下水,推测集中降雨后,浅部可能暂时有少 量积水,并沿积水部位形成软弱结构面,但大多数时间地下水不会对滑坡起主导作用。 滑体组成物质为粘土或粉质粘土,并且具膨胀性,膨胀土膨缩裂隙发育深度2～5m ,与 滑面埋藏深度基本一致,可见滑坡土体性质是有利于滑坡的形成和滑动。 滑动面纵向形状是后缘较高,前缘较低,滑动面横向是东西两侧较高,中部较低,形成 浅勺形,降水时易于渗水向中间汇集,使滑体沿主滑方向滑动。 综上所述,认为该滑坡体在一般情况下处于稳定状态,但在集中降水时,滑坡可能沿集 水滑动面向下滑动。 212 定量计算 在勘查工作中,沿滑坡主滑方向实测有纵剖面,在主滑纵剖面东西两侧各测有一条纵剖 面。这里分别对三条纵剖面进行稳定性计算。 21211 计算图式和计算公式 主滑剖面条分法分块见图1。 稳定系数计算采用下列公式 K ∑ n i 1W i cosaitgUi∑ n i 1 Ci L i ∑ n i 1W i sinai 式中分子为抗滑力,分母为下滑力,K为稳定系数;i为土条编号;n为土条总数;W为土 条重量kNWXC;A为滑面倾角 ; C为滑带土粘聚力kpa ; U为滑带土内摩擦角 ; L为滑面长度m。 滑坡推力采用不平衡推力法进行计算,其公式为 FnFn- 1WCtGnt-GnntgUn-CnLn 39 增刊 杨向军山阳中学滑坡稳定分析及治理方案的优选 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图1 ˚-˚ 剖面计算图 其中Fn、Fn- 1为第n块、第n- 1块滑体的剩余下滑力kN , 作用于滑坡厚度的中点; Ct为滑坡推力安全系数,取值 Ct 1115;Un为第n块滑体滑动面处土的内摩擦角 ; Cn为 第n块滑体滑动面处土的粘聚力kPa ; Ln为第n块滑体滑面长度m ; Gnt、Gnn为第n块 滑体重量的切向分力、法向分力kN ; W为传递系数,W cosBn- 1-Bn - sin Bn- 1- BntgUn。 21212 计算结果 首先采用极限平衡理论计算公式,计算各剖面滑坡的稳定系数,据稳定系数评价整个滑 坡的稳定程度。稳定系数的计算需分别计算出剖面上条块的抗滑力和下滑力,最终求出剖面 总抗滑力和总下滑力,两者比值即为稳定系数。若稳定系数K 110,则滑坡处于极限平衡状 态,若K 1则滑坡处于相对稳定状态。 根据土样室内试验结果,结合反算分析,综合判定滑带土在饱和状态下的强度指标。 表1稳定系数计算结果 工况- 剖面˚-˚ 剖面- 剖面 天然状态119911652184 饱和状态110301950199 表2滑坡推力计算结果 项目- 剖面˚-˚ 剖面- 剖面 计算参数 CKp 4105 U 10 CKp 4105 U 10 CKp 610 U 10 下滑推力kN9414920817851151 从表1、表2可以看出,山阳中学滑坡在天然状态下安全系数大于1,滑坡前缘不存滑坡 推力问题,是稳定的。在雨季饱和状态下,滑坡是不稳定的。因此,对此滑坡需要治理。 3 治理方案 滑坡治理原则是根据现场实际情况因地制宜地进行综合治理。对山阳中学滑坡,我们共 提出了三种比选方案。 49 灾 害 学 19卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 方案一 挡墙加削坡梯田方案 该方案的总体思路是削方卸载,将现有滑动体削至稳定,在削方区下方设置一级挡墙,挡 墙高度由削方区的地形决定。墙高5m ,底宽118m ,埋深11 5m 。在削方区右侧10m范围内逐 渐变坡与山体自然顺接。自西向东布置挡墙148m。墙后填以0150m厚的透水料。墙体设置泄 水孔。墙顶以上土体按1∶1175的坡度向上削方,坡面布置呈梯田状。削方区每级梯田高差 为2m ,梯田陡坎的仰角为70,梯田自西向东放坡1‰,在坡体的右端设置急流槽,下雨时地 表水可沿坡面流入急流槽,再由排水沟汇合后经主沟排入县河。 对削方后形成的新坡面,采用植树和种草进行坡面防护,以防止雨水下渗后产生新的滑 动面和对梯田造成过大的冲刷。 方案二 挡墙加削坡直坡方案 为保持坡面水流通畅,将方案一的梯田改为直坡。 为避免在削方区形成不稳定的陡坎,在 ˚-˚ 剖面以西及- 剖面以东采用一定的坡度,使其逐渐过度到未削方区。并在坡体上 布设排水沟两道,挡墙与方案一相同。 方案三 抗滑桩加排水系统方案 该方案是在滑坡前缘布置23根桩,布桩范围为133m ,桩的长度为9m ,其中在滑面以上 的高度为4m ,滑面以下的埋深为5m ,桩截面尺寸为11 0m 11 0m 1 为防止抗滑桩之间的土从 桩间溜出,在桩间设置了桩间拱墙,拱墙用混凝土浇筑,厚度为01 3m 。 桩和墙施工结束后,在桩和墙后回填 1m 厚的砂砾石料,一方面作为墙后的反滤层,另一 方面也起到调整膨胀力的作用。 这一方案中仍然保留坡体上原设置的两条排水沟,同时还另外增加了两条排水沟。 4 方案优选 上述治理方案一、方案二以削方为主,治理方案三属采用支挡结构稳定滑坡体,三者具 有相同的安全度,只是在结构形式上不同。下面对三个方案从造价,施工难度,对环境的影 响及滑坡区的使用变化趋势等方面进行比较。 1造价上的差别 治理方案一挡墙削坡梯田总概算价为733 875元;治理 方案二挡墙削坡直坡总概算价为810 052元;治理方案三抗滑桩支挡总概算 价为705 902元。三方案中总概算价以方案三抗滑桩支挡最低。 2施工难度 治理方案一挡墙削坡梯田、方案二挡墙削坡直坡施工 难度相同,削掉的部分土方可就近填入现在砖厂的取土坑内,供砖厂以后使用,避免长距离 的运输。 治理方案三抗滑桩支挡因在施工时须人工开挖桩井,桩井在滑面以下的深度为5m , 桩截面尺寸较小,施工有一定难度,自滑面起到桩顶 4m 高度范围内,需要设置桩间拱墙,以 阻止桩间土的溜出,此范围内的桩截面必须采用部分扩大的“T”字形截面,以便为拱墙提供 支座,因而对桩身施工的要求较高,施工难度较大。 3对环境影响 治理方案一、方案二对削坡区的地表土破坏严重,削方后需要植树和 种草,使被破坏的绿地得到一部分补偿。而治理方案三则能保持原地形地貌。 4滑坡区的土地使用变化趋向及对治理方案的影响 从1999年至今,砖厂一直自滑坡 59 增刊 杨向军山阳中学滑坡稳定分析及治理方案的优选 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 西侧坡脚向北开采粘土,已开采量约30 000m 3, 今年计划继续开采采土场以西滑坡区粘土。 以 后再向北、向东开采。在未来的几年内,滑坡体上的粘土可能会被砖场开采殆尽。如果采用 治理方案三,当坡体以上的土体被开挖完毕以后,会在学校北侧留下一面高墙,对学校的景 观和今后的发展都会带来不利影响,而治理方案一、方案二所带来的影响较小。 5梯田方案和直坡方案的比较 梯田布设后会影响山坡雨水排泄的通畅,产生局部地 段的积水,而且梯田陡坎在自然环境中必然发生小范围的滑塌和碎落,加重对排水的影响,对 工程安全带来隐患;直坡方案则可以解决山体排水的通畅问题,但增加了工程造价。综合考 虑造价、对环境的影响、施工难度和采土场的发展需要等因素,将治理方案一作为山阳中学 滑坡治理最终方案予以推荐。 山阳中学滑坡的滑体组成物质为粘土或粉质粘土,具膨胀性。通过对该滑坡的定性和定 量分析,认为该滑坡在一般情况下处于稳定状态,但在集中降水时,滑坡可能沿集水滑动面 向下滑动,必须进行治理。文中对该滑坡提出了三种治理方案,通过比较,推荐采用挡墙加 削坡梯田式作为该滑坡治理的推荐方案,方案总概算为733 875元。 参考文献 [1]门玉明,荆万魁,杨向军 1 山阳中学滑坡治理可行性报告[R ]1 西安长安大学, 20031 [2]工程地质手册编写组 1 工程地质手册第三版 [M ]1 北京中国建筑工业出版社, 19921 [3]张棹元,王士天,王兰生 1 工程地质分析原理[M ]1 北京地质出版社, 19941 [4]钱家欢,殷宗泽 1 土工原理与计算第二版 [M ]1 北京中水利水电出版社, 19961 [5]孙家齐 1 工程地质[M ]1 武汉武汉工业大学出版社, 20001 [6]高大钊 1 土力学与基础工程[M ]1 北京中国建筑工业出版社, 19981 Analysis on Slope Stability of the Landslide at Shanyang High M iddle School and Opti m ization of the Controlling Program YAN G Xiang2jun, M EN Yu2m ing, GAO L ing2xia and L IXun2chang S chool of Geolog ical Eng ineering and S urvey,Chang’an U niversity,X i’an710054,China AbstractSince 1984, landslides have occurred at several places of the Sanyang H igh M iddle School w hich locates about 215 kmthe east of the Sanyang county tow n1The landslide controlling program is put forw ard based on the analysis on characteristics of the landslide1Three designs are compared in term s of the cost,influence on environment, difficulty of construction and the requirement of future development and opti mum design is suggested1 Key w ordsstability analysis of the landslide; of calculated2bar;opti mum design of controlling engineering 69 灾 害 学 19卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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