烏魯木齊市第56小學滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價

陳偉楠，張?zhí)炝x

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.中國地質(zhì)工程集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830018)

0 引言

研究區(qū)位于烏魯木齊市青峰路西七巷的烏魯木齊市第56小學南側(cè)，行政區(qū)劃屬烏魯木齊市沙依巴克區(qū)管轄，交通條件相對便利。由于邊坡主要威脅烏魯木齊市第56小學師生人數(shù)大于500人，威脅學校財產(chǎn)約500萬元。因此，本文在對研究區(qū)烏魯木齊市第56小學滑坡孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，并參考相關(guān)研究成果[1-5]，對研究區(qū)滑坡的發(fā)育特征和形成條件進行了分析，并通過定性和定量相結(jié)合的方法對該滑坡的穩(wěn)定性進行了評價。通過對新疆烏魯木齊市第56小學滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價，可以為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程的實施提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境分析

1.1 地形地貌

研究區(qū)屬于丘陵地貌，總體地勢南高北低，西高東低，最高處位于不穩(wěn)定斜坡坡頂處，海拔為982.9 m，最低處位于烏魯木齊市第56小學院內(nèi)的坡腳處，海拔為963.20 m，相對高差近20 m，不穩(wěn)定斜坡坡向350°，自然形成，斜坡坡度約18°～20°，斜坡頂部有廢棄建筑及彩鋼板房，受棚戶區(qū)拆遷影響，坡面地形高低起伏，凌亂不堪，斜坡東側(cè)存在惠民小區(qū)開發(fā)過程中開挖坡腳形成的5～8 m高陡坎，已采取了土釘噴錨支護。

1.2 地層巖性

研究區(qū)分布的地層主要為二疊系(P)和第四系(Q)，地層巖性特征如下。

1.2.1 雜填土

在研究區(qū)內(nèi)分布廣泛，厚度0～4.1 m，主要成分砂礫石、粉土、角礫等，含少量混凝土塊、磚塊等建筑垃圾，松散-稍密，干燥-稍濕。

1.2.2 粉土

僅在研究區(qū)內(nèi)部分地層分布，厚度較小，呈灰黃色，上部松散干燥，下部稍濕，稍密-中密，局部有膠結(jié)，強度不高，含10%～15%左右的細砂及礫石，埋深0～1.4 m，層厚0.5～1.6 m。

1.2.3 角礫(Q3-4el+dl)

主要埋藏于下部風化基巖的頂層，顏色以土黃色居多，層頂埋深0～4.1 m，厚度0.3～2.0 m，稍密，干-稍濕，次棱角狀，骨架顆粒少部分點接觸，一般粒徑2～40 mm，母巖成分為砂巖、頁巖等硬質(zhì)巖成分。

1.2.4 風化基巖(P)

研究區(qū)內(nèi)風化基巖主要為上二疊系妖魔山組(P2y)的泥巖、硬質(zhì)粉砂巖等，其覆蓋于第四系之下，主要呈灰褐色、紅褐色互層狀，層理、裂隙發(fā)育，多呈薄層狀，巖層產(chǎn)狀約135°∠60°，層頂埋深0.3～5.2 m，局部地段偶有露頭，勘探深度內(nèi)未揭穿此層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運動

研究區(qū)周邊主要發(fā)育西山斷裂(F1)及雅瑪里克山斷裂(F2)等兩組區(qū)域斷裂構(gòu)造，其中西山斷裂(F1)位于研究區(qū)以北，呈近東西向展布；雅瑪里克山斷裂(F2)位于研究區(qū)東北部，呈南西-北東向展布。研究區(qū)內(nèi)未有區(qū)域斷裂構(gòu)造及褶皺構(gòu)造分布。受烏魯木齊河順河斷裂的控制和影響，形成東西部新構(gòu)造運動在強度上的差異，總體上西部大于東部。

2 研究區(qū)滑坡發(fā)育特征及形成條件分析

2.1 研究區(qū)滑坡發(fā)育特征

2.1.1 滑坡體平面形態(tài)及規(guī)模

斜坡坡向朝北，整體南高北低，西高東低，坡頂海拔高程最高982.9 m，坡腳海拔高程963.2 m，斜坡高近20 m，坡長85～95 m，坡度約18°～20°，坡向353°?；麦w主要由風化基巖上覆的雜填土、角礫組成，若形成滑坡，滑坡類型為堆積層(土質(zhì))-淺層小型滑坡?；聳|側(cè)邊界為修建惠民小區(qū)開挖山體形成的陡坎處，輪廓較明顯；西側(cè)邊界為學校西側(cè)現(xiàn)狀擋墻處；滑坡坡腳下即為56小操場，坡面上建有56小學南側(cè)圍墻?；麦w上未見有后緣裂縫及其它拉張裂縫發(fā)育，但圍墻局部已出現(xiàn)向北傾斜。

2.1.2 潛在滑坡的滑床

根據(jù)研究區(qū)地層情況可以看出，潛在滑坡的滑床物質(zhì)主要為建筑垃圾及角礫層類，下伏基巖的風化程度全-中，現(xiàn)場無法量區(qū)產(chǎn)狀，根據(jù)區(qū)域資料，該處基巖產(chǎn)狀135°∠60°。其埋藏縱向上總的特征是后緣埋深較深，一般在3～4 m左右；越靠近前緣埋深越淺，埋深在0.5～1.5 m左右。從縱剖面可看出，滑床基本呈直線，無突變現(xiàn)象；滑床橫向上的特征主要表現(xiàn)為滑坡中部滑床的東側(cè)埋藏深度大于西側(cè)的埋藏深度。

2.1.3 潛在滑坡的滑帶

根據(jù)研究區(qū)地層巖性，不穩(wěn)定斜坡上覆的雜填土、角礫層與下伏的泥巖、硬質(zhì)粉砂巖、頁巖層之間的接觸面為潛在滑坡的滑帶。由于上部土體的結(jié)構(gòu)松散，透水性強，遇水易軟化，而下部風化基巖工程性質(zhì)較好，透水性差。遇強降水條件，滑坡體易軟化，滑體沿該層面下滑，導(dǎo)致滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

2.2 研究區(qū)滑坡形成條件

通過對研究區(qū)不穩(wěn)定斜坡破壞機制進行分析，造成滑坡地質(zhì)災(zāi)害形成的原因主要有以下五點。

2.2.1 地形地貌

研究區(qū)內(nèi)的斜坡在人為堆棄建筑垃圾及學校修建南側(cè)圍墻處切坡，不利于坡體的穩(wěn)定性，山坡坡面松散層厚度較大，厚度越大越有利于滑塌的發(fā)生。

2.2.2 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)地層以第四系角礫、粉質(zhì)黏土為主，這類地層結(jié)構(gòu)松散、抵抗斜坡變形破壞的能力低，在有水流入滲的情況下，地層的抗剪強度隨著含水量的增加迅速下降，在內(nèi)部極易形成易滑的軟弱結(jié)構(gòu)面，在山高坡陡的地帶易失穩(wěn)發(fā)生滑坡。

2.2.3 地震

地震作用對不穩(wěn)定斜坡的影響主要表現(xiàn)為兩個方面：一是觸發(fā)效應(yīng)，地震作用使接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)的斜坡瞬間失穩(wěn)發(fā)生滑動；二是累積效應(yīng)，地震作用使斜坡巖土結(jié)構(gòu)松動，坡肩易出現(xiàn)裂縫，為降水入滲創(chuàng)造條件，易促使斜坡失穩(wěn)破壞。研究區(qū)地處地殼次不穩(wěn)定區(qū)，地震動峰值加速度為0.2 g，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，地震的發(fā)生可直接誘發(fā)滑坡的發(fā)生。

2.2.4 氣象、水文條件

研究區(qū)屬典型的北溫帶大陸性干旱氣候，每年5-8月降水頻率及降水量均增大，且常出現(xiàn)暴雨天氣，具有降雨時間和降雨量集中，短時強降雨量和連續(xù)多日降雨量大等特點，同時區(qū)內(nèi)地層為透水不含水層，區(qū)內(nèi)夏季綠化灌溉用水的入滲量也較大。降雨和綠化灌溉水滲入巖土體內(nèi)降低其抗剪強度，不利于巖土體的穩(wěn)定，觸發(fā)斜坡巖土體失穩(wěn)滑動而形成滑坡。

2.2.5 人類工程活動

研究區(qū)內(nèi)人類工程活動頻繁，主要表現(xiàn)在斜坡開挖平臺、地表水浸潤造成坡腳失穩(wěn)，導(dǎo)致滑坡體滑動；在地表水的入滲下，增加了土體的自重，使巖土體的抗剪強度降低，導(dǎo)致滑坡體滑動。

3 研究區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價

3.1 定性評價

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合搜集資料反映，現(xiàn)狀條件下，斜坡平面形態(tài)呈扇形展布，坡面南北長85 m，東西寬110 m，坡度約18°～20°，高約20 m，滑動面土體松散，孔隙度大，在降雨滲入影響下，可形成軟弱滑動面。因此，根據(jù)國土資源部《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求實施細則》(修訂稿)滑坡穩(wěn)定性野外判別定性分析方法，綜合判定該滑坡體穩(wěn)定性較差。

3.2 定量評價

研究區(qū)為雜填土、角礫潛在滑坡，滑坡上部第四系松散體土層厚度相對較薄，可能的滑動面位于第四系與基巖接觸面，采用理正軟件6.5版圓弧法自動搜索潛在最危險滑動面根據(jù)土工試驗成果，其滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力按傳遞系數(shù)法進行計算。

3.2.1 計算模型

滑坡穩(wěn)定性計算滑動面位于粉土層層內(nèi)部，滑動面為圓弧形，防治區(qū)南側(cè)坡高較大處典型剖面進行穩(wěn)定性計算。

3.2.2 計算方法

滑坡穩(wěn)定性計算各潛在滑動面均為圓弧形，滑坡穩(wěn)定性計算方法采用Bishop法進行計算。坡腳地下水出露，考慮地下水作用，在暴雨工況下考慮水對滑坡產(chǎn)生的“增重效應(yīng)”以及對滑帶土的“軟化效應(yīng)”。

3.2.3 計算工況

工況Ⅰ：自重+地下水工況，僅考慮滑體自重，地下水位以下土體、按飽和狀態(tài)考慮。巖土體參數(shù)地下水位以上巖土體取天然狀態(tài)時的參數(shù)，地下水位以下巖土體取飽和狀態(tài)時的參數(shù)。

工況Ⅱ：自重+暴雨工況，考慮坡體處于全飽水狀態(tài)。巖土體參數(shù)全部取飽和狀態(tài)時的參數(shù)。

工況Ⅲ：自重+地震工況，考慮滑坡受地震外荷載影響，地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。其他巖土體參數(shù)的選取原則與工況I完全相同。

表1 現(xiàn)狀滑坡穩(wěn)定性計算成果表

3.2.4 穩(wěn)定性計算結(jié)果

按照上述工況及方法采用理正巖土(6.5版)軟件進行穩(wěn)定性計算。根據(jù)計算結(jié)果，對滑坡進行穩(wěn)定性分析評價，將穩(wěn)定性劃分為四級：穩(wěn)定系數(shù)Fs≥1.15為穩(wěn)定，1.15>Fs≥1.05基本穩(wěn)定，1.05>Fs≥1.0為欠穩(wěn)定，

Fs<1.0為不穩(wěn)定，計算結(jié)果匯總于表1。

3.3 綜合評價

通過對研究區(qū)滑坡災(zāi)害穩(wěn)定性定性和定量評價可以看出：該滑坡體在工況I(自重)和工況Ⅲ(自重+地震)狀態(tài)下，其穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.15，為穩(wěn)定狀態(tài)，而在工況II(自重+暴雨)狀態(tài)下，其穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.0，為不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)位于侵蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū)，因構(gòu)造變動和侵蝕剝蝕作用，形成了平頂狀丘陵。不穩(wěn)定斜坡平面呈扇型，斜坡總體地勢南高北低，西高東低，在圍墻處形成了陡坎，坡高約20 m，斜坡坡度約18°～20°，滑坡類型為堆積層(土質(zhì))-淺層小型滑坡。

(2)研究區(qū)滑坡體主要由風化基巖上覆的雜填土、角礫組成，潛在滑坡的滑床物質(zhì)主要為泥巖、硬質(zhì)粉砂巖、頁巖等碎屑巖類，潛在滑坡的滑帶主要為上覆雜填土、角礫層與下伏硬質(zhì)粉砂巖、頁巖的接觸面；研究區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡的失穩(wěn)破壞機制主要受地形地貌、地層巖性、地震、氣象水文條件、人類工程活動等因素的共同控制。

(3)對研究區(qū)滑坡穩(wěn)定性進行了定性和定量評價。評價結(jié)果表明：烏魯木齊市第56小學滑坡根據(jù)野外判定法綜合判定穩(wěn)定性為不穩(wěn)定；根據(jù)定量評價方法，該滑坡在自重和自重+地震狀態(tài)下，為穩(wěn)定狀態(tài)，而在自重+暴雨狀態(tài)下，為不穩(wěn)定狀態(tài)。