山西省某黄土滑坡形成机制及治理措施_郭涵宇

第50卷第5期2014年5月

甘肃水利水电技术

GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGY

Vol．50，No．5May，2014

·设计与研究·

山西省某黄土滑坡形成机制及治理措施

郭涵宇

（中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都

610017）

摘要：西气东输管道工程在全国天然气管网布局中具有重大战略性意义，沿线工程地质条件复杂，地质灾害多发。我国湿陷性黄土大部分分布在黄河中游地区，由于黄土浸湿后土体结构迅速破坏的特殊物理力学性质，在持续降水

后，导致管道安全受到滑坡的威胁。为了确保管道运行安全，本文根据山西省某黄土滑坡的变形迹象，分析了滑坡的形成机制，并利用flac3D对滑坡的变形破坏模式进行了模拟，得出了滑坡的整体失稳的可能性不大的结论，在此基础上提出了相应的滑坡治理措施。关键词：黄土滑坡；变形迹象；flac3D防治措施中图分类号：P642.22

文献标志码：A

文章编号：2095-0144（2014）05-0035-03

1前言坡体均为该土层，厚度9～12m。

（2）奥陶系石灰岩（O2f）：灰、深灰色，呈中等风

化状态，质地较坚硬，细粒致密结构，块状构造，节理极发育，岩层呈单斜构造，岩层产状：NW316°NE∠8°。此基岩主要出露在场地中的北西侧及岔口河沟侧壁一带，厚度大。

中国的黄土分布广泛，主要分布于西北、华北和东北地区，面积约64万km2，占国土面积的6.3%。由于黄土颗粒细而均一，质地疏松，垂直节理发育，使得黄土结构脆弱，稳定性差，极易受到水蚀、风蚀、重力侵蚀的影响。西气东输管道工程在全国天然气管网布局中具有重大战略性意义，沿线工程地质条件复杂，地质灾害多发，对管道的安全运行带来了隐患。

3滑坡体特征3.1滑坡形态特征

滑坡所在位置属于山间河谷地貌。地貌上大部分台地狭窄，河流冲刷强烈，山间沟壑纵横。表层主要为马兰黄土堆积。该滑坡为老滑坡复活型滑坡。滑坡整体空间上形态呈“圈椅”形。

该滑坡由于雨季连续的降水至使土体中含水量大幅度增高，土体中含水量基本达到饱和状态，致使土体本身的抗剪强度大幅度降低，在土体本身的自重作用下逐渐滑移变形，而形成老滑坡的复活，滑坡产生后，中上部出现错台裂缝，错台高度达0.5～1.0

2地质条件

滑坡所在场地原始地形为低中山斜坡地形，呈

东、南、西三面高的圈椅地形，总体地形呈南高北低，地形坡度15°～25°。该段边坡顶部及简易施工道路下方为多级台地，总体地表植被较发育（但在管道施工带状处无植被），为多年生灌木林。地貌为低中山构造侵蚀地貌单元，区内沟谷发育，滑坡地貌明显，后缘呈圆弧状滑坡壁，坡面呈台阶状，上部陡，中下部变缓，并有较明显的封闭洼地，前缘有鼓张裂缝及滑坡舌（即剪出口）。

管道斜穿滑坡体，由于管线所处工程地质条件较差，在投入使用后坡体出现滑塌、沉降，致使该段管道产生严重变形，其中跨沟护管砌体己开裂破坏，影响管道的正常使用。滑坡地段分布的地层主要由马兰黄土（Q3eol）和下伏的奥陶系石灰岩（O2f）组成。各时代的地层特点分述如下。

（1）马兰黄土（Q3eol）：灰黄色、粉土质，质地均匀结构疏松，垂直节理发育，具大孔隙、虫眼，整个滑坡

m，坡体后部表层也出现了弧形的张拉裂缝，裂缝宽度3～30cm，深度0.5～1.4m。致使管道跨越砼护礅局

部严重开裂并向外倾，输气管道拱起变形，并有逐步扩大的趋势，影响输气管道的正常使用。

滑坡整体空间上形态呈“圈椅”形，滑坡主滑方向为NW343°滑坡后缘高程为514m，前缘高程在485～489m之间，相对高差约27m，平均坡度在15°

～25°之间。滑坡前缘宽度约为101m，滑坡中部的平均宽度约77m，顺主滑方向长约103m。整体上呈上

部与下部较陡，中部较缓，滑体前缘直达岔口河沟。

收稿日期：2014-04-09作者简介：郭涵宇（1983-），男，内蒙古呼和浩特人，工程师，硕士，主要从事油气田及管道岩土工程勘察。

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2014年第5期甘肃水利水电技术第50卷

滑坡最大厚度约为10.5m，体积约9.5万m3，为土质滑坡。

滑坡的滑动面剖面形状为弧形。滑动面（带）均由软塑状态的黄土构成，滑面不太明显，滑带土垂直深度在0.40～10.0m。平均深度约9.2m。滑面（带）土厚20～40cm。

4.2计算参数选取

数值计算过程中的岩土体物理力学参数，主要根据试验实测结果。计算过程中涉及到的岩土体物理力学参数见表1。

表１

岩土体名称马兰黄土石灰岩

岩土体物理力学参数取值

内聚力/kPa434300

摩擦角（/°）1339.7

容重

（/kN/m3）14.227.4

3.2滑坡影响因素及变形破坏机制

弹性模量

泊松比

/GPa7.6200.0

0.360.23

从总体上来看，造成滑坡复活主要有两个方面的因素。

（1）内因：①滑坡区地形为三面高一面低的“U”形斜坡地形，在地形上汇水条件好，区域原始地形坡度在15°～25°之间，在自然状态下能处于平衡，在其他因素的影响下容易失稳；②场地内的黄土有失水松散，遇水易崩解，有较强的湿陷性，饱水抗剪强度降低的特点。

（2）外因：①雨季大量降水使土体吸水饱和，使其土体本身重量增大，在水的作用下，抗滑力减低，自身的重度增大，剪切应力（主动土应力）增大；②在施工管道开挖回填的过程中，造成该处土质的原始状态的改变，而产生土质疏松，且地表植被被破坏，在雨季时大量的降水下渗，并顺管道沟形成的通道下渗至滑体的中下部位（低洼地带），在此长期富积，从而使土体基本达到饱和状态，大大地减低了土体的抗剪强度；③在上述的条件下，加上暴雨时岔口河沟的水量剧增，加上该冲沟的坡度较陡，水流湍急，而滑坡的前缘又处在冲刷岸，侧蚀严重。因此，在多种因素的作用下，导致老滑坡复活蠕动滑移。

4.3滑坡位移和应力场分析

图2～7是经过计算后的滑坡体位移应力场结果，从图中计算结果可以得出以下基本认识

。

图２滑坡整体总位移

4基于有限差分法的滑坡变形破坏特征分析4.1模型建立

该滑坡地层条件较为简单，勘查区也无区域性断层通过，模型中所涉及的岩土体主要为马兰黄土及下伏的奥陶系石灰岩，模型模拟范围5万m2，总共划分12619个单元。如图1所示。

图３

滑坡主剖面位移矢量

图１

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模型整体图４

滑坡主剖面总位移

第5期郭涵宇：山西省某黄土滑坡形成机制及治理措施第50卷

4.4滑坡变形特征综合分析

综合上述分析，以及现场滑坡变形迹象可以认

为，滑坡的变形破坏模式为蠕滑变形-拉裂，其破坏过程可以概括为以下几个阶段：首先，由于坡体前缘被河水侵蚀，前缘土体逐步向下蠕滑开始形成累进式变形，导致坡体应力改变，在坡体上形成拉应力区，并产生拉裂缝；第二阶段，蠕滑继续发展，前缘开始发生剪切破坏，拉裂缝逐步扩大，同时，大气降水沿裂缝进入坡体内部，导致土体的力学性质进一步

图５

主剖面最小主应力分布

降低；第三阶段，随着蠕滑变形的进一步发展，将形成贯通的剪切面，导致坡体失稳。

根据数值模拟结果对比现场坡体变形迹象可以看出，目前坡体尚处在第二阶段，整体失稳的可能性不大。

5滑坡防治措施

为了保证管线的安全，根据滑坡的变形破坏机制和变形破坏模式分析，可以采取以下措施进行治理。对于该滑坡而言，其主要影响因素是大气降水和坡体前缘河水，由于滑坡尚未形成连续贯通的剪切面，其整体失稳的可能性不大，因此，对于主要影

图６

主剖面剪应力增量分布

响因素，采取在滑坡体后缘修建截排水沟，并回填坡体裂缝，防治大气降水深入坡体；同时在坡体前缘修筑护堤，防止河水的冲刷。

对于已经变形破坏的护管砌体重新修筑，并且在管道位置靠山侧方向，在滑坡体范围内开挖沟槽，释放变形的管道应力。6结论

根据滑坡的变形破坏迹象，在研究滑坡形成机制的基础上，利用flac3D对滑坡的变形破坏模式进行了分析，明确了滑坡的发展阶段，并在此基础上提出了防治措施，保障了管线的运营安全。参考文献：

［1］张倬元，王士天，王兰生．工程地质分析原理［M］．北京：地

质出版社，1994．

［2］王继明.千阳县塌山黄土滑坡稳定性研究［D］.北京：中国

地质大学，2008.

［3］吴萍.黄土高边坡变形破坏机理研究———以凤凰山高.西安：长安大学，2006.（垫）边坡为例［D］［4］王永焱，贳屿贞雄.中国黄土研究的新进展［M］.西安：陕

西人民出版社，1985.［5］秦凤艳，冀显坤，戈海玉，等.黄土滑坡防治措施研究［J］.

地下水，2008，30（1）∶83-91.［6］孙炜，王继明，谭成轩，等．陕西宝鸡地区塌山黄土滑坡三

维稳定性分析［J］．地质通报，2008，27（5）：668-673．［7］孙书伟，朱本珍，谭冬生．黄土地区管道沿线填土边坡滑

坡发生机理和防治对策［J］．中国铁道科学，2008，29（4）：8-14．

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图７

主剖面塑性区分布特征

（1）由图2～4可以看出，滑坡体前缘位移最大，可达到0.6m，后缘位移很小，根据滑坡所处的地貌条件和外部因素分析，主要是由于前缘受河水冲刷，加上连续降水土体力学参数降低，前缘发生蠕滑变形。

（2）由图5可以看出最小主应力分布在滑坡体中部及后缘，呈拉应力状态，最大拉应力可达0.1GPa。

（3）由图6可以看出剪应力增量在滑坡体前缘最大，整体上看，剪应力增量主要集中在坡脚处，并有向后缘贯通的趋势。

（4）由图7可以看出滑坡体塑性区主要分布在前缘和后部，并没有形成连续贯通的滑面。