崩塌地质灾害特征及其防治技术——以嵩县城关镇新一社区为例.pdf

第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期：；责任编辑：陈鑫源 ：基金项目：河南省地质灾害风险调查项目（豫财地灾合字 第 号、豫财地灾合字 第 号）作者简介：侯利阳（），男，河南洛宁人，工程师，年毕业于中国地质大学（武汉），现从事水工环地质工作。引用格式：侯利阳，田飞，吴祖成 崩塌地质灾害特征及其防治技术 以嵩县城关镇新一社区为例 能源与环保，（）：，：，（）：崩塌地质灾害特征及其防治技术 以嵩县城关镇新一社区为例侯利阳，田飞，吴祖成（河南省地质矿产勘查开发局 第五地质勘查院，河南 郑州 ）摘要：为了达到生态修复、消除安全隐患的目的，研究了崩塌地质灾害特征及灾害体防治技术。研究得出，在暴雨工况下，边坡处于欠稳定状态；在承载建筑物工况下，边坡处于欠稳定状态；在汽车震动工况下，边坡处于欠稳定状态。根据治理区存在的地质环境问题、危害程度及边坡陡坎特征、地形地貌、气候及施工条件等，提出采用坡面整理技术、喷锚挂网支护技术、排水渠技术、道路修复技术、护栏技术等治理措施。研究可为治理工程设计和施工提供所需的岩土工程资料。关键词：崩塌地质灾害；边坡陡坎；欠稳定状态；灾害防治；坡面整理；喷锚挂网支护中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，（，）：，；，：；嵩县城关镇新一社区崩塌是由于新一村修建房屋切坡形成的，多年来当地政府及居民曾多次进行维护，均未从根本上消除崩塌隐患。嵩县大中型水库移民后期结余资金修建了长 、高 、厚约 的挡土墙。由于墙体高度较低，总体仅为陡坎高度的 ，无法对陡坎上部崩塌土体进行防护。本文研究了崩塌地质灾特征及灾害体防治技术，城关镇新一社区崩塌可以采用坡面整理、喷锚挂网支护、排水渠、道路修复、护栏等治理措施。研究为治理工程施工提供了依据。地质环境条件 地形地貌研究区处在黄河、长江、淮河三大水系的分水岭地带。地势由东北向西南逐渐隆起，高程 ，垂直高差达 。勘查区属丘陵地貌，微地貌类型属斜坡地貌。总体地势北高南低，地形坡度以 为主，局部大于 ，高程 ，相对高差 。工作区全貌如图所示。年第 期侯利阳，等：崩塌地质灾害特征及其防治技术 以嵩县城关镇新一社区为例 第 卷图 工作区全貌 地层岩性据区域地质资料，勘查区所处地层主要为新生系中新统洛阳组黄土砾石层 。通过现场实地调查结合岩土工程勘察，场地地表出露地层主要为上新生系中新统洛阳组黄土状粉质黏土和第四系全新统坡洪积作用形成的黄土状粉质黏土，垂向沉积物主要为人工填土、第四系全新统黄土状粉质黏土、新生系中新统洛阳组黄土状粉质黏土及黄土夹砾石层。整个场地地层岩性自上而下可分为 个地层单元，现分述如下。（）人工填土（）。在东西向场地中主要为杂填土，杂色，以粉质黏土及砾石为主，含砖瓦块、植物根茎、炭屑、姜石等，结构松散，层厚 ；在南北向场地南部主要为建筑垃圾，零星的少量堆积；在南北向场地中北部主要为素填土，表层为耕植土，厚度 。（）黄土状粉质黏土（）。褐黄色，硬塑，局部可塑，具褐色斑点及针状孔隙，含植物根茎及砾石（粒径 ），砾石含量不等，随山体走向由西向东含量逐步增大（），局部偶见零星炭屑及砖渣。无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。压缩系数平均值 ，具中压缩性。该层分布不稳定，层厚 。（）黄土状粉质黏土（）。黄褐、棕褐色，硬塑，局部可塑，具褐色斑点及针状孔隙，含植物根茎及砾石（粒径 ），砾石含量不等，大部分地段含量在 ，局部地段较纯净。无摇振反应，稍光滑，干强度中等，韧性中等。压缩系数平均值 ，具中压缩性，不具湿陷性。分布不稳定，层厚 。（）黄土状粉质黏土（）。棕黄、灰黄色，硬塑、局部软塑，微具块状结构，含黄色及褐色斑点，见氧化斑及鉄锰质黑斑，局部含砾石、砂或砂粒。无摇振反应，稍光滑，干强度中等，韧性中等。压缩系数平均值 具中压缩性，不具湿陷性。分布不稳定，层厚 。（）砾石。青灰、灰白色，中密，以安山岩和石英岩为主，多呈扁圆或次棱角状，交错排列，微风化或中等风化，级配较好，粉质黏土及中粗砂充填。粒径大小不均匀，局部地段砾石粒径过大，局部地段呈弱胶结状态，人工开挖较困难。构造嵩县地处华北地台南缘、南跨秦岭褶皱系，栾川陶湾深大断裂穿越县境。区域大地构造位置处于华北地台南缘，华熊台隆嵩县断陷盆地与熊耳山断垄区。治理区及其周边地带远离新近活动断裂，因此治理区范围内地质构造简单。水文地质条件（）地下水类型。治理区属于丘陵地貌，地层岩性上部主要为第四系黄土状粉质黏土，下部为新生系中新统黄土砾石层。因此，该区地下水类型为松散岩类孔隙水，含水层为新生系中新统砾石层。在第四系黄土状粉质黏土层中局部夹杂砾石层，可能会在局部地段形成上层滞水，但水量很小，各个含水段水力联系微弱；而下部新生系中新统黄土砾石含水层由于受上部粉质黏土层（隔水层）的阻隔，接收大气降水量极其有限，其含水性差。（）地下水的补给。勘查区内地下水主要由大气降水补给。（）地下水的径流。勘查区地下水径流方式主要是由高水位向低水位呈面状流动。（）地下水的排泄。勘查区地下水排泄方式为垂直向上蒸发排泄以及径流排泄。工程地质条件勘查区岩土体类型主要为松散岩类。主要为新生系中新统洛阳组黄土砾石层，分布在整个勘查区，上部为黏土，下部为砂砾石构成，岩性岩相变化大，结构组合复杂。其主要特征为：内摩擦角度大，压缩性小，地基承载力较高。该土体工程地质条件简单。地震根据 中国地震动参数区划图（），地震烈度为度，地震动峰值加速度 ，地震动反谱特周期值为 。人类工程活动勘查区内主要为农耕活动，山坡顶部及坡面上均为当地居民的耕地。在山脚下，人类修建住房，开挖山体坡脚形成陡坎，造成土体凌空，高度 。陡坎上下当地居民修建房屋、道路，受崩塌威胁较严重。勘查区破坏地质环境的人类工程活动较 年第 期能源与环保第 卷弱，主要为少量开挖山体坡脚修建住房，使原本已趋于稳定的陡坎受人工开挖影响再次失稳，成为潜在威胁。地质环境复杂程度勘查区属丘陵区，为倾斜地形，山体坡度较大，区内坡面上半部为林区，林草茂盛，植被覆盖率非常好，可视性差；岩性主要第四系粉质黏土与粉质黏土夹碎石，岩性单一。根据 崩塌防治工程勘查规范（），地质环境复杂程度为简单。崩塌特征 崩塌体分布及特征新一社区崩塌体位于嵩县城关镇新一村村委北端，该崩塌为土质崩塌，结构为粉质黏土。由于居民修建房屋开挖坡脚形成了 个陡坎（陡坎、陡坎），陡坎分布于居民区中部，分布高程为 ，坎高 ，坡度 ，坡向 。其中，陡坎长约 ，陡坎长约 。现陡坎已变形，陡坎上部路面下土体崩落后悬空，坡面多处出现陡坎边缘树木倾斜、电线杆松动等变形破坏迹象，集中分布在勘查区居民房屋背后，遭受雨水冲刷形成。整体呈北高南低，勘查区多以农业耕种。山坡表面植被覆盖率较高，可达 以上，崩塌体正对新一社区居民区，直接威胁当地居民的安全。陡坎长度较长，由于人类工程活动，造成各段陡坎高度、坡度不同，对陡坎进行划段评价，可分为 段（、）。（）陡坎。位于社区中间，上下有居民修建房屋居住，长度 ，走向 ，陡坎整体呈西高东低，西侧陡坎最高约 ，东侧陡坎最低处 ，坡度 ，主要为陡坎上部居民门前发育的道路裂缝及陡坎上部零星的凌空土体。该处主要为陡坎中部土体掉落，陡坎上部凌空，造成上部土体外部向下倾斜，导致道路路面开裂。该陡坎划段评价，可分为 段（、）。第 段陡坎（）。从西端道路至居民刘敏家东侧，为居民修建房屋开挖坡脚形成，长度约 。其中，在这段陡坎中间有长 的全坡面修建混凝土护坡，该段陡坎坡度约 ，高度 ；陡坎下部修建挡墙，宽度约 ，高度约 。现状调查，刘敏家屋后陡坎上部出现土体凌空，长 ，宽 ，厚度 （图（）。第 段陡坎（）。从居民刘敏家至社区中心房屋后，为居民修建房屋开挖坡脚形成，陡坎总长度约 。该段陡坎为拐弯处，坡度较缓，弯道处坡度约 ，陡坎下部没有防护；社区中心房屋后陡坎中下部为挡墙防护，坡度 ，墙高 ；上部与道路相接，由于上部没有防护，土体掉落，现道路外侧凌空，凌空面宽约 ，高约 ，长约 （图 （）。第 段陡坎（）。从社区中心屋后至陡坎最东侧，为居民修建房屋开挖坡脚形成。该段陡坎总长度约 ，坡度 ，高度 ，陡坎表面整体修建挡墙（图 （）。图 陡坎现状 （）陡坎。位于陡坎西侧，中间隔有上坡道路，陡坎上下有居民修建房屋居住，陡坎长度 ，走向 ，坡度 ，陡坎高度 ，陡坎距居民房屋约 ，坡面有倾倒树木及电线杆。下部坡脚堆积滑塌的土体，方量约 ；陡坎上部有土体突出，下部凌空，有崩塌可能（图 ）。图 陡坎现状 地质灾害易发程度分区勘查区内崩塌体发育程度与居民开挖坡脚修建房屋有着密切的联系，斜坡开挖高度及坡度是崩塌体发育的必要条件 。依据现状调查，新一社区中部居民开发坡脚形成的陡坎上下部为中等发育区；外围开挖陡坎高度较低，坡度较缓，为一般区。（）中等发育区。地质灾害中等发育区为新一社区中部居民开挖坡脚形成的 个陡坎，该区长约 ，宽约 ，面积约 ，勘查区内发育的 处陡坎均分布于该区。（）一般区。该区内现状调查虽有开挖的陡坎，但由于开挖高度较低，崩塌体发育一般。崩塌体岩土体物理力学性质本次勘查按照规范要求分层采取土样，进行室 年第 期侯利阳，等：崩塌地质灾害特征及其防治技术 以嵩县城关镇新一社区为例 第 卷内试验。样品采集均及时进行密封，及时进行试验。现场进行了原位剪切试验，根据试验成果，按照 岩土工程勘查规范（）规定对岩土参数进行分层统计和分析，提供各层土体的物理力学性质指标。（）各土层压缩性评价。经对室内试验成果和原位测试成果综合分析，确定各土层 压力段的压缩系数、压缩模量及变形模量值，压缩性评价结果见表 。表 各土层压缩性评价 土层编号土层名称压缩系数 压缩模量 压缩性评价黏土 高压缩性粉质黏土 高压缩性粉质黏土 高压缩性粉质黏土 中压缩性粉质黏土 中压缩性黏土 中压缩性（）各土层承载力特征值。根据地基土的地质年代、成因类型、各土层的物理力学性质指标及原位测试成果，并结合地区工程实践经验，综合分析确定各土层承载力特征值见表 。表 各土层承载力特征值 土层编号土层名称承载力特征值 黏土 粉质黏土 粉质黏土 粉质黏土 粉质黏土 黏土 （）各层抗剪强度指标。边坡各层抗剪强度指标见表 。崩塌影响因素该处崩塌在自然界中长期暴露，经受风化、雨水冲刷及自重变形等作用，内部应力分布发生变化，产生各种变形或失稳。经现场调查发现，该崩塌变形破坏影响因素主要有以下几个方面。（）人类工程活动。当地居民切坡建房，使陡坎坡度加大，临空面加高，土体内部应力逐渐发生变化，在勘查区内仍存在人工开挖坡脚现象，开挖坡脚对陡坎稳定性造成一定影响。表 边坡各层抗剪强度指标 层号 岩土名称天然容重（）饱和容重（）天然状态黏聚力 内摩擦角（）饱和状态黏聚力 内摩擦角（）黏土 粉质黏土 粉质黏土 粉质黏土 粉质黏土 黏土 砂砾石 砂砾石 砂砾石 砂砾石 （）陡坎冲刷。由于黏土具有干燥时强度高、浸水后结构破坏、黏聚力迅速减小且变化幅度较大的特点，受降雨及地表径流冲刷的影响，进一步发展使斜坡变得支离破碎，地形更加复杂，土地资源无法利用。（）坡面剥落崩塌。勘查区内，边坡坡面土体剥落崩塌危害极大，大面积的坡面剥落改变坡形，从而改变边坡土体的应力分布。主要可分为 种情况：沿垂向顺坡节理裂隙崩落，多为倾倒式；表土受雨后崩解，顺坡崩落，多为滑移式。陡坎前缘局部多处可见小规模崩塌堆积体，以及由此引发的树木明显歪斜。崩塌稳定性评价采用 系统软件模块对斜坡稳定性进行分析。根据勘查区内斜坡的展布特征，对勘查区剖面分别验算。根据 建筑边坡工程技术规范（）中边坡工程安全等级划分标准，本边坡工程安全等级划定为二级，边坡类型为永久边坡，属于一般工程。因此，边坡稳定安全系数确定为 。依据 建筑边坡工程技术规范（）的边坡稳定性评价标准，在天然工况、暴雨工况、承载建筑物以及汽车震动下，分别对边坡稳定性进行了验算和综合评价（表 ）。（）天然工况。道路拐弯处房屋后边坡在天然状态下最危险滑裂面的分布位置，整个边坡对应的稳定性系数为 ，由此可知边坡处于基本稳定状态。（）暴雨工况。道路拐弯处房屋后边坡在暴雨状态下最危险滑裂面的分布位置，整个边坡对应的稳定性系数为 ，由此可知在暴雨工况下边坡处于欠稳定状态。年第 期能源与环保第 卷表 不同工况下边坡稳定性对比 工况条件边坡稳定系数 边坡稳定状态天然 基本稳定暴雨 欠稳定承载建筑物 欠稳定汽车震动 欠稳定（）承载建筑物工况。道路拐弯处房屋后边坡在承载建筑物状态下最危险滑裂面的分布位置，整个边坡对应的稳定性系数为 ，由此可知在承载建筑物工况下边坡处于欠稳定状态。（）汽车震动工况。道路拐弯处可房屋后边坡在道路行驶汽车状态下最危险滑裂面的分布位置，整个边坡对应的稳定性系数为 ，由此知在汽车震动工况下边坡处于欠稳定状态。综上所述，道路拐弯处房屋后不稳定斜坡现状天然工况下处于基本稳定状态；在暴雨工况下，经验算边坡稳定系数小于 ，处于欠稳定状态；在承载建筑物工况下，经验算边坡稳定系数小于 ，处于欠稳定状态；在汽车震动工况下，经验算边坡稳定系数小于 ，处于欠稳定状态。崩塌发展趋势及危害性预测 灾害体的发展趋势（）不稳定斜坡。通过实地调查认为，斜坡体相对稳定，勘查区内斜坡体上的危险体在天然状态下处于稳定基本稳定状态，在不利因素组合下有零星崩塌的可能。（）地裂缝。本次在勘查区内主要发现裂缝为道路裂缝。通过走访调查，裂缝无明显变化，且在裂缝两侧未见侧向裂缝发育现象，前缘无明显变形，地裂缝现状处于基本稳定状态。但如果不采取工程防护措施，随风化作用和降水入渗及人工活动影响，有可能诱发山体土层发生滑动或崩落，威胁坡脚居民的生命财产安全。灾害体的危害性嵩县城关镇新社区勘查区内坡体局部发生小规模崩塌，目前未造成人员伤亡和直接经济损失。目前，坡体中上部土体处于欠稳定状态。降水沿坡体后缘裂缝、松散堆积物的孔隙入渗，不仅增加上部危岩体所受重力，促使下滑力增大，降低土体的强度，进而加速坡体变形破坏，最终一旦发生崩塌等灾害，将直接威胁居民 户，房屋 余间，直接威胁人数为 人。预测灾害隐患危险性大，需进行工程治理。防治技术为了达到生态修复、消除安全隐患的目的，根据治理区存在的地质环境问题，危害程度及边坡陡坎特征、地形地貌、气候及施工条件等，拟采取坡面整理工程、喷锚挂网支护工程、排水渠工程、道路修复工程、护栏工程等工程措施，对嵩县城关镇新一社区崩塌进行治理 。坡面整理技术治理区坡面中上部土体跌落，上部土体悬空，极有可能掉落滑塌。为防止危岩体崩塌威胁施工人员及机械设备安全，设计对斜坡进行清理。利用人工或机械（挖掘机）自上而下对坡面进行修整，清除后边坡不得留有危岩，坡面相对流畅平整。但由于坡体上部为道路，不能对坡体进行大幅度削坡治理，对坡面突出坡体进行清除，对道路外侧下部凌空处进行土体填充。由于每一段坡体坡度不同，根据实际情况进行施工，坡度相同的斜坡 内平整度控制在 。施工总体思路：先防护后施工，边施工边监测，自上而下逐层清理，对于浮土浮石采用人工撬除清理的方法。针对浮石浮土采取一看、二敲、三撬的作业方法，对可能随时滚落的零小危石、活石按轻重缓急定人、定时处理。清除下的浮土用人工小推车转移到安全地带，可进行回填或后期施工再次进行利用；无法使用的弃渣通过二次转运至指定位置（临时堆放点），由装载汽车运往指定渣场。设计整理的坡面区域为全坡面清理，坡面整理工程的清除总量约为 ，填方量为 ，土石方挖运 。支护技术坡面清理后形成的斜坡在降水过程中极易被冲刷，而且生态植被难以在短期内自然恢复，给周边居民遗留严重的视觉景观污染。为防止不稳定斜坡再次被损坏，采用喷锚挂网支护方法对修整后不稳定边坡进行加固治理，防止边坡由表及里遭受风化侵蚀和降雨冲刷发生崩塌滚落。通过在岩土体内施工一定长度的锚杆，与岩土体共同作用形成复合体，弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用，使岩土体自身结构强度得到充分发挥，保证边坡的稳定；坡面设置支护板护坡，起到约束坡面变形的作用，使整个坡面形成一个整体。为了排出护板后积水，由于坡体较高，需砌筑泄水孔 排，泄水孔为规格 的 圆孔，间距 ，最下边泄水孔的出水 年第 期侯利阳，等：崩塌地质灾害特征及其防治技术 以嵩县城关镇新一社区为例 第 卷口应高出地面 。为了防止泄水孔堵塞，在泄水孔进水口设置反滤层，反滤层应采用透水性良好的材料制成。排水渠技术设计采用矩形断面形状，排水边墙的高度标准以设计流量的水深高 考虑，排水渠宽 、深 时，可通过 年一遇洪峰流量。排水渠位于居民区后陡坎上部及居民屋前的道路内侧，总长度约 。其中，陡坎上部 条露天渠长度分别为 、，道路上增加盖板 段渠长度分别为 、，最终水汇入居民区下部瑶沟巷的沟渠内。排水渠每隔 设置一道伸缩缝，渠道采用混凝土砌筑，矩形断面。弯道角度均控制在允许范围内。在道路上的排水渠采用强度等级为 的混凝土砌筑，铺设盖板，盖板长 、宽 、厚 ，共 块盖板。盖板中间加筋，主筋采用 的 级螺纹筋，辅筋采用 的 级螺纹筋，间距 。护栏技术道路外侧防护栏长 ，设计防护栏高度 。主立柱材料选用 镀锌方管，中间立柱材料选用 镀锌方管，扶手横杆材料选用 镀锌方管，根立柱空心水平间隔 ，横梁正方形结构，上下各 道。横杆与下部混凝土连接采取预埋铁件焊接形式，施工完后刷 层防锈底漆，再刷 层绿色油漆。设计立柱间距 ，主立柱间距 ，主立柱高出地面上部留 ，下部埋深 ，立柱固定采用地埋 混凝土镇墩固定，镇墩长 、宽 、高 。护坡工程（）西侧陡坎的防护。治理区内西侧陡坎长度 ，坡度 ，高度 ，崩塌严重影响和威胁居民生命财产安全，对陡坎崩塌隐患进行治理采取砌石护坡措施。护坡采用浆砌石结构，厚 ，砂浆标号 ，砌石工作量 。（）东侧坡体的防护。治理区内东侧坡体长度 ，坡度约 ，陡坎高度 ，崩塌造成上部道路损毁，对陡坎进行治理采取下部设计挡土墙的技术措施。挡土墙为混凝土结构。设计墙体为梯形断面，墙高地面出露部分高 ，基础埋深 ；在坡脚设计挡土墙长 ，混凝土浇筑量 。道路修复工程居民屋前道路已经龟裂，影响居民出行。本工程设计有 处道路修复工程，道路采取 混凝土浇筑。道路修复分 个区域，路 区道路长 ，路区道路长 ，道路修复平均宽度，路基平整压实后浇筑修复道路 。标志碑工程在治理区入口处设立标志碑 个。标志碑由碑体与基座组成，碑体用加筋混凝土制作，碑体规格 ，基部采用二级 浆砌石，台阶自上至下高 、，宽 。其中，埋入地下，上部 成杯形预留口与标志碑对接。标志碑内容包括地质环境保护标志、工程名称、工程简介、项目实施单位、承担单位、建碑日期等。结语该研究体现了党和政府对灾区和受灾群众的关怀，不仅保护了人民生命财产安全和公用民用设施，还有利于当地经济建设和社会稳定，其效益显著，因而实施该项目意义重大。不仅保护耕地、街道、学校及居民财产免受损失，更重要的是保护居民的人身安全。因此，防治工程的实施，对安定民心、促进人民安居乐业起到决定性的作用，也是体现党和国家关心灾民疾苦的具体表现。同时，对推动地方经济发展、构建和谐社会有积极作用。通过防治工程实施，消除了地质不良隐患，保护了耕地，减少了水土流失，必将带来良好的生态环境效益。参考文献（）：邢显波，谢涛，杨明宇，等 贵州省盘州市地质灾害防治技术研究 能源与环保，（）：，（）：，刘程，孙东玲，武文宾，等 我国煤矿瓦斯灾害超前大区域精准防控技术体系及展望 煤田地质与勘探，（）：，（）：李淼 山西省地质灾害控灾因素分析 能源与环保，（）：，（）：王恭先，赵甫 煤矿地区的滑坡灾害及其防治技术 煤田地质与勘探，（）：，（）：年第 期能源与环保第 卷 李文，李健 资源整合煤矿采空区灾害特点及防治对策 煤矿安全，（）：，（）：卫华鹏，李文彬 矿井隐蔽致灾地质因素及防治措施分析 能源与环保，（）：，（）：苏巧梅，陶伟恒，章诗芳 基于点空间格局法的地表地质灾害点格局研究 以汾西煤矿为例 太原理工大学学报，（）：，：，（）：李伟，张立辉，赵虎 补连塔煤矿水害综合防治技术及应用 煤炭工程，（）：，（）：王路法，张杰，张日鹏 基于 综合评价法的地质灾害易发性研究 能源与环保，（）：，（）：张立辉，李伟，范文胜 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