填土滑坡成因機制分析

蒙發(fā)強 麻榮廣 丁堅平 黃 姍

(1.貴州大學資源與環(huán)境工程學院，貴州貴陽 550025；2.廣西電力工業(yè)勘察設計研究院，廣西南寧 530001)

填土滑坡成因機制分析

蒙發(fā)強1麻榮廣2丁堅平1黃 姍1

(1.貴州大學資源與環(huán)境工程學院，貴州貴陽 550025；2.廣西電力工業(yè)勘察設計研究院，廣西南寧 530001)

以南寧市狀元泉路段填土滑坡為例，通過現(xiàn)場勘察和土工試驗成果，結(jié)合滑坡結(jié)構(gòu)特征、物質(zhì)組成成分、影響因素分析，研究填土滑坡的成因機制。結(jié)果表明，狀元泉路段填土滑坡為推移式滑坡，降雨為滑坡形成主要誘發(fā)因素，其變形破壞機制屬于蠕滑-拉裂型。在以上研究基礎上，對滑坡的演化發(fā)展地質(zhì)力學模式分三個階段進行闡述分析。

填土滑坡 成因機制 推移式滑坡 蠕滑-拉裂

填土邊坡失穩(wěn)的影響因素較多，以下主要從地形地貌、巖土體性質(zhì)、地下水、地震、工程影響及邊坡形狀等方面進行研究分析[1]?；靥钔僚c其他土質(zhì)邊坡不同，其土體的工程性質(zhì)差、強度低，沉降大且不均勻；壓密度、相對密度、孔隙率、承載比等值受壓實的影響，邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象常有發(fā)生[2]。降雨是造成填土滑坡的主要因素，在填土滑坡成因機理的研究上，有些研究人員建立了與現(xiàn)場相似的物理模型進行模擬實驗，王釗等[3]分別對膨脹土挖方和填方渠坡進行了3個月的監(jiān)測，在比較熱傳導探頭、張力計和濾紙法的測量結(jié)果基礎上，分析了降雨等氣象條件的影響；文高原等[4]通過室內(nèi)大型試驗箱試驗，模擬了7 d強降雨條件下夯實填土邊坡的變形、破壞特性，得出邊坡破壞模式：降雨前為平面-凸弧面組合破壞模式，降雨后為平面-懸鏈面組合破壞模式；為了研究降雨條件下入滲量、含水量和孔隙水壓力的變化規(guī)律；賀國京等[5]對湖南岳陽長嶺煉油廠五壟西溝高填土邊坡建立有限元模型，利用強度折減法計算分析邊坡的容重、黏聚力、內(nèi)摩擦角、坡率等。目前，系統(tǒng)研究填土滑坡的文獻較少，以狀元泉路段填土滑坡為例，在現(xiàn)場勘察和試驗基礎上，進一步對填土滑坡成因機制及演化發(fā)展的地質(zhì)力學模式進行分析。

1 研究區(qū)概況

滑坡位于廣西南寧市青秀山景區(qū)狀元泉景點處，景區(qū)兩大主干道之一的狀元泉路從該景點的西側(cè)通過(見圖1)，該路段外側(cè)邊坡為填土邊坡，土質(zhì)較為松散，局部坡腳設有擋土墻。根據(jù)調(diào)查，狀元泉路段外側(cè)自1998年以來不斷堆填土。2000年6月份曾經(jīng)出現(xiàn)滑坡。2013年8月14日，狀元泉路段路邊出現(xiàn)裂縫。 2013年8月中旬，受臺風“尤特”影響，南寧及周邊地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)降雨，其中8月15日～18日為強降雨。在雨水作用下，狀元泉路段于2013年8月19日發(fā)生滑坡，路邊的路燈、亭、廊、廁所及停車場等全部滑落，錯落高差約20 m，滑坡后緣緊靠道路人行道，前緣直接從下方坡腳剪出，所幸無人員傷亡。

圖1 狀元泉路段滑坡位置示意

2 滑坡區(qū)地質(zhì)條件

研究區(qū)所在區(qū)域受到古近系地殼升降構(gòu)造運動影響，地層受到輕微的褶皺、隆起，產(chǎn)狀平緩，第四系沉積層位輕微錯動而產(chǎn)生小斷裂，第四紀以來無構(gòu)造運動跡象，對滑坡區(qū)穩(wěn)定性無影響。地形地貌特征為高丘陵山谷地貌，總體呈東邊高西邊低，坡度17°～35°?；聟^(qū)出露的巖層有第四系人工填土層(Q4ml)、第四系殘積土層(Qel)及下伏基巖古近系鳳凰山組粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層(E1-2d)?；聟^(qū)水文地質(zhì)條件比較簡單，地下水類型為孔隙水、裂隙水?？紫端x存于第四系人工填土和殘積土層中，接受大氣降雨補給；裂隙水賦存于古近系基巖中，接受大氣降水及上覆松散物孔隙水補給。降雨沿松散沉積物孔隙下滲，成為地下水，并順著地形向沖溝及邕江排泄。

3 滑坡特征

3.1 滑坡形態(tài)與規(guī)模

填土滑坡上寬下窄，類似一個“勺子”形狀?；潞缶壩挥跔钤鈧?cè)道路的人行道，前緣位于坡腳原水塘處，水塘被完全掩埋，塘中淤泥被擠出、隆起，滑坡主方向約285°。以滑坡主滑方向為前方，兩側(cè)剪切面平直，樹木歪斜?；潞蟊谝娀氯鞒觯瑓R集于滑坡洼地，形成一方水塘。該滑坡為土質(zhì)滑坡，滑坡長約300 m，寬約130 m，厚度約10 m，體積約42萬m3，屬中型滑坡。

3.2 滑坡變形破壞特征

對填土滑坡變形破壞特征的研究是分析其形成機制的關鍵所在，根據(jù)滑坡變形的大小，將其分為滑坡區(qū)和變形區(qū)兩部分(見圖2)。

圖2 滑坡平面形態(tài)特征

(1)滑坡區(qū)

滑坡后緣高程約142 m，以現(xiàn)有狀元泉路人行道為邊界，后緣壁陡峭，原路燈和路邊景觀樹木傾倒于后緣壁，管線被拉斷，下方形成滑坡洼地，錯落高差約25 m，原景區(qū)建筑物被淹于內(nèi)。左側(cè)邊界位于青秀山公安局所在山梁，距離其建筑約20 m，側(cè)緣壁較為平直，錯落高差最大約5 m，見樹木倒伏于土層中，推測為之前滑坡所致。在滑坡中部至前緣區(qū)段，眾多樹木、竹子受推而往前傾倒。右側(cè)邊界基本以沖溝為界，部分滑體被推擠越過原水溝，樹木傾倒、枯死。右側(cè)側(cè)緣壁在中部至后緣明顯，較為平直，中部至前緣側(cè)緣壁不明顯，前緣土體隆起，坡腳處池塘被推擠、鏟出，滑坡剪出口高程約85.0 m。

(2)變形區(qū)

變形區(qū)位于滑坡區(qū)北面，原沖溝位置，填土為研究區(qū)最厚。其南側(cè)與滑坡區(qū)以原有擋土墻位置為界，在變形區(qū)見滑坡擦痕，北側(cè)以現(xiàn)有沖溝為界，后緣以在建道路為界，前緣變形不明顯。該區(qū)變形有兩個方向，一個為往原有坡面，即西面變形，后緣裂縫也大致平行臨空面，呈南北走向，后緣位于在建道路邊緣，裂縫長20 m，寬5～10 cm，錯落約10 cm。在滑坡區(qū)發(fā)生滑坡后，變形區(qū)形成了新的臨空面，變形區(qū)往該方向變形，已局部破壞滑塌，后緣見弧形裂縫，長約10 m，寬約10～30 cm，錯落約30～70 cm。變形區(qū)坡面見裂縫，但不連續(xù)，縫長0.5～5 m不等，寬5 cm左右。坡頂?shù)臓钤潘艹隹谔幾冃屋^大，局部失穩(wěn)，水管斷裂，竹子傾倒。局部受沖溝水流的沖刷，坡腳出現(xiàn)小范圍塌滑。

3.3 滑坡物質(zhì)組成特征

滑體成分主要為原人工填土，以黏土、粉質(zhì)黏土為主。局部區(qū)段黏土黏粒含量高，黏性好，切面光滑，含水量高，呈軟塑—可塑狀態(tài)，干強度高。粉質(zhì)黏土含水量較高，砂感較強，有搖震反應。研究區(qū)勘察工作開始時滑體含水量高，強度低，土軟易陷，隨著土體含水量變低，滑體強度有所升高，土體易散。

4 狀元泉路段填土滑坡形成機制分析

4.1 滑坡影響因素分析

填土滑坡形成機制受諸多因素共同作用產(chǎn)生，可分為外因和內(nèi)因兩部分。外因包括降雨入滲、地下水升降、人類工程活動，而降雨是路基邊坡穩(wěn)定性中影響非常重要的因素[6]。降雨使土體力學強度指標降低，引起滑坡；內(nèi)因包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造，也是填土滑坡演化的地質(zhì)基礎。

(1)坡體結(jié)構(gòu)特征

滑體物質(zhì)為填土，土質(zhì)多為黏土、粉質(zhì)黏土和粉土，含圓礫、塊石碎石和泥巖團塊，部分填土含有膨脹性巖土成分?；聟^(qū)原為一沖溝，地形相對低洼，填土直接堆積于原斜坡坡面，所填土體未經(jīng)碾壓等處理，力學強度低，結(jié)構(gòu)松散，雨水易入滲。

滑床：填土下面的殘積層及下伏基巖往往為相對不透水層，地下水下滲至原狀土層面受阻后沿層面滲流，使接觸界面為剪應變集中帶，形成軟弱面，容易進一步發(fā)育成滑動面。

(2)人類工程活動

滑坡區(qū)人類工程活動主要有坡體上部修建建筑物和排水管道鋪設兩個方面。建筑物修建導致坡體上部荷載增加，排水管道鋪設與建筑物修建的基坑開挖及施工會擾動坡體，降低坡體穩(wěn)定性?；潞缶壍臓钤鞒龊螅瑓R入狀元池，溢滿后通過水管往西側(cè)滑坡體排泄。由于原填土未經(jīng)處理，長年累月的土體固結(jié)變形和淺層滑坡使剛性水泥管破壞，排水直接進入填土邊坡，促進滑坡演化。

(3)降雨的影響

滑坡發(fā)生時正是南寧雨季，2013年8月中旬，受臺風“尤特”的影響，南寧及周邊地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)降雨，其中8月14日～18日為強降雨，降雨量達70.9mm/h。雨水入滲后，導致地下水位上升。雨水對滑坡有以下作用：

①土體自重增加

降雨入滲后，滑坡體含水量逐漸增大，滑坡體巖土體中空氣被擠出，導致土體自重增加。巖土體孔隙率越大，吸水能力就越強，自重增加就越明顯。狀元泉路段滑坡物質(zhì)主要為未經(jīng)壓實填土，室內(nèi)土工試驗測定，土體孔隙比為0.528～0.855，結(jié)構(gòu)疏松，吸水能力強，土體自重增加導致坡體下滑力增大。

②土體軟化

根據(jù)有效應力原理：σ=σ′+u，作用在飽和土上的總應力由土中兩種介質(zhì)承擔，一種是孔隙中的孔隙水壓力，另一種是土顆粒形成的骨架上的有效應力，土的抗剪強度中摩擦力是由作用在顆粒上的法向應力決定的，降雨入滲土體吸水過程使得孔隙水壓力u增加，必然導致有效應力σ′減小，導致土體抗剪強度降低[7，8]。室內(nèi)抗剪試驗、現(xiàn)場直剪試驗測定結(jié)果表明，吸水后土體抗剪強度大幅降低，改變了原有邊坡應力平衡，導致滑坡發(fā)生。可見，土體遇水軟化是導致滑坡失穩(wěn)的重要因素(見表1)。

表1 依據(jù)室內(nèi)試驗成果確定巖土參數(shù)

③坡體動水壓力

降雨入滲坡體中，使其下滑力增大，還會產(chǎn)生動水壓力，動水壓力的大小與流動水體的體積和水力梯度有關，滲流動水壓力作用使得土體結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的變形或破壞，不利于邊坡的穩(wěn)定[9]。由于填土體未經(jīng)碾壓等處理，結(jié)構(gòu)松散，透水性強，而填土下面的殘積層及下伏基巖往往又為相對不透水層，地下水下滲至原狀土層面受阻后沿層面滲流，產(chǎn)生動水壓力和浮托力，減弱阻滑段的抗滑作用，降低邊坡的穩(wěn)定性。

4.2 滑坡形成機制分析

綜上所述，狀元泉滑坡主要是在不利的地質(zhì)條件、不合理的人類工程活動和降雨條件下共同作用形成的。結(jié)合滑坡變形破壞特征，其演化發(fā)展機制為蠕滑-拉裂，分為三個演化階段。

表層蠕滑(第一階段)：滑坡后緣坡體上修建建筑物與植樹，導致后緣土體受到擾動，上部荷載增大，降低邊坡穩(wěn)定性；由于填土未經(jīng)壓實，土體固結(jié)導致排水管道破裂滲漏，在降雨條件下土體軟化，兩者共同作用下使得坡體向坡下彎曲，后緣產(chǎn)生拉應力。

后緣拉裂(第二階段)：2013年8月中旬，受臺風“尤特”的影響，出現(xiàn)連續(xù)降雨，在不利的地質(zhì)條件下，導致雨水迅速入滲，滑坡體內(nèi)滲流產(chǎn)生動水壓力，土體吸水后自重增加，導致下滑力增加。隨著時間的推移，持續(xù)雨水入滲導致地下水位逐漸升高，由于滑坡體內(nèi)與基巖接觸面處存在相對隔水的黏土，形成局部承壓水，產(chǎn)生浮托力，滑帶吸水膨脹、軟化，在它們的共同作用下導致坡體抗滑力下降。2013年8月14日，道路邊緣出現(xiàn)裂縫，與邊坡臨空面方向垂直，其變形方向為往臨空面變形。 8月14日～18日為強降雨，降雨量達70.9 mm/h。雨水沿著裂縫快速入滲，加快坡體蠕滑變形，進一步降低抗滑力，滑面形成(見圖3)。

圖3 滑坡蠕滑變形階段

滑移失穩(wěn)(第三階段)：2013年8月19日，滑坡演化發(fā)展進入滑移失穩(wěn)階段。由于滑面后緣較陡，在地下水作用下，后部先失穩(wěn)滑移，推動滑坡中段、前段整體下滑，由于滑坡體中段及前段下伏基巖界面變淺，具有較強的抗力，所以滑坡停止滑動后的滑移距離較短(見圖4)。

圖4 滑移失穩(wěn)階段

推移式滑坡的滑動面一般呈前緩后陡的形態(tài)特點，滑坡中、前段為阻滑段，后段為下滑段，后段為下滑段，促使斜坡變形的破壞的“力源”主要來自于滑坡后緣的下滑段[10]。根據(jù)狀元泉路段滑坡失穩(wěn)特征，其為推移式滑坡。

5 結(jié)束語

狀元泉路段邊坡原填土結(jié)構(gòu)松散，加上坡體上部建筑修建對其進行擾動，透水性強，為雨水入滲提供便利通道，導致滑坡發(fā)生蠕動變形，后緣產(chǎn)生拉應力。降雨沿坡面裂縫入滲，進入殘積層或基巖面相對不透水層，匯流貫通或形成滯水，土體吸水自重增加，土體軟化，局部土具有吸水膨脹性，導致滑動面的力學性質(zhì)降低。隨著降雨的補給，地下水產(chǎn)生浮托力、靜水壓力和動水壓力，導致滑坡下滑力增大，而抗滑力減小，從而導致滑坡失穩(wěn)。因此，狀元泉路段填土滑坡是在降雨、不利的地質(zhì)基礎條件與不合理人類工程活動共同作用下形成的，根據(jù)滑坡變形破壞特征分析，其具有推移式滑坡力學特征，演化發(fā)展的地質(zhì)力學模式為蠕滑-拉裂。

本文只考慮填土滑坡演化發(fā)展的地質(zhì)力學模型的定性分析，如何進行填土滑坡成因機制的力學演繹及建立三維模型模擬實際情況下變形破壞成因機制，將是以后進一步研究的方向。

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Analysisofformationmechanismonfillinglandslide

MENG Fa-qiang1MA Rong-guang2DING Jian-ping1HUANG Shan1

2014-10-09

蒙發(fā)強(1988—)，男，碩士研究生。

1672-7479(2014)06-0060-04

P642.22

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