大型堆積體滑坡地下水的作用分析及治理措施

高和斌，熊　晉（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京　100081；.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州　730099）

大型堆積體滑坡地下水的作用分析及治理措施

高和斌1，2，熊晉2
（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京100081；2.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州730099）

一公路滑坡是典型的大型堆積體滑坡，1999年采取預(yù)應(yīng)力抗滑明洞結(jié)構(gòu)支擋等措施后滑坡得以穩(wěn)定，但其深部卻在持續(xù)蠕動(dòng)變形，2008年強(qiáng)降雨期間其深部發(fā)生較大變形，有重新復(fù)活的跡象。根據(jù)現(xiàn)場踏勘和地質(zhì)勘察結(jié)果分析可知，地下水的長期作用以及雨季降雨是導(dǎo)致滑坡長期蠕動(dòng)變形的主要原因，滑坡原有的排水設(shè)施年久失效以及現(xiàn)有抗滑明洞支檔結(jié)構(gòu)改變了地下水滲流路徑是造成滑坡長期蠕動(dòng)變形的重要因素。為消除地下水的影響，2012年增設(shè)了深部排水隧洞疏排地下水，監(jiān)測結(jié)果表明滑坡深部位移變形顯著收斂且地下水排水效果良好。本文分析滑坡產(chǎn)生的原因，闡述其治理過程，可供類似的滑坡治理工程借鑒。

滑坡；地下水；原因分析；治理措施；排水隧洞

1　概述

本文所分析的滑坡是一處典型的大型堆積體滑坡。1997年修建公路時(shí)在滑坡中前部開挖近40 m路塹邊坡，引起坡體滑動(dòng)，迫使線路臨時(shí)改道。通過采用預(yù)應(yīng)力抗滑明洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性支檔、設(shè)置深層排水孔、削方減載等措施進(jìn)行了整治，工程費(fèi)用近億元，1999年整治完畢后滑坡體得以逐步穩(wěn)定［1］。

自整治工程竣工至2008年近10余年時(shí)間，通過長期深部位移變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，滑坡處于持續(xù)蠕動(dòng)變形狀態(tài)。蠕動(dòng)變形受大氣降雨影響較大，雨季蠕動(dòng)變形跡象較明顯。2001年和2008年強(qiáng)降雨期間，滑坡均發(fā)生較大的變形。尤其是2008年，強(qiáng)降雨引起滑坡后緣老裂縫重新開裂，最寬處達(dá)25 cm，滑坡有復(fù)活跡象。分析可知，地下水的長期作用以及雨季降雨是造成滑坡長期蠕動(dòng)變形的主要原因，滑坡原有的深層排水設(shè)施年久失效、現(xiàn)有抗滑明洞支檔結(jié)構(gòu)改變了地下水滲流路徑是造成滑坡長期蠕動(dòng)變形的重要因素。據(jù)此于2012年在滑坡中部斷層的下方、滑面以下的風(fēng)化巖層中設(shè)置橫向總長約640 m的深部排水隧洞，有效疏排了地下水，截排了雨季時(shí)斷層補(bǔ)給水以及大氣降水，顯著降低了地下水對該滑坡蠕動(dòng)變形的影響。排水隧洞完工后近2年的地表和深部位移監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)滑坡有變形跡象，說明治理效果良好［2-9］。

該滑坡經(jīng)過長達(dá)10多年的多次治理，最終在采取深層排水隧洞措施疏排地下水后得以逐漸穩(wěn)定［10-12］，其中的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

2　滑坡工程地質(zhì)概況

2.1地形地貌

該滑坡位于低山丘陵地帶，屬構(gòu)造剝蝕地貌類型。后山體的總體走向?yàn)榻鼥|西向，滑坡體由南向北，坡面發(fā)育有一條走向近南北向的沖溝，將山坡分成東西兩個(gè)地貌單元，線路切挖滑坡中前部，右側(cè)形成高約40 m的塹坡。

滑坡坡面具有明顯的2級緩坡平臺(tái)不良地貌形態(tài)，結(jié)合坡上沖溝及微地貌等特征可知老滑坡側(cè)界較明顯，滑坡前緣在公路北側(cè)山坡腳下的鵝埠河邊?；路秶鷮?70 m，南北方向滑坡長約540 m，相對高差約160 m。經(jīng)鉆孔揭露，老滑體在前緣厚28 m，中部厚26 m，后部厚12 m。老滑坡的總體積約500萬m3。

2.2地層巖性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)

據(jù)勘探結(jié)果，滑坡后部山體多次崩塌產(chǎn)生的塊碎石土堆積體覆蓋于下部強(qiáng)風(fēng)化花崗巖頂面，形成沿不同堆積層間崩坡積黏土層面淺層滑動(dòng)和沿風(fēng)化花崗巖頂面深層滑動(dòng)的典型大型堆積體滑坡。

滑坡中后部存在近東西向（垂直滑動(dòng)方向）的隱伏花崗巖正斷層，斷層兩側(cè)發(fā)育次生小斷層構(gòu)造，在坡面形成沖溝，成為滑體的滑動(dòng)側(cè)界。復(fù)雜的斷層構(gòu)造使基巖裂隙水、斷層補(bǔ)給水等地下水來源豐富。加之滑坡向后延伸，匯水區(qū)面積大，雨季期間滑坡地下水異常豐富。

滑體上部堆積層為第四系崩坡積塊碎石土、粉質(zhì)黏土，塊碎石間充填粉質(zhì)黏土，潮濕（呈可塑 ～軟塑狀）而相對隔水，雨季中沿該層頂面易形成淺層滑動(dòng)帶。下伏強(qiáng)風(fēng)化燕山期中～粗粒花崗巖，石英脈及構(gòu)造裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化帶較深厚，斜長石已風(fēng)化成高嶺土狀，礦物成分大部分已變異。深層滑帶由花崗巖頂面的殘積層形成，由混合花崗巖風(fēng)化生成，巖石礦物絕大部分已變異（長石已風(fēng)化成高嶺土）。此層在坡體內(nèi)的厚度變化較大，因其相對隔水、含水而強(qiáng)度較低，在飽水條件下形成滑動(dòng)帶。

1997年公路修建時(shí)在滑體中前部開挖路塹，引起古滑坡體范圍內(nèi)路塹以上局部淺層滑體牽引式滑動(dòng)。

2.3氣象及水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)沿線屬熱帶濕潤季風(fēng)氣候，降水豐富，年降雨量高達(dá)3 000～3 500 mm，最大日降水量266 mm。受臺(tái)風(fēng)影響，暴雨多且集中于6～9月份。

滑坡匯水面積較大，受大氣降水影響強(qiáng)烈。坡體位于近東西向山前斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，地下水豐富，主要為上層滯水、基巖裂隙水和構(gòu)造斷層水。旱季水位相對穩(wěn)定，主要賦存于第四系崩坡積碎塊石土層、燕山期花崗（混合）巖全強(qiáng)風(fēng)化帶和近東西向構(gòu)造破碎帶中。早期地質(zhì)勘探時(shí)坡體中下部勘探孔、水文孔內(nèi)的地下水均為承壓水，部分水頭高于孔口。

3　滑坡變形情況

3.1滑坡變形歷史

該滑坡共布置3個(gè)監(jiān)測主斷面，共有12個(gè)深部位移監(jiān)測孔。分析歷年監(jiān)測曲線發(fā)現(xiàn)，其一直處于蠕動(dòng)變形狀態(tài)，變形可分為4個(gè)階段：①1997—2001年竣工后持續(xù)蠕變階段；②2001年強(qiáng)降雨期間突發(fā)變形；③2001—2008年工后長期變形趨穩(wěn)階段；④2008年集中強(qiáng)降雨期間突發(fā)大變形，滑坡有復(fù)活跡象。

坡體的變形與雨季密切相關(guān)，并具有如下特點(diǎn)：①滑坡變形受雨季影響明顯，1998—2008年ZK4-3深部（滑面處）位移監(jiān)測曲線見圖1，可見每年雨季都出現(xiàn)蠕動(dòng)變形；②在連續(xù)強(qiáng)降雨氣候條件下會(huì)發(fā)生變形突變，2001年7月上旬降雨量近300 mm，2008年7月上旬降雨量約500 mm，其間的降雨量均較小，相應(yīng)地2001年和2008年滑坡發(fā)生了較大的變形。

歷年變形曲線表明，滑坡治理10余年后，滑體一直沒有完全穩(wěn)定，在極端強(qiáng)降雨條件下，存在滑坡復(fù)活的重大隱患。

3.22008年滑坡大變形分析

2008年7月，在連續(xù)集中強(qiáng)降雨條件下，滑坡突發(fā)大變形，最大位移達(dá)到46.41 mm?；潞缶壛芽p重新開裂，最寬處達(dá)25 cm。坡面排水溝等結(jié)構(gòu)物多處出現(xiàn)開裂變形，抗滑明洞側(cè)墻多處出現(xiàn)密集裂縫。監(jiān)測斷面所有監(jiān)測孔位移變形方向一致，滑坡出現(xiàn)整體復(fù)活變形跡象，既有支檔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度損毀。

圖1　1998—2008年ZK4-3深部（滑面處）位移監(jiān)測曲線

滑坡變形原因：①歷年變形監(jiān)測曲線表明，滑坡體受大氣降雨影響較大，1997年通車前的滑動(dòng)發(fā)生在7月，2001年和2008年2次突變均發(fā)生在集中強(qiáng)降雨期間，因此集中降雨造成坡體內(nèi)含水量增加，致使滑帶土抗剪強(qiáng)度降低，是滑坡再次產(chǎn)生變形的主要誘發(fā)因素；②抗滑樁明洞工程改變了滑坡體前部地下水滲流路徑，造成水流滯緩，水位抬升，浸泡樁后平臺(tái)滑坡體，造成巖土強(qiáng)度降低；③沿路基設(shè)置的深層排水孔位于滑面之上且數(shù)量不足，無法排除滑面區(qū)域的地下水，且年久失修、淤塞，排水效果差。

監(jiān)測斷面上各監(jiān)測孔變形均發(fā)生突變，說明滑坡體整體滑動(dòng)。監(jiān)測曲線反映的滑動(dòng)面位置已經(jīng)下移至底部花崗巖風(fēng)化巖層。由主斷面的深部位移監(jiān)測曲線可知，滑面深度由25.3 m加深為32.5 m，下移7.2 m，滑動(dòng)面已由淺層滑動(dòng)發(fā)展為深層滑動(dòng)。

綜上所述，地表水、地下水的作用是滑坡變形發(fā)展和突發(fā)變形的主要因素。

滑坡由淺層滑動(dòng)發(fā)展為深層滑動(dòng)，滑體規(guī)模增大，滑坡的下滑推力顯著增加。原有支檔結(jié)構(gòu)主要針對淺層滑面，因此支檔結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備降低，滑坡的安全系數(shù)顯著降低。此外支檔結(jié)構(gòu)本身受到較大的擠壓推力，墻身結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，給行車安全帶來隱患。

隨著滑坡的變形發(fā)展可能出現(xiàn)2種不良后果：①中后部滑坡體沿原淺層滑動(dòng)面剪出，滑坡體堆積在明洞附近，威脅行車安全；②滑坡逐步向后部牽引、向深部發(fā)展，沿深層軟弱帶形成新的滑動(dòng)帶，使既有錨索抗滑樁不足以抵御滑坡體產(chǎn)生的下滑力，導(dǎo)致滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

4　工程整治措施及效果

4.1工程整治措施

根據(jù)上述分析可知，對地下水進(jìn)行疏排是保證該滑坡體長期穩(wěn)定和抗滑工程結(jié)構(gòu)安全的必要措施。

滑體中部隱伏斷層補(bǔ)給水以及坡體中后部的地表匯水是坡體主要的地下水來源。根據(jù)該滑坡的地下水分布和補(bǔ)給規(guī)律，充分利用塊碎石土地層透水性強(qiáng)的特點(diǎn)，沿滑坡體隱伏斷層走向、全風(fēng)化花崗巖基巖頂面（深層滑面）以下布設(shè)排水隧洞，結(jié)合豎向滲管，將地下水截排引導(dǎo)至滑坡之外，達(dá)到較徹底的排水效果。排水隧洞工程可以有效疏干淺層及深層滑帶地下水，提高滑面抗剪強(qiáng)度，最終達(dá)到提高滑坡穩(wěn)定性的作用。具體措施如下：

1）隧洞從平面上分為沿?cái)鄬幼呦虻慕嘏哦?、滑坡東側(cè)界的匯水段和坡腳沿線路方向的引水段，最終將水引入滑坡東側(cè)的園墩河。排水隧洞工程平面見圖2。

圖2　排水隧洞工程平面

2）隧洞整體位于滑動(dòng)面以下不少于3 m，基本上穿行于花崗巖巖層當(dāng)中。間距6 m設(shè)置豎向滲管，間距50 m設(shè)置豎向滲井，作為施工出渣和排水設(shè)施。排水隧洞工程斷面見圖3。

圖3　排水隧洞工程斷面

4.2工程整治效果

工程整治效果從以下4個(gè)方面予以分析：

1）排水量。排水隧洞排水量最大值為1 070 t/d，平均值為393 t/d。

2）排水與降雨的關(guān)系。排水隧洞洞口排水量與降雨量關(guān)系密切，洞口排水量在雨季達(dá)到峰值，并且?guī)缀跖c降雨量峰值同步（如圖4所示），有效證明了排水隧洞在雨季良好的截排水效果。

圖4　滑坡排水隧洞洞口排水量與降雨量監(jiān)測曲線

3）滑坡工后變形監(jiān)測結(jié)果。2008—2014年雨季降雨量統(tǒng)計(jì)見圖5，同期ZK4-3深部（滑面處）位移監(jiān)測曲線見圖6?？梢?，2014年雨季降雨量大于年平均降雨量，滑體變形量顯著低于正常年份的變形，滑坡變形急劇收斂，表明隧洞竣工后滑坡逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5　2008—2014年雨季降雨量統(tǒng)計(jì)

圖6　2008—2014年ZK4-3深部（滑面處）位移監(jiān)測曲線

5　結(jié)語

該大型滑坡治理先后歷經(jīng)15余年，早期采用刷坡減載、排水工程、大型支檔結(jié)構(gòu)工程等措施進(jìn)行綜合治理，但竣工及其后10余年間，滑坡一直處于蠕動(dòng)變形狀態(tài)，最終通過在坡體內(nèi)部設(shè)置深層排水隧洞工程徹底截排和疏排地下水的方式，使滑坡得以根治?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

1）山區(qū)高速公路建設(shè)期應(yīng)重視不良地形地貌的調(diào)繪、勘察工作，防止因勘察設(shè)計(jì)階段的遺漏給施工階段和運(yùn)營階段造成重大隱患。

2）滑坡等不良地質(zhì)體的治理，應(yīng)重視水的影響，查清地下水的來源，分析其影響機(jī)理并采取措施加以徹底解決，再結(jié)合其他治理措施，提高治理的針對性。

3）設(shè)計(jì)支擋工程結(jié)構(gòu)時(shí)，須考慮其對水文地質(zhì)環(huán)境的改變，否則可能造成不利的地下水環(huán)境，影響治理效果。

4）深部排水隧洞結(jié)構(gòu)結(jié)合豎向滲管是一種長期有效的地下水疏排工程措施。

5）滑坡災(zāi)害治理是一個(gè)長期的過程，影響其穩(wěn)定性的因素較多，影響因素也在不斷發(fā)生變化，因此對于大型滑坡需要長期跟蹤監(jiān)測。

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（責(zé)任審編李付軍）

Analysis of Groundwater Effect and Treatment Measures for Huge Accumulated Landslide

GAO Hebin1，2，XIONG Jin2
（1.Postgraduate Department，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2.Northwest Research Institute Co.，Ltd.of CREC，Lanzhou Gansu 730099，China）

Certain highway landslide was a typical huge accumulated landslide.In 1999 prestressed open cut retaining structure and other measures were adopted，then the landslide became stable gradually，but deep landslide deformation lasted continuously.During the heavy rainfall period in 2008，deep displacement increased substantially which indicated that the landslide could be reactivated.T he analysis results of field exploration and geological survey data showed that the long term groundwater effect and heavy rainfall during rainy season were the major causes. M eanwhile other factors were that original deep drainage facilities could not function effectively and groundwater seepage channels were changed due to the construction of open cut tunnels.In order to eliminate groundwater adverse influences，in 2012 deep drainage tunnels was constructed to discharge groundwater.M onitoring results of landslide deep displacement showed that deep displacement was converged.M eanwhile the drainage effect was very well.T his paper analyzed the causes and treatment process of this landslide，which could provide reference for similar treatment engineering of landslide.

Landslide；Groundwater；Cause analysis；T reatment measure；Drainage tunnel

高和斌（1977— ），男，高級工程師，博士研究生。

U416.1+63

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.26

1003-1995（2016）07-0105-04

2016-03-28；

2016-04-21