大型古滑坡變形原因與機理分析

■林志平

（1.福建省高速公路有限責任公司，福州350001；2.寧德沈海復線寧連高速公路有限公司，寧德352100）

大型古滑坡變形原因與機理分析

■林志平1,2

（1.福建省高速公路有限責任公司，福州350001；2.寧德沈海復線寧連高速公路有限公司，寧德352100）

介紹了福建省高速公路建設(shè)中出現(xiàn)的某大型古滑坡變形復活案例，通過對其變形原因和變形機理的分析和研究，發(fā)現(xiàn)了坡體變形復活的影響和控制因素，為大型古滑坡的工程治理提供了有力的依據(jù)和理論支持。同時，大型古滑坡存在多區(qū)、多塊、多層等特點，通過對其變形機理的分析，結(jié)合工程現(xiàn)場裂縫調(diào)繪、深部變形監(jiān)測、坡體地形地貌分析、工程地質(zhì)分析等手段，查明了坡體變形破壞模式、變形規(guī)模，對其工程治理的可行性、可靠性、合理性及經(jīng)濟性分析具有重要意義。

高速公路古滑坡復活機理分析分區(qū)分塊

1 滑坡概況

1.1 工程概況

本文所研究的滑坡為福建省高速公路擴建過程中發(fā)育發(fā)展的一處古滑坡復活工程。該滑坡位于寧德境內(nèi)飛鸞鎮(zhèn)，寧連高速公路飛鸞復合互通I匝道上部。因工程建設(shè)需要，在SK9+630～IK0+313.5段開挖原羅寧高速右側(cè)山體形成I匝道。匝道邊坡原設(shè)計最高約15m，第一級坡率1∶1.0，第二級坡率1∶1.25，采用普通植草防護。I匝道坡頂緊鄰G104國道，本古滑坡位于國道上部（圖1所示）。

圖1 滑坡場區(qū)全貌

高速公路建設(shè)開挖形成匝道邊坡，施工過程中匝道邊坡局部發(fā)生變形，國道路面、邊溝發(fā)展形成張開裂縫；后逐步開展坡體深部位移監(jiān)測，揭示匝道邊坡、后部山體深層存在變形位移反映，滑坡變形發(fā)展加劇，逐步發(fā)展為古滑坡變形復活。根據(jù)監(jiān)測及現(xiàn)場變形裂縫調(diào)查分析，總體上該古滑坡體的變形體現(xiàn)為局部復活變形。本滑坡變形體橫寬約300m，縱長約300～350m，平均厚度約20m，總體積約200萬m3，是一個大型的山體滑坡地質(zhì)災害。

2 工程地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

滑坡場區(qū)為剝蝕丘陵地貌，天然坡度約15～25°，原地表植被較發(fā)育，種植樹木等。坡體上見有大量孤石、滾石出露?；聢鰠^(qū)整體上地形呈圈椅狀，上部地形陡峻，中部變緩局部呈緩平臺，下部地形較緩?；聢鰠^(qū)山體頂部較緩，后山基巖出露；右側(cè)（寧德側(cè)）山脊基巖出露，滑坡前緣外（滑舌）凸狀，并延伸至海平面（圖1所示）。該滑坡場區(qū)地形地貌具有典型古滑坡特征。

2.2 地層巖性

滑坡場區(qū)上覆主要為殘坡積土（Qdl-el），下伏基巖為（γ53）燕山晚期侵入花崗巖及其風化層。巖體巖土層自上而下以此為坡積粘土、坡積碎石（少量）、殘積砂質(zhì)粘性土、全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖（少量）和微風化花崗巖（基巖）（特征斷面如圖2所示）。

古滑動帶埋深較大約為33.3m，帶內(nèi)巖芯呈礫石狀，鐵錳化強烈，該古滑帶位于砂土狀強風化層底面。古滑坡帶巖性呈黑色，巖芯呈礫石狀，鐵錳化強烈，巖質(zhì)松散，手掰易碎，含少量腐植物。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡場區(qū)內(nèi)未見區(qū)域斷裂構(gòu)造帶或活動性斷層，但沿線零星發(fā)育次級構(gòu)造破碎帶或節(jié)理密集帶，局部為后期脈巖侵入充填，如閃長玢巖、石英巖巖脈等，導致場區(qū)的巖土層均勻性差，巖性接觸帶處巖體一般更破碎且風化較強，總體上對工程影響較小。

圖2 典型地質(zhì)斷面

2.4 氣候氣象與水文地質(zhì)

滑坡場區(qū)屬于亞熱帶海洋性季風氣候，年均降雨量1342.5mm，主要集中在3～9月。7～9月常有臺風影響，臺風來臨或發(fā)生短歷時強降雨、暴漲陡落。場區(qū)內(nèi)多條小型沖溝季節(jié)性有流水，區(qū)內(nèi)發(fā)育地下水主要為坡殘積風化層孔隙水和基巖裂隙水，水量較為豐富。其中，坡殘積層孔隙水主要分布于松散坡殘積土中，為上層滯水，主要接受大氣降水補給，順地形排泄，此類水降雨后地下水垂直徑流速度較快，并在相對隔水的基巖頂面匯集，為微承壓水，基巖裂隙水主要賦存于深部基巖裂隙及構(gòu)造帶中，以構(gòu)造破碎帶相對富水。

3 滑坡病害原因分析

3.1 脆弱的地質(zhì)基礎(chǔ)

(1)古滑坡體：滑坡為一古滑坡體的變形復活。其滑坡深度較厚，由于老滑動面（或滑動帶）的存在，滑動面區(qū)域巖體強度指標較低，且滑動面附件受地下水滲流等因素的影響，古滑體易沿老滑動面（或滑動帶）發(fā)生變形破壞。

(2)地質(zhì)構(gòu)造：坡體不規(guī)則巖脈發(fā)育，致使場區(qū)巖土層均勻性差，巖性接觸帶處巖體破碎且風化強。地質(zhì)構(gòu)造的作用是造成古滑坡變形的內(nèi)因之一。

(3)工程地質(zhì)：滑坡場區(qū)主要地層以坡殘積層、全風化層及砂土狀強風化層的花崗巖為主，風化層厚度較大（滑坡中部風化層深度約為30m～40m），下覆弱風化的花崗巖地層，巖體差異風化大，局部區(qū)域含碎塊狀強風化層，較薄，該場區(qū)地層結(jié)構(gòu)為滑坡滑動面的形成變形提供了工程地質(zhì)基礎(chǔ)，深層的巖體差異風化界面，為滑坡的潛在深層滑動面。工程地質(zhì)條件較差為該滑坡變形的主要內(nèi)因之一。

(4)巖體性質(zhì)：場區(qū)的坡殘積層、全風化層及砂土狀強風化層的花崗巖，遇水極易軟化，飽水后極松軟，呈軟-可塑狀地下水對其力學指標影響明顯；坡殘積層、全風化層巖體松散，降雨后土層入滲性好（砂質(zhì)土），接受地表水補給能力強，持水能力強，故大氣降水對其形成良好的地下水補給；同時，坡體中孤、滾石、碎塊石含量較多，瓦解了坡體的完整性，進一步加劇了坡體地表水的入滲和地下水的滲透，使坡體在降雨、重力等外因作用下易滑動變形。場區(qū)松散地層結(jié)構(gòu)為古滑坡的受降雨影響的主要工程地質(zhì)基礎(chǔ)。巖體強度指標較低，受外界影響較大，為該滑坡變形的主要內(nèi)因之一。

3.2 豐富的地下水作用

場區(qū)大部分區(qū)域地下水埋深較淺，地下水豐富，受季節(jié)影響較為明顯；坡體內(nèi)多處泉眼出露，常年流水；地表局部區(qū)域滲水，坡體潮濕?；聢鰠^(qū)巖體受地下水作用，加劇巖土體巖體結(jié)構(gòu)的變化，并降低巖體力學指標。為該古滑坡變形的主要外因之一。

3.3 大氣降雨影響

滑坡場區(qū)范圍面積大，整體呈圈椅狀，坡體上部較陡，中部發(fā)育臺地，下部場區(qū)相對較緩，場區(qū)發(fā)育2道沖溝，場區(qū)整體為匯水地形，匯水面積大。受大氣降雨影響，地表水入滲坡體，延地下水系滲流，致使深厚的風化地層飽水軟化，降低巖體力學強度指標，同時土體自重增加，致使該滑坡變形，加劇滑坡變形發(fā)展，最后形成土體變形失穩(wěn)。大氣降雨是造成該古滑坡體變形的主要外因之一。3.4路塹邊坡開挖擾動

高速公路建設(shè)造成小量開挖滑坡前緣坡體，形成最高約16m的臨空面，削弱了自然坡體的前緣支撐，降低了坡體前部的抗滑力，改變原有山體的整體應力平衡，致使滑坡變形。人工活動為引起古滑坡變形外因之一。

4 滑坡變形復活機理分析

4.1 坡體結(jié)構(gòu)類型

坡體主要地層以坡殘積層、全風化層及砂土狀強風化層的花崗巖為主，風化層厚度較大，該滑坡主要變形破壞區(qū)域位于全風化-砂土狀強風化地層，其破壞受地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面控制較小，主要受其坡體應用分布、變化及土體強度控制，可近似視為為類均質(zhì)體結(jié)構(gòu)，故其為類均質(zhì)體結(jié)構(gòu)滑坡，其滑動面分區(qū)段呈圓弧狀。

4.2 滑坡變形發(fā)展階段

滑坡地表位移和深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表明該滑坡已發(fā)生明顯變形，但滑坡體內(nèi)及滑坡后緣未見明顯的拉張裂縫，同時結(jié)合滑坡區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件復雜，巖層風化深度大、差異分化明顯，且土體孔隙率大、巖層含大量孤石，地表匯水面積較大，地下水發(fā)育，對滑坡穩(wěn)定發(fā)揮不利作用，該滑坡目前整體穩(wěn)定性差，局部處在不穩(wěn)定狀態(tài)。綜合以上情況分析，該滑坡目前處于局部失穩(wěn)的蠕動擠壓階段，且滑坡呈發(fā)展趨勢。同時該滑坡區(qū)域內(nèi)分布有沈海高速、沈海復線兩條高速公路以及G104國道，為沿海南北交通的大動脈，該滑坡若發(fā)生古滑坡的整體復活，將嚴重危害和威脅公路暢通和交通安全，對該滑坡的工程治理則尤為重要。

4.3 滑坡變形塊體分析

結(jié)合滑坡場區(qū)現(xiàn)場踏勘調(diào)查，坡體區(qū)域微地形地貌分析，場區(qū)沖溝發(fā)育，地下水、泉眼出露，工程鉆孔勘察局部區(qū)域漏漿嚴重等分析，該滑坡場區(qū)坡體結(jié)構(gòu)復雜、地下水十分豐富，此類大型山體滑坡一般具有多級多塊的滑移特點與形態(tài)特征?，F(xiàn)階段滑坡體內(nèi)裂縫發(fā)育有限，結(jié)合滑坡深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析其變形深度、變形發(fā)展趨勢，綜合對其進行滑坡分區(qū)分塊。該滑坡分區(qū)分塊具體如圖3所示，自下而上大致可以分為三個區(qū)域（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)）及三個獨立局部變形區(qū)域A、B、C。

Ⅰ區(qū)位于滑坡主體部分，主要集中在滑坡的中部及下部區(qū)域。根據(jù)局部監(jiān)測變形曲線分析，Ⅰ區(qū)滑體內(nèi)可再分為2個小區(qū)域及2個局部區(qū)域，分別為Ⅰ—1、Ⅰ—2兩個小的獨立滑體區(qū)域，主要表現(xiàn)為淺層滑動變形和局部獨立區(qū)域變形；其中Ⅰ—1滑體內(nèi)結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及地表變形反映，可再分為Ⅰ—1—1、Ⅰ—1—2兩個局部變形區(qū)域，該區(qū)域主要表現(xiàn)為局部的滑動變形特征。

Ⅱ區(qū)為滑坡的整體部分。其滑坡變形范圍主要為：滑坡上部局部基巖出露，且后緣分布下錯臺坎地貌，分析其滑坡后緣位于下錯臺坎附近；滑坡右側(cè)界（寧德方向）受右側(cè)山脊控制，該山脊為微風化基巖出露，山脊陡坎明顯，分析其為該滑坡右側(cè)界；滑坡左側(cè)界（福州方向）受控于左側(cè)山脊及山脊下部溝槽，分析該溝槽為老滑坡早期側(cè)界變形陡坎，受雨水等侵蝕演化為坡體匯水沖溝，形成流水溝槽；滑坡前緣從坡體地貌分析，在匝道IK0+050段面，海灘形成外凸滑舌，分析前緣潛在出口位于海灘附近，由此向兩側(cè)延伸。

Ⅲ區(qū)位于Ⅱ區(qū)滑坡的整體部分的后側(cè)及左側(cè)，分析為滑坡牽引變形部分。

圖3 滑坡分區(qū)分塊地貌圖

5 結(jié)語

(1)大型古滑坡受地質(zhì)年代影響，地形地貌改造較大，存在辨識難度大、地形地貌復雜的特點，后期工程建設(shè)過程中存在識別和判定差異的可能。對大型古滑坡的判識和分析是工程建設(shè)過程中需要重點關(guān)注的課題。

(2)大型古滑坡工程地質(zhì)復雜，勘察分析難度大。對古滑坡的變形復活原因分析，需根據(jù)坡體的工程地質(zhì)條件、氣象降雨條件、地下水發(fā)育情況、人類工程活動等因素綜合判定。分析和查明滑坡變形發(fā)展的趨勢、復活的原因，是開展工程治理的重要前提。

(3)結(jié)合坡體變形發(fā)展的導致因素，根據(jù)其工程地質(zhì)條件、變形破壞模式，開展坡體變形機理分析，是滑坡病害因素詳細分析的重要手段。同時滑坡變形機理分析，是滑坡工程治理的重要前提，是滑坡變形內(nèi)控因素、力學分析及工程治理措施的必要條件。通常大型古滑坡存在多區(qū)、多塊、多層等特點，為滑坡變形規(guī)模的判定提供了理論依據(jù)，為病害整治的工程措施明確了方向。

(4)開展滑坡工程的治理，重點要對其滑坡的變形范圍、深度及規(guī)模進行詳細調(diào)查和分析。綜合現(xiàn)有的工程現(xiàn)場裂縫調(diào)繪、深部變形監(jiān)測、坡體地形地貌分析、工程地質(zhì)分析等措施和方法，是查明大型古滑坡規(guī)模的重要手段，對其工程治理的可行性、可靠性、合理性及經(jīng)濟性分析具有重要意義。

[1]張倬元，王士天，王蘭生．工程地質(zhì)分析原理［M］．北京:地質(zhì)出版社，1994．

[2]徐邦棟．滑坡分析與防治[M]．北京：中國鐵道科學出版社，2001．

[3]王恭先，徐峻嶺，劉光代，等．滑坡學與滑坡防治技術(shù)[M]．北京：中國鐵道科學出版社，2004．

[4]福建省高速公路建設(shè)總指揮部．福建山區(qū)公路邊坡工程建造成套技術(shù)研究[R]．福州：福建省高速公路建設(shè)總指揮部，2010．

[5]馬惠民,王恭先,周德培.山區(qū)高速公路高邊坡病害防治實例.北京：人民交通出版社,2006:104-111.

[6]中華人民共和國行業(yè)標準.JTG D30-2004,公路路基設(shè)計規(guī)范[S].中華人民共和國交通部，2004.

福建交通科技項目（201207）