某牽引式滑坡的形成機(jī)制與處治探究

■徐成光

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

某牽引式滑坡的形成機(jī)制與處治探究

■徐成光

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

以某工程實(shí)地發(fā)生的牽引式土質(zhì)滑坡為例，從滑坡發(fā)展過程及變形破壞特征分析該牽引式土質(zhì)滑坡的形成特性；從地質(zhì)條件、地質(zhì)特征、水文地質(zhì)條件等方面分析該牽引式土質(zhì)滑坡的成因機(jī)理，并進(jìn)行了滑坡坡體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，提出了相應(yīng)的處治建議。

牽引式滑坡因子分析處治措施

1 引言

牽引式滑坡往往是滑坡前緣因侵蝕或人工削坡等原因造成坡面變陡以致坡體失穩(wěn)，在后緣引起裂縫，隨著變形的發(fā)展，后緣以后的斜坡體也產(chǎn)生變形失穩(wěn)，出現(xiàn)新的滑動(dòng)，從而導(dǎo)致滑坡體向后向上發(fā)展，最終形成一個(gè)面積較大且相對(duì)穩(wěn)定的坡面。隨著高速公路的迅速發(fā)展，山區(qū)進(jìn)行的高速公路挖方邊坡中會(huì)遇到大量的牽引式滑坡，本文以某工程的牽引式土質(zhì)滑坡為例進(jìn)行了滑坡成因分析。

2 滑坡概況

該斜坡位于山坡坡麓上，屬剝蝕低山丘陵地貌區(qū)，天然坡度約10°～25°，上陡下緩，山坡上植被較發(fā)育，坡體上多為人工種植果樹，山體較穩(wěn)定。隨著高速公路建設(shè)，坡腳處開挖路基邊坡高度達(dá)25m,而開挖后的坡面未采取有效的防護(hù)措施，受連續(xù)降雨的影響，坡頂開始開裂，出現(xiàn)細(xì)微裂紋，寬度約在1cm；隨著降雨增加，坡積土層底部在開挖坡面上，出現(xiàn)了多個(gè)泉點(diǎn)，坡底水量增加，坡頂裂縫增大甚至局部出現(xiàn)滑塌；在尚未采取坡腳反壓施工等有效防護(hù)及當(dāng)?shù)爻掷m(xù)強(qiáng)降雨的影響下，滑坡往后緣和兩側(cè)發(fā)展，滑坡平面規(guī)模明顯擴(kuò)大，滑坡迅速發(fā)展擴(kuò)大，整個(gè)坡面幾乎全部滑塌。從滑坡發(fā)生、發(fā)展過程看，該滑坡屬于典型的牽引式土質(zhì)滑坡。其發(fā)展過程如圖1～圖4：

圖1 開挖后坡體穩(wěn)定未見滑動(dòng)

圖2 坡頂出現(xiàn)細(xì)微裂紋

圖3 局部出現(xiàn)滑塌

圖4 大面積滑坡

3 滑坡變形破壞特征

滑坡現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的坡體變形特征如下：

（1）坡體后緣（圖5）：裂縫普遍寬度約5～25cm，裂縫延伸范圍一般大于50m，裂縫落距明顯,約1.5m左右，現(xiàn)場(chǎng)存在錯(cuò)斷面。

（2）坡面（圖6、7）：在坡體土體的飽水作用后，自重增加，加上高速公路開挖形成臨空面，坡體應(yīng)力狀態(tài)改變，產(chǎn)生不穩(wěn)定的變形，坡面產(chǎn)生滑塌。出現(xiàn)局部的錯(cuò)斷，坡面可見較多的隆起裂縫，也給土體提供了臨空面及滲水途徑。

（3）坡腳前緣（圖8、9）：坡體前緣剪出破壞，剪出口產(chǎn)狀：45°∠12°，經(jīng)回填反壓加固處理后，坡體暫時(shí)穩(wěn)定。

（4）滑動(dòng)面：坡體前緣破壞處可見滑動(dòng)面滑痕（如圖10）。

(5)鉆孔巖芯：鉆孔顯示9.0～10.5m間巖芯為坡積粉質(zhì)粘土，灰黃色、灰色，飽和，軟-可塑，以粘粉粒為主，粘性一般，手捏粘手，質(zhì)軟，滑，濕時(shí)刀切面平整光滑，為滑動(dòng)帶土。76g錐液限ωL=60.4%，為高液限土；反復(fù)直剪殘余強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值黏聚力c=18.9kPa、內(nèi)摩擦角φ=10.5°（如圖11）。

圖5 后緣拉裂隙

圖6 坡體側(cè)壁裂縫

圖7 坡體后壁陡坎

圖8 坡體前緣剪出口

圖9 前緣反壓加固

圖10 滑動(dòng)帶土滑痕

圖11 鉆孔9.0～10.5m間滑動(dòng)帶土

3 滑坡成因分析

牽引式滑坡一般發(fā)生在斷裂帶、堆積層、風(fēng)化帶及巖土體的軟弱夾層所組成的斜坡地帶，自下而上發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大。從總體上來(lái)看，影響該滑坡的成因有以下幾個(gè)因素：

3.1 地質(zhì)構(gòu)造因素

（1）火山作用與火山巖相

滑坡場(chǎng)址區(qū)處于多座火山中心附近，其正北方向約6km處有一火山口，為該火山的空落相區(qū)域；西南方向約2.5km處有一處火山噴發(fā)中心，為該火山的碎屑流相、空落相區(qū)域；南方約6km處有一破火山中心，為該火山的空落相區(qū)域；正東方向約1.7km處有一錐狀火山中心，火山通道相、噴溢相區(qū)域。多座火山交互作用形成了該區(qū)域火山灰、熔巖流交互沉積復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，場(chǎng)區(qū)內(nèi)因火山灰形成的沉凝灰?guī)r相對(duì)熔巖流沉積形成的熔結(jié)凝灰?guī)r易風(fēng)化。再經(jīng)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層地質(zhì)構(gòu)造條件異常復(fù)雜

（2）斷裂構(gòu)造作用

場(chǎng)區(qū)發(fā)現(xiàn)發(fā)育有F201A、F201B、F201C三條構(gòu)造帶，對(duì)滑坡區(qū)域產(chǎn)生較大影響，其交互作用致使場(chǎng)區(qū)差異風(fēng)化強(qiáng)烈，發(fā)育多條風(fēng)化凹槽。風(fēng)化凹槽內(nèi)，地下水相對(duì)豐富，是誘發(fā)滑坡重要因素。

3.2 巖土結(jié)構(gòu)特征［1］

按坡體至上而下、從外到內(nèi)的巖土各結(jié)構(gòu)層的構(gòu)成進(jìn)行分析:

（1）坡積含碎石粉質(zhì)粘土：呈灰黑色、灰黃色等色雜，可塑-硬塑狀，很濕，以粘粉粒為主，粘性一般，表層50cm左右為耕植土，含多量植物根系，局部段落為坡積碎石土，碎石塊徑在3～7cm間，呈次棱角狀，母巖為凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r，碎塊間充填物為粉質(zhì)粘土，坡積成因，廣泛分布，厚度約0.7～14.0m間，層底埋深在0.7～14.0m間。

（2）殘積粘性土：灰黃色，可塑-硬塑狀，很濕，主要由粘性土組成，干強(qiáng)度中等，韌性中等，遇水易軟化，粘性一般，手捏易碎，其厚度約1.6～6.7m，層底埋深在2.9～13.4m間。

（3）全風(fēng)化凝灰?guī)r：灰黃色、灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)及構(gòu)造尚可分辨，原巖礦物已風(fēng)化成次生粘土礦物，巖芯呈粘土狀，含水量較大，手搓易散，遇水易軟化、崩解，相對(duì)于其它巖性的全、強(qiáng)風(fēng)化巖層，該風(fēng)化層強(qiáng)度相對(duì)較低，常呈夾層狀穿插于其他強(qiáng)風(fēng)化層間。錨索摩阻力小，建議設(shè)計(jì)時(shí)予以注意。該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.05～16.9m間，層底埋深在0.8～33.3m間。

（4）砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r：灰黃色、灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)及構(gòu)造可分辨，原巖礦物已部分風(fēng)化成次生粘土礦物，巖芯呈粘土狀，含水量較大，手搓易散，遇水易軟化、崩解，該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.5～12.9m間，層底埋深在6.5～38.0m間。

（5）全風(fēng)化含礫凝灰?guī)r：灰黃色、灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)及構(gòu)造已破壞，原巖礦物已風(fēng)化成次生粘土礦物，巖芯呈砂土狀?yuàn)A礫石，手搓易散，遇水易軟化、崩解，局部見熔結(jié)凝灰?guī)r塊石，為差異風(fēng)化所致，其粒徑一般在2cm左右，個(gè)別大于8cm，多呈次棱角狀，該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.3～13.7m間，層底埋深在4.3～24.5m間。

（6）砂土狀強(qiáng)風(fēng)化含礫凝灰?guī)r：灰黃色、灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)及構(gòu)造尚可分辨，原巖礦物已基本風(fēng)化成次生粘土礦物，巖芯呈砂土狀?yuàn)A礫石，手搓易散，遇水易軟化、崩解，局部見凝灰?guī)r塊石，為差異風(fēng)化所致，其粒徑在一般在2cm左右，個(gè)別達(dá)8cm，多呈次棱角狀，該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.3～10.4m間，層底埋深在12～35.6m間。

（7）碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r：灰黃色、褐黃色夾青色，熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體極破碎，風(fēng)化不均，巖芯一般呈碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化局部夾砂包土狀及中-微風(fēng)化巖塊，塊徑在3～9cm間為主，大部分碎塊手折可斷，暗色礦物風(fēng)化強(qiáng)烈，斜長(zhǎng)石及黑云母已部分粘土化，風(fēng)化顯著，但有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；該地層鉆探采取率較低約30%，利用合金鉆頭鉆進(jìn)困難，改用金剛石鉆頭，鉆進(jìn)過程中拔鉆聲明顯，鉆進(jìn)較慢，局部段落偶見鉆進(jìn)進(jìn)尺稍有變快現(xiàn)象.該地層廣泛分布，鉆孔揭示厚度在0.5～24.6m間。

（8）中-微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r：青灰色，巖質(zhì)新鮮，巖芯一般呈柱狀，局部夾碎塊狀，塊徑在3～6cm間，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆，回彈較強(qiáng)，不易擊碎，飽和抗壓強(qiáng)度大于30MPa，節(jié)理裂隙較發(fā)育，TCR=75%～95%，RQD=50%～85%，廣泛分布，鉆孔揭示厚度在15.0m以上。

坡積含碎石粉質(zhì)粘土、殘積粘性土、全風(fēng)化凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r及砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r等均為高液限土，土體飽和后抗剪強(qiáng)度迅速降低。其相應(yīng)剪切實(shí)驗(yàn)指標(biāo)如下表。

表1 土層室內(nèi)試驗(yàn)成果表

3.3 水文地質(zhì)條件

地下水主要為坡殘積層、風(fēng)化層孔隙水，水位高度受降水影響大，2011～2015年期間穩(wěn)定水位范圍在2.3～15.56m間。地下水主要沿地勢(shì)自然排泄，土石界面等排水隔水層面及連通裂隙面等處形成集中排泄通道。持續(xù)強(qiáng)降雨期間，雨水量較豐富，開挖后的邊坡坡腳附近泉眼有明顯的地下水滲出，地下水水位受地形影響，急速抬高，變化幅度大于8.0m。坡體上崩落的土體潮濕，降水過后，坡底處可見地下水溢出。

從鉆探成果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況看，場(chǎng)地位于一小山坳中，有利于降水的入滲和地下水的相對(duì)匯集。坡積含碎石粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化巖層透水性相對(duì)較好，降水后形成地下弱含水層，且山坡自然地形上陡下緩，邊坡開挖后地下水潛能作用強(qiáng)，水動(dòng)力作用明顯。所以持續(xù)強(qiáng)降雨工況下，場(chǎng)地地下水不但使坡體巖土體飽水增重，軟化巖土強(qiáng)度，且地下水動(dòng)力作用和潛能作用下，部分因不均勻風(fēng)化作用形成的透鏡狀強(qiáng)風(fēng)化巖體為承壓含水層，對(duì)上覆土體具浮托作用。毫無(wú)疑問，持續(xù)降雨下，地下水的作用是本路段滑坡形成的重要因素。

3.4 工程因素

邊坡開挖施工前山體及附近范圍均未有滑坡發(fā)生，局部因人工種植或建房開挖形成陡坎有小溜塌，天然邊坡整體穩(wěn)定。施工開挖改變了原有山體的應(yīng)力平衡。

3.5 大氣降水因素

持續(xù)集中降水使土體迅速飽水，導(dǎo)致土體自重增加，抗剪強(qiáng)度降低，誘發(fā)土體變形滑動(dòng)。結(jié)合巖土結(jié)構(gòu)分析，坡積土層下部大多含有30～50%碎石，透水性較好，而其下部的殘積土層和全風(fēng)化巖層透水性明顯較差，導(dǎo)致降水后坡積土層底面滲流作用強(qiáng)，實(shí)際流速大，沖刷力強(qiáng)，動(dòng)水壓力大。由于邊坡開挖，坡積土層直接暴露在開挖坡面上，持續(xù)降雨后，地下水徑流加快，流速增大，動(dòng)水壓力增大，同時(shí)伴有接觸流土作用，坡積土層底面產(chǎn)生“水膜”效應(yīng)，導(dǎo)致摩擦系數(shù)明顯降低，從而導(dǎo)致了近開挖坡面的坡積土層下滑，未采用防護(hù)措施前在已滑土體的牽引作用和持續(xù)降雨的作用下，滑坡往兩側(cè)和后緣發(fā)展。雖采取了回填反壓措施，因反壓方量有限，加之期間暴雨持續(xù)，滑坡體進(jìn)一步擴(kuò)大。

綜合以上五點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，持續(xù)強(qiáng)降雨及坡體長(zhǎng)期飽水使土體軟化是引起坡體變形的主控因子。

4 坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、測(cè)繪，滑坡體所反應(yīng)的宏觀變形跡象已明顯，坡體前緣裂縫及后緣拉張裂縫明顯，坡頂?shù)牧芽p未封閉及坡面的排水系統(tǒng)未完善，為地下水的入滲提供通道，前緣局部段落雖采取了回填反壓措施，但仍未能有效阻止坡體的下滑，可能會(huì)牽引后方發(fā)生更大規(guī)模滑塌，對(duì)高速公路建設(shè)會(huì)造成直接威脅。

5 處治措施的建議[3]

該滑坡體場(chǎng)區(qū)屬于丘陵坡地地貌，地層以殘坡積土及凝灰?guī)r風(fēng)化層為主，天然邊坡基本穩(wěn)定。因工程施工需要開挖形成臨空面，并在多次降水影響下，逐步發(fā)展形成較大規(guī)模的土質(zhì)順層牽引式滑坡。根據(jù)該坡體變形的原因，建議采取措施如下：

（1）該邊坡路段受構(gòu)造作用、不均勻風(fēng)化影響，地質(zhì)條件變化大，建議采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工的原則進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工；并根據(jù)滑坡體的分布，計(jì)算采用相應(yīng)的加固治理措施。

（2）建議主要采取引排疏干地表水與地下水的措施（對(duì)坡面應(yīng)整平夯實(shí)，粘土夯填裂縫，使地表水盡快歸溝，防止或減少地表水下滲；采用集水井與水平鉆孔聯(lián)合排水的方式進(jìn)行深層排水）。

（3）現(xiàn)場(chǎng)需加強(qiáng)開挖坡面的巖土觀測(cè)，錨孔施工地質(zhì)記錄和施工中抗滑樁樁側(cè)、樁底巖土觀測(cè)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的地質(zhì)條件變化特征，及時(shí)調(diào)整開挖方式和設(shè)計(jì)支護(hù)加固措施。當(dāng)采用錨固時(shí)，錨索宜進(jìn)入碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖體中；當(dāng)采用抗滑樁時(shí)，抗滑樁持力層應(yīng)穿透軟弱風(fēng)化層或斷裂帶，進(jìn)入穩(wěn)定完整的中、微風(fēng)化巖層。

（4）施工中需加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測(cè)（含地表和深部）和錨索、抗滑樁的內(nèi)力監(jiān)測(cè)，若監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示變形或內(nèi)力超過規(guī)范允許值時(shí)，應(yīng)調(diào)整邊坡支護(hù)措施。在施工期間和建成后對(duì)整個(gè)坡體進(jìn)行長(zhǎng)期人工及儀器的變形觀測(cè)，及時(shí)了解施工及雨水對(duì)坡體的影響和變形的發(fā)展趨勢(shì)，保證施工安全。

6 總結(jié)

牽引式滑坡是地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、人為因素及大氣降水等各種因素共同作用的結(jié)果，其中持續(xù)強(qiáng)降雨及坡體長(zhǎng)期飽水使土體軟化是引起坡體變形的主控因子。對(duì)于地質(zhì)條件較差、雨水豐富的地區(qū)，要加強(qiáng)前期地質(zhì)勘察，認(rèn)真分析與總結(jié)，開挖前及開挖過程中及時(shí)做好各項(xiàng)預(yù)防措施，有效避免或降低滑坡帶來(lái)的危害。

[1]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范（2009版）[S].

[2]GB 50330-2013,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3]DZ/T0219-2006,滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].