基于坡體變形特征分析的大型古滑坡體的層級(jí)和區(qū)塊研究

■曾俊鋮

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司，福州 350001）

隨著我國(guó)山區(qū)高速公路建設(shè)的大力發(fā)展，大型古滑坡對(duì)高速公路的影響越來(lái)顯著，其中部分古滑坡由于工程建設(shè)致使其復(fù)活發(fā)展，且體量大，需采取大量工程措施進(jìn)行治理[1-4]。大型古滑坡具有地質(zhì)條件復(fù)雜、破壞規(guī)模較大、穩(wěn)定影響因素多等特點(diǎn)[5]，對(duì)古滑坡的性質(zhì)分析，需分析其坡體變形情況，主要包括滑坡地表裂縫變形、滑坡體深部位移變形，從而判定滑坡體的分層、分區(qū)和分區(qū)、分塊狀況等，以利于更準(zhǔn)確性開(kāi)展穩(wěn)定性分析和工程綜合治理措施的設(shè)計(jì)。目前，滑坡體的分層、分級(jí)較為常見(jiàn)[6-7]，但對(duì)滑坡體分區(qū)、分塊的研究較少。

為有效判斷和掌握古滑坡體的變形、發(fā)展趨勢(shì)、穩(wěn)定性等，本文依托寧德市境高速公路建設(shè)過(guò)程中發(fā)育的飛鸞大型古滑坡復(fù)活的工程治理，結(jié)合滑坡體的地形、地貌、地質(zhì)、水文等，分析滑坡體地表裂縫的分布位置、變形大小、裂縫形式以及滑坡體深部位移監(jiān)測(cè)量值大小、變形曲線形狀等，研究大型古滑坡體的分層、分級(jí)和分區(qū)、分塊方法，以提高工程病害定性定量分析和工程措施方案確定的準(zhǔn)確性。

1 飛鸞大型古滑坡概況

飛鸞大型古滑坡體位于沈海復(fù)線寧連高速公路 （寧德境）飛鸞樞紐互通I匝道SK9+630～I(xiàn)K0+313.5段。因高速公路建設(shè)需要，開(kāi)挖老沈海高速公路右側(cè)山體形成I匝道，I匝道坡頂上方有國(guó)道G104（見(jiàn)圖1）。原設(shè)計(jì)該段邊坡最高約 15m，第一級(jí)坡率 1∶1.0，第二級(jí)坡率 1∶1.25，采用普通植草防護(hù)。因路塹邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)，改變和破壞了古滑坡體的平衡與穩(wěn)定，促使處于基本穩(wěn)定狀態(tài)的古滑坡體復(fù)活變形，滑坡體橫寬約300m，縱長(zhǎng)約300～350m，平均厚度約20m，總體積約200萬(wàn)m3，是一個(gè)大型的山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)該滑坡區(qū)域內(nèi)分布有沈海高速、沈海復(fù)線兩條高速公路以及G104國(guó)道，為沿海南北交通的大動(dòng)脈，該滑坡若發(fā)生古滑坡的整體復(fù)活，將嚴(yán)重危害和威脅公路暢通和交通安全，對(duì)該滑坡的分析與工程治理尤為重要。

圖1 滑坡體場(chǎng)區(qū)全貌

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

滑坡場(chǎng)區(qū)為剝蝕丘陵地貌，天然坡度約15～25°，植被較發(fā)育。該滑坡場(chǎng)區(qū)地形地貌具有典型古滑坡特征[8]（見(jiàn)圖2），場(chǎng)區(qū)整體地形呈圈椅狀，上部地形陡峻，中部變緩局部呈緩平臺(tái)，下部地形較緩；滑坡場(chǎng)區(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（滑舌）呈外凸?fàn)睿⒀由熘梁Ｆ矫?；坡體上見(jiàn)有大量孤、滾石出露。

圖2 典型古滑坡特征

2.2 地層巖性

滑坡場(chǎng)區(qū)坡體地層主要為殘坡積土和燕山晚期侵入花崗巖。坡體巖體主要為坡積粘土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖等，局部段落存在碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，且相對(duì)較薄。古滑帶位于砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層底面，埋深約為33.3m，巖性呈黑色，帶內(nèi)巖芯呈礫石狀，鐵錳化強(qiáng)烈，巖質(zhì)松散，手掰易碎，含少量腐植物。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及氣象水文

滑坡場(chǎng)區(qū)內(nèi)未見(jiàn)區(qū)域斷裂構(gòu)造帶或活動(dòng)性斷層，但場(chǎng)區(qū)巖土層均勻性差，巖性接觸帶處巖體破碎且風(fēng)化較強(qiáng)?；聢?chǎng)區(qū)地下水主要為坡殘積風(fēng)化層孔隙水和基巖裂隙水，水量較為豐富。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(bǔ)給，順地形排泄；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(duì)富水。

3 坡體變形分析

3.1 高速公路邊坡變形

高速公路邊坡?lián)跬翂K0+100往大里程方向，多片擋墻伸縮縫處出現(xiàn)張拉裂縫，呈發(fā)展趨勢(shì)；坡腳水泥硬化平臺(tái)及混凝土澆筑的邊溝出現(xiàn)裂縫，并延伸至道路路面；匝道K9+630～I(xiàn)K0+050段，沈海高速公路路面出現(xiàn)四道橫向裂縫。本裂縫主要位于滑坡前緣，裂縫呈推移擠壓變形特征。

3.2 國(guó)道G104路面及邊溝變形

國(guó)道G104外側(cè)硬路肩位置出現(xiàn)開(kāi)裂下沉，外側(cè)水溝溝底開(kāi)裂，局部邊溝傾斜，主要體現(xiàn)為前部路塹邊坡塌方下沉裂縫；國(guó)道G104往寧德側(cè)右幅水泥路面中部出現(xiàn)縱向裂縫，延伸約15m；坡頂小廟周邊的水泥地面出現(xiàn)多道裂縫，本區(qū)域裂縫主要位于滑坡前部，表現(xiàn)為前部擠壓開(kāi)裂特征。

3.3 地表與建筑變形

滑坡場(chǎng)區(qū)踏勘，坡體上部山體局部區(qū)域發(fā)生坡體變形裂縫。山體上部墳?zāi)钩霈F(xiàn)明顯張拉裂縫；坡體中部、國(guó)道下部的房屋及育苗場(chǎng)出現(xiàn)多道變形裂縫。該裂縫分布廣，位于滑坡中部區(qū)域，主要體現(xiàn)為滑坡變形構(gòu)筑物反射裂縫。

3.4 深部位移變形

為查明本滑坡內(nèi)部變形情況，結(jié)合滑坡地形地貌特點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面如圖3所示。

（1） 1-1 監(jiān)測(cè)斷面， 監(jiān)測(cè)孔 ZK6、ZK7、ZK8、ZK11、ZK13、ZK14有明顯變形反映。ZK6位于滑坡前部，明顯變形深度約19m；ZK7、ZK11位于滑坡中部，明顯變形深度約26m；ZK13、ZK14位于滑坡中后部，明顯變形深度約18m。根據(jù)各監(jiān)測(cè)孔變形示意圖及推測(cè)滑動(dòng)面如圖4所示。

（2）2-2監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)孔ZK16、ZK17有明顯變形反映。ZK17位于滑坡中部，明顯變形深度約25m；ZK16位于滑坡中后部，明顯變形深度約16m。根據(jù)各監(jiān)測(cè)孔變形推測(cè)滑坡滑動(dòng)面情況，如圖5所示。

（3）3-3監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)孔ZK10、ZK9有明顯變形反映。ZK10位于滑坡前部，明顯變形深度約30m；ZK9位于滑坡中部，明顯變形深度約26m。根據(jù)各監(jiān)測(cè)孔變形推測(cè)滑坡滑動(dòng)面情況，如圖6所示。

4 滑坡體的層級(jí)和區(qū)塊分析

4.1 滑坡體層級(jí)、區(qū)塊分析基本原則

大型古滑坡一般體量較大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，已有滑動(dòng)面和潛在滑動(dòng)面多，治理費(fèi)用高，為使滑坡工程的解決方案更具體性、針對(duì)性、有效性，對(duì)該類(lèi)滑坡體的性狀分析，需采用分層、分級(jí)、分區(qū)、分塊的方法進(jìn)行綜合分析，可依據(jù)以下基本原則：

（1）利用微地形地貌判識(shí)。主要以微地形陡坎、溝槽、坡體平臺(tái)、坡體和前緣凸出部位等位置的分布情況進(jìn)行判識(shí)。通常此類(lèi)位置為古滑坡變形的界面，據(jù)此推測(cè)可能變形復(fù)活發(fā)生的位置，或變形周界可能的位置、后緣、側(cè)界與出口，進(jìn)一步可判識(shí)滑體的區(qū)、塊分布特點(diǎn)。

圖3 滑坡場(chǎng)區(qū)監(jiān)測(cè)孔布置示意圖

圖4 1-1斷面滑坡分層分級(jí)示意圖

（2）利用地表裂縫分布與性狀判識(shí)。滑坡的地表變形裂縫，在滑坡體不同位置其受力不同，產(chǎn)生的裂縫特征與形狀等特征不同[9]，以此判識(shí)滑坡的周界、范圍與塊體分布，再結(jié)合其深部位移變形曲線、地形地貌等特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可對(duì)滑坡塊體的分區(qū)、分塊進(jìn)行判識(shí)。

（3）利用深部位移監(jiān)測(cè)曲線特征判識(shí)。依據(jù)深部位移監(jiān)測(cè)曲線的變形樣式判斷坡體的變形穩(wěn)定狀態(tài)、變形深度及滑坡變形階段[10-11]，利用變形曲線拐點(diǎn)及其樣式特征，判斷坡體變形的趨勢(shì)及位移發(fā)展情況[12]，以此綜合分析推測(cè)滑動(dòng)面的具體深度和分層、分級(jí)等特點(diǎn)。

（4）利用滑坡體的古滑帶、軟弱夾層及地層風(fēng)化界面判識(shí)。滑坡的古滑帶、軟弱夾層為坡體易滑地層，坡體的地層風(fēng)化界面由于力學(xué)性質(zhì)差異致使坡體易沿此界面變形發(fā)展或牽引發(fā)展形成滑動(dòng)面[13]。在工程治理中，通常深層的地層分化界面為滑坡潛在滑動(dòng)面，作為工程防控的控制性滑動(dòng)面。

4.2 滑動(dòng)面層級(jí)分析

現(xiàn)以坡體深部位移監(jiān)測(cè)斷面1-1為例，結(jié)合地表及深部位移監(jiān)測(cè)開(kāi)展坡體滑動(dòng)面分層分級(jí)分析。

圖5 2-2斷面滑坡分層分級(jí)示意圖

圖6 3-3斷面滑坡分層分級(jí)示意圖

（1）局部變形滑動(dòng)面分析。根據(jù)高速路塹邊坡塌方及國(guó)道變形開(kāi)裂情況，分析滑坡前部局部存在2級(jí)的變形滑動(dòng)面，其推測(cè)為局部淺層滑動(dòng)面1和局部淺層滑動(dòng)面2，如圖4中局滑1、局滑2所示。

（2）滑坡上層多級(jí)滑動(dòng)面分析。高速公路左側(cè)為濱海灘涂，下覆坡積粘土，推測(cè)本滑坡前緣剪出口位于本區(qū)域；深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測(cè)孔ZK06、ZK07、ZK08監(jiān)測(cè)變形曲線的明顯變形較深，位于原古滑帶附近，分析其變形曲線特征及其對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)結(jié)合地表構(gòu)造物開(kāi)裂和局部微地貌，分析推測(cè)其滑坡前部的上層第1處滑動(dòng)面如圖4中上滑1所示；依此分析，結(jié)合監(jiān)測(cè)孔ZK11、ZK13監(jiān)測(cè)變形曲線特征，分析推測(cè)其滑坡前部的上層第2處滑動(dòng)面如圖4中上滑2所示；結(jié)合監(jiān)測(cè)孔ZK14監(jiān)測(cè)變形曲線特征，及坡體地形地貌，分析推測(cè)其滑坡前部的上層第3處滑動(dòng)面如圖4中上滑3所示。

（3）滑坡下層多級(jí)滑動(dòng)面分析。本古滑坡其砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層與碎塊狀地層、中分化地層的風(fēng)化界面為深層牽引變形發(fā)展的潛在滑動(dòng)面，如圖4所示。深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測(cè)孔ZK07、ZK13監(jiān)測(cè)變形曲線的深層存在小量值變形反映，其深度位于坡體砂土狀強(qiáng)風(fēng)化與碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化界面處。結(jié)合坡體地形地貌，監(jiān)測(cè)孔ZK14后部存在一處明顯陡坎，其滑坡頂部監(jiān)測(cè)孔ZK23存在明顯變形反映，分析本滑坡深層存在潛在滑動(dòng)面，可分為2級(jí)滑動(dòng)面，分別為深層滑動(dòng)面1和深層滑動(dòng)面2，如圖4中下滑1、下滑2所示。

依據(jù)以上滑動(dòng)面分層、分級(jí)原則與思路，分別分析其2、3監(jiān)測(cè)斷面滑動(dòng)面分布情況如圖5、圖6所示。

4.3 滑坡體區(qū)塊分析

綜合本滑坡場(chǎng)區(qū)的微地形地貌及其工程地質(zhì)和地下水等條件，該大型古滑坡體具有多級(jí)多塊的滑移特點(diǎn)與形態(tài)特征。通過(guò)對(duì)其各典型滑動(dòng)面分層、分級(jí)的推測(cè)與分析，并結(jié)合坡體地形地貌及工程地質(zhì)條件等，本滑坡分區(qū)、分塊（圖7所示）具體如下：

圖7 滑坡分區(qū)分塊示意圖

（1）滑坡整體自下而上大致可以分為三個(gè)大區(qū)域（I、II、III區(qū)）和三個(gè)獨(dú)立局部變形區(qū)域（A、B、C 區(qū)）。

（2）I區(qū)為滑坡主體部分，主要集中在滑坡的中部及下部區(qū)域。通過(guò)監(jiān)測(cè)變形曲線分析，I區(qū)滑體內(nèi)可再分出2個(gè)獨(dú)立小區(qū)塊，分別為I-1、I-2兩個(gè)滑體塊，主要表現(xiàn)為淺層滑動(dòng)變形；其中I-1滑體塊結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及地表變形反映，可再分為I-1-1、I-1-2兩個(gè)局部滑體塊，主要表現(xiàn)為局部的滑動(dòng)變形特征。

（3）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(cuò)臺(tái)坎地貌，分析其滑坡后緣位于下錯(cuò)臺(tái)坎附近；滑坡右側(cè)界受右側(cè)山脊控制，該山脊為微風(fēng)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。

（4）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?tīng)恳冃尾糠帧?/p>

5 工程治理方案

本滑坡變形規(guī)模較大、變形復(fù)雜，變形滑動(dòng)面深22m，潛在深層滑動(dòng)面深約36m。依據(jù)對(duì)本滑坡典型滑動(dòng)面的分層分級(jí)和變形塊體的分區(qū)分塊分析，明晰了本滑坡各變形塊體的變形深度、范圍、趨勢(shì)及其各滑體的穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)反分析方法計(jì)算分析滑坡各層級(jí)和區(qū)塊的穩(wěn)定系數(shù)，采用極限平衡法對(duì)該滑坡進(jìn)行定量計(jì)算，坡體穩(wěn)定安全系數(shù)按大于1.2控制，1-1斷面考慮兩層滑動(dòng)面，計(jì)算滑坡推力為3000kN；2-2斷面考慮兩層滑動(dòng)面，多級(jí)剪出口，計(jì)算滑坡推力為3000kN；3-3斷面考慮深層控制滑動(dòng)面，多級(jí)剪出口，計(jì)算滑坡推力為2600kN。

結(jié)合本滑坡場(chǎng)區(qū)具體情況，滑坡治理主要工程措施建議以采用預(yù)應(yīng)力抗滑樁支擋加固為主，局部坡體的穩(wěn)定以預(yù)應(yīng)力錨索加固為主，并結(jié)合地表排水、地下排水為輔的綜合工程整治措施。考慮抗滑樁實(shí)施的可行性和工程有效性，設(shè)計(jì)抗滑樁主要布置于國(guó)道104兩側(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜、體量大、穩(wěn)定影響因素多的大型古滑坡，本文依托飛鸞大型古滑坡的工程綜合治理，研究基于坡體變形分析的大型古滑坡體分層分級(jí)、分區(qū)分塊方法與原則。結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)、水文等情況，調(diào)查分析古滑坡體地表裂縫的分布位置、變形大小、裂縫形式以及滑坡體深部位移監(jiān)測(cè)量值大小、變形曲線形狀等，通過(guò)微地形地貌判識(shí)、地表裂縫分布與性狀判識(shí)、深部位移監(jiān)測(cè)曲線特征判識(shí)、滑坡體的古滑帶、軟弱夾層及地層風(fēng)化界面判識(shí)等進(jìn)行大型古滑坡的分層分級(jí)、分區(qū)分塊；在分層分級(jí)、分區(qū)分塊的基礎(chǔ)上，可有效開(kāi)展古滑坡體的整體、區(qū)塊、局部的穩(wěn)定性分析，對(duì)工程病害綜合治理方案的確定提供指導(dǎo)，為大型古滑坡的后續(xù)研究提供有價(jià)值的參考。

[1]廖小平，朱本珍，王建松.路塹邊坡工程理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

[2]祝輝，唐紅梅，李明，等.重慶-貴州高速公路向家坡滑坡穩(wěn)定性分析及防治對(duì)策研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（s1）：2687–2693.

[3]王宏，鐘寧，王志超.重慶奉云高速公路挖斷村滑坡的成因分析與治理措施[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，29（1）：85–89.

[4]趙杰，廖小平.箭豐尾滑坡成因分析與治理措施[J].路基工程，2012（6）：122–126，129.

[5]王恭先.滑坡防治中的關(guān)鍵技術(shù)及其處理方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（21）：3818-3827.

[6]楊濤，周德培，羅陽(yáng)明.考慮層間作用的多層滑坡分析方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（7）：1129–1133.

[7]張均鋒，孟祥躍，朱而千.水位變化引起分層邊坡滑坡的實(shí)驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（16）：2676–2680.

[8]徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

[9]蔡嘉倫，張文君，李元元，等.表面位移規(guī)律的滑坡穩(wěn)定性分析[J].測(cè)繪科學(xué)，2016，41（3）：96-99.

[10]靳曉光，李曉紅，王蘭生，等.滑坡深部位移曲線特征及穩(wěn)定性判識(shí)[J].山地學(xué)報(bào)，2000,18（5）：440-444.

[11]薛濤，王振華，孫萍，等.基于深部位移監(jiān)測(cè)的滑坡形成機(jī)制分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2017，28（1）：53-61.

[12]黃祥談，廖小平，程建軍.基于動(dòng)態(tài)深部位移監(jiān)測(cè)的高速公路路塹邊坡穩(wěn)定性評(píng)估[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010（6）：82-87，90.

[13]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.