福建沿海丘陵山地屋場邊坡穩(wěn)定性研究

潘周展

(福建泉州勘測設(shè)計院有限公司 福建泉州 362000)

0 引言

屋場邊坡可分為人工與自然邊坡，其破壞形式主要有滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害形式。滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害屬于一種自然地質(zhì)現(xiàn)象，但其造成的后果卻是一種社會和經(jīng)濟現(xiàn)象，具有嚴重的災(zāi)害性，它不僅威脅著人類生命安全，而且對財產(chǎn)、資源、環(huán)境等均具有破壞性。無論是從單個地質(zhì)災(zāi)害所造成的危害，還是從區(qū)域性的宏觀角度觀察，其造成的損失巨大，其危害性已成為僅次于地震災(zāi)害的第二大自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計，2000年～2017年期間，在我國各類地質(zhì)災(zāi)害平均每年造成 1000 多人死亡、上百億元的經(jīng)濟財產(chǎn)損失 。

福建境內(nèi)峰嶺聳峙，丘陵連綿，河谷、盆地穿插其間，山地多、平地少，山地、丘陵占陸域面積80%以上，素有“八山一水一分田”之稱。地勢總體上西北高東南低，橫斷面略呈馬鞍形。因受新華夏構(gòu)造的控制，在西部和中部形成北(北)東向斜貫全省的閩西大山帶和閩中大山帶。兩大山帶之間為互不貫通的河谷、盆地，東部沿海為丘陵、臺地和濱海平原。特殊的地形條件限制，民房的修建不允許占用可耕地的土地資源，多依山傍勢而建，在房前屋后均形成一定的邊坡。

1 邊坡特征

屋場邊坡隱患點主要集中分布于丘陵和低山坡麓地區(qū)(高程在200m～800m之間)約占總數(shù)72.0%，而中山(高程大于800m)及河流階地地區(qū)(高程小于200m)則分布相對較少。這主要是由于丘陵和低山坡麓地區(qū)地形坡度相對較緩，殘坡積層和強風(fēng)化層厚度較大，建房切坡及日常農(nóng)作物的種植相對比較容易。因此，該地貌區(qū)人類工程經(jīng)濟活動最為頻繁，導(dǎo)致邊坡隱患點分布最為集中，根據(jù)丘陵山地屋場邊坡隱患點資料進行統(tǒng)計，邊坡發(fā)育特征具有如下特點：

(1)屋場邊坡隱患點的坡高主要集中在8m～13m之間，占總數(shù)的53.3%，表明調(diào)查登記的隱患點中大部分村民房后邊坡開挖高度較高，在8m～13m之間，甚至部分村民削坡開挖高度大于13m。

(2)屋場邊坡隱患點的坡度在45°～60°之間的占總數(shù)的52.0%，坡度在60°～75°之間的次之，占總數(shù)的33.4%，表明調(diào)查登記的隱患點中村民建房削坡坡度大部分比較陡，坡度在60°左右，容易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

(3)屋場邊坡隱患點的坡腳距(山坡坡腳距房屋的距離)小于1m的占總數(shù)的47.5%，坡腳距在1m～3m之間的占總數(shù)的47.3%，表明調(diào)查登記的隱患點中超過90%的村民建房距山坡坡腳較近，距離小于3m，一旦發(fā)生滑坡、崩塌等災(zāi)害，將對房屋造成巨大的危害。

2 地層

福建沿海丘陵山地區(qū)內(nèi)從老至新出露地層有震旦系、石炭系、二迭系、三迭系、侏羅系、白堊系及第四系，侏羅系分布最廣，其中三迭系，巖性以火山巖為主，主要有凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、熔結(jié)角礫巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r、熔巖、安山巖、砂巖、粉砂巖。

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈而頻繁，侵入巖遍布，可分為燕山早期第三階段，晚期第一階段及喜山早晚期共四期10次侵入，有大小巖體，以酸、中酸性巖為主。其規(guī)模以燕山早期第二次侵入為最大，巖性以黑云母花崗巖為主。

(1)塊狀堅硬花崗巖組(γ)：包括喜山、燕山期各次侵入巖及晚侏羅世次火山巖，以黑云母花崗巖為主，鉀長花崗巖次之。中低山地區(qū)巖石風(fēng)化程度較低，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，呈巨厚層狀，整體性強度高(巖石力學(xué)強度較高，屬堅硬巖石，單軸抗壓強度80MPa～120MPa)，巖體穩(wěn)定，但在構(gòu)造影響劇烈的斷層破碎帶，巖石完整性遭到極大破壞，穩(wěn)定性差，易引起規(guī)模較大的巖體失穩(wěn)；丘陵地區(qū)地表沖溝、崩崗發(fā)育，表層巖石風(fēng)化強烈，呈全風(fēng)化-強風(fēng)化狀態(tài)，風(fēng)化層厚度一般15m～20m，局部地段大于30m，砂粒含量較大，中等壓縮性，力學(xué)強度較低，抗剪切能力差，屬軟巖、極軟巖，地基容許承載力[σ]一般為300kPa～400kPa，邊坡開挖后自穩(wěn)能力差，降雨易產(chǎn)生崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

(2)塊狀堅硬火山巖組(J)：主要由上侏羅統(tǒng)南園組組成，主要巖性為灰色英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r。中低山地區(qū)巖石風(fēng)化程度較低，巖石整體較完整，只有少量貫穿性較好的節(jié)理裂隙，整體強度較高，結(jié)構(gòu)互相牽制，巖體基本穩(wěn)定；丘陵及山間凹地邊緣，表層巖石風(fēng)化強烈，呈全風(fēng)化-強風(fēng)化狀態(tài)，風(fēng)化層厚度一般在5m～10m，局部地段大于15m。該風(fēng)化殘積物粘粒含量較大，遇水易軟化，呈軟塑-流塑狀，力學(xué)強度低，抗剪切能力差，屬極軟巖，邊坡開挖后自穩(wěn)能力差，降雨易產(chǎn)生崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

(3)中厚層具泥化夾層較軟砂巖、粉砂巖組(P+T)：沿海地帶分布范圍極小，主要巖性有礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖。巖石風(fēng)化差異較大，泥巖、頁巖易風(fēng)化崩解，力學(xué)強度較低，屬軟質(zhì)巖石；礫巖、砂巖抗風(fēng)化能力較強，力學(xué)強度較高，屬堅硬巖石。總體巖石抗風(fēng)化能力較差，強風(fēng)化厚度一般2m～8m，局部在10m左右。該巖組具有層理、節(jié)理結(jié)構(gòu)面，巖層軟硬相間，常有層間錯動面，其變形及強度特征受層面及巖層組合控制[1]，穩(wěn)定性較差。

(4)片狀較軟云母石英片巖組(Z)：包括震旦系上統(tǒng)-下古生界及龍北溪組，巖性為石英片巖、變粒巖等。該巖組具有層理、片理結(jié)構(gòu)面，其變形及強度特征受層面及巖層組合控制，穩(wěn)定性較差。變粒巖易風(fēng)化，風(fēng)化厚度5m～10m，局部達15m以上，力學(xué)強度低，抗剪切能力差，屬軟巖、極軟巖，邊坡開挖后自穩(wěn)能力差，降雨易產(chǎn)生崩塌、滑坡[2]等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3 水文地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地下水受地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造等條件制約，依據(jù)地下水的賦存條件、水力特征及水理性質(zhì)，可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。

(1)松散巖類孔隙水：為沖洪積層中的地下水，分布于湖頭、城關(guān)、官橋等地的山間盆地中。地下水主要賦存于泥質(zhì)砂礫石或砂礫卵石中，單井涌水量20～70m3/d，位于河床一級階地、河漫灘中的孔隙水，由于地勢平緩，無論地表水或地下水逕流速度都大大減慢，易于匯集，其富水性中等-豐富。

(2)基巖裂隙水：廣泛分布于區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖、碎屑巖和巖漿巖地區(qū)。地下水賦存于構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙中，水力性質(zhì)以承壓水為主，地下水逕流模數(shù)一般為3～6L/s·km2，泉流量常見值0.12～1.0 L/s，富水性極不均勻，局部構(gòu)造帶處富水性較好。此類地下水富水性受裂隙發(fā)育和巖石風(fēng)化程度制約，在裂隙發(fā)育、巖石破碎、風(fēng)化層厚的地段，地下水富水性強，反之則弱。丘陵地區(qū)花崗巖風(fēng)化厚度較大，強風(fēng)化厚度達10m～20m，地下水賦存條件各地差異較大，水量貧乏-中等，地下水水位埋深與地形起伏基本一致，一般為5m～10m。

(3)地下水補給、逕流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水因所處地形、地貌及地質(zhì)構(gòu)造部位的不同，其地下水補給、逕流、排泄條件亦有所差異。

松散巖孔隙水：該類地下水主要接受大氣降水垂向補給，洪水期間河水反向補給，靠山坡地帶亦接受基巖裂隙水側(cè)向補給，最終就近向河流排泄，具有逕流強度大，逕流途徑短的特點。

基巖裂隙水：主要接受大氣降水垂向補給，就地逕流為主，逕流途徑一般自坡上向坡下，并在坡麓地帶或坡腳處以泉的形式向外排泄于河溝中，或者側(cè)向補給第四系松散堆積層孔隙中，由于受季節(jié)影響明顯，并且逕流途徑短，流徑坡降大，往往在逕流過程中潛蝕潤滑表部松散覆蓋層和蓋層與基巖接觸面，降低覆蓋層抗剪能力和接觸面磨擦力，不利于斜坡穩(wěn)定。

4 穩(wěn)定性影響因素分析

4.1 大氣降雨

大氣降雨尤其是長時間的強降雨是誘發(fā)邊坡滑動的最主要因素之一，它對邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在：

降雨除產(chǎn)生坡面逕流外，有相當部分滲入到坡體中，如果大量雨水入滲坡體中，就直接加大了邊坡巖土體的重量，增加了下滑力，同時降低邊坡巖土體的力學(xué)強度，降低了巖土體的抗滑力，誘發(fā)邊坡產(chǎn)生滑坡、崩塌[3]。

如果邊坡巖土層中存在隔水層，如土層與強中風(fēng)化巖層的交界面，且隔水層呈不利邊坡穩(wěn)定的傾向，當降雨滲透到隔水層頂面時，將容易在該處大量聚集，并使該處的巖土體軟化甚至泥化，大大降低了該處的抗滑力，容易沿交界面形成滑面或滑帶，產(chǎn)生滑坡。

還有坡體裂隙中的地下水將對坡體產(chǎn)生靜水壓力，不利于邊坡的穩(wěn)定；坡體中的孔隙水壓力增加將降低有效應(yīng)力，使滑帶抗滑力降低；邊坡部分或大部分巖土體飽水后，地下水將對坡體產(chǎn)生浮力，降低邊坡對滑床的正應(yīng)力，降低滑面抗滑力等因素都是降雨對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響的表現(xiàn)。

4.2 坡腳開挖及坡頂加載

福建東南沿海地區(qū)的丘陵山區(qū)，具有山多地少、人口密度大等特征。傳統(tǒng)民居的特點是“大厝起”，即后面四房一廳，前面為二廂房及天井，建房場地一般以削坡開挖及回填相結(jié)合，房屋一般寬15m～20m，長12m～15m，房后開挖邊坡高10m～15m，坡度50°～70°，坡腳距一般為1m～2m。近期新蓋的房屋，雖然房屋結(jié)構(gòu)采用磚混結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)，但由于地形及場地限制，建房場地主要仍采用削坡開挖及回填相結(jié)合的方法,如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)民房平面及剖面示意圖

開挖坡腳這種工程行為的結(jié)果是挖去了原有坡體的支撐部分，使抗力減少，破壞了山體原有的平衡，容易誘發(fā)滑坡或崩塌。同樣在斜坡上加載則是增大了潛在滑體的下滑力，破壞了坡體原有平衡，導(dǎo)致滑坡崩塌的產(chǎn)生。由于村民缺少地質(zhì)災(zāi)害防治常識及受資金短缺等影響，一般邊坡開挖后均未設(shè)置擋土墻或截排水溝等防治措施，在暴雨或強降雨的影響下極易產(chǎn)生滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，嚴重威脅邊坡下方居民的生命財產(chǎn)安全。

4.3 農(nóng)作物種植

農(nóng)作物種植開發(fā)有利有弊。有利的方面主要表現(xiàn)為農(nóng)作物種植開發(fā)增加了村民的收入，使村民有經(jīng)濟能力主動投資治理地質(zhì)災(zāi)害。也使山坡部分水田變?yōu)楹档?，減少了一些山坡由于水田滲漏造成的地質(zhì)災(zāi)害。

不利的方面主要表現(xiàn)為：農(nóng)作物種植開發(fā)使村民富裕起來，導(dǎo)致村民在山坡地上違規(guī)建房事件屢禁不止，造成了大量新的屋場邊坡隱患點。農(nóng)作物種植開發(fā)不僅使農(nóng)田變成了果園、菜園，而且丘陵山坡也變成了果園，甚至一些中低山除了巖石突兀的山坡外都變成了果園，居民的房前屋后空地都變成了果園。過度開發(fā)破壞了原始森林植被，加上管理時不斷松動地表土，有利于地表水下滲，改變了地表水流向，改變了地下水動力條件，破壞了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，從而誘發(fā)大量山體滑坡和泥石流，對村民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴重威脅。

4.4 水渠滲漏

水渠滲漏的影響與降雨類似，農(nóng)業(yè)灌溉或發(fā)電用的水渠由于水位漫流或水渠破壞產(chǎn)生滲透，使所在山坡下方邊坡地下水位上升，土體軟化，從而引發(fā)邊坡產(chǎn)生滑坡。水渠滲漏也是影響邊坡穩(wěn)定性的誘因之一，應(yīng)引起一定的重視，特別是水利主管部門應(yīng)加大治理力度和建立汛期巡查制度，只要措施得當，管理到位，水渠滲漏造成的危害在很大程度上是可以控制或避免的。

4.5 河岸沖刷與河水位升降

流水的側(cè)蝕作用對邊坡穩(wěn)定具有的極大危害性，邊坡坡腳巖土體被沖蝕，減少了邊坡下房保持坡體平衡的抗力，可導(dǎo)致邊坡下滑，使岸邊的民房受到破壞。河道的凹岸，沖刷作用強烈的地段其危害性影響更為突出[4]。

山區(qū)常有暴漲暴落型的河溪，當河水上漲時，岸坡中的地下水位也會抬升，擴大了地下水的浸泡范圍，降低了潛在滑面的抗滑力；當河水位急劇下降時，由于地下水排泄較慢，從而形成較大水頭差，產(chǎn)生動水壓力，對斜坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響，當?shù)刭|(zhì)條件適宜時，將會誘發(fā)岸邊滑坡，威脅岸邊居民的生命財產(chǎn)安全。

5 主要破壞模式

福建沿海丘陵山地人多地少建設(shè)用地條件差，且地層具有風(fēng)化深度較大，覆蓋層較厚或巖體結(jié)構(gòu)破碎等特點，隨著村民大量的建房削坡，房后山坡開山農(nóng)作物種植，在人類改造活動的作用與影響下，屋場邊坡隱患點問題日益突出。在本次地質(zhì)災(zāi)害復(fù)查過程中，屋場邊坡隱患點極多，對現(xiàn)有的邊坡隱患點破壞模式進行分析總結(jié)，除孤石、滾石及河岸坍塌等隱患點外，屋場邊坡隱患點如果發(fā)生破壞下滑，其破壞模式有主要有以下四種：

(1)殘坡積邊坡破壞模式：坡體結(jié)構(gòu)由坡殘積土層及下部強-中風(fēng)化層組成，由于居民房后邊坡削坡坡率較陡，在降雨等不利因素的影響下，容易產(chǎn)生局部臺階坍塌變形和破壞，如圖2所示。如果在持續(xù)強降雨的作用下或在地下水的長期作用和影響下，可能產(chǎn)生較大規(guī)模的滑動變形和破壞，這種情況常常發(fā)生沿強風(fēng)化層頂面的滑動，強風(fēng)化層頂面產(chǎn)狀一般為順傾向，傾角一般在20°以上。此類型破壞模式的滑面主要為圓弧或似圓弧狀，約有一半左右為此類型。

(2)殘坡積-強風(fēng)化邊坡破壞模式：坡體結(jié)構(gòu)由上覆殘坡積土層和下伏強風(fēng)化層所組成，坡體變形和破壞一般表現(xiàn)為上覆殘坡積層沿下伏強風(fēng)化層的坍滑變形和破壞，其接觸界面傾角一般在25°以上，如圖3所示。此類型破壞模式的滑面主要為圓弧或似圓弧狀，在所有登記的屋場邊坡隱患點中，數(shù)量次之，約占40%。

圖2 殘坡積邊坡破壞模式

圖3 殘坡積-強風(fēng)化邊坡破壞模式

(3)原巖結(jié)構(gòu)破壞模式：邊坡主體由坡積土層及強風(fēng)化層組成，由于其原巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育，常見一組或多組陡傾角和緩傾角裂面長大貫通，并存在傾向臨空的緩傾角結(jié)構(gòu)面，在各不利結(jié)構(gòu)面的組合作用下，經(jīng)常發(fā)生陡緩裂面切割塊體沿其下伏緩傾角裂面的變形和破壞，如圖4所示，此類型破壞模式的滑面主要為平面型或折線型。

(4)風(fēng)化軟弱帶破壞模式：邊坡主體由殘坡積層及強-中風(fēng)化巖土層組成，由于地質(zhì)構(gòu)造作用和影響，出現(xiàn)一些強烈風(fēng)化軟弱帶，如果其產(chǎn)狀傾向坡面，且在建房開挖邊坡坡腳時使其臨空暴露在坡腳或半坡中，極易產(chǎn)發(fā)生上覆風(fēng)化巖土體沿風(fēng)化軟弱帶產(chǎn)生較大規(guī)模的滑動和變形破壞，如圖5所示。此類型破壞模式的滑面主要為折線型。

圖4 原巖結(jié)構(gòu)破壞模式

圖5 風(fēng)化軟弱帶破壞模式

6 結(jié)論

(1)沿海丘陵山地屋場邊坡發(fā)育普遍，穩(wěn)定性較差，對房屋的危害性較大。

(2)根據(jù)屋場邊坡的特征，均為房前屋后，從影響因素和巖土體特點來看，有針對性的削坡減載、排水、截水等措施能夠降低災(zāi)害的發(fā)生。

(3)屋場邊坡主要破壞模式有圓弧或似圓弧狀滑面滑塌和平面型或折線型沿層面滑塌等模式。

(4)地方政府應(yīng)該科學(xué)合理的引導(dǎo)在坡度15°以上的山坡林地開墾新的果園、菜園、茶園等，并提出應(yīng)建設(shè)生態(tài)農(nóng)作物種植的建議。