某高陡型牽引式滑坡群形成機理及治理效果評價

張會仙 左雙英 李洪建 徐偉

摘 要：為進一步研究高陡型牽引式滑坡群形成機理及治理效果，以貴州某高陡型牽引式滑坡群為例，通過野外地質(zhì)調(diào)查，分析其形成機理主要為：（1）地形地貌高陡，為滑坡形成提供了有利地形條件;（2）松散坡積物與巖層組成的脆弱巖土結(jié)構(gòu)，為滑坡形成奠定了物源基礎(chǔ);（3）坡腳關(guān)鍵阻滑塊體缺失使得坡腳臨空，為滑坡提供了變形空間，控制牽引式滑坡的形成;（4）水與巖土體相互作用弱化巖土體物理力學(xué)性能，是滑坡形成的主要誘因。對該高陡型牽引式滑坡群進行穩(wěn)定性分析和分區(qū)治理，并利用有限元進行治理效果評價，結(jié)果充分證明抗滑樁能有效控制牽引式滑坡的位移和應(yīng)變。其成果對此類高陡型牽引式滑坡群治理具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：牽引式滑坡群;形成機理;抗滑樁;治理效果評價;有限元

中圖分類號：P642

文獻標(biāo)識碼： A

貴州滑坡災(zāi)害極為頻繁，其中大型和巨型滑坡占有突出地位，多以滑坡群形式出現(xiàn)，具有規(guī)模大、機制復(fù)雜、易形成災(zāi)害鏈等特點，且有人類居住和工程活動的山嶺地區(qū)，基本上都發(fā)生過滑坡災(zāi)害，成為各種地質(zhì)災(zāi)害中最頻繁、損失最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類型[1-2]。研究滑坡及滑坡群形成機理及有效治理措具有重要工程意義，并受到國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。黃潤秋[3]通過多個滑坡對比總結(jié)，總結(jié)出20世紀(jì)80年代以來我國大型滑坡及其發(fā)生機制。CROSTA G B、BRCKL E P等[4-5]研究表明大型滑坡及滑坡群變形失穩(wěn)影響范圍廣，儲蓄的巨大勢能往往在脫離母巖后形成高速、遠(yuǎn)程“崩-滑-流”式毀滅性災(zāi)害鏈。崔芳鵬等[6]通過現(xiàn)場勘查、室內(nèi)試驗和相關(guān)論證，對青海八大山滑坡群的基本特征和形成機制進行分析，并進行穩(wěn)定性評價，結(jié)果表明影響滑坡群穩(wěn)定性的最敏感因素是滑體內(nèi)摩擦角。項偉等[7]通過地質(zhì)構(gòu)造，結(jié)合地層產(chǎn)狀、水文氣象等深入分析了洞坪庫區(qū)瞿家灣滑坡群地質(zhì)演化。徐衛(wèi)平等[8]基于現(xiàn)場詳細(xì)勘察資料，通過分析其運動特點、破壞形式，得出冰磧松散覆蓋層與砂巖組成的脆弱地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造活動以及水與巖土體相互作用三者耦合是沙貢特大古滑坡群形成的主要原因。宋東日等[9]通過地質(zhì)調(diào)查、變形跡象分析及數(shù)值模擬等方法，得出牽引式滑坡的破壞機制為坡腳開挖、水對巖土體物理力學(xué)性能的改造以及滑體變形不協(xié)調(diào)導(dǎo)致后緣拉裂縫不斷擴展。上述研究成果為此類大型滑坡及滑坡群形成機制分析奠定理論基礎(chǔ)，也為其治理提供一定理論依據(jù)，但高陡型牽引式滑坡群作為大型滑坡及滑坡群的一種，具有突發(fā)性、誘發(fā)因素多、難預(yù)測、形成機制復(fù)雜、危害影響嚴(yán)重等特點，上述研究成果尚不能完全解決復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的此類滑坡問題，對此類滑坡全面研究及其治理措施選取等方面還有待深入。

在前人已有成果的基礎(chǔ)上，本文通過野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)試驗方法，從以下四個方面分析高陡型牽引式滑坡群的形成機制，主要概括為：（1）地形地貌高陡;（2）巖土力學(xué)性能較差，結(jié)構(gòu)脆弱;（3）坡腳開挖導(dǎo)致關(guān)鍵阻滑塊體缺失;（4）水與巖土體相互作用誘發(fā)滑坡。對牽引式滑坡群進行分區(qū)治理，并用有限元計算結(jié)果驗證治理效果，可為此類滑坡群的形成、發(fā)展及防治提供重要的理論指導(dǎo)。

1 滑坡群概況

該高陡型牽引式滑坡群由7個滑坡組成（HP1-HP7，圖1），沿山坡呈帶狀分布，滑坡變形跡象明顯，險情等級為特大型，危害等級為一級。

1.1 工程地質(zhì)條件

滑坡區(qū)為侵蝕、剝蝕型低中山地貌，地勢總體東高西低。地層從新到老為：①第四系（Q）：為松散巖類巖組，由殘坡積粘土、碎石土組成，呈褐黃、灰黃色，可塑-硬塑狀，稍濕，稍密-密實，其結(jié)構(gòu)松散、孔隙度大，透水性強，力學(xué)強度較低，底部夾雜有少量未完全風(fēng)化的硅質(zhì)灰?guī)r殘塊，為易滑巖組，滑體由該巖組形成;②二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P3w）：主要為薄層狀粘土巖、灰色中厚至厚層硅質(zhì)灰?guī)r、燧石灰?guī)r，為硬質(zhì)巖類巖組，厚54～179 m，力學(xué)性能指標(biāo)較高，巖石抗風(fēng)化能力較強（圖2）?；聟^(qū)處于川黔南北向褶皺構(gòu)造體系苗嶺山脈中段，褶皺較為發(fā)育，巖層呈單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀270°∠33°，節(jié)理裂隙發(fā)育，主要發(fā)育兩組節(jié)理，分別為JL1：347°∠85°，JL2：80°∠45°，地震烈度為Ⅵ度，屬穩(wěn)定區(qū)域。區(qū)內(nèi)地下水為孔隙水和裂隙水，主要補給來源為大氣降水，排泄于就近地勢低洼地帶。

1.2 滑坡群特征

滑坡群各滑坡體后緣到前緣地形均呈陡-緩變化，地形坡度40°～55°，山體上大范圍埋置光纜及校園內(nèi)部道路隧道的施工對整個坡體巖土體擾動較大，人類工程活動強烈。

滑坡群各滑坡形態(tài)大致呈舌型，均屬淺層土質(zhì)牽引式小型滑坡，滑坡中下部被浮土不同程度覆蓋，前緣沖溝明顯，滑坡壁明顯，滑坡處于欠穩(wěn)定?；A段，發(fā)生二次滑坡的可能性較大。其中，HP1、HP2中下部形成變形體，HP4右緣見沿主滑方向長約5 m、寬約3 cm、可見深度1～2 cm的拉裂縫，HP3-HP5邊界土體松散，前緣堆積區(qū)已延伸至實驗樓后方堡坎，HP5后緣及中部分別見走向200°、長約25 m、寬3～5 cm、可見深度1～2 cm的拉裂縫，HP7（圖3）產(chǎn)生時坡體表面浮土已滑至學(xué)校食堂后方，為滑坡群中最危險的一個，滑坡后緣見走向125°、長約21 m、寬6～15 cm、可見深度2～3 cm的拉裂縫，左緣見沿主滑方向長約8 m、寬3～8 cm、下錯高度1～2 cm滑壁，前緣臨空條件好，發(fā)生向上塑源的再次滑坡可能性大，滑坡群形態(tài)特征見表1。

2 滑坡群形成機理

牽引式滑坡一般經(jīng)歷坡腳沖蝕[10-11]或開挖[12]導(dǎo)致前緣失穩(wěn)并逐漸向后擴展，后緣由于支撐減弱或臨空而隨之變形失穩(wěn)，通常被拉裂縫分為多級不穩(wěn)定斜坡，最終貫通形成大規(guī)模滑坡，本文所寫高陡型牽引式滑坡群的形成主要從以下四個方面闡述。

2.1 高陡地形利于滑坡形成

滑坡區(qū)地形地貌變化較大，屬侵蝕、剝蝕型低中山地貌，從微地貌單元看，滑坡位于山體中上部，地形陡峭，坡度大于40°，相對高差183.59 m，土層結(jié)構(gòu)松散，校園建設(shè)等工程活動開挖坡腳，在滑坡前緣產(chǎn)生較高臨空面，有利于斜坡上松散滑體的滑動變形[13]，是誘發(fā)滑坡的先天條件。

2.2 松散坡積物與巖層組成的脆弱巖土結(jié)構(gòu)

滑體巖土結(jié)構(gòu)松散[14]，易形成裂隙、孔隙及落水洞，提供了地表水下滲通道。不同特性的巖土體儲水能力有所差異，上部第四系殘坡積粘土及碎石土透水性強，地下水多集中于中下部，上層巖土體的自重增加，同時促進水與巖土體的相互作用，致使巖土體強度降低因而形成軟弱結(jié)構(gòu)面，最終演變成為潛在的滑動面。松散坡積物與巖層組成的脆弱巖土結(jié)構(gòu)，成為形成滑坡群的控制因素[8]。

2.3 坡腳關(guān)鍵阻滑塊體缺失控制滑坡的形成

校園建設(shè)切割坡腳形成高而陡的邊坡，前緣臨空面增大，坡腳關(guān)鍵阻滑塊體缺失，抗滑力減小，坡腳應(yīng)力場發(fā)生改變，沿開挖面形成一個應(yīng)力釋放面，坡腳開挖引起卸荷回彈。另外，校園內(nèi)工程活動對整個坡體巖土體擾動較大，使得坡腳首先出現(xiàn)追蹤邊坡巖體原有軟弱結(jié)構(gòu)面的不利組合，發(fā)生剪切變形，然后逐漸往斜坡深部擴展，原有的少數(shù)結(jié)構(gòu)面擴展其長度和開度，造成內(nèi)應(yīng)力調(diào)整和應(yīng)力集中。最后形成主要沿軟弱結(jié)構(gòu)面、部分切斷巖橋的漸進破壞面[15]，從而形成了牽引式滑坡。在這種情況下，假若滑坡前緣進一步破壞，則滑坡將可能往更深更后部發(fā)展，形成規(guī)模更大的滑坡[9]。

2.4 水與巖土體相互作用是滑坡形成的主要誘因

目前坡體沒有合理的排水系統(tǒng)，部分雨水沿地勢低洼處徑流排泄，其余地表水透過松散土層入滲至密實的粘土巖及硅質(zhì)灰?guī)r時，巖體阻礙了水體排泄通道，致使大量水體在此聚集，不能夠迅速滲透，從而使該處的動水壓力和靜水壓力增大，有效應(yīng)力減小，滑體的地下水位升高，增加了巖土體自重和滲流力的同時，軟化了巖土接觸帶的粘粒及巖石，其力學(xué)指標(biāo)急劇降低。由于長時間持續(xù)降雨，在地下水軟化及滲透壓力作用下，下滑力增大，坡體穩(wěn)定性降低，加之坡腳關(guān)鍵阻滑[16]塊體缺失，坡腳首先產(chǎn)生滑移，牽引中上部第四系崩坡積松散堆積體沿巖土分界面下滑。

3 滑坡群穩(wěn)定性評價

通過確定滑坡群地質(zhì)模型和破壞模式，采用折線滑動法對該高陡型牽引式滑坡群分區(qū)進行穩(wěn)定性評價。結(jié)合室內(nèi)試驗和實際情況，經(jīng)過參數(shù)反演計算得滑帶巖土體的c、φ值（表2）。僅考慮飽水時滑體重度和滑帶土抗剪強度的折減，選取以下2種荷載組合及工況進行穩(wěn)定性計算：工況Ⅰ：自重，模擬天然狀態(tài);工況Ⅱ：自重+暴雨，模擬飽水狀態(tài)。根據(jù)規(guī)范[17]，該滑坡群防治工程設(shè)計安全等級劃分為：HP7按Ⅰ級考慮，HP3、HP4、HP5按Ⅱ級考慮，HP1、HP2、HP6按Ⅲ級考慮，Ⅰ級防治工程的計算工況Ⅰ：Ks=1.35、工況II：Ks=1.30;Ⅱ級防治工程的計算工況Ⅰ：Ks=1.25、工況II：Ks=1.20;III級防治工程的計算工況Ⅰ：Ks=1.15、工況II：Ks=1.10。采用反演所得c、φ值進行滑坡群穩(wěn)定性計算，計算模型見圖4，計算結(jié)果見表3：

5 結(jié)論

（1）該高陡型牽引式滑坡群的形成機理主要受高陡地形、脆弱巖土體、人類工程活動、降雨及地下水的控制，其滑面為巖土分界面，此類土質(zhì)滑坡應(yīng)引起重視。

（2）牽引式滑坡群的治理應(yīng)堅持分區(qū)治理，不同的滑坡可采用不同的治理措施，同個滑坡不同部位采取不同治理措施，使治理效果達到最優(yōu)。

（3）牽引式滑坡治理的關(guān)鍵在于補償由于前緣開挖缺失的阻滑關(guān)鍵塊體，同時控制后緣的位移。采用有限元分析滑坡治理前后的位移、應(yīng)力和應(yīng)變，結(jié)果證明抗滑樁能有效控制牽引式滑坡的位移和應(yīng)變，起到阻滑關(guān)鍵塊體作用。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）