河水與降雨誘發(fā)某堆積層滑坡的破壞模式與防治方案

侯 倩，尹曉萌，王曉娟，衛(wèi)佩瑤

(信陽師范學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，河南 信陽 464000)

滑坡是最常見的一類地質(zhì)災(zāi)害，在總的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的占比可達(dá)50%以上[1]?；碌漠a(chǎn)生與水密切相關(guān)[2]，降雨一直是誘發(fā)滑坡的最主要因素[3]，對(duì)于庫區(qū)、河流兩岸的斜坡體，也常受庫水、河水沖刷侵蝕與水位升降等影響，發(fā)生變形甚至破壞現(xiàn)象[4-6]。這些外界因素不僅影響著坡體的變形破壞特征，而且與滑坡破壞模式有密切關(guān)聯(lián)，誘發(fā)因素的變化，甚至?xí)?dǎo)致滑坡破壞模式的根本差異。研究這些外界因素作用下的滑坡破壞模式，是地質(zhì)災(zāi)害防治的基礎(chǔ)與關(guān)鍵工作之一，可以為滑坡防治設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。

貓子山滑坡是分布于河流一岸的大型堆積層滑坡，滑坡于1980年8月暴雨之后發(fā)生大規(guī)模滑移，共計(jì)20戶100人，60間房、150畝農(nóng)田受災(zāi)，目前滑坡仍有變形破壞跡象，一旦發(fā)生大規(guī)模失穩(wěn)，將會(huì)堵塞河道，摧毀農(nóng)田土地。因此，有必要開展有效的防治工作。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、數(shù)值模擬、理論計(jì)算等，分析滑坡變形特征、探討破壞模式、評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上有針對(duì)性地提出滑坡防治方案。

1 滑坡形態(tài)與物質(zhì)組成

貓子山滑坡地處恩施市龍馬鎮(zhèn)貓子山村?；聟^(qū)整體地形為北高南低?；掳l(fā)育標(biāo)高在528～750 m區(qū)間，微地貌上大致呈兩脊相夾的“筲箕”狀(圖1)?；w縱向坡面形態(tài)較為順直，坡形舒緩，一般在15～20°左右，滑坡前緣臨河坡度較陡，坡角35～45°左右。

滑坡周界主要主要受微地貌控制， 1980年8月3日滑坡變形形成明顯的外圍弧形拉裂縫帶，左右兩側(cè)分別受南東、南西向傾覆的山脊控制，前緣剪出口受涂家河河谷地形控制(圖1)。滑坡主滑方向?yàn)?67°，滑體主滑線長約550 m，平均寬約145 m，面積約9.75×104m2，中部滑體厚約30 m，前緣堆積區(qū)滑體厚約35～40 m，后緣滑移段滑體厚約1.0～10 m，總體積約260.3×104m3。

圖1 滑坡全貌

滑體物質(zhì)組成以源于志留系紗帽組(S2s)灰綠色泥巖、粉砂巖碎塊石土為主，夾少量灰黃色與灰綠色石英砂巖碎塊石土，結(jié)構(gòu)較為松散，表部見有少量灰黃色粉質(zhì)粘土?；瑤е饕貛r土接觸帶發(fā)育，剖面形態(tài)呈弧線型(圖2)?；矠橹玖粝抵薪y(tǒng)紗帽組(S2s)灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部夾石英砂巖。巖層產(chǎn)狀130°∠32°。

圖2 滑坡主剖面圖

貓子山滑坡地表水系主要有滑坡前緣流經(jīng)的涂家河及滑坡兩側(cè)發(fā)育的淺切沖溝。涂家河自北西向南東從滑坡前緣經(jīng)過，常年流水?；聝蓚?cè)淺切沖溝發(fā)源于貓子山滑坡中下部高程600 m一帶，沖溝斷面呈“V”型，為滑坡區(qū)內(nèi)地表水的主要排泄通道。地下水主要賦存于碎石土層中，該層結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)。滑體在發(fā)生劇烈變形作用后，產(chǎn)生了大量垂直貫穿裂縫，裂縫的形成導(dǎo)致了地表水逕流渠道的改變，地表水主要通過裂縫迅速補(bǔ)給下部含水層，順巖土接觸面及其附近巖層節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面向下運(yùn)移，最終排泄于涂家河。

2 破壞模式與穩(wěn)定性分析

據(jù)調(diào)查訪問，該滑坡于1980年8月暴雨之后發(fā)生大規(guī)模變形，共計(jì)20戶100人，60間房、150畝農(nóng)田受災(zāi)。1997年滑坡又發(fā)生滑移堵塞前緣涂家河7天，淹沒農(nóng)田200畝。目前變形主要表現(xiàn)為前緣坍滑，由于涂家河水流沖刷淘蝕，前緣坡體漸陡，在降水入滲與地表水侵蝕作用下岸坡不斷坍滑并牽引上部坡體拉裂下座。

滑坡前后沿高差約222 m，有較好的臨空條件。其滑坡左右兩側(cè)受山脊控制，地形內(nèi)凹，使得滑坡區(qū)易接受地表水和降雨補(bǔ)給。滑體透水性強(qiáng)，地表水易下滲，地下水自上而下向涂家河河谷徑流，不利于滑體穩(wěn)定。加之前緣受涂家河侵蝕切割、河水沖蝕，易引起滑坡變形破壞。因此，降雨和河水是誘發(fā)滑坡的外界因素。降雨易誘發(fā)坡體大規(guī)?；?，而河水作用區(qū)集中于滑坡前緣，降雨造成河水水位抬升，對(duì)滑坡局部穩(wěn)定性亦會(huì)造成不利影響，因此造成滑坡變形破壞的最危險(xiǎn)因素為降雨。

根據(jù)滑坡形態(tài)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)，近期變形特點(diǎn)等綜合分析，貓子山滑坡系由涂家河下切，坡體前緣臨空，在河水側(cè)蝕沖刷與大氣降水入滲的迭加作用產(chǎn)生的順層滑移所致。目前滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，由于前緣臨近涂家河具良好的滑移臨空面，滑體的安全裕度不大。在地表水流沖刷淘蝕與上部水位入滲的綜合作用下，坡體仍存在整體失穩(wěn)的可能。此外滑坡前緣岸坡高陡，漸趨坍滑，使上部坡體穩(wěn)定程度降低，可能牽引上部坡體產(chǎn)生漸次滑移。鑒于此，有必要對(duì)滑坡進(jìn)行局部穩(wěn)定性與整體穩(wěn)定分析，確定局部失穩(wěn)時(shí)的潛在滑移面，以此為滑坡防治提供可靠依據(jù)。

采用Geoslope軟件自動(dòng)搜索在天然與暴雨工況下的滑坡前緣的最危險(xiǎn)滑移面，分析對(duì)應(yīng)條件下的局部穩(wěn)定性。由圖3可知，天然工況下，前緣坡體最危險(xiǎn)滑移面位于距滑坡剪出口約60 m的范圍內(nèi)，這部分滑體的穩(wěn)定系數(shù)約1.1，表明非降雨環(huán)境，滑坡前緣因坡體臨空面較陡，在自身重力作用下，發(fā)生緩慢蠕滑。暴雨工況下，降雨入滲，地下水位大幅度抬升，滑坡前緣地下水形成水力坡降，提供指向臨空方向的動(dòng)水壓力，會(huì)很大程度上降低該部位滑體的穩(wěn)定性，引起前緣局部失穩(wěn)，此時(shí)最危險(xiǎn)滑移面在中部的埋深相對(duì)天然工況有所增加。

圖3 滑坡前部最危險(xiǎn)滑動(dòng)面搜索

將整個(gè)滑體劃分成若干條塊，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算兩種工況下滑坡穩(wěn)定系數(shù)與滑塊剩余下滑力。可得，天然與暴雨工況，滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)分別為1.163與1.069，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[7]，兩種工況下，滑坡分別處于穩(wěn)定與基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡在暴雨工況下，整體安全裕度不大?；w剩余下滑力曲線如圖4，可見，從滑坡后緣邊界起始，至平距470 m處，各滑塊剩余下滑力逐漸增加，其中270～470 m范圍，曲線具有較大斜率，指示該范圍為滑坡主滑區(qū)。470～550 m區(qū)間內(nèi)，曲線逐漸下降，表明該范圍為滑坡阻滑區(qū)。暴雨期間，河水位上漲，淹沒阻滑帶，會(huì)引起滑坡整體穩(wěn)定性降低，因此有必要采取措施攔擋河水，降低其對(duì)滑坡前緣的影響。根據(jù)剩余推力曲線形態(tài)，可考慮在滑坡470～550 m范圍內(nèi)布設(shè)抗滑樁，以有效利用前部滑體的阻滑力，同時(shí)須注意樁體應(yīng)與河水保持足夠的安全距離，避免在地表水的長期作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

圖4 滑體剩余下滑力曲線

3 滑坡防治方案

貓子山滑坡是主要由降雨、河水外因引起的牽引式漸進(jìn)破壞型滑坡，并且在暴雨工況下有整體滑動(dòng)的可能，針對(duì)此破壞模式和外界影響因素，考慮采用如下兩種方案進(jìn)行防治。

防治方案一：抗滑樁(兩排)+擋土墻+截排水。具體工程布置及防治作用分述如下：

1)抗滑樁：采用抗滑樁工程對(duì)滑坡體進(jìn)行支護(hù)，貓子山滑坡規(guī)模大，滑體厚，剩余下滑力較大，考慮在滑坡前緣及中部各設(shè)置一排抗滑樁，一方面防治前緣局部堆積體牽引破壞，另一方面消除在暴雨工況下的整體滑移趨勢(shì)。2)擋土墻：為消除河水對(duì)前緣的不利作用，宜在前緣設(shè)置隔水擋墻，隔離地表河水的沖刷、弱化作用。3)截排水：在后緣及兩側(cè)的坡體之外設(shè)置截水溝，截排滑坡外地表水，防止其向滑坡范圍匯入，同時(shí)在滑坡體內(nèi)設(shè)置排水溝，及時(shí)排除坡體地表水。

防治方案二：采用削方+抗滑樁+擋土墻+截排水工程進(jìn)行綜合防治。具體工程布置及防治作用分述如下：

1)削方：滑體前部堆積體厚度較大，在滑坡前部、中前部削減部分堆積體，除減小后續(xù)支護(hù)工程的工程量外，也為防護(hù)工程的施工提供了便利的地形，同時(shí)，削減方量后，有助于消除滑坡前部局部變形破壞的趨勢(shì)。2)抗滑樁：在滑坡前緣阻滑段，設(shè)置一排抗滑樁，提高滑坡整體穩(wěn)定性。3)擋土墻：擋土墻的布設(shè)位置和作用同方案一。4)截排水：截排水溝的布設(shè)位置和作用同方案一。

根據(jù)剩余推力曲線，合理設(shè)置抗滑樁的位置。兩種方案在主剖面的布設(shè)位置如圖5。具體采用哪一種方案，尚需考慮工程經(jīng)濟(jì)成本，比選確定。

圖5 防治工程布置

4 結(jié)論

(1)天然工況下，滑坡前緣局部發(fā)生緩慢蠕滑；暴雨工況下，該部位將產(chǎn)生滑動(dòng)破壞，且滑坡整體安全裕度不大。貓子山滑坡是降雨、河水外因誘發(fā)的牽引式漸進(jìn)破壞型滑坡，并且在暴雨工況下有整體滑動(dòng)的可能。

(2)降雨入滲會(huì)降低滑坡的整體穩(wěn)定性，河水將促進(jìn)滑坡前部主滑段變形甚至引起破壞。需要采取措施隔離水對(duì)滑體前緣的影響，提高滑坡的整體穩(wěn)定性。

(3)考慮滑坡的誘發(fā)因素，針對(duì)其破壞模式，建議采用如下防治措施。方案一：抗滑樁(兩排)+擋土墻+截排水；方案二：削方+抗滑樁(一排)+擋土墻+截排水。具體采用何種方案，尚需考慮工程經(jīng)濟(jì)成本，比選確定。