某降雨型中-淺層滑坡成因分析

■余海強(qiáng)

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福州 350000）

1 引言

截水、 排水工程是滑坡治理工程中一種非常重要的手段，大多數(shù)情況下對于降雨型中-淺層滑坡應(yīng)優(yōu)先考慮排水工程， 并在滑坡防治總體方案基礎(chǔ)上，結(jié)合水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件設(shè)置地表截水、排水和地下排水方案[1-2]。本試驗采用了以地表截水、排水和地下排水方案為主要治理手段，取得了較好的效果。

2 滑坡場區(qū)工程地質(zhì)條件

滑坡場址區(qū)處于多座火山中心附近的空落相、碎屑流相、火山通道相、噴溢相區(qū)域。 4 座火山間歇性交互作用形成了該區(qū)域火山灰、碎屑流、熔巖流交互沉積的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境， 最終形成了凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r、 熔結(jié)凝灰?guī)r等多種巖性組合的復(fù)雜場區(qū)。 熔結(jié)凝灰?guī)r相對于凝灰?guī)r堅硬，且不易于風(fēng)化，由鉆孔揭示巖芯不難發(fā)現(xiàn)， 該場區(qū)凝灰?guī)r均已風(fēng)化成土狀， 而熔結(jié)凝灰?guī)r多為大塊或整板狀孤石置于凝灰?guī)r風(fēng)化層中。 再經(jīng)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動，致使場區(qū)內(nèi)巖土層差異風(fēng)化更加強(qiáng)烈，形成了多條風(fēng)化凹槽[3]。

由場區(qū)微地形地貌特征可將其分為A、B、C 3 個區(qū)域，A、C 區(qū)為B 區(qū)兩側(cè)山脊，A 區(qū)覆蓋層厚度＞B 區(qū)覆蓋層厚度＞C 區(qū)覆蓋層厚度。 C 區(qū)覆蓋層最薄且在坡腳處發(fā)育反翹形式的基巖，好比天然的抗滑樁擋在C 區(qū)坡腳前緣， 也擋住了地下水的排泄，使其向B 區(qū)改道。全風(fēng)化凝灰?guī)r、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r多穿插發(fā)育于熔結(jié)凝灰?guī)r及其風(fēng)化層中。 場區(qū)水文地質(zhì)情況為地表水、地下水排水條件A 區(qū)最好，C 區(qū)最差，B 區(qū)介于兩者之間[3]。

土工試驗成果顯示殘坡積層及全風(fēng)化、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層均屬高液限土。 由表1 可知，土層直接快剪的內(nèi)摩擦角在18°～25°，與天然坡體坡角接近；進(jìn)行飽和快剪時內(nèi)摩擦角僅在11.3°～13.5°，土體的反復(fù)直剪殘余強(qiáng)度接近。

表1 土層室內(nèi)試驗成果

3 治理后坡體再次變形破壞特征

滑坡現(xiàn)場觀測到的坡體變形特征如下：

（1）坡體后緣：A、B 區(qū)后緣未見明顯破壞特征，C 區(qū)后緣見拉張裂縫。

（2）坡面：A 區(qū)仰斜排水孔一直有地下水流出，坡面未見明顯破壞特征；B 區(qū)抗滑樁樁前土體被地表水沖刷垮塌，土體堆高2～4 m，土質(zhì)較純地段坡面坡度9°～15°， 重力式擋土墻上未施仰斜排水孔，但坡面有地表水漫流痕跡。 由監(jiān)測成果可判斷，樁前土坡沖毀較為嚴(yán)重的4、9、18 號抗滑樁穩(wěn)定性尚可，天氣晴朗時抗滑樁前側(cè)擋土墻上重新施打仰斜排水孔，地下水自流一段時間后，監(jiān)控量測成果顯示抗滑樁位移有較為明顯的回調(diào)收斂現(xiàn)象，23～27號抗滑樁水毀情況較輕；C 區(qū)坡面仰斜排水孔未施工，試驗場區(qū)開挖形成較大臨空面，采用框架錨索、錨釘墻結(jié)構(gòu)加仰斜排水孔等措施綜合治理，坡面多處錨索、錨頭崩裂。

（3）坡腳前緣：A 區(qū)未見破壞現(xiàn)象；B 區(qū)1～22 號抗滑樁間坡體前緣未見明顯剪出破壞現(xiàn)象，24、25號抗滑樁前緣路面可見地表鼓脹裂縫推測該處滑動面向深層改造；C 區(qū)巖土接觸帶可見明顯剪出口，剪出口產(chǎn)狀與B 區(qū)早年發(fā)生的剪出口產(chǎn)狀基本一致：45°∠13°，C 區(qū)兩側(cè)剪出口高程與B 區(qū)早年發(fā)生的剪出口一致，但C 區(qū)滑動體主軸線上剪出口高程較兩側(cè)高10 m 左右，C 區(qū)經(jīng)回填反壓加固措施處理后，坡體暫時穩(wěn)定。

（4）滑動面：B 區(qū)1～22 號抗滑樁間的滑動面向下改造的可能性較小，23～27 號抗滑樁間的滑動面向深層改造可能性大， 且在樁底附近；C 區(qū)滑動面部分在全風(fēng)化凝灰?guī)r中，部分沿土石界面。

4 滑坡成因分析

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。 從總體上看，影響該滑坡的成因有以下幾個因素。

4.1 人類活動因素

邊坡開挖施工前山體天然邊坡整體穩(wěn)定。 施工開挖改變了山體的應(yīng)力平衡， 坡體發(fā)生了位移，為保護(hù)邊坡的穩(wěn)定，在B 區(qū)坡前二階平臺上設(shè)置了錨拉式抗滑樁， 坡前設(shè)置了重力式擋土墻，A、C 區(qū)設(shè)置了十字板錨索。 A 區(qū)設(shè)置了相對應(yīng)的地表、地下截排水導(dǎo)流系統(tǒng)；B 區(qū)設(shè)置了地表截排水系統(tǒng)，但僅起到部分排水作用， 部分地表水被關(guān)在坡頂上方，直接下滲進(jìn)入坡體，當(dāng)雨量較大時呈漫流狀越過排水溝直接沖刷抗滑樁樁間土及樁前土體，且未設(shè)置地下水排水系統(tǒng)；C 區(qū)地表、 地下排水系統(tǒng)均未設(shè)置[3]。

4.2 水文地質(zhì)條件

由地下水穩(wěn)定水位等勢線圖（圖1）不難發(fā)現(xiàn)：A 區(qū)地下水位等勢線分布較均勻且相對疏松，即水力梯度相對較小； 在抗滑樁延長線上，A 區(qū)的地下水位埋深最深， 與地形地貌及地層條件相符，其排泄條件相對較好。

圖1 2016 年10 月強(qiáng)降雨后地下水水位等值線

B 區(qū)1～15 排抗滑樁間地下水位等勢線分布相對較均勻，水力梯度略大于A 區(qū)，地下水位隨著樁號增加而緩慢增加；B 區(qū)16～27 排抗滑樁地下水位等勢線分布有突變現(xiàn)象，且抗滑樁樁背處等勢線密集，即水力梯度大，地下水水位迅速提高；B 區(qū)地下水位態(tài)勢的主要原因有（1）抗滑樁阻擋地下水向坡下運(yùn)移；（2）坡前擋土墻的阻擋；（3）B 區(qū)下游存在基巖面反翹突起現(xiàn)象， 再次阻擋了地下水向坡外運(yùn)移，地下水水流方向改道大部分流向A 區(qū)下游。

C 區(qū)地下水同B 區(qū)16～27 排抗滑樁樁后地下水分布形態(tài)特征基本相似，水力梯度更大，地下水水位更高，C 區(qū)地下水位更高的主因與B 區(qū)第3 個因素相似，C 區(qū)坡前基巖面突起， 阻擋地下水順坡排出[3]。

場區(qū)地層發(fā)育比較混亂，A 區(qū)以土狀風(fēng)化層為主，其間夾有碎塊狀強(qiáng)風(fēng)熔結(jié)凝灰?guī)r，巨塊狀孤石相對較少， 透水性相對最好；C 區(qū)開挖揭露坡面分布較多巨塊狀中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r孤石，可視為隔水層；B 區(qū)介于兩者之間[4]。

4.3 大氣降水因素

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑馁Y料，2016 年初當(dāng)?shù)亟涤晏鞌?shù)較多，進(jìn)入4 月后降雨更加頻繁。 2016 年7 月、9 月，場區(qū)遭遇最強(qiáng)臺風(fēng)，7 月8-11 日受臺風(fēng)“尼伯特” 影響， 局部地區(qū)24 h 最大雨量約222.5 mm， 超過百年一遇降雨量；9 月13-16 日受“莫蘭蒂” 超強(qiáng)臺風(fēng)影響， 僅9 月15 日降雨量為70.1 mm；9 月17-18 日受“馬勒卡”臺風(fēng)影響，9 月17 日單日降雨量為51.9 mm；9 月27-29 日受 “鲇魚” 超強(qiáng)臺風(fēng)影響， 僅9 月28 日降雨量達(dá)157.6 mm。結(jié)合滑坡深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，2 次臺風(fēng)后的一段時間內(nèi)，坡體地下水位明顯上升，且無法及時排出，使土體迅速飽水軟化，土體自重增加，坡體下滑力增加，土體抗剪強(qiáng)度降低，抗滑能力減弱，坡體發(fā)生較明顯的變形活動；同時短時間持續(xù)暴雨造成抗滑樁樁間、樁前土體發(fā)生大面積的淺表層沖刷滑塌，樁前抗力喪失較多，導(dǎo)致部分抗滑樁出現(xiàn)向坡外傾斜現(xiàn)象。 持續(xù)強(qiáng)降雨是滑坡發(fā)生變形的主要外因[3，5]（表2)。

表2 豐水期與枯水期坡體穩(wěn)定性對比

由監(jiān)控量測成果可以看出， 持續(xù)強(qiáng)降雨過后，坡體呈現(xiàn)向外傾覆的趨勢，但天晴后又會向坡體內(nèi)收斂，如圖2、3 所示。

圖2 2016 年4 月-2018 年6 月地下水位埋深動態(tài)變化

圖3 抗滑樁位移量隨地下水位升降變化

由表3 可知，持續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致坡體地下水水位迅速提升，B、C 區(qū)地下水排泄條件較差， 坡體地下水較長時間處于高位，使得坡體土質(zhì)軟化抗剪能力下降，是本次坡體變形的主控因子。

表3 場區(qū)地質(zhì)條件對比

5 處治措施及效果分析

為防止降雨時地表水大量滲入坡體內(nèi)，加劇坡體變形，建議在原有加固、支護(hù)措施的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善引排疏干地表水與地下水的措施； 在B 區(qū)24 號抗滑樁上邊坡約8 m 處，布設(shè)集水井與水平鉆孔進(jìn)行深層排水；在A、B 區(qū)坡腳處重力式擋土墻上補(bǔ)充仰斜排水孔；在C 區(qū)基巖面較淺處增加7 根錨索抗滑樁進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)且在C 區(qū)抗滑樁上邊坡坡面上補(bǔ)充仰斜排水孔[3]。 在施工及完工后均對坡體進(jìn)行變形觀測，及時了解施工及雨水對坡體的影響和變形的發(fā)展趨勢， 保證施工及高速公路運(yùn)營安全，建立完善的監(jiān)測安全預(yù)警機(jī)制，做到防患于未然。

集水井及仰斜排水孔施工后，場區(qū)所有監(jiān)測孔內(nèi)地下水水位均有下降且達(dá)到預(yù)期效果，原抗滑樁位移量也隨著地下水位的下降而回調(diào)， 呈收斂態(tài)勢，坡體穩(wěn)定。 采用引排疏干地表、地下水的方案，不僅提升了坡體自身穩(wěn)定性， 達(dá)到了治理的目的，同時還節(jié)省了大部分強(qiáng)支護(hù)的費(fèi)用， 符合安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計原則[6]。

6 總結(jié)

（1）持續(xù)強(qiáng)降雨是引起本次坡體變形的主要原因，即異常、持續(xù)的集中降雨造成坡體地下水急劇抬高，且地下水堵在坡體內(nèi)未及時排出，致使土體較長時間處于飽和狀態(tài)， 抗剪強(qiáng)度降低且自重增大；同時短時間持續(xù)暴雨造成抗滑樁樁前、樁間土體發(fā)生大面積的淺表層沖刷滑塌， 樁前抗力減小，造成坡體抗滑力不足，導(dǎo)致抗滑樁出現(xiàn)向坡外傾斜的現(xiàn)象[3，7]。

（2）對于降雨型中-淺層滑坡，一般情況下宜優(yōu)先考慮排水工程，結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，確定地表截、排水和地下排水方案。 計算滑坡的穩(wěn)定性時應(yīng)考慮截、排水工程的影響，而不只是作為滑坡穩(wěn)定性計算的安全儲備，從而減少其他治理工程的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用[8]。

（3）通過A、B、C 3 個場區(qū)地質(zhì)條件的對比分析，表明地下水高水位持續(xù)時間決定了坡體的穩(wěn)定性，地下水的排泄條件決定了地下水能否處于高位及其時間的長短，處治時應(yīng)認(rèn)真遵循“治坡先治水”這一治理原則[9]。

（4）對于降雨型中-淺層滑坡，地下水水位對坡體的穩(wěn)定性影響大， 治理時不僅要考慮力學(xué)強(qiáng)支護(hù)，還應(yīng)考慮強(qiáng)支護(hù)對水文地質(zhì)條件的改變，以確定地表截、排水和地下排水綜合排水方案。