古滑坡復(fù)活成因機理分析及治理研究

王 云

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局101地質(zhì)大隊，貴州 凱里 556000)

0 引 言

最新頒發(fā)的國家標準《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864—2016)中將全新世以前發(fā)生滑動、現(xiàn)今整體穩(wěn)定的滑坡定義為古滑坡，而把全新世以來發(fā)生滑動、現(xiàn)今整體穩(wěn)定的滑坡稱為老滑坡。無論是古滑坡還是老滑坡，只意味著它們相對暫時穩(wěn)定，在一定自然因素或人為因素作用下，均可能復(fù)活。在實際工程地質(zhì)勘察中，我們常把現(xiàn)階段以前，且目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡體均稱為古(老)滑坡。為了聚焦關(guān)鍵科學(xué)問題和闡述方便，文中所指的古滑坡包括上述“古滑坡”和“老滑坡”。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類工程活動也隨之加強，在降雨等各種因素的影響下，古滑坡復(fù)活誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害在逐年遞增。為此加強對古滑坡復(fù)合誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害治理研究分析對新時代地質(zhì)工作者非常有必要。

1 古滑坡變形特征及規(guī)模

古滑坡位于黔東南州從江縣洛香鎮(zhèn)高速公路收費站北側(cè)約300 m處。2019年5月滑坡初始變形，6月變形加劇。后緣產(chǎn)生10 m長的拉裂縫、并形成3 m高的滑坡壁和2 m寬的滑坡臺階，兩側(cè)形成的滑坡側(cè)壁高0.5～2 m；前緣新修的擋土墻出現(xiàn)斷開和局部倒塌，消防通道及籃球場出現(xiàn)大規(guī)模的鼓丘和擠壓裂縫，見圖1。

圖1 滑坡現(xiàn)狀示意圖Fig.1 State of the slide

勘查單位對古滑坡進行勘查，結(jié)果顯示該古滑坡長90 m、寬60 m，滑體厚約8 m，造成直接經(jīng)濟損失約為20萬元，潛在經(jīng)濟損失約800萬元，屬于牽引式小型土質(zhì)滑坡。滑坡災(zāi)情等級屬于小型，險情屬于中型，勘查單位調(diào)查時，監(jiān)測結(jié)果顯示強降雨期間滑坡變形加劇，存在明顯下滑跡象，需及時進行治理。

2 古滑坡復(fù)活的成因機理分析

2.1 特殊的地形地貌為古滑坡復(fù)活提供有利條件

古滑坡地貌形態(tài)呈長軸北東向展布的“簸箕”狀，或稱圈椅狀地形，滑坡北西、南東兩側(cè)為山脊(分水嶺)，形成1個完整的匯水流域，使土體易于飽水。斜坡剖面形態(tài)為多級臺階狀，該滑坡體中上部為古滑坡的崩積物，為滑坡提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，前緣開挖形成臨空面，為滑坡提供了足夠的卸荷空間，見圖2-3。

圖2 縱剖面圖Fig.2 Vertical profile of the slide

圖3 橫剖面圖Fig.3 Horizontal profile of the slide

2.2 氣象水文加快古滑坡復(fù)活的速率

氣候條件是引發(fā)滑坡的重要因素之一。黎平縣屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，根據(jù)黎平縣氣象站資料，2010—2020年最大日降雨量均值為76.2 mm，實測最大日降雨量達200.9 mm，實測小時最大降雨量81.3 mm(2014年6月31日)，降雨量年內(nèi)分布不均，4—9月為豐水期。2019年6月，在強降雨長期作用下，雨水沿古滑坡裂縫下滲，地下水位快速提升，降雨在古滑坡體表層巖土體中具有滯后性，在古滑坡體內(nèi)增加了水壓力及滑坡體自重，抗剪強度降低，形成滑動面，從而加快古滑坡的復(fù)活速率。

2.3 古滑坡區(qū)的巖土結(jié)構(gòu)特征為古滑坡復(fù)活創(chuàng)造了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)

該古滑坡區(qū)域工程地質(zhì)條件主要包括上部松散類工程地質(zhì)巖組和下部的較硬巖類工程地質(zhì)巖組，上部松散類工程地質(zhì)巖組主要為古滑坡堆積的碎石黏土層和卵石層，碎石黏土厚3～10 m，整體結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)強度偏低，地質(zhì)性質(zhì)較差。卵石層厚0～8.3 m，卵石以灰白色石英砂巖為主，磨圓度較好、多呈次圓狀，充填物以粘性土為主，粗中砂次之，泥質(zhì)膠結(jié)，下部富水。較硬質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組為二疊系合山組(P2h)頁巖，透水性差、為相對隔水層，力學(xué)性質(zhì)較好。上部古滑坡堆積的碎石黏土層透水、中部古河床卵石層的富水、下部二疊系合山組(P2h)頁巖的相對隔水，為古滑坡復(fù)活創(chuàng)造了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，提供內(nèi)在控制因素，見圖2-3。

2.4 人類工程活動破壞了古滑坡的力學(xué)平衡

該古滑坡初始變形于2019年5月，因辦公樓修建，對古滑坡坡腳進行大規(guī)模的開挖。開挖后未及時對復(fù)活的古滑坡進行有效支護，僅僅采取簡單的擋土強護腳，破壞了原有的力學(xué)平衡，導(dǎo)致在2019年6月分強降雨作用下斜坡發(fā)生變形拉裂，在后緣形成滑坡壁、橫向拉張裂縫，滑坡側(cè)緣形成滑坡側(cè)壁、縱向張裂縫，滑坡前緣形成放射狀裂縫(擋土墻斷裂)，滑坡前緣形成滑坡鼓丘，見圖1。該工程活動是導(dǎo)致古滑坡復(fù)活的直接因素，也是決定性因素。

綜合以上自然因素和人為因素，該古滑坡復(fù)活的主要因素是坡腳工程切方活動(人為因素)，次要因素是古滑坡區(qū)的地形地貌、巖土結(jié)構(gòu)特征(自然因素)，誘發(fā)因素是氣象水文(自然因素)。

3 古滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性計算法

根據(jù)鉆探、探井工程揭露地質(zhì)情況，古滑坡復(fù)活區(qū)土層較厚、地質(zhì)條件簡單，本次穩(wěn)定性評價，采用“Bishop法”(圓弧滑動)計算其滑坡穩(wěn)定性和剩余下滑力(計算參數(shù)見表1)，計算軟件采用“地質(zhì)測量計算機數(shù)據(jù)處理及輔助成圖系統(tǒng)”(王康年、王云，2021)作為成圖軟件，簡稱“地質(zhì)測量成圖系統(tǒng)”。

3.2 計算過程

結(jié)合“地質(zhì)測量計算機數(shù)據(jù)處理及輔助成圖系統(tǒng)”和表1的參數(shù)，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2013)，應(yīng)按附錄A的A.0.1公式對主剖面(2-2′)在暴雨工況下進行計穩(wěn)定性計算，計算參數(shù)見表1，計算過程見圖4。

表1 潛在滑體力學(xué)參數(shù)采用值Tab.1 Mechanical factors of potential landslide

圖4 地質(zhì)測量成圖系統(tǒng)(Bishop法)Fig.4 Graphing system of geological survey(Bishop method)

3.3 計算結(jié)果

主剖面(2-2′)的計算結(jié)果為：天然狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為1.106，屬于基本穩(wěn)定；暴雨狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為1.048，屬于欠穩(wěn)定，擬設(shè)工程處下滑推力為524.63 KN/m，與實際勘查一致，吻合古滑坡現(xiàn)狀調(diào)查的基本變形破壞特征。

4 治理原則及目標

4.1 治理原則

在充分認識古滑坡復(fù)活的機理后，要遵循以人為本的原則，突出重點、因害設(shè)防、施工簡便、經(jīng)濟可行、結(jié)構(gòu)安全，工程布置期間需選擇可靠的技術(shù)及可行的方案，并充分考慮工程的經(jīng)濟效益。設(shè)計期間需將支護結(jié)構(gòu)極限承載力作為相關(guān)計算標準，并類比其他治理工程，結(jié)合滑坡區(qū)域的施工條件、地質(zhì)條件、應(yīng)力監(jiān)測信息等確定具體施工方案。

4.2 滑坡治理目標

工程治理必須徹底消除安全隱患，確保職工及行人的生命財產(chǎn)安全，同時確保工程效果與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，做到施工方案科學(xué)、社會反響好。

5 治理工程設(shè)計

5.1 樁板式抗滑樁

抗滑樁為圓形斷面，樁經(jīng)為1 500 mm，其中1#～12#樁中心距為3 500 mm，12#～17#樁中心距為3 800 mm。1#～7#樁長度為24.0 m，8#～12#樁長度為22.5 m，13#～17#樁長度為21.0 m，嵌固段長度為9.2～10.1 m，懸臂長度為11.0～14.8 m，嵌固段屬于中風頁巖。全部樁孔均通過旋挖設(shè)備成孔，并采用鋼護筒保護孔口。樁身為C30混凝土澆筑，保護層厚度為100 mm，樁間設(shè)置擋土板，板高為1.0 m，厚度為0.6 m，長度為3.5 m，采用C30混凝土澆筑，保護層厚度為50 mm。樁頂預(yù)留0.7 m鋼筋，以便于樁板連接。樁頂需設(shè)置冠梁，截面高度為1.0 m，寬度為1.5 m，長度總計59.0 m，并采用C30混凝土澆筑，保護層厚度為100 mm。完成抗滑樁、樁間板、冠梁施工后，需采用碎石鋪填并夯實樁間板與原有擋墻區(qū)間的間隙。

5.2 截排水溝

截排水溝均為人工開挖，并采用C20混凝土澆筑，間隔20 m設(shè)置寬度為0.02 m的伸縮縫，采用瀝青麻絲填充，澆筑后需及時回填溝槽并夯實。斷面形式為矩形，凈深×凈寬為0.6 m×0.5 m(安全超高0.3 m)，溝邦和溝底砼厚度0.20 m。

5.3 場地恢復(fù)及坡面綠化

該區(qū)域內(nèi)籃球場混凝土已產(chǎn)生變形破壞，需拆除混凝土地面，采用特定機械設(shè)備平整滑坡破壞區(qū)域，完成平整施工后利用C20混凝土硬化相應(yīng)區(qū)域，整體硬化面積為2 244.69 m2，硬化厚度為0.2 m。采用散生竹完成坡面綠化，栽種間距設(shè)定為10 m×10 m，完成栽種后需養(yǎng)護90天。

6 工程效益分析評估

工程采用樁板式抗滑樁、截排水溝、場地恢復(fù)及坡面綠化相結(jié)合的綜合治理的方案進行治理，結(jié)果顯示該區(qū)域古滑坡復(fù)活誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害隱患得到徹底消除，職工及行人的生命財產(chǎn)安全得到保障，直接和間接地減少了經(jīng)濟損失，滑坡治理后該區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到有效修復(fù)，防災(zāi)減災(zāi)效益顯著，見圖5。

圖5 治理后效果圖Fig.5 Effect of the treatment

7 結(jié)論與建議

不同的古滑坡體，復(fù)活的機制不盡相同，文章從氣象水文、地形地貌、地質(zhì)環(huán)境條件、人類工程活動等方面對該古滑坡進行分析和定量計算，得出以下結(jié)論：

(1)地形地貌為古滑坡復(fù)活提供有利條件；強降雨加快古滑坡的復(fù)活速率，是古滑坡復(fù)活的誘發(fā)因素；巖土結(jié)構(gòu)特征為古滑坡復(fù)活創(chuàng)造了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，是古滑坡復(fù)活的內(nèi)在控制因素；坡腳切方工程活動打破了原有的力學(xué)平衡，是導(dǎo)致古滑坡復(fù)活的直接因素，也是決定性因素。

(2)通過定性分析和定量計算古滑坡在天然狀況下穩(wěn)定系數(shù)為1.106，屬于基本穩(wěn)定；暴雨狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為1.048，屬于欠穩(wěn)定。

(3)針對滑坡變形特征，采用坡腳設(shè)置樁板式抗滑樁，后緣設(shè)置排水溝，前緣消防通道及籃球場進行修復(fù)，坡面進行綠化的綜合方案進行治理。

(4)建議日常生產(chǎn)生活中，應(yīng)盡量避免在古滑坡體附近進行大規(guī)模的工程建設(shè)活動，以規(guī)避風險，減輕和避免由古滑坡復(fù)活帶來的損失。

(5)古滑坡是斜坡長期復(fù)雜演化過程的產(chǎn)物，古滑坡的復(fù)活機理與早期識別尤為重要，建議新時代地質(zhì)工作者加強對內(nèi)外因素耦合作用下古滑坡復(fù)活機理和演變過程研究，為重大工程規(guī)劃和防災(zāi)減災(zāi)提供新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。