堆積體滑坡典型特征分析及工程防治對(duì)策
——以貴州習(xí)水縣某堆積體滑坡為例

郭鵬輝， 李良勇

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 西安 710000； 2.海南大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， ?？?570228)

堆積體滑坡是常見(jiàn)的滑坡類(lèi)型之一，是第四系堆積作用形成的地質(zhì)體[1]，在工程擾動(dòng)、降雨、地震等誘因下，沿土石界面或堆積體內(nèi)部地層界線(xiàn)發(fā)生整體滑動(dòng)，形成堆積體滑坡。程鵬翔等[2]統(tǒng)計(jì)了貴州省銅仁地區(qū)163例滑坡，其中有154處為堆積體滑坡，占比94.5%。據(jù)資料[3]記載，根據(jù)2003年規(guī)前勘察，三峽庫(kù)區(qū)發(fā)育崩塌滑坡堆積體4 664處，表明堆積體滑坡數(shù)量眾多、分布廣泛。針對(duì)具體工程，探討認(rèn)識(shí)該類(lèi)滑坡的典型特征、滑動(dòng)機(jī)理，提出更為有效的防治措施，對(duì)工程建設(shè)有重要意義。

目前，眾多學(xué)者及工程技術(shù)人員[4-20]對(duì)堆積體滑坡進(jìn)行了不同程度的研究。本文以貴州某堆積體滑坡實(shí)際案例為研究對(duì)象，結(jié)合已有文獻(xiàn)所報(bào)道的堆積體滑坡案例，整理歸納了該類(lèi)滑坡的典型特征，分析滑動(dòng)機(jī)理，并提出了針對(duì)該類(lèi)滑坡更為有效的工程防治對(duì)策。

1 貴州某堆積體滑坡概況

1.1 工程概況

該滑坡位于貴州省習(xí)水縣，滑坡全貌如圖1所示?；虑熬墳橐皇〉?，坡體上有一約3 m寬村道。滑坡整體為一斜坡地形，自然坡面約20°。總地勢(shì)南低北高，高差48 m。坡面為耕地，植被較稀疏。該滑坡橫向?qū)捈s50 m，縱向長(zhǎng)約125 m，滑體平均厚約6.9 m，總方量約為3.7×104m3，為小型堆積體滑坡。2019年6月，在連續(xù)降雨的影響下，滑坡最終發(fā)生整體滑動(dòng)，如圖2所示。

1.2 地層巖性

圖1 滑坡全貌

圖2 整體失穩(wěn)后的滑坡

4) 強(qiáng)風(fēng)化泥巖(J1-2zl)：紅褐色、灰褐色，原巖結(jié)構(gòu)已部分破壞，主要礦物為粘土礦物，節(jié)理極發(fā)育，裂隙間可見(jiàn)少量泥質(zhì)充填，巖芯呈碎塊狀-短柱狀，顏色暗淡，錘擊聲啞，遇水易軟化。局部夾薄層砂巖。

5) 中風(fēng)化泥巖(J1-2zl)：棕紅色，碎屑結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為粘土礦物，該層巖體完整性較好，巖質(zhì)較新鮮。

6) 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(J1-2zl)：暗紫紅色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，水平層理,夾薄層泥巖。巖石較完整,呈長(zhǎng)短柱狀，最大節(jié)長(zhǎng)0.35 m。局部少量方解石脈充填,質(zhì)硬，小刀可刻劃。

1.3 水文地質(zhì)

坡體內(nèi)地下水賦存形式為孔隙水，坡體中部平臺(tái)出露多處“水塘”，為孔隙水排泄口。坡體土體松軟，局部呈飽水狀態(tài)，地下水位埋深0.1 m～1 m。地下水沿坡體向下滲流，坡體下游村道一側(cè)排水邊溝中有地下水滲出。

圖3 滑坡典型縱斷面

1.4 氣象

滑坡所處區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)影響特別顯著，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫13.1 ℃，極端最高34.4 ℃，極端最低-8.6 ℃。年均降水1 101.1 mm，多年單日最大降水量178.8 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 124.3 h，年平均相對(duì)濕度85%。

2 滑坡典型特征分析

2.1 地形地貌特征

該滑坡處于一斜坡地形，自然坡面約20°，地層傾角40°，總地勢(shì)北高南低。該類(lèi)地形易使降水在坡面匯集，具有明顯的匯水特征，坡體含水量較大，坡體內(nèi)部形成滲流。統(tǒng)計(jì)的已有堆積體滑坡案例如表1所示。從表1可以看出，堆積體滑坡的地形大多為單面斜坡或“V”形沖溝。

斜坡地形往往使堆積體滑坡前后緣有較大的高差，這為滑坡滑動(dòng)提供必要的重力勢(shì)能。從表1可見(jiàn)，該類(lèi)型滑坡前后緣高差分布范圍較大，高差越大，重力勢(shì)能越大，越容易形成巨型滑坡。本文滑坡案例前后緣高差48 m，造成了3.7×104m3堆積體滑動(dòng)；貴州水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)滑坡[10]前后緣高差高達(dá)460 m，造成了191.2×104m3堆積體滑動(dòng)，巨大的能量在滑坡下游形成了約800 m的“滑移-鏟刮”區(qū)，造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失；四川漢源唐家坡滑坡[11]前后緣高差270 m，最終形成了150×104m3堆積體滑坡，損失慘重。

從表1還可知，堆積體滑坡地表植被多較稀疏，多為低矮灌木，部分高海拔地區(qū)甚至地表裸露，這類(lèi)地表植被無(wú)法為坡面提供較好的保護(hù)作用，降雨對(duì)坡面多直接沖刷，并隨降雨下滲量的增加，形成地下水賦存在坡體內(nèi)。

2.2 滑體特征

該滑坡的滑體以碎塊石土為主。從表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，堆積體滑坡滑體基本全部由碎塊石土構(gòu)成。部分學(xué)者對(duì)該類(lèi)型滑坡滑體的巖土類(lèi)型做了詳細(xì)的調(diào)查：王維早[21]對(duì)南江縣1 034個(gè)堆積體滑坡的研究得出，堆積體的巖性主要為塊碎石土；湯明高等[3]通過(guò)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)396個(gè)滑坡樣本研究得出，滑體92.93%為土石混合體。由此可見(jiàn)，堆積體滑坡的滑體一般具有較高的粗粒含量，碎塊石土為常見(jiàn)的滑體巖土類(lèi)型。

2.3 滑床及滑面特征

該滑坡的滑面為土石分界面，滑床巖性為泥巖。從表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，土石界面為該類(lèi)滑坡的常見(jiàn)滑面，僅有少數(shù)案例[7-8,16]滑面在堆積體內(nèi)部。滑床巖性以砂泥巖、泥頁(yè)巖、泥灰?guī)r等軟質(zhì)巖較為常見(jiàn)，灰?guī)r、白云巖等硬質(zhì)巖滑床較少。其原因?yàn)樯澳鄮r等軟質(zhì)巖較易風(fēng)化，且自身含大量細(xì)顆粒，在水的作用下，極易形成力學(xué)性質(zhì)極差的泥化層，促使滑坡發(fā)生滑動(dòng)。文獻(xiàn)[12]所提供的案例滑面傾角為5°，滑面極緩，但仍然發(fā)生了沿土石界面的整體滑動(dòng)，說(shuō)明泥化層的力學(xué)性質(zhì)極差。而硬質(zhì)巖滑床受水影響較小，滑面附近細(xì)顆粒含量相對(duì)較少，其穩(wěn)定性較軟質(zhì)巖滑床更穩(wěn)定。

表1 堆積體滑坡特征匯總

另外，該類(lèi)滑坡的滑面上下巖土體的滲透性具有明顯差異。以土石界面為滑面的滑坡中，上部滑體滲透性較強(qiáng)，下部基巖滲透性較差；堆積體內(nèi)部滑面上下土體滲透性也具有明顯差異，如文獻(xiàn)[16]的案例滑面即為含碎石粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土的地層界面，含碎石粉質(zhì)粘土粗顆粒含量高，其滲透性大于下部粉質(zhì)粘土層。因此，具有明顯滲透性差異的巖土界面均有可能發(fā)展為堆積體滑坡的滑面。

2.4 誘發(fā)因素

1) 降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響

該滑坡在2006年修建省道時(shí)，滑坡前緣發(fā)生小規(guī)模滑動(dòng)，但并未整體失穩(wěn)，通過(guò)修建擋墻，該滑坡保持了長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，省道邊坡開(kāi)挖并不是滑坡整體滑動(dòng)的主要誘發(fā)因素。2018年，貴州省從5月份進(jìn)入雨季開(kāi)始，該滑坡不斷發(fā)生不同程度的滑動(dòng)，并于2019年6月發(fā)生整體滑動(dòng)。由此可見(jiàn)，降雨對(duì)堆積體滑坡的穩(wěn)定性影響較大。從表1滑動(dòng)前發(fā)生事件的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，堆積體滑坡發(fā)生整體滑動(dòng)往往伴隨著降雨的發(fā)生。

表1中部分案例[7-8,13]是由邊坡開(kāi)挖造成的滑動(dòng)，這類(lèi)多為堆積體內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)，相較沿土石界面滑動(dòng)的堆積體滑坡，往往發(fā)生于開(kāi)挖面附近，滑動(dòng)范圍及規(guī)模均較小，且大多數(shù)的邊坡開(kāi)挖僅促使堆積體滑坡進(jìn)入蠕滑狀態(tài)，滑坡后緣產(chǎn)生張拉裂縫，坡體局部呈現(xiàn)微變形狀態(tài)，但引起堆積體整體失穩(wěn)的案例較少。如文獻(xiàn)[13]提供的堆積體滑坡案例中，在邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)下，后緣產(chǎn)生了張拉裂縫，滑坡處于蠕滑階段，但滑面并未貫通，整體也未失穩(wěn)。而較多滑坡案例顯示，滑動(dòng)前發(fā)生事件多為“邊坡開(kāi)挖+降雨”，因此，降雨是堆積體滑坡整體失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素，而邊坡開(kāi)挖增大了滑坡對(duì)降雨的敏感度，為次要誘發(fā)因素。

2) 累計(jì)降雨量對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響

從對(duì)本文案例及已有文獻(xiàn)所報(bào)道的堆積體滑坡案例降雨的進(jìn)一步分析可知，降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)間對(duì)堆積體滑坡的滑動(dòng)也有影響。

本文的滑坡案例從2018年5月雨季開(kāi)始，便發(fā)生了不同程度的變形，但直到2019年進(jìn)入雨季之后2個(gè)月的時(shí)間才發(fā)生整體滑動(dòng)。貴州省水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)滑坡[10]在6月25日、7月12日發(fā)生了2次日降雨大于60 mm的暴雨天氣，但滑坡并未整體失穩(wěn)，7月23日，當(dāng)累計(jì)降雨量達(dá)到400 mm時(shí)，最終引發(fā)了191.2×104m3滑體的整體滑動(dòng)。

由此可見(jiàn)，累計(jì)降雨量是影響堆積體整體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，降雨強(qiáng)度的大小與滑坡滑動(dòng)之間并沒(méi)有絕對(duì)的相關(guān)性。

累計(jì)降雨量指標(biāo)對(duì)堆積體滑坡的作用機(jī)理可做如下解釋?zhuān)憾虝r(shí)強(qiáng)降雨天氣(暴雨)，累計(jì)降雨量較少，且能使地表淺層土體迅速飽和，并形成地表徑流，部分降雨會(huì)通過(guò)地表徑流匯入附近自然溝渠而排出滑坡體外，滲入坡體內(nèi)部的雨量反而較少，加之累計(jì)降雨量有限，對(duì)堆積體滑坡的影響程度及影響范圍也相對(duì)有限；持續(xù)性降雨(久雨)，累計(jì)降雨量較多，雨水下滲深度增加，影響范圍較廣，能夠使更大范圍、更深層滑體處于飽和及軟化狀態(tài)，從而引發(fā)大規(guī)模的堆積體滑動(dòng)。但是，對(duì)于滑體厚度較薄的堆積體滑坡，短時(shí)強(qiáng)降雨也能夠使滑體迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，從而引發(fā)整體失穩(wěn)。

2.5 滑坡變形特征

該滑坡垂直滑動(dòng)方向分布多條張拉裂縫。這一系列張拉裂縫的形成時(shí)間上具有先后性，越靠近滑坡前緣的裂縫越先形成，隨后依次形成后序裂縫。本文堆積體滑坡于2018年5月雨季開(kāi)始，滑坡前緣便發(fā)生了小規(guī)?；瑒?dòng)，當(dāng)時(shí)滑動(dòng)后緣位于裂縫L1處，滑動(dòng)導(dǎo)致前緣省道一側(cè)路塹墻發(fā)生鼓脹破壞，最大位移量約50 cm，在前級(jí)滑體的牽引作用下，陸續(xù)形成后緣多條裂縫，從2019年5月份開(kāi)始，隨著當(dāng)?shù)亟涤甑某掷m(xù)，最終發(fā)生整體滑動(dòng)破壞。這種“多級(jí)”“多期次”的滑動(dòng)特征是堆積體滑坡的典型特征，尤其是對(duì)于縱向長(zhǎng)度較大的大型堆積體滑坡，這種特征更為明顯。如文獻(xiàn)[22]所報(bào)道的張家坪滑坡，其滑坡總體積達(dá)到了200×104m3，滑坡沿縱向方向呈現(xiàn)出明顯的前、中、后3級(jí)。這種變形特征往往導(dǎo)致坡體地表產(chǎn)生多級(jí)臺(tái)地，這種地形可作為野外識(shí)別堆積體滑坡各級(jí)后緣的特征之一。

3 滑坡滑動(dòng)機(jī)理

根據(jù)滑坡工程地質(zhì)、水文地質(zhì)信息，結(jié)合上述對(duì)滑坡典型特征的分析，對(duì)該堆積體滑坡的滑動(dòng)機(jī)理分析如下：

由于該滑坡所處區(qū)域?yàn)槊黠@的匯水地形，大量降雨匯入滑坡區(qū)域。坡體主要為碎塊石土，碎石含量55%～75%，滲透性強(qiáng)，大量降水滲入坡體內(nèi)部，坡體內(nèi)地下水位抬升，并形成滲流。

坡體內(nèi)含水量的增大，不僅導(dǎo)致坡體自重增大，還造成滑面強(qiáng)度軟化，這兩者均極大地降低了滑坡穩(wěn)定性。尤其是滑面附近，由于滑體和滑床滲透性差異較大，下部泥巖具有明顯的隔水性，在滑面附近形成了地下水強(qiáng)烈活動(dòng)帶，致使該范圍巖土體強(qiáng)度極大軟化，從鉆孔揭露成果來(lái)看，土石界面附近土體含水量大，基本成流塑狀態(tài)，具體參數(shù)如表2所示。

表2 滑坡巖土基本物理力學(xué)指標(biāo)

另外，該滑坡失穩(wěn)與前緣擋墻泄水孔堵塞也有一定關(guān)系。擋墻泄水孔堵塞，導(dǎo)致坡體內(nèi)部地下水無(wú)法順暢排出，前緣滑體長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)，且范圍逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致前緣滑體阻滑力減小，進(jìn)一步降低了滑坡整體穩(wěn)定性。

受滲流力的增大、堆積體自重的增大、滑面強(qiáng)度的軟化、前緣塊體阻滑力的降低等因素的共同影響，最終滑坡發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。

4 堆積體滑坡防治措施

1) 排水措施

根據(jù)上述分析，水是堆積體滑坡的主要誘發(fā)因素。因此，本文滑坡案例采取了以治水為主的處治原則，如圖4所示。在滑坡后緣及中部設(shè)置了多道截水溝，截水溝截面尺寸為0.6 m×0.6 m梯形排水溝，將地面匯水及時(shí)引排至滑坡范圍之外。前緣擋墻墻后設(shè)置15 m長(zhǎng)Φ110仰斜式排水管，橫向間距6 m，疏排坡體內(nèi)部水。通過(guò)地表、地下綜合排水系統(tǒng)，最大程度地在短時(shí)間內(nèi)降低坡體含水量，充分發(fā)揮巖土體自穩(wěn)能力，有效避免了水對(duì)滑體的軟化，提高了滑坡的穩(wěn)定性。

2) 支擋措施

通過(guò)上述排水措施，巖土體強(qiáng)度參數(shù)提高至天然狀態(tài)強(qiáng)度，如表2所示。根據(jù)傳遞系數(shù)法計(jì)算其整體穩(wěn)定系數(shù)為1.294，整體穩(wěn)定。前緣擋墻僅需考慮墻后主動(dòng)土壓力即可，故設(shè)置頂寬0.8 m，墻高3 m(包含埋深1.0 m)的路塹墻對(duì)滑坡前緣進(jìn)行支擋。

單位：m

然而，目前的堆積體滑坡治理中仍然存在“重支擋、輕排水”的錯(cuò)誤思路，將大規(guī)模的支擋措施作為主要防治手段，而排水僅為輔助處治措施，導(dǎo)致治理費(fèi)用較高，而效果一般。堆積體滑坡的發(fā)生往往是水對(duì)滑體的軟化所致，合理的排水措施能夠有效降低巖土體的軟化程度，從而減小支擋工程規(guī)模，降低處治費(fèi)用。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)貴州某堆積體滑坡的典型特征、滑動(dòng)機(jī)理及防治措施的分析，得出如下結(jié)論：

1) 該堆積體滑坡的地形具有明顯的匯水特征，單面斜坡地形是常見(jiàn)的堆積體滑坡地形。地表植被往往以低矮灌木為主，且植被較稀疏，無(wú)法對(duì)自然坡面起到保護(hù)作用，且易使降水下滲量增大，降低滑坡穩(wěn)定性。

2) 該滑體粗顆粒含量較高，為碎塊石土，具有較高的滲透性，集中降水后，易使降水快速下滲，并在坡體內(nèi)部形成滲流。

3) 該滑坡的滑面為土石界面，滑面上下巖土體滲透性差異較大，由于滑面下部巖土體相對(duì)隔水，滑面附近常形成地下水強(qiáng)烈活動(dòng)帶，這導(dǎo)致滑面巖土力學(xué)參數(shù)極大軟化。

4) 該滑坡的滑床為泥巖，泥巖本身含有大量細(xì)顆粒，在地下水作用下，易形成泥化夾層，沿土石界面滑動(dòng)破壞。軟質(zhì)巖滑床的堆積體滑坡較硬質(zhì)巖滑床的滑坡更易發(fā)生滑動(dòng)破壞。

5) 結(jié)合該滑坡典型特征分析，斜坡地形、植被稀疏、碎塊石土、下伏基巖為砂泥巖等典型特征可作為野外識(shí)別欠穩(wěn)定堆積體的重要判別特征，并正確評(píng)估其對(duì)工程建設(shè)的影響，提前做出預(yù)防措施。

6) 降水是堆積體滑坡滑動(dòng)的主要誘發(fā)因素，累計(jì)降雨量是影響堆積體滑坡穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，持續(xù)性降雨往往能引發(fā)較大規(guī)?；?。堆積體滑坡治理應(yīng)重視排水，并應(yīng)重視堆積體滑坡治理的時(shí)效性，及時(shí)采取措施進(jìn)行治理，避免因長(zhǎng)期擱置而引發(fā)牽引式的多級(jí)滑動(dòng)，導(dǎo)致更大規(guī)模的滑坡發(fā)生。