云南鎮(zhèn)雄縣某滑坡變形特征分析及治理研究

劉啟玉，保光瓊，方中有，許漢華，李艷林，張小亮

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 研究區(qū)概況

云南鎮(zhèn)雄縣某滑坡(BW1)位于鳳翅山西麓，緊鄰環(huán)城北路。BW1由南至北縱向延伸約 280 m，東西橫向延伸約 105 m。主坡向朝西(局部西南)，坡高約 60 m，坡度介于40～45°，坡腳外側(cè)北段為環(huán)城北路(坡體多為臺階狀梯田，梯田寬度1.5～3.0 m，臺階高差約1.0～2.2 m)。整體現(xiàn)狀不穩(wěn)定，局部坡體表層破碎，有崩滑跡象。坡體中部于20世紀90年代發(fā)生小范圍淺部塌滑，目前滑坡體尚屬不穩(wěn)定(局部欠穩(wěn)定)狀態(tài)，塌滑區(qū)局部依然有碎石坍落。

該滑坡的存在影響了當?shù)卮迕竦纳姝h(huán)境。為確保斜坡長期穩(wěn)定，避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展，確保該地區(qū)的人員及財產(chǎn)安全，需對該斜坡進行綜合研究和治理。

2 自然環(huán)境

2.1 氣象、水文及地貌

研究區(qū)位于鎮(zhèn)雄縣，屬亞熱帶高原型山地季風(fēng)氣候，冬季低溫陰雨連綿，夏季雨水充沛，年平均氣溫 11.3 ℃，年降雨量688.9～1 427.7 mm，平均 914.6 mm。鎮(zhèn)雄縣屬金沙江水系，研究區(qū)內(nèi)地表水不發(fā)育，無大的地表水體。場地北部約 450 m 發(fā)育有1條季節(jié)性沖溝，沖溝溝頭處較窄，溝口處寬約8～10 m，溝長約 300 m，上部略陡，約25～30°，下部坡度變緩介于10～15°，兩岸斜坡發(fā)育較對稱，約30～45°。

場地周邊未發(fā)現(xiàn)泉點、地下暗河、機井等，經(jīng)調(diào)查，場地內(nèi)地下水埋藏較深。

研究區(qū)所在區(qū)域以構(gòu)造剝蝕高中山地貌為主。區(qū)域內(nèi)出露基巖為粉砂巖。地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，區(qū)內(nèi)山勢走向基本與地質(zhì)構(gòu)造相協(xié)調(diào)。自然地形坡度一般為25～45°。

研究區(qū)屬構(gòu)造剝蝕高中山地貌，地形標高介于 1 675～1 750 m，相對高差約 75 m,地勢為東高西低。整體屬于二面坡(西面及西南面)，研究區(qū)中部滑坡地帶地形高差及坡度較大，一般坡度約40～45°，滑坡兩側(cè)坡度較緩，坡度在25～35°之間，地形坡度以大于25°為主。緩坡地段由于農(nóng)業(yè)耕作、人類工程活動形成高度< 10 m 近直立的陡坎，整體地形地貌復(fù)雜。

2.2 地層巖性

根據(jù)收集地質(zhì)資料，研究區(qū)主要分布有第四系耕土、人工填土、滑坡堆積碎石土、坡積層碎石土、含礫粉質(zhì)粘土；基巖為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)粉砂巖。地層自上(新)而下(老)概況為：

碎石土(③層)：主要由強-中風(fēng)化砂巖碎石土組成，棱角狀，碎石粒徑一般為5～10 cm，大者可達12～15 cm，夾塊石，充填少量砂及黏性土，稍密，稍濕，主要分布于BW1中下部，堆積于坡腳的部分在坡腳場平時已被清除，僅坡體上還剩余薄層。

含礫粉質(zhì)粘土(④2層)：褐黃色，硬塑狀態(tài)，稍濕，切面粗糙，無光澤，含角礫30%左右，角礫成分為強-中風(fēng)化砂巖，粒徑0.5～2.0 cm，無搖振反應(yīng)，干強度及韌性中等，成因主要為坡積，主要分布于滑坡坡腳附近。

5)三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)。粉砂巖(⑤1層)：青灰色、褐色，強風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，細粒結(jié)構(gòu)，中厚層-厚層狀構(gòu)造，巖芯呈3～6 cm 碎塊狀，少量呈5～8 cm 短柱狀，巖芯采取率為80%，RQD為0。巖體完整程度為破碎-極破碎，表明該層巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ～Ⅳ級。

粉砂巖(⑤2層)：青灰色、褐色，中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，細粒結(jié)構(gòu)，中厚層-厚層狀構(gòu)造，巖芯呈8～20 cm 短柱狀，少量呈30～40 cm 柱狀，少量碎塊狀。巖芯采取率為80%，RQD為50%～60%。巖體完整程度為較破碎-較完整，表明該層巖體基本質(zhì)量等級為Ⅱ～Ⅲ級。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)所在區(qū)域位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶與新川黔經(jīng)向構(gòu)造帶之間，區(qū)域內(nèi)褶曲多為短軸和穹狀褶曲。研究區(qū)附近發(fā)育的主要斷層為諸宗斷層、紅巖斷層、雨河斷層、瓦房斷層及鎮(zhèn)雄斷層。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造比較發(fā)育，構(gòu)造形跡總體走向北東-南西向，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

鎮(zhèn)雄縣抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為 0.05 g，所屬設(shè)計地震分組為第一組，區(qū)域地殼處于穩(wěn)定區(qū)。

3 滑坡基本特征及變形發(fā)展趨勢

3.1 滑坡BW1邊界、形態(tài)特征、規(guī)模

滑坡BW1地質(zhì)災(zāi)害位于縣城東側(cè)斜坡上的斜坡地帶，根據(jù)工程地質(zhì)測繪、地形地貌條件結(jié)合滑坡變形跡象確定滑坡周界(圖1)。

圖1 滑坡區(qū)地質(zhì)平面Fig.1 Geological place of landslide area

后邊界：滑坡后緣位于坡頂，地形陡緩交界位置，地形標高 1 745～1 747 m 一帶，主要變形跡象為廣場南側(cè)直立的陡坎。

前邊界：滑坡前緣位于斜坡坡腳一帶，地形標高 1 680.5～1 684.5 m，變形跡象主要為坡腳的局部塌滑。

南側(cè)邊界：自然斜坡形態(tài)與人工改造斜坡變形處。

北側(cè)邊界：自然斜坡形態(tài)與人工改造斜坡變形處。

坡體上坡度較陡，表層局部有滑移跡象。

3.2 滑坡地表變形跡象

滑坡地表變形跡象主要位于斜坡坡腳及坡頂附近，主要表現(xiàn)為滑坡中部形成的T1號坍滑體，及坡面上發(fā)育程度不同的淺表層滑移變形形成的小錯坎；且坡頂靠北側(cè)發(fā)育多個向外凸出的陡坎，既有東西向連續(xù)分布及分布不連續(xù)高度不等的錯坎，初步分析為淺表部蠕滑形成，其后經(jīng)過人為的改造形成現(xiàn)狀。

3.3 地層巖性與潛在不利結(jié)構(gòu)面

3.4 滑坡變形危害

根據(jù)滑坡現(xiàn)狀形態(tài)特征，現(xiàn)場走訪調(diào)查和研究分析，目前斜坡現(xiàn)狀整體相對穩(wěn)定，斜坡堆積體處于蠕劃變形階段，并產(chǎn)生局部塌滑變形，潛在滑動面(帶)尚未貫通。隨著潛在滑動面(帶)逐漸貫通擴展，在外界不利因素(如強降雨或地震)的作用下，滑坡局部滑動變形將發(fā)展擴大，可能形成整體滑移，直接威脅斜坡下部的道路、行人的生命財產(chǎn)安全。

4 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

4.1 滑坡變形成因分析

研究區(qū)滑坡的發(fā)育，與脆弱的地質(zhì)環(huán)境條件、人類工程活動及降雨密切相關(guān)。本文對影響斜坡穩(wěn)定的因素分析如下。

1)地形地貌因素：斜坡地形地貌特征較為明顯，最大相對高差可達 60 m(圖2)，地形坡度較陡，但前緣具備臨空條件。斜坡區(qū)地勢東高西低，BW1地形坡度為40～45°。地形地貌條件組合不利，致使斜坡組成物質(zhì)具有較大的重力勢能差，為坡體物質(zhì)的滑移提供了動力。

圖2 3-3′邊坡地質(zhì)剖面Fig.2 Geological section of 3-3′ slope

3)降水因素：雨季降雨形成的地表水在松散的土體內(nèi)入滲、浸泡并產(chǎn)生地下徑流，沿軟弱結(jié)構(gòu)面相對富集與運移，浸潤軟化了潛在滑動面(帶)土層，使巖土體強度急劇降低，不利于斜坡的穩(wěn)定(圖3)。

4)人類工程活動：滑坡BW1坡腳切坡建房，改變了坡腳原有地形，破壞了斜坡的原有應(yīng)力平衡；不完善的排水系統(tǒng)，使地表水沿坡面下滲降低坡體物質(zhì)的力學(xué)強度，坡體穩(wěn)定性大大降低。

圖3 4-4′邊坡地質(zhì)剖面圖Fig.3 Geological section of 4-4′ slope

4.2 滑坡變形破壞機制分析

從坡體地層結(jié)構(gòu)分析，斜坡地層主要由碎石土和基巖構(gòu)成，整個坡面主要為坡積層，厚度較大，坡積層與下伏三疊系(T1f)粉砂巖的巖性差異面為土石界面，為坡體上的不利軟弱結(jié)構(gòu)面，斜坡沿土巖界面產(chǎn)生滑移的可能性較大。從危害性來講，發(fā)生于土巖界面的危害性最大。從地表變形跡象分析，斜坡上部未發(fā)現(xiàn)有明顯拉張裂縫等變形跡象，但坡頂分布有錯落式臺坎，下部斜坡存在淺表層滑移及小規(guī)模塌滑，中部坡面局部發(fā)育有坍滑體等變形跡象，說明斜坡變形塊體滑動面(帶)尚未貫通至上部，且前緣有臨空條件及地形轉(zhuǎn)折處，在特殊工況(如強降雨飽水或地震)條件下，沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生牽引式滑移的可能性大，變形破壞機制為：前緣牽引→整體處于蠕滑狀態(tài)→牽引式蠕滑解體。

4.3 滑坡穩(wěn)定性分析

現(xiàn)狀滑坡變形跡象主要表現(xiàn)為下部斜坡發(fā)育淺表層滑移現(xiàn)象及局部小范圍塌滑，中段坡面發(fā)育坍滑體，坍滑體周界較清楚，坡面仍有松散物質(zhì)堆積，并有向后緣擴張的趨勢，雨季或強降雨條件下，坍滑體將繼續(xù)滑移，坡頂分布有錯落式臺坎。根據(jù)調(diào)查及走訪，現(xiàn)狀變形跡象仍有繼續(xù)發(fā)展的態(tài)勢，故斜坡現(xiàn)狀整體不穩(wěn)定，在特殊工況(如強降雨飽水或地震)條件下，沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生牽引式滑移的可能性大，危害對象較大。整體上滑坡處于不利組合情況，在極端情況下(強降雨、地震)滑坡容易失穩(wěn)。

4.4 滑坡穩(wěn)定性評價

推測不穩(wěn)定滑坡可能沿坡積層與下伏三疊系(T1f)粉砂巖之巖土界面產(chǎn)生滑坡，特選取5條代表性剖面為計算斷面，定量計算和評價滑坡穩(wěn)定性。

根據(jù)鉆探資料及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，巖土層的滑坡驗算強度指標見表1。

表1 滑坡驗算指標建議Tab.1 Suggestion on checking calculation index of landslide

驗算工況：本次計算選擇斜坡自然狀態(tài)、暴雨工況(鎮(zhèn)雄地區(qū)屬6°抗震設(shè)防區(qū)，不考慮地震工況)2種工況進行現(xiàn)狀斜坡的穩(wěn)定性分析。

1) 工況I：自重(天然狀況)；

2) 工況Ⅱ：自重+地下水；

3) 工況Ⅲ：自重+暴雨+地下水。

雨季時，碎石土的滲透性較強，在上部不易形成上層滯水帶，雨水下滲至基巖面，形成沿著基巖面的地下水順坡徑流，在坡體下部滲出，形成小范圍坡面流。因旱季時不會形成地下水及坡面滲流，綜合考慮研究區(qū)一般不容易形成穩(wěn)定的地下水位，計算過程中不考慮自重+地下水，只考慮自重及暴雨工況下的滑坡穩(wěn)定性，即工況I和工況Ⅱ。

本次驗算計算公式選用折線法進行穩(wěn)定性系數(shù)計算，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)按依據(jù)滑動面形態(tài)特征，運用傳遞系數(shù)法進行滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計算。驗算結(jié)果如表2所示。

表2 滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)驗算結(jié)果及評價Tab.2 Checking result and evaluation of stability coefficient of landslide

計算結(jié)果表明：在工況Ⅰ條件下，BW1其穩(wěn)定系數(shù)介于1.035～1.108之間，BW1處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在工況Ⅱ條件下，上部碎石土體臨時飽水，抗剪強度指標降低，其穩(wěn)定系數(shù)介于0.963～1.048之間，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，斜坡有可能發(fā)生局部滑動變形，與滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性相符。在工況Ⅰ條件下，BW2處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)狀基本相符。在工況Ⅱ條件下，穩(wěn)定系數(shù)<1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，須采取一定的支護措施以保證斜坡的穩(wěn)定性。

4.5 探 討

研究區(qū)內(nèi)主要存在的地質(zhì)災(zāi)害為滑坡，BW1現(xiàn)狀處于不穩(wěn)定狀態(tài)，局部坡體在雨季會發(fā)生小范圍、小規(guī)模的淺表部塌滑，且坡體局部會發(fā)生滾石，崩塌等現(xiàn)象。兩側(cè)的滑坡現(xiàn)狀處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但是在暴雨工況下，可能會發(fā)生沿軟弱面的滑動變形。為防止因斜坡失穩(wěn)而造成人員及財產(chǎn)的損失，須對現(xiàn)有斜坡采取一定的支護措施。

5 治理方案研究

綜上分析，并結(jié)合工程特點，坡腳(坡腳保護對象靠滑坡側(cè)位置)設(shè)置高度約 5 m 的護坡?lián)鯄?，坡面采用削?格構(gòu)梁結(jié)合錨索、錨桿+坡面網(wǎng)噴進行支護；其中格構(gòu)梁間距 4 m；錨索布置在坡面中下部(滑塌較為嚴重的部位)，設(shè)置五六排，長度約19～22 m，間距同格構(gòu)梁間距；錨桿布置在除錨索外其他格構(gòu)梁節(jié)點位置，設(shè)置十一二排，長度約 12 m，間距同格構(gòu)梁間距。