福建閩侯龍江滑坡變形破壞機(jī)制分析

吳道榮

(核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，福州，350002)

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅受自然因素的影響，還有很大一部分是人為因素造成的。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)迅速發(fā)展，受極端天氣、人類(lèi)工程活動(dòng)影響，山地丘陵區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害總體呈多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢(shì)，地質(zhì)災(zāi)害防治形勢(shì)非常嚴(yán)峻[1]。在我國(guó)眾多城鎮(zhèn)農(nóng)村周邊、礦區(qū)采場(chǎng)、填埋場(chǎng)等區(qū)域普遍存在大量堆填土不穩(wěn)定斜坡體，其穩(wěn)定性差，在強(qiáng)降雨、人為切坡開(kāi)挖等觸發(fā)因素影響下極易發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)破壞。斜坡棄土堆載、坡頂興建房屋或構(gòu)筑物等人類(lèi)工程活動(dòng)是誘發(fā)滑坡的主因之一[2]。閩侯龍江滑坡是一起典型的人工棄土堆載誘發(fā)的推移式滑坡?；驴傮w平面上略呈長(zhǎng)簸箕形，平均寬度55 m，主軸長(zhǎng)約160 m,滑坡面積約8 800 m2，平均厚度14 m，土方量約12萬(wàn)m3，主滑方向北東52°。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形(地貌)

場(chǎng)地區(qū)域上屬侵剝蝕低山地貌，西南側(cè)山頂高程為550.6 m。場(chǎng)地處低山斜坡中下部，西南側(cè)鞍部因高速公路及國(guó)道316線切坡穿過(guò)，滑坡所在山體呈孤立丘陵?duì)?，坡頂高程約77 m，原始山坡為凸形坡，原始坡度為10°～25°，坡上植被發(fā)育一般，當(dāng)?shù)卮迕裨谏狡律戏N植果樹(shù)經(jīng)濟(jì)作物?；潞缶墳榫用窠ㄗ?，前緣地勢(shì)平坦開(kāi)闊，標(biāo)高為17.8 m，山坡最大高差為60 m。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)地層簡(jiǎn)單，后緣分布厚度較大的第四紀(jì)全新世人工素填土，山坡表層主要分布第四紀(jì)更新世殘坡積砂質(zhì)黏性土，下伏基巖主要為晚白堊世花崗閃長(zhǎng)巖。

場(chǎng)地巖土體自上而下可分為：①素填土，主要成分以黏性土為主，分布于場(chǎng)地后緣，厚度為2.0～15.4 m；②坡積黏性土，厚度為1.8～13.3 m；③殘積黏性土，厚度為1.8～14.7 m；④全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，厚度為1.5～15.8 m；⑤砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，厚度為1.8～12.6 m；⑥碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，厚度為0.7～5.5 m；⑦中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖未揭穿。

1.3 氣象與水文

場(chǎng)區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，暖和濕潤(rùn)，該場(chǎng)地年平均降雨量為1 433 mm，降雨量主要集中在5—9月份，占全年總降雨量的55%～60%。其中5—6月份為梅雨季節(jié)，7—9月份為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，臺(tái)風(fēng)暴雨往往造成局部高強(qiáng)度降雨，容易誘發(fā)滑波、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

場(chǎng)地丘陵斜坡從微地貌上看，滑坡左側(cè)為一小山脊，形成分水嶺，右側(cè)地勢(shì)較低，由小沖溝阻斷，降雨時(shí)兩側(cè)地表徑流無(wú)法匯至滑坡體?；掠行R水面積主要來(lái)自滑坡體自身，平面面積約12 000 m2，降雨地表徑流由南向北側(cè)低洼處排泄。

場(chǎng)地地下水主要為松散巖類(lèi)孔隙潛水和基巖孔隙裂隙水2種。前者貯存于素填土中，滲透性較大，各向差異大，水量較貧乏，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水滲透、側(cè)向補(bǔ)給，排泄方式主要為蒸發(fā)，地下水位和水量隨季節(jié)變化較大。后者貯存于花崗閃長(zhǎng)巖風(fēng)化巖孔隙及基巖裂隙中，接受鄰區(qū)含水層地下水側(cè)向補(bǔ)給，向場(chǎng)地北側(cè)低洼處排泄。場(chǎng)地坡腳區(qū)域?yàn)殚}江淤積區(qū)，該區(qū)域地下水埋深淺，水位標(biāo)高為17.90 m，土體呈強(qiáng)富水性，多呈飽和狀態(tài)。

2 滑坡變形破壞機(jī)制分析

2.1 滑坡變形特征

滑坡后緣處廢棄人工填土道路內(nèi)側(cè)發(fā)育有拉張裂縫，裂縫寬一般為2～3 cm，下錯(cuò)5～15 cm，呈線性延伸約50 m?；轮星安苛芽p寬為20～30 cm，呈線性延伸約20 m，裂縫以上至標(biāo)高45.0 m處區(qū)域坡面膨脹裂隙發(fā)育?；虑熬壍貏?shì)平緩，由于滑坡蠕動(dòng)擠壓，中前部變形較嚴(yán)重，地面開(kāi)裂、膨脹裂隙發(fā)育。

野外可查明的滑坡左翼裂縫長(zhǎng)約60 m，寬為20～40 cm，稍有下錯(cuò)。未發(fā)現(xiàn)側(cè)翼裂縫有伴生裂縫?；掠覀?cè)為小沖溝，野外調(diào)查未發(fā)現(xiàn)滑坡右側(cè)翼裂縫。

2.2 滑面與滑帶

據(jù)滑坡中上部探井揭露，探井開(kāi)挖至9.0 m位置時(shí)揭露次級(jí)滑坡壁，滑坡壁陡直，表面光滑，見(jiàn)明顯擦痕，滑坡壁兩側(cè)土體見(jiàn)黃褐色、銹色浸染物。開(kāi)挖至14.5 m處，揭露滑面位于花崗閃長(zhǎng)巖殘積黏性土與全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖交界處，滑動(dòng)面光滑，見(jiàn)明顯擦痕，滑帶平均深度14 m，附近土體經(jīng)過(guò)擾動(dòng)重組，結(jié)構(gòu)凌亂，呈軟塑狀態(tài)。另外，從深部位移測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及后期抗滑挖孔樁揭露的滑帶土體的結(jié)構(gòu)、性狀、滑動(dòng)面附著物等綜合判定，該滑坡滑面貫通，且已形成滲流通道。

2.3 滑床

滑床指滑坡體滑動(dòng)時(shí)所依附的下伏不動(dòng)的巖、土體。該滑坡滑體主要由素填土、殘坡積黏性土組成?；采喜繗埰路e土層厚度大，導(dǎo)致殘積黏性土中的切層破壞，中下部滑面位于殘積黏性土與全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖交界處。

2.4 滑坡破壞機(jī)制

滑坡常見(jiàn)的破壞模式是張倬元等[3]提出的蠕滑-拉裂、滑移-壓致拉裂、滑移-拉裂、滑移-彎曲、彎曲-拉裂、塑流-拉裂6 種模式及其轉(zhuǎn)化的復(fù)合型式。龍江滑坡發(fā)育初期由于后緣填土堆載作用誘發(fā)，主要表現(xiàn)為垂向壓縮變形，堆載量增大后邊坡變形逐漸變?yōu)橐韵蚺R空面的擠出變形為主；滑面貫通后，坡腳膨脹變形后膨脹剪出。松散堆積體邊坡上的堆載在引起坡體局部破壞的同時(shí)，還導(dǎo)致地下水滲透系統(tǒng)的破壞和入滲條件的改變，最終導(dǎo)致滑坡的發(fā)生[4]?；驴傮w表現(xiàn)為中上部蠕滑速度快、中下部速度慢的不對(duì)等的非連續(xù)性堆載-蠕滑-拉裂-擠壓型破壞模式，屬于堆載誘發(fā)推動(dòng)式滑坡(圖1)。

(1)巖土體厚度大，強(qiáng)度低?；赂采w層殘坡積黏性土層厚度大，滑體中部該層厚度為13.5～22.9 m，多夾球狀風(fēng)化巖體，土體抗剪強(qiáng)度低，巖土體界面易成為地下水滲透通道，自西北往東南側(cè)逐漸變厚，其下為花崗閃長(zhǎng)巖風(fēng)化層。

(2)后緣填土堆載，斜坡出現(xiàn)拉張裂縫。因建筑施工在滑坡后緣堆棄大量的填土，人為增加了荷載，破壞了山體的自然平衡，坡頂產(chǎn)生垂直方向的豎向壓力，并使坡體向臨空方向產(chǎn)生一定的擠出變形，滑體下滑力增加產(chǎn)生后緣拉張裂縫。

(3)坡體變形向下部及深部發(fā)展，產(chǎn)生蠕滑。坡頂壓縮變形和擠出變形進(jìn)一步向坡體下部發(fā)展，應(yīng)力集中向裂縫下部轉(zhuǎn)移形成殘坡積層與風(fēng)化巖界面的潛在滑移面，剪應(yīng)力在潛在滑移面進(jìn)一步集中直至發(fā)生剪切蠕滑。

(4)地下水滲透系統(tǒng)的改變，土體力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步下降。2011年05月11日—2011年05月15日持續(xù)發(fā)生強(qiáng)降雨，過(guò)程雨量達(dá)156 mm，連續(xù)的強(qiáng)降雨產(chǎn)生大量的雨水滲入坡體，導(dǎo)致填土和殘積土含水量進(jìn)一步提升直至飽和。雨水堆填變形導(dǎo)致地下水滲透系統(tǒng)的破壞和入滲條件的改變，促使山坡土體吸水后物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步下降，尤其表現(xiàn)為粘聚力、內(nèi)摩擦角的下降，下滑力增大的同時(shí)抗滑力急劇下降，因滑面光滑、透水性差，孔隙水壓力急劇升高，加劇滑面的貫通和滑體剪切滑移。

(5)抗滑段受阻膨脹，滑坡處于臨界破壞狀態(tài)?；轮邢虏砍尸F(xiàn)類(lèi)似于抗滑支擋結(jié)構(gòu)，滑移受阻，產(chǎn)生彎曲鼓脹，形成壓應(yīng)力集中變形帶，應(yīng)力集中帶擠壓消散時(shí)對(duì)臨近中下部土體拉裂，形成擠壓和拉裂并存的變形跡象，表現(xiàn)出明顯的推動(dòng)式滑坡的特點(diǎn)。目前滑坡處于中部剪切滑移面強(qiáng)度與應(yīng)力積累大致平衡階段。

由于滑坡體已形成，目前拉張裂縫仍處于緩慢下沉的狀態(tài)，滑坡滑面已經(jīng)貫通，中前部膨脹現(xiàn)象明顯。表明該滑坡目前處于蠕動(dòng)擠壓階段，在上部堆載、強(qiáng)降雨等不利因素的作用下，滑坡將可能出現(xiàn)進(jìn)一步下滑。

3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

結(jié)合該滑坡體致災(zāi)機(jī)理及破壞模式，滑坡滑動(dòng)面主要位于殘坡積層與風(fēng)化巖界面處，滑動(dòng)面類(lèi)型為折線形，采用傳遞系數(shù)法[5]進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。

式中：FS為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第i條塊的重量(kN/m);Ci為第i條塊的粘聚力(kPa);ψi為第i條塊的內(nèi)摩擦角(°);Li為第i條塊的滑面長(zhǎng)度(m);αi為第i條塊的滑面傾角(°);A為地震加速度(g)；Rn為第n計(jì)算條塊滑動(dòng)面上的抗力(kN/m)；Tn為第n計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面切線上的反力(kN/m).

3.1 物理力學(xué)參數(shù)的選取

依據(jù)滑坡室內(nèi)土工試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合與該區(qū)地質(zhì)條件類(lèi)似的鄰區(qū)相似資料類(lèi)比，計(jì)算機(jī)模擬反復(fù)驗(yàn)算反算，提供巖土體物理力學(xué)參數(shù)值(表1)。

表1 巖土體計(jì)算參數(shù)Table 1 Calculation parameters of the rock and soil mass

3.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滑坡體形變特征、匯水滲透形式，選取典型主剖面1—1′和2—2′的天然工況(自重) 、暴雨工況(自重+暴雨)及地震工況(自重+地震)3種工況進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算(表2)。基于Geo-Slope 軟件分析確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及其最小安全系數(shù)，分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)勘查情況一致，該滑坡天然工況(自重)下整體穩(wěn)定系數(shù)為1.087～1.135，滑坡處于基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況(自重+暴雨)下整體穩(wěn)定系數(shù)為0.941～0.973，地震工況(自重+地震)下整體穩(wěn)定系數(shù)為0.897～0.916，滑坡均都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 安全系數(shù)計(jì)算Table 2 Safety factor calculation

4 滑坡治理措施

(1)滑坡的變形破壞模式特點(diǎn)，對(duì)該滑坡進(jìn)行削坡減載、抗滑樁、錨索、截排水的綜合治理措施。

(2)削坡減載，主要清理滑坡體后緣人工填土，減少下滑力。

(3)抗滑樁+錨索在滑坡體中下部設(shè)置兩排抗滑樁，人工挖孔樁φ2000 mm，長(zhǎng)25 m，樁間距5.5 m，樁上設(shè)置6根預(yù)應(yīng)力錨索。

(4)截排水施工在滑坡后緣外側(cè)設(shè)置截水溝，防止后側(cè)山坡地表水匯入；滑體上設(shè)置排水溝排出地表水。

5 結(jié)論

對(duì)閩侯龍江滑坡變形特征、破壞機(jī)制及其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，滑坡屬棄土堆載作用誘發(fā)推移式中型土質(zhì)滑坡；提出采取以抗滑樁、錨索為主的綜合治理方案。

滑坡治理結(jié)束后，經(jīng)受住二次特大暴雨的考驗(yàn)，各監(jiān)測(cè)孔的累計(jì)位移量均小于20 mm，監(jiān)測(cè)結(jié)果也顯示滑坡趨于穩(wěn)定狀態(tài)，治理效果良好。