云南昭通牛場(chǎng)滑坡形成機(jī)制分析

許定倫 唐 侃 黃 陽(yáng) 鄧海明 黃志剛 孔令偉

（昭通市高速公路投資發(fā)展有限責(zé)任公司，云南 昭通 657000）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，在西部地區(qū)的高速公路工程開(kāi)展建設(shè)活動(dòng)。然而西部山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，并且強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使擬建公路通過(guò)區(qū)發(fā)育有大量結(jié)構(gòu)稍密，細(xì)粒土與碎石、塊石混合，顆粒分布不均勻，孔隙稍大，滲透性較好的巖溶風(fēng)化殘坡積物構(gòu)成的堆積層（覆蓋層）。由于長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化、運(yùn)移，這些堆積層的厚度一般較大，平均可達(dá)20m～30m，最大厚度可超過(guò)90m，為滑坡、泥石流和崩塌等各種不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育提供了充足的物源條件。在公路的建設(shè)施工中，強(qiáng)烈的工程擾動(dòng)，特別是爆破、機(jī)具動(dòng)荷載等作用下，這些巨厚復(fù)雜不均勻堆積層邊坡可能出現(xiàn)較大規(guī)模的位移，導(dǎo)致規(guī)模性的工程滑坡。并且在雨季時(shí)，部分欠穩(wěn)定邊坡及新開(kāi)挖邊坡在公路長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)中可能由于降雨作用導(dǎo)致土體自重增加、內(nèi)部超孔隙水壓力增大，從而導(dǎo)致公路邊坡發(fā)生變形甚至滑坡，嚴(yán)重影響高速公路的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)。因此，探明該類滑坡的形成機(jī)理就顯得極其重要。該文對(duì)云南省昭通至瀘州（昭-瀘）高速牛場(chǎng)互通施工過(guò)程中出現(xiàn)的巨厚復(fù)雜不均勻堆積層滑坡進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察、形變監(jiān)測(cè)、地球物理探測(cè)，分析了滑坡形成機(jī)制，并提出可靠的防治建議。研究成果對(duì)西部山區(qū)工程建設(shè)中巨厚復(fù)雜不均勻堆積層斜坡的災(zāi)害防治與風(fēng)險(xiǎn)防控有重要參考意義。

1 滑坡基本地質(zhì)環(huán)境條件

圖1 滑坡平面圖

在滑坡發(fā)生以后，對(duì)滑坡體進(jìn)行了地表裂縫調(diào)查。結(jié)果表明，滑坡體地表及上部房屋出現(xiàn)較多的新、老裂縫（裂縫中見(jiàn)有蜘蛛網(wǎng)），裂縫主方向平行路線，裂縫寬度一般為 2cm～10cm，并且裂縫隨著斜坡施工邊坡有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)（圖2、圖3）。

圖2 滑坡導(dǎo)致墻體開(kāi)裂

圖3 滑坡后緣拉裂縫

2 滑坡位移監(jiān)測(cè)

坡體發(fā)生明顯位移以后，為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在滑坡體及其周?chē)贾昧私?9 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)（圖4）對(duì)滑坡進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，水平位移監(jiān)測(cè)采用交匯法，垂直位移監(jiān)測(cè)采用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量法。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，期內(nèi)（2019 年4—6 月）滑坡主要運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镹E85°，坡體最大位移出現(xiàn)在滑坡體中部位置（Z9 附近）。監(jiān)測(cè)期內(nèi)滑坡的最大累計(jì)水平位移可達(dá)25.694m，豎向高差可達(dá)2.497m （圖5）。在監(jiān)測(cè)初期，由于滑坡趾部公路施工不斷地開(kāi)挖，坡體不斷變形，而在監(jiān)測(cè)的后期，由于采取了在滑坡體中部開(kāi)挖斜拉槽的變形阻斷措施，因此變形趨于穩(wěn)定。

圖5 Z9 監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂向位移

3 滑坡體地球物理探測(cè)

為進(jìn)一步詳細(xì)探測(cè)滑坡形成時(shí)的地質(zhì)條件，采用高密度電阻法對(duì)滑坡區(qū)域進(jìn)行地球物理勘探。儀器為重慶奔騰地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的WDJD-3 多功能數(shù)字直流激電高密度電法儀，數(shù)據(jù)處理專用軟件2dRes 是以平滑約束最小二乘法（smoothness-constrained least-squares）為基礎(chǔ)，以擬牛頓（quasi-Newton）最佳技術(shù)為準(zhǔn)則的最小二乘法來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)線布置如圖4 所示。解譯結(jié)果如圖6、圖7 所示。由解譯結(jié)果可推測(cè)，在測(cè)線240m～245m、470m～540m 距地面約5m～15m深有閉合高阻，視電阻率大于2000Ω·m，推測(cè)有空洞或煤礦巷道。

圖4 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)為分布以及位移值

圖6 測(cè)線150m～350m

圖7 測(cè)線300m～600m

4 滑坡形成機(jī)制綜合分析

為進(jìn)一步分析坡體開(kāi)挖以后可能存在的破壞模式，運(yùn)用赤平投影法的動(dòng)力學(xué)分析方法，并考慮地層、節(jié)理裂隙的內(nèi)摩擦角，分析邊坡產(chǎn)生順層滑動(dòng)、傾覆破壞和楔形滑動(dòng)的可能性。分析方法如下：將邊坡上實(shí)測(cè)的地層、節(jié)理的產(chǎn)狀和下法線產(chǎn)狀，以極點(diǎn)形式下半球投影到等角度吳氏網(wǎng)上，同時(shí)將邊坡的坡向以及坡角以大圓形式投影在等角度吳氏網(wǎng)上，通過(guò)分析地層、節(jié)理（J#）和地層、節(jié)理下法線極點(diǎn)（N#）以及節(jié)理間組合楔形體的產(chǎn)狀（I##）與邊坡面產(chǎn)狀的空間幾何關(guān)系，確定可能的滑動(dòng)模式。之后將地層、節(jié)理的內(nèi)摩擦角投影到節(jié)理下法線極點(diǎn)周?chē)纬赡Σ两菆A，將摩擦角圓與等角度吳氏網(wǎng)中心點(diǎn)的位置關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，分析邊坡的破壞模式。計(jì)算時(shí)地層、節(jié)理產(chǎn)狀如前文第一節(jié)所述，地層的內(nèi)摩擦角根據(jù)勘查資料設(shè)置為4°，節(jié)理內(nèi)摩擦角為10°。結(jié)果如圖8 所示。從圖中可以看出，地層（J1）的極點(diǎn)在邊坡大圓外，且該地層面下法線的內(nèi)摩擦角圓未將吳氏網(wǎng)中心點(diǎn)包括在內(nèi)，因此可能會(huì)發(fā)生順層滑動(dòng)破壞。而節(jié)理面J3，J4 下法線極點(diǎn)在吳氏網(wǎng)上的投影在傾覆窗口外，節(jié)理面J2 下法線極點(diǎn)在吳氏網(wǎng)上的投影在傾覆窗口內(nèi)可能會(huì)導(dǎo)致傾覆破壞。兩組節(jié)理形成的楔形體極點(diǎn)（I14）在邊坡大圓外，且節(jié)理面下法線內(nèi)摩擦角圓未將中心點(diǎn)包括在內(nèi)，因此可能會(huì)發(fā)生楔形滑動(dòng)破壞。綜上所述，該處邊坡可能出現(xiàn)順層滑動(dòng)、傾覆破壞和楔形滑動(dòng)。由于上覆土層較厚，因此出現(xiàn)傾覆破壞和楔形滑動(dòng)的可能性較小。

圖8 邊坡順層滑動(dòng)

5 結(jié)論

通過(guò)鉆探、物探和邊坡已開(kāi)挖的地質(zhì)情況可知，牛場(chǎng)匯通斜坡變形發(fā)生滑坡的主要原因：斜坡極軟巖（頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖和煤層）分布較多，邊坡開(kāi)挖后頁(yè)巖、煤層極易失水風(fēng)化散裂，巖體結(jié)構(gòu)松弛、層間結(jié)合變差，強(qiáng)度也急劇降低，坡腳極易形成潰曲變形破壞、產(chǎn)生坍塌，從而牽引邊坡形成整體滑動(dòng)；其次在斜坡上部強(qiáng)風(fēng)化巖層開(kāi)挖，邊坡在一定寬度范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)牽引變形和地層棄土沉降變形。而地下不均勻分布的采空區(qū)進(jìn)一步破壞了坡體原有結(jié)構(gòu)，降低了坡體自身的強(qiáng)度。因此，該邊坡在挖高 18m無(wú)支護(hù)的情況下，就產(chǎn)生了大面的變形破壞發(fā)生滑坡，影響工程施工進(jìn)度。經(jīng)過(guò)分析，此處坡體本身開(kāi)挖后就可能出現(xiàn)順層滑動(dòng)破壞模式。因此，對(duì)牛場(chǎng)互通斜坡在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)邊坡開(kāi)挖應(yīng)適當(dāng)放緩邊坡，加強(qiáng)坡面支擋防護(hù)。

我國(guó)西部山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，并且強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使西部山區(qū)出現(xiàn)巨厚復(fù)雜不均勻堆積層以及強(qiáng)度降低的泥巖、炭質(zhì)泥巖地層。今后還可能遇到與牛場(chǎng)邊坡相似的工程地質(zhì)條件，在該情況下，應(yīng)加強(qiáng)前期的工程地質(zhì)勘查，以查明地下強(qiáng)度較低的土層、巖層，并采用地球物理勘查方法。

在施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)避免大爆破，坡體開(kāi)挖的過(guò)程應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)情況采用分級(jí)、分段開(kāi)挖形式。對(duì)已經(jīng)發(fā)生形變的邊坡，應(yīng)該適當(dāng)放緩邊坡，加強(qiáng)坡面支擋防護(hù)。