四川美姑拉馬阿覺滑坡復(fù)活特征與影響因素分析

王 偉，王 衛(wèi)，戴雄輝

（1.四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川 成都 610017；2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院, 四川 成都 610059；3.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院, 重慶 401120）

0 引言

受地質(zhì)構(gòu)造及其活動特征影響，老滑坡主要分布在山區(qū)河谷[1?2]，大型老滑坡把岸坡地貌改造為相對開闊平緩的斜坡，通常處于穩(wěn)定狀態(tài)，常為鐵路、公路、廠房、水電開發(fā)等山區(qū)建設(shè)和開發(fā)規(guī)劃所利用。但工程建設(shè)、降雨、地震等易引起老滑坡復(fù)活[3?6]，老滑坡的復(fù)活又影響工程建設(shè)及其安全運營，這些是工程建設(shè)需要關(guān)注的主要問題[7?8]。

針對老滑坡復(fù)活的機理、變形破壞特征、數(shù)值模型等方面的研究，前人進行了較多的研究。殷躍平等[9]以藕塘滑坡為例認為庫水位的升降以及降雨因素是促使滑坡復(fù)活變形的主要因素；黃潤秋[10]、王恭先等[11]、殷志強[12]對滑坡在加載與降雨的條件下其穩(wěn)定性因素及成因機制進行了分析研究；魏昌利等[3]、杜飛等[13]通過數(shù)值模擬方法認為地震、降雨等對滑坡的復(fù)活起到促進作用。

滑坡監(jiān)測工作是了解和掌握滑坡體的變形動態(tài)特征，對滑坡正確分析、評價、預(yù)測、預(yù)報及治理工程等提供可靠資料和科學(xué)依據(jù)的重要手段。同時，監(jiān)測結(jié)果也是檢驗滑坡分析評價及滑坡防治工程效果的尺度[14]?；诖?，文中以美姑拉馬阿覺滑坡為例，通過采用現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪、現(xiàn)場監(jiān)測并結(jié)合數(shù)值模擬等方法，詳細分析了滑坡復(fù)活變形特征與影響因素分析，并對滑坡治理工程的效果進行評價，以期為同類工程防治提供借鑒。

1 滑坡概況

老滑坡位于四川省美姑縣拉馬阿覺鄉(xiāng)瓦尼村，美姑河右岸，省道307從復(fù)活體中前部橫向穿過，滑坡全景照見圖1。復(fù)活體上建有四川美姑河水電開發(fā)有限公司營地與220 kV 聯(lián)合開關(guān)站,居住有營地工作人員及瓦尼村村民，其余為耕地。拉馬阿覺老滑坡沿河寬3.0～3.6 km，縱向長6.0～6.5 km，前緣直達美姑河岸，后緣一直到后側(cè)基巖陡壁[15]。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，局部復(fù)活滑坡位于老滑坡西側(cè)前緣，長約355 m，寬約360 m，平面上呈方形，滑體厚度20～30 m，滑坡蠕滑變形的體積約為255.6×104m3[16]（圖2）。

圖1 滑坡全貌Fig.1 Overall perspective of the landslide

滑坡區(qū)屬侵蝕構(gòu)造單斜低中山地貌，地勢為階梯狀斜坡，總體上是南高北低，老滑坡相對高差約680 m，整體地形平緩，坡角一般為8°～20°。老滑坡體上沖溝發(fā)育，西側(cè)發(fā)育一常年流水沖溝，為復(fù)活體西側(cè)邊界；東側(cè)發(fā)育一季節(jié)性沖溝，于20世紀70年代復(fù)活滑坡后緣以下沖溝被人為填埋形成耕地，為復(fù)活體東側(cè)邊界。

滑坡體為第四系松散層覆蓋，第四系由滑坡堆積、殘坡積、崩積物組成，主要為紫紅色、棕紅色含碎塊石粉質(zhì)黏土、黃灰色含角礫粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、紅褐色粉質(zhì)黏土及碎塊石組成?；聟^(qū)出露基巖為三疊系下統(tǒng)銅街子組（T1t），巖性為灰綠色泥巖、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、黃灰色泥巖、灰色細砂巖、粉砂巖及灰綠色白云巖，，鐵鋁質(zhì)或鈣質(zhì)填充, 裂隙較發(fā)育，其中細砂巖為基巖裂隙水含水層，其透水性中等；泥巖為隔水層，透水性差，也是滑坡的滑床，產(chǎn)狀：348°～350°∠12°～15°?；?-1'工程地質(zhì)剖面見圖3。

圖3 滑坡1-1'工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 1-1' engineering geological profile of landslide

2 現(xiàn)場監(jiān)測

2.1 滑坡前、后期治理工程措施與監(jiān)測系統(tǒng)

2.1.1 滑坡前期治理工程措施與監(jiān)測系統(tǒng)

滑坡前期治理于2008年1月開始實施，至2008年6月施工完成?；虑捌谥卫泶胧┲饕獮樵诨虑熬墝嵤┝虽摻钍\護坡（D1—D11）、滑坡中部59根抗滑樁、集水井（J1—J8）、截水溝等措施。

前期監(jiān)測系統(tǒng)包括5個滑體深部位移監(jiān)測孔（JK01—JK03、JK05、JK07）、5個地下水位監(jiān)測孔（JK01—JK03、JK05、JK07）、樁身內(nèi)力（鋼筋計）（17#、32#、57#）（圖2），經(jīng)歷了施工期、營運期監(jiān)測[17?19]。

圖2 滑坡工程地質(zhì)平面圖及其監(jiān)測系統(tǒng)布置圖Fig.2 Landslide engineering geological plan and the monitoring system layout

2.1.2 滑坡后期治理工程措施與監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)開關(guān)站及其擴建工程的范圍，治理工程于2012年7月開始實施，至2013年2月施工完成。治理措施主要在開關(guān)站下側(cè)實施了39根抗滑樁（第二級支擋）樁頂用冠梁相連，開關(guān)站擴建工程外圍修復(fù)截水溝的綜合治理措施。

主要針對開關(guān)站擴建工程范圍，開展了施工期監(jiān)測[17，20?21]，布設(shè)了5個滑坡體深部位移監(jiān)測孔（CX01—CX05）、樁身內(nèi)力（鋼筋計）（H9、H18、H25、H38）、5個地下水位監(jiān)測孔（CX01—CX05）等（圖2）。

2.1.3 監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測時間及施工情況

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測情況，文中選取3個代表性監(jiān)測孔進行分析，其各自的監(jiān)測時間及施工情況見表1。

表1 前、后期監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測時間及施工時間表Table 1 Pre-and post-monitoring system monitoring time and construction schedule

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.2.1 深部位移監(jiān)測

滑體深部位移監(jiān)測是確定滑坡滑動與否、活動狀態(tài)及滑動面（帶）層數(shù)、深度、厚度等最直接、最可靠的手段。因此，文中主要依據(jù)滑坡體深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析滑坡變形特征、對滑坡整治工程效果的檢驗，以保證電力設(shè)施運行安全。

（1）圖4為前期JK02監(jiān)測孔滑體深部位移曲線，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示孔口滑體累計位移達110 mm，滑面達80 mm。抗滑樁等治理工程施工期間，孔口滑體位移與滑面處位移幾乎相等呈豎向直線，滑體沿滑面呈現(xiàn)剛性滑動，表現(xiàn)出單滑面及巖質(zhì)滑坡的特征，滑體變形隨時間持續(xù)增大，變形速率雖起伏變化較大，但整體呈增大趨勢，日均水平位移增量為1～3 mm；隨著抗滑樁等治理工程施工完成，抗滑樁發(fā)揮作用后，滑體變形自滑面至孔口逐漸增大，深部位移曲線由豎向直線轉(zhuǎn)變?yōu)樯洗笙滦⌒敝本€，同時滑體變形速率日漸減緩，直至滑體位移趨于穩(wěn)定，位移速率降低為0～0.3 mm/d。

圖4 JK02滑體深部位移曲線Fig.4 Deep displacement curve of JK02 sliding body

（2）圖5、圖6為后期CX02、CX05監(jiān)測孔滑體深部位移曲線，由圖分析可知，其位移主要發(fā)生在抗滑樁施工期間，孔口滑體累計35～45 mm，滑面累計位移33～57 mm，與前期相比實測的位移相對較小?？够瑯妒┕て陂g，其滑體位移曲線形態(tài)呈豎向直線，與前期監(jiān)測結(jié)果一致；但施工完成以后，其滑體位移曲線形態(tài)仍呈豎向直線，與前期監(jiān)測曲線形態(tài)存在差異，位移呈現(xiàn)沿滑帶整體滑移的特性，同時也表明了通過前期治理滑體穩(wěn)定性得到了明顯提高，但隨著施工活動、加載、降雨入滲等外部因素的變化和影響，滑體內(nèi)部仍有變形的調(diào)整，隨著抗滑樁不斷發(fā)揮作用，滑體變形速率減小，滑坡體趨于穩(wěn)定。另外，離抗滑樁越近的CX02比離樁越遠的CX05滑體位移收斂更快，且累計位移也較之更小，這說明了抗滑樁對距離樁較近的樁后滑體位移的限制作用比較遠處的滑體顯著。

（3）由圖4、圖5、圖6可知，監(jiān)測曲線在某一深度處位移均發(fā)生突變，突變位置即滑動面埋深，其中JK02、CX02、CX05滑動面埋深分別為20～21.5 m、21.5～22.5 m、18.5～20.5 m，與現(xiàn)場勘察鉆孔巖芯所揭示的實際滑動面基本一致，由此可以推斷該滑坡具有明顯的滑動面，且滑動面大體位于基覆界面位置。

圖5 CX02滑體深部位移曲線Fig.5 Deep displacement curve of CX02 sliding body

圖6 CX05滑體深部位移曲線Fig.6 Deep displacement curve of CX05 sliding body

2.2.2 地下水位監(jiān)測

圖7為2008年4月1日—2009年5月5日期間滑坡地下水位與降雨—時間關(guān)系曲線，由圖7可知，地下水位經(jīng)歷了持續(xù)下降到逐步回升，再到相對比較穩(wěn)定的過程，分別回升了5.65 m、4.58 m，分析其原因，主要是與抗滑樁施工及降雨量有關(guān)。

圖7 滑坡地下水位與降雨-時間關(guān)系曲線Fig.7 Curve between groundwater level and rainfall-reservior water level of landslide

3 老滑坡復(fù)活影響因素分析

3.1 降雨對老滑坡復(fù)活的影響

根據(jù)2008—2013年研究區(qū)降雨量統(tǒng)計顯示，降雨一般集中在每年6—9月，且其降雨量占全年降雨量80%以上。由以上分析可知，降雨入滲至滑坡體內(nèi)，滑坡體內(nèi)地下水位升高，巖土體由非飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為飽和狀態(tài)，同時降低滑帶土的抗剪強度，引起滑坡的下滑力增加、抗滑力下降，再加上地下水運移使滑坡體內(nèi)產(chǎn)生動水壓力、浮托力等作用，加劇滑坡體變形，最終誘發(fā)老滑坡復(fù)活。

3.2 人類工程活動對老滑坡復(fù)活的影響

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問，在老滑坡復(fù)活前，斜坡體上進行了營地及開關(guān)站大規(guī)模修建，由于大量開挖，使大量的地表水沿裂縫滲入到滑坡體中，改變滑坡體的滲流場，從而影響滑坡整體的穩(wěn)定性；另外，斜坡體上新建了多幢2～3層樓房及開關(guān)站相應(yīng)設(shè)施，位于滑坡中部，對滑坡滑動有一定的促進作用。據(jù)介紹，四川美姑河水電開發(fā)有限公司營地自2004年7月人員駐進以來發(fā)現(xiàn)局部地面開裂，職工活動室及部分圍墻也出現(xiàn)裂縫，這說明受加載影響顯著。

4 三維數(shù)值模擬

FLAC3D軟件是一款連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析軟件，采用有限差分方程近似代替實際的微分方程組，然后進行等效替代，將微分方程組化為代數(shù)方程來求解。因其計算速度快，數(shù)據(jù)占用空間小，可以模擬分析斜坡的受力狀態(tài)和穩(wěn)定性。除此之外，F(xiàn)LAC3D軟件在計算大變形的問題時，大變形值是通過各個時步的小變形疊加而得來的，用顯式時間差分來求解，這樣既節(jié)省了時間，也達到了解決多單元模型的目的。

4.1 參數(shù)選取

文中計算模型的本構(gòu)力學(xué)模型將采用摩爾-庫倫模型，模型的破壞包絡(luò)線和Mohr-Coulomb強度準則（剪切屈服函數(shù)）以及拉破壞準則(拉屈服函數(shù))相對應(yīng)，巖土體相關(guān)計算參數(shù)取值參考本項目的室內(nèi)試驗、工程地質(zhì)類比法、參數(shù)反演分析及《巖石力學(xué)參數(shù)手冊》等進行綜合取值，具體各巖土體物理力學(xué)取值見表2。

表2 數(shù)值計算參數(shù)取值Table 2 Numerical calculation parameter value

4.2 計算模型的建立

模型的邊界寬度取復(fù)活滑坡體寬度的十分之一時，滑坡的安全系數(shù)趨于穩(wěn)定，而且范圍取得越大影響越小，而滑帶以下基巖的深度對結(jié)果影響不大[22]。因此，根據(jù)滑坡明顯復(fù)活邊界條件及結(jié)合滑坡區(qū)域地形地貌特征確定FLAC3D的計算模型東西寬度（X方向）取480 m，兩邊超出滑坡側(cè)邊界60 m，模型底部取到高程1 225 m，比滑帶最低高程低80 m；模型南北向（Y方向）的長度取765 m，北側(cè)邊界取至美姑河對岸，南側(cè)邊界超出后緣邊界40 m（圖8）。

圖8 三維計算模型網(wǎng)格圖Fig.8 Three-dimensional computational model grid diagram

模型材料分為3種，即滑床、滑帶及滑體，由于滑帶在各鉆孔的厚度不一，將滑帶的厚度統(tǒng)一簡化為1.5 m，地表面形態(tài)根據(jù)地形線確定，而滑面根據(jù)鉆孔中滑面高程插值計算出滑面等值線。采用Ansys軟件的Solid45號單元（八節(jié)點六面體）對模型網(wǎng)格自由劃分，滑帶的網(wǎng)格稍密，考慮到設(shè)樁處的網(wǎng)格大小，對設(shè)樁處的網(wǎng)格沿樁身進行加密處理，計算模型的單元總數(shù)為2 014 449個，節(jié)點總數(shù)為360 149個（圖9）。

圖9 樁結(jié)構(gòu)單元及網(wǎng)格圖Fig.9 Unit and grid diagram of pile structure

由圖10可知，抗滑樁設(shè)置后，加固效果明顯，對于滑床部分位移幾乎為零，滑體和滑帶有不同程度的變形；樁后一定范圍內(nèi)的位移值較剖面上其它位置的位移小，樁前滑體由于前面沒有支擋而自由向臨空面變形，位移較大，特別是前緣的位移更突出，表現(xiàn)為牽引式滑坡，與該滑坡機制相符合；樁前滑體位移等值線基本豎直，說明樁前滑體具有沿滑帶整體滑移的特性，樁后滑體的位移等值線較為凌亂，體現(xiàn)出樁后滑體內(nèi)部狀態(tài)仍有變形的調(diào)整；設(shè)樁位置的等值線向上凸，突出部分頂點的位移值較大，可說明靠近樁頂位移大，往深處位移變小。

圖10 滑坡體各剖面位移云圖Fig.10 Displacement nephogram in each section in landslide body

由圖11可知，同樣高度的滑體中，樁前滑體的正應(yīng)力明顯小于樁后滑體的正應(yīng)力，說明樁前滑體受到樁后滑坡推力較小，樁后滑體的應(yīng)力大部分傳給了抗滑樁，說明抗滑樁阻擋滑體的效果明顯。

圖11 滑坡體各剖面正應(yīng)力云圖Fig.11 Normal stress nephogram of each section in landslide body

4.3 對比分析

通過三維數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，由JK02監(jiān)測孔處數(shù)值計算的滑體深部位移曲線圖12可知，曲線在20.0～21.5 m發(fā)生突變，即為滑動面位置，數(shù)值計算的孔口累計位移約109 mm，與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)吻合；數(shù)值計算的滑體深部位移曲線形態(tài)整體上呈豎直的形態(tài)，與實測深部位移曲線形態(tài)不同，這是因為數(shù)值計算采用的是同一參數(shù)，是一種均質(zhì)的材料，而滑體并不是一致均質(zhì)的巖土體。

圖12 數(shù)值計算的JK02位移曲線Fig.12 Numerically calculated JK02 displacement curve

設(shè)置抗滑樁后，抗滑樁與樁后滑體相互作用，滑體受抗滑樁阻擋，隨著抗滑樁逐步發(fā)揮作用，滑體變形趨于穩(wěn)定，滑體穩(wěn)定性得到明顯提高，抗滑樁阻擋滑體的效果明顯，且抗滑樁對離樁近的樁后滑體位移的限制作用比較遠處的樁后滑體明顯。

5 結(jié)論

前后兩期監(jiān)測都經(jīng)歷了施工期、營運期監(jiān)測，監(jiān)測目的是為了獲得滑坡變形動態(tài)特征，研究施工活動、降雨對滑坡變形的影響，對滑坡治理后的穩(wěn)定性進行評價、預(yù)測，為整治工程設(shè)計提供重要依據(jù)，檢驗滑坡治理工程的治理效果，并評價其對電站安全運行的影響有重要意義[23?24]。得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)前后兩期監(jiān)測，監(jiān)測曲線在某一深度處位移均發(fā)生突變，突變位置即滑動面埋深，與現(xiàn)場勘察鉆孔巖芯所揭示的實際滑動面基本一致，且滑動面大體位于基覆界面位置。

（2）滑體呈剛性滑動，表現(xiàn)出單滑面及巖質(zhì)滑坡的特征，降雨及人類工程活動是誘發(fā)老滑坡復(fù)活的主要因素。

（3）前期抗滑樁治理以后，滑體穩(wěn)定性得到了明顯提高，但隨著施工活動、加載、降雨入滲等外部因素的變化和影響，滑體內(nèi)部仍有變形的調(diào)整。

（4）經(jīng)過前后兩期治理，抗滑樁阻擋滑體的效果明顯，且抗滑樁對離樁近的樁后滑體位移的限制作用比較遠處的樁后滑體明顯，隨著抗滑樁逐步發(fā)揮作用，滑體變形趨于穩(wěn)定，滑體穩(wěn)定性得到了明顯提高，目前滑體變形趨于穩(wěn)定，可以滿足電力設(shè)施正常工作的變形穩(wěn)定要求。