某堆積體滑坡成因機(jī)理及穩(wěn)定性分析

張秋霞，文麗娜，朱崇林，林世偉

(1.四川省公路院工程監(jiān)理有限公司，成都 610041；2.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610041)

1 前言

我國(guó)川西高原為川、青、藏三省結(jié)合部地區(qū)，具有海拔高、地質(zhì)條件復(fù)雜、地形切割強(qiáng)烈、河流侵蝕嚴(yán)重，區(qū)域內(nèi)公路沿線病害多、整體路況差、通行能力弱的特點(diǎn)。黃潤(rùn)秋[1]、陳祖安[2]、魏昌利[3]等學(xué)者研究表明西部地區(qū)的復(fù)雜環(huán)境決定了區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性與多樣性，其中大型滑坡，具有規(guī)模大、成因機(jī)理復(fù)雜的特點(diǎn)。王立朝[4]對(duì)白格滑坡進(jìn)行研究得出高山峽谷地貌與金沙江構(gòu)造斷裂帶巖性破碎是滑坡發(fā)育的基礎(chǔ)條件，而降雨、凍融、地震是滑坡的誘發(fā)條件。顧金[5]研究了地質(zhì)條件復(fù)雜的大渡河流域的摩崗嶺滑坡、爛田灣滑坡，分析了地震與滑坡孕育的關(guān)系；郭長(zhǎng)寶[6]依托川藏鐵路研究表明日扎滑坡受斷裂活動(dòng)、巖溶水、長(zhǎng)期卸荷等多種因素作用形成；王運(yùn)生[7]對(duì)川藏鐵路瀘定段走廊道的研究揭示深切峽谷、高烈度、強(qiáng)烈深卸荷地區(qū)，在巖體破碎、強(qiáng)震活動(dòng)及集中降雨工況下易孕育滑坡；胡航[8]建立滑坡室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了暴雨誘發(fā)大型堆積體滑坡的滑坡過程；黃鵬[9]、朱冬[10]等學(xué)者針對(duì)線性工程中的典型滑坡點(diǎn)進(jìn)行了成因機(jī)理分析及處置措施總結(jié)。

針對(duì)西部區(qū)域內(nèi)堆積體滑坡成因的復(fù)雜性，從保障居民正常通行、減少居民財(cái)產(chǎn)損失等方面考慮，對(duì)西部區(qū)域內(nèi)沿線公路發(fā)生的滑坡點(diǎn)進(jìn)行工程解析，總結(jié)成因機(jī)理并提出有建設(shè)性的工程經(jīng)驗(yàn)具有重要意義。

2 滑坡工程地質(zhì)條件

2.1 滑坡概況

文中選取甘孜州石渠縣境內(nèi)一滑坡工程點(diǎn)作為研究對(duì)象，整個(gè)研究區(qū)位于金沙江左岸，為一段300 m長(zhǎng)的土質(zhì)堆積體邊坡，邊坡中后部施作了國(guó)道G215線公路，為半填半挖路基段，在右側(cè)路肩處設(shè)有擋土墻。2020年7月，該段公路上邊坡垮塌，路肩墻及路面下錯(cuò)、沉降開裂，邊坡發(fā)生明顯滑移變形。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，此滑坡發(fā)育于斜坡中下部，后部坡度約40°～50°，中前部坡度約10°～30°，整體呈“圈椅狀”(圖1)。

圖1 滑坡地貌圖

2.2 地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于青藏高原強(qiáng)烈隆起區(qū)東南部(川西隆起區(qū))，屬高山峽谷地貌，地形切割劇烈，山高谷深。邊坡坡向約200°～240°，總體地勢(shì)北東高、南西低，海拔相對(duì)高差約700 m。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造線總體呈北西向展布，邊坡前緣(金沙江邊)有甘孜-玉樹斷裂發(fā)育(圖2)，該斷裂為左旋走滑斷裂，總體走向約295°。

圖2 甘孜-玉樹斷裂區(qū)域分布

2.3 地層巖性

邊坡地層主要為新生界第四系全新統(tǒng)人工填筑層(Q4ml)、滑坡堆積層(Q4del)及中生界三疊系上統(tǒng)曲嘎寺組(T3q)。其中人工填筑層(Q4ml)為沿國(guó)道G215路基及外側(cè)斜坡分布的填土及棄土，厚約2～6 m不等，以黃灰色碎石為主，呈松散～稍密狀(圖3)；滑坡堆積層(Q4del)主要由碎石、含碎石粉質(zhì)粘土、塊石等組成(圖4)，整體呈黃灰色，石質(zhì)成分以板巖、千枚巖為主，總厚度約3～40 m；中生界三疊系上統(tǒng)曲嘎寺組(T3q)為場(chǎng)地基巖，巖性以板巖、含炭千枚巖為主，巖層片理發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，且千枚巖遇水易軟化，地層總體傾向北西，片理產(chǎn)狀為306°～344°∠18°～38°。

圖3 路基外人工棄土

2.4 氣象與水文

研究區(qū)屬大陸性季風(fēng)高原氣候區(qū)，全年降雨量在400～600 mm左右，降雨及汛期多集中在6～10月。地表水體主要為金沙江，從滑坡前緣通過，河道深切呈“V”型，險(xiǎn)灘急流較多，徑流主要來源為大氣降水和冰雪融水；地下水按其賦存形式有松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水兩大類型，主要受河水、大氣降水和高山雪融水補(bǔ)給。

圖4 滑體物質(zhì)組成

3 滑坡特征

3.1 滑坡的形態(tài)、規(guī)模及邊界

滑坡形態(tài)和規(guī)模：滑坡平面形態(tài)整體呈“圈椅形”(圖5)，后緣標(biāo)高約3 670 m，前緣標(biāo)高約3 410 m，高差260 m。主滑方向約232°，沿主滑方向縱向長(zhǎng)約390 m，橫向平均寬約320 m，平均厚約20 m，總方量約240×104m3，屬巨型土質(zhì)滑坡。

Q4ml.人工填土；Q4c+dl.崩坡積層；Q4al+pl.沖洪積層；Q4del.滑坡堆積組;T3q.曲嘎寺組}圖5 滑坡平面示意圖

滑坡邊界：滑坡位于一凹面斜坡中下部，邊界較明顯，在北側(cè)以一條深切“V”形沖溝為界，沖溝長(zhǎng)約1 km，深約5～15 m，路面裂縫延伸到?jīng)_溝邊消失(圖6a)；南側(cè)以一條東-西向的沖溝及山脊內(nèi)側(cè)為界，沖溝與G215國(guó)道間形成斜向的貫通裂縫(圖6b)；后緣地形較陡，見零星淺表溜滑及階梯狀下錯(cuò)(圖6c)，且下錯(cuò)為多年前發(fā)生；前緣位于金沙江岸邊，剪出口北西高、南東低(圖6d)?；麦w內(nèi)呈“扇形”，發(fā)育數(shù)條小沖溝，溝長(zhǎng)一般100～300 m，溝深約0.5～1.0 m，坡面有一定的沖刷破壞現(xiàn)象。

圖6(a) 滑坡北側(cè)沖溝及裂縫圖

圖6(b) 滑坡南側(cè)沖溝及斜向貫穿裂縫

圖6(c) 滑坡后緣階梯狀下錯(cuò)圖

圖6(d) 滑坡前緣剪出口

3.2 滑坡的發(fā)展及變形破壞特征

據(jù)調(diào)查，國(guó)道G215線從滑坡中后部通過，為半挖半填路基段，左側(cè)多為一級(jí)路塹邊坡開挖，設(shè)有主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)；右側(cè)路肩處設(shè)有連續(xù)路肩墻，墻基多置于塊、碎石層內(nèi)。目前，滑坡的變形破壞主要集中在4個(gè)區(qū)域(圖10、表1)，特征分述如下：

(1) 滑坡后緣變形區(qū)域：變形主要表現(xiàn)為淺表溜滑及階梯狀下錯(cuò)，其中，3-3′剖面后緣附近主要表現(xiàn)為階梯狀下錯(cuò)，發(fā)生于多年前，錯(cuò)臺(tái)高約0.4～1.3 m，走向約339°，錯(cuò)臺(tái)上部為小路，小路內(nèi)側(cè)見基巖出露(圖6c)；2-2′剖面以北主要表現(xiàn)為淺表滑塌，為新近發(fā)生，滑塌后壁高度約1.5～2.0 m，后壁依稀可見板巖出露。該段以牽引式破壞為主。

(2) 路線左側(cè)上邊坡變形區(qū)域：變形主要表現(xiàn)為左側(cè)路塹邊坡表土滑塌及變形，滑體由碎、塊石組成，厚約2～5 m，其剪出口位于上邊坡坡腳處，為牽引式破壞(圖7)。

圖7 路線左側(cè)上邊坡淺表滑塌

(3) 路面貫通裂縫：主要沿路面及內(nèi)側(cè)邊溝開裂、沉降，裂縫寬3～10 cm，最寬處達(dá)30～50 cm，最深可見1.5 m，外側(cè)路面下錯(cuò)或下沉10～30 cm，裂縫延伸長(zhǎng)達(dá)380余米，貫通滑體，兩端斜向延伸至沖溝后消失(圖8)。主要受滑坡前緣牽引滑塌的影響，造成應(yīng)力向后擴(kuò)散，形成拉裂，后期可能繼續(xù)發(fā)展。

圖8 路面、邊溝裂縫

(4) 滑坡前緣變形區(qū)域：滑坡南側(cè)金沙江及沖溝岸坡牽引滑塌、下錯(cuò)破壞。其中，滑坡前緣1號(hào)剖面以南區(qū)域，受金沙江頂沖岸沖刷的影響，順金沙江形成牽引式滑塌后退(圖9a)，滑塌體呈階梯狀逐級(jí)下錯(cuò)，支離破碎，后壁陡立且清晰，高約5 m，走向約332°，其前緣見明顯剪出口，每年雨季均有變形，現(xiàn)狀不穩(wěn)定。在滑坡南側(cè)3剖面附近，明顯發(fā)育有4級(jí)土體逐級(jí)下錯(cuò)，錯(cuò)臺(tái)高約2～3 m(圖9b)。

圖9(a) 滑坡前緣滑塌后退圖

圖9(b) 南側(cè)的東-西向錯(cuò)臺(tái)

表1 滑坡區(qū)裂縫統(tǒng)計(jì)表

圖10 滑坡區(qū)裂縫分布示意圖

3.3 滑坡的結(jié)構(gòu)特征

3.3.1 滑帶(面)特征

在滑坡前緣(金沙江邊)剖面顯示，滑體與基巖間有一層滑帶土，厚1.5～2 m，為深灰色夾灰白色含碎石粉質(zhì)粘土，硬塑狀，干強(qiáng)度較高，含碎石約10%～30%。前緣略見反翹，滑帶在雨季有水滲出痕跡，呈軟～流塑狀(圖11)。

圖11 滑坡前緣巖土界面的滑帶土

在滑坡中段的巖土界面附近，鉆孔揭露一層含碎石粉質(zhì)粘土(圖12)，呈深灰、黃灰色，以粉粘粒為主，硬塑狀，含碎石、角礫約15%～25%，石質(zhì)以板巖、千枚巖為主，呈次棱角狀。該層土質(zhì)較緊實(shí)，細(xì)粒土含量明顯高于上部土層，但未見擦痕及鏡面，推測(cè)為潛在滑帶，厚0.7～1 m。

圖12 滑坡中段巖土界面的滑帶土

路線左側(cè)(上邊坡)滑體及巖土界面附近未見軟弱層，均為碎石土。

3.3.2 滑床特征

滑床以中生界三疊系上統(tǒng)曲嘎寺組(T3q)板巖、千枚巖為主，巖層產(chǎn)狀344°∠24°，巖質(zhì)較軟，其中含炭千枚巖遇水易軟化、泥化。根據(jù)剖面勘測(cè)，滑床后緣陡(約46°)，前緣緩(約18°)，金沙江邊再次變陡(約30°)。

4 滑坡成因機(jī)理及穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡成因機(jī)理分析

經(jīng)綜合定性分析，滑坡形成受基本因素(地層巖性、地形地貌、水文氣象等)和誘發(fā)因素(降雨、工程活動(dòng)、地震等)兩方面影響。

基本因素：①由于研究區(qū)斷裂發(fā)育，巖體破碎，同時(shí)在河床的快速下切、剝蝕和斷裂構(gòu)造等作用下易形成大型碎塊石堆積體，為滑坡的孕育提供了物質(zhì)來源。②滑坡點(diǎn)屬凹面坡地形，上陡下緩，利于降水匯集和崩、滑塌物質(zhì)的積累，長(zhǎng)久的水體匯集使得抗滑段的土體力學(xué)強(qiáng)度降低，不利于堆積體的整體穩(wěn)定。③滑床的巖性為含炭千枚巖，遇水易軟化、泥化，為滑坡的孕育創(chuàng)造了潛在軟弱滑動(dòng)面。④斜坡上發(fā)育的深切“V”字形沖溝和金沙江坡岸沖刷為滑坡發(fā)育提供良好的邊界條件。

誘發(fā)因素：①日常降雨及融化后的雪水下滲使得巖土界面處的土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低，造成邊坡的前期蠕滑。②2020年7月連續(xù)強(qiáng)降雨，一方面雨水大量下滲快速增加了滑體重度并降低了滑帶土的抗剪強(qiáng)度；另一方面引起金沙江水位上漲，加劇岸坡沖刷，形成前緣的后退式滑塌破壞或階梯狀下錯(cuò)。③G215線的改建活動(dòng)，開挖了路線左側(cè)邊坡形成了臨空面，引起公路上邊坡局部溜塌，將工程廢渣棄于右側(cè)邊坡，增大了滑坡下滑力，綜上，G215改建工程活動(dòng)降低了邊坡的整體穩(wěn)定性。④甘孜-玉樹斷裂從滑坡前緣(金沙江邊)通過，晚新生代以來，具長(zhǎng)期活動(dòng)史，2010年玉樹7.1級(jí)地震改變了邊坡原穩(wěn)定狀態(tài)，改變地表地形，降低結(jié)構(gòu)面力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，為該滑坡的孕育提供了潛在誘發(fā)因素。

4.2 滑坡穩(wěn)定性分析

本文選取典型地質(zhì)剖面，據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3334-2018)[11]中式5.4.9-1，采用傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。將剖面由上至下可分為上邊坡段、下邊坡段(上段、下段)分別進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

結(jié)合滑帶土試驗(yàn)、反算結(jié)果及區(qū)域工程資料，滑帶土的物理力學(xué)參數(shù)綜合取值為：上邊坡段碎石類滑帶土天然狀態(tài)抗剪強(qiáng)度：C=17.10 kPa、φ=39°；飽和狀態(tài)抗剪強(qiáng)度：C=15.87 kPa、φ=38°；下邊坡段含碎石粉質(zhì)粘土類滑帶土天然狀態(tài)抗剪強(qiáng)度：C=25.63 kPa、φ=23°；飽和狀態(tài)抗剪強(qiáng)度：C=21.10 kPa、φ=22.6°。

G215道路為三級(jí)公路，根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3334-2018)[11]表3.2.3及5.2.3，該點(diǎn)防治安全等級(jí)取Ⅲ級(jí)，設(shè)計(jì)穩(wěn)定安全系數(shù)(Ks)天然工況取1.15，暴雨和地震工況取1.10，對(duì)各滑動(dòng)段的剩余推力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型及結(jié)果分別見圖13和表2。

Q4del.滑坡堆積層；Q4ml.人工填土層；Q4al+pl.沖洪積層；T3q.曲嘎寺組圖13 2-2′典型地質(zhì)剖面

據(jù)表3《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3334-2018 )[9]，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果顯示：

(1) 上邊坡：天然工況時(shí)穩(wěn)定系數(shù)為1.02，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨及地震工況時(shí)穩(wěn)定系數(shù)分別為0.96、0.98，不穩(wěn)定。

表2 推力計(jì)算成果表

表3 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)

(2) 下邊坡：天然工況時(shí)穩(wěn)定系數(shù)為1.05，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況時(shí)穩(wěn)定系數(shù)為1.00，欠穩(wěn)定；地震工況時(shí)穩(wěn)定系數(shù)為1.02，欠穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論及建議

(1) 地層巖性、地形地貌、水文氣象等為滑坡孕育提供了基礎(chǔ)條件；強(qiáng)降雨為引發(fā)滑坡的主要誘發(fā)因素。

(2) G215路線左側(cè)上邊坡、右側(cè)下邊坡的現(xiàn)狀分別為欠穩(wěn)定、基本穩(wěn)定狀態(tài)，在降雨等外部因素影響下分別為不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 針對(duì)滑坡的穩(wěn)定性，綜合分析后對(duì)滑坡分段提出以下治理方案建議。

①?gòu)?qiáng)降雨是滑坡的主要誘發(fā)因素，故建議在滑坡后緣外側(cè)設(shè)置截、排水溝，坡面插泄水管。

②保障G215線的正常通行，路線左側(cè)上邊坡因路基開挖引起的局部滑塌、開裂等牽引破壞問題，建議清除已開裂松土后，采用坡腳支擋+坡面錨固綜合處置，并作植草固沙。

③路線右側(cè)下邊坡為牽引式滑坡，現(xiàn)處于蠕滑變形階段，滑體厚度及推力均較大，整體防治難度高、費(fèi)用大。因G215線位于滑坡后緣，為保障公路的正常運(yùn)營(yíng)，可在下邊坡滑體厚度較薄且推力較小處設(shè)抗滑樁或樁板墻等進(jìn)行治理。