降雨條件下某軟巖邊坡滑移機(jī)理及處理研究

蘭素戀，李侑軍，譚 毅，蒙治光

降雨條件下某軟巖邊坡滑移機(jī)理及處理研究

蘭素戀，李侑軍，譚 毅，蒙治光

(廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

降雨條件下邊坡滑移災(zāi)變問題始終是滑坡領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。某軟巖滑坡位于廣西百色某在建公路內(nèi)，坡頂有房屋15棟。由于坡面未做任何防護(hù)措施，該邊坡在坡腳開挖卸荷、高強(qiáng)度降雨的沖刷綜合作用下發(fā)生滑坡。本文以地質(zhì)分析為基礎(chǔ)，深入研究了該滑坡的失穩(wěn)破壞模式。分析發(fā)現(xiàn)，該邊坡滑動(dòng)面位于土石分界面，滑體厚度較小，對(duì)公路建設(shè)影響有限?；禄七^程為：開挖應(yīng)力釋放—前緣擴(kuò)展—降雨入滲—前緣滑移—后緣張裂—整體滑動(dòng)，屬淺層牽引式滑坡?；聝?nèi)因主要為長(zhǎng)期入滲的地表水及短時(shí)入滲的過量雨水對(duì)邊坡巖土體抗剪強(qiáng)度的弱化，外因主要是開挖坡腳導(dǎo)致阻滑力減小。滑坡一旦失穩(wěn)，對(duì)坡頂近百居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。針對(duì)這種滑坡采用以抗滑樁為主的綜合治理方案，結(jié)果表明：該處理方案具有效果好、造價(jià)低、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)類似工程具有良好的借鑒意義。

邊坡工程；形成機(jī)理；滑坡處治；地下水；抗滑樁

本文在進(jìn)行實(shí)際勘察基礎(chǔ)上，探討該滑坡的滑動(dòng)成因機(jī)制，進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析，從而提出綜合處理的措施，以期對(duì)類似第四系殘坡積堆積物發(fā)育地區(qū)的滑坡處理提供借鑒。

1 地質(zhì)情況

1.1地形地貌

滑坡區(qū)域地形總體傾向西南，地貌類型屬構(gòu)造-剝蝕低山丘陵地貌，高程786～980 m，地形坡度25°～45°，為單斜地形，植被茂密，見圖1。邊坡區(qū)域西側(cè)發(fā)育一條沖溝，沖溝走向?yàn)樽詵|向西并呈弧形向東側(cè)突出；滑坡區(qū)域東北側(cè)下部山體坡度為10°～20°，多處存在區(qū)域高差呈臺(tái)階遞減的平緩帶狀區(qū)域，且局部植被覆蓋率、植被高度、植被類型分布區(qū)域較其余區(qū)域存在很大差別；滑坡區(qū)域南側(cè)的山體坡度變化不大，未發(fā)現(xiàn)馬刀樹、醉漢林，沿溝谷走向兩側(cè)山嶺坡體構(gòu)造形式存在極大差異，整體屬古滑坡；滑坡區(qū)域坡頂曾于1993年原有縣道施工期間出現(xiàn)寬0.2～0.5 cm張拉裂縫，先已愈合，現(xiàn)有滑坡區(qū)域?qū)倮匣聟^(qū)域。

圖1 滑坡區(qū)域地形地貌

1.2地層巖性

滑坡區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)殘坡積土，按形成次序從新到老依次描述如下：①第四系全新統(tǒng)殘積土(Q4el+dl)，可塑，黃色～黃褐色，以黏土、粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖為主，厚度一般約5.0～8.3 m。②三疊系(T2bl)黃色、灰色泥質(zhì)砂巖、砂巖，巖層產(chǎn)狀160°∠25°，粒狀或泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，薄層～中厚層狀構(gòu)造，該層在滑坡前緣及在建道路路塹邊坡有出露，出露基巖均有不同程度風(fēng)化。

1.3水文條件

滑坡區(qū)內(nèi)地表水來源主要為人為活動(dòng)廢水，當(dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期將生活污水直接排入邊坡中，使黏土、粉質(zhì)黏土與基巖交界區(qū)域長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)。地下水主要為松散巖類孔隙水和風(fēng)化基巖裂隙水，其中松散巖類孔隙水主要貯存、流動(dòng)于第四系殘坡積層的孔隙中，補(bǔ)給途徑為大氣降雨，并以孔隙滲流的形式就近排泄于低洼溝谷中，流量貧乏，受季節(jié)變化影響較大。由于區(qū)域內(nèi)上覆第四系殘坡積土的孔隙度高、滲透性好，下部全～強(qiáng)風(fēng)化基巖層滲透性較差，且全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖遇水易變軟泥化，可視為相對(duì)隔水層，故第四系松散巖類孔隙水除少部分下滲補(bǔ)給基巖裂隙水外，大部分儲(chǔ)存在土巖接觸面中，對(duì)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的形成有重要作用。風(fēng)化基巖裂隙水主要貯存于巖石構(gòu)造裂隙與風(fēng)化裂隙中，區(qū)內(nèi)基巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙比較發(fā)育，但細(xì)小裂隙又多被黏土充填，儲(chǔ)水、透水能力較差，滲透系數(shù)較小，往往形成相對(duì)隔水層，大氣降水經(jīng)坡殘積層滲透后，在強(qiáng)風(fēng)化層易受阻隔。

地下水受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌條件控制，水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，松散巖類孔隙水主要賦存于沒有統(tǒng)一水力聯(lián)系的覆蓋層中，水量貧乏，季節(jié)性變化明顯，對(duì)滑坡發(fā)生影響較大。

2 邊坡滑動(dòng)發(fā)展及分析情況

2.1滑坡周界、規(guī)模、形態(tài)特征

滑體在平面上呈西南～東北向展布的逆向舌狀，寬約120 m，軸長(zhǎng)60～80 m，最長(zhǎng)約100 m，主滑方向約43°，滑坡中部分布厚度較大，兩側(cè)較薄，厚度最大約8 m，滑體平均厚度約5 m，總方量約6×103m3，后緣呈“圈椅狀”，滑坡區(qū)域高程810～836 m，整體坡度為10°～20°，表層殘坡積覆蓋層厚度約6 m?；虑熬壱殉霈F(xiàn)小面積的滑塌，局部土體鼓脹凸出；滑體中上部裂隙發(fā)育，邊坡變形明顯，周界基本清晰，滑坡區(qū)內(nèi)未見基巖出露，見圖2。

圖2 滑坡形態(tài)示意圖

2.2滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑體特征：滑體周界沿兩側(cè)西南→東北向沖溝延展至在建公路，滑體由土黃色、黃色可塑～硬塑狀殘坡積土組成，稍濕，主要成分為黏土、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖，其中碎石含量低于10%，粒徑以2～5 cm為主，個(gè)別大于5 cm，土質(zhì)較均勻，透水性好，遇水易軟化，鉆孔揭露上覆土層厚5.00～6.00 m。

當(dāng)然，以上說明案例并不代表我們薦股，而只是僅供大家參考交流與學(xué)習(xí)，我們從來只做策略推薦而不做任何的個(gè)股推薦。

滑動(dòng)帶：鉆探表明滑動(dòng)帶深度為2.0～5.3 m，位于第四系覆蓋層與基巖分界面，由軟塑狀粉質(zhì)黏土、黏土組成，夾雜少量粒徑小于1 cm的碎石，薄層厚度約30 cm左右，飽和；探坑開挖至滑動(dòng)面時(shí)局部有水滲出，見圖3。

滑床：滑床由全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)組成，見圖4。全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖呈碎屑狀結(jié)構(gòu)，局部有黑色片狀炭質(zhì)結(jié)核分布，巖體結(jié)構(gòu)被節(jié)理面切割成塊狀，巖芯多為塊狀、短柱狀，巖芯采取率10%～20%；全～強(qiáng)風(fēng)化泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖性較軟，巖芯多為塊狀，結(jié)構(gòu)破碎?；矌r面呈斜線形，整體為一斜向坡，巖層產(chǎn)狀為160°∠25°。

圖3滑動(dòng)帶土樣圖4滑床巖樣

2.3滑坡變形特征

(1)地表裂縫：該滑坡表面主要反射張拉裂縫有3條，延伸長(zhǎng)度19～25 m，寬度10～50 cm，前緣裂縫已出現(xiàn)上下錯(cuò)位。

(2)前緣滑塌：滑履帶出現(xiàn)滑塌，覆蓋部分在建公路，形成陡坎和下挫臺(tái)階，陡坎高差不等，高差約2～3 m。

(3)后緣錯(cuò)位：滑體后緣出現(xiàn)圈椅狀錯(cuò)位沉降，沉降深度0.5～1.0 m，滑壁局部可見由黑褐色耕植土、黃色黏土，整體變形明顯。

3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1計(jì)算工況及參數(shù)選取

(1)室內(nèi)試驗(yàn)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所取滑動(dòng)面土樣的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，粉質(zhì)黏土在天然狀況下其算術(shù)平均值：c=20.90 kPa，φ=18.92°，標(biāo)準(zhǔn)值：c=19.08 kPa，φ=17.63°；在飽和條件下其算術(shù)平均值：c=11.02 kPa，φ=10.99°，標(biāo)準(zhǔn)值：c=10.34 kPa，φ=9.69°。

(2)巖土參數(shù)的反算[1-3]：由于滑坡已發(fā)生滑移，且在自然情況下邊坡土體很難達(dá)到完全飽和，故選取最不利斷面對(duì)滑體土的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行反算，在暴雨工況下，穩(wěn)定系數(shù)取0.779，考慮土體飽和，以完全φ值反算c值。反算結(jié)果為：φ=13.00°，c=14.90 kPa。

綜合室內(nèi)試驗(yàn)、反算法和綜合類似地區(qū)勘查經(jīng)驗(yàn)，確定滑坡區(qū)巖土體力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 計(jì)算參數(shù)選取值

3.2計(jì)算結(jié)果及分析

(1)計(jì)算方法：根據(jù)滑坡的滑動(dòng)面呈近似折線型，按照規(guī)范[4]推薦的公式對(duì)滑坡的穩(wěn)定性與剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算。

(2)計(jì)算工況組合：工況1，自重(天然工況)； 工況2，自重+暴雨+地下水(飽和工況)。

通過軟件對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

3.3滑坡形成原因分析

(1)地形地貌：區(qū)內(nèi)地下水的運(yùn)移受地層產(chǎn)狀、斷裂構(gòu)造和地形地貌條件制約，地形整體沿坡面傾向形成“淺勺狀”地形，有利于地表水、地下水的集聚，不利于排泄。

(2)地質(zhì)構(gòu)造：滑體后緣曾在原有公路施工時(shí)出現(xiàn)張拉裂縫，前緣表層土體黏聚力3.49 kPa，內(nèi)摩擦角19.7°，其值較一般黏土要低，土體結(jié)構(gòu)松散，有利于大氣降雨的入滲。

(3)降雨影響[7-8]：滑坡區(qū)上部土體在經(jīng)受持續(xù)性高強(qiáng)度降雨后，雨水進(jìn)入坡體內(nèi)部并溶解土體間膠結(jié)物質(zhì)，而深層土體內(nèi)水位受地形所限，升高后無法及時(shí)降低，在周邊一定深度范圍形成飽和區(qū)域，與上部土體的孔隙水壓力相差較大，形成具有一定水力梯度的孔隙水壓力；入滲的污水沿基巖面的滲流匯聚至基巖面或滑動(dòng)面，形成含水體或統(tǒng)一的潛水面，潤(rùn)滑軟化滑動(dòng)面并產(chǎn)生對(duì)坡體的浮托作用，導(dǎo)致滑動(dòng)帶土體與周圍土體摩擦力減??；含水體或潛水面產(chǎn)生后，運(yùn)動(dòng)著的地下水拖曳土體或土粒向滲流方向前進(jìn)，并軟化更下部的土體，而黏土顆粒的減少由土體顆粒分析實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證。暴雨則使含水體或潛水面水頭高度增大，增大了邊坡下滑力，進(jìn)一步降低了邊坡穩(wěn)定性。

(4)工程活動(dòng)：路塹邊坡開挖導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)在體積、形狀以及整體性發(fā)生了顯著性變化，邊坡結(jié)構(gòu)局部失去連續(xù)性、穩(wěn)定性，直接改變了邊坡邊界條件，原有坡腳的阻滑作用被嚴(yán)重削弱，邊坡抗滑力減?。煌瑫r(shí)，在該邊坡施工完畢后并未及時(shí)支護(hù)，當(dāng)滑動(dòng)面的剪應(yīng)力超過滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度時(shí)，滑體沿滑動(dòng)面滑出，發(fā)生滑坡。

綜上所述，滑坡內(nèi)因主要為長(zhǎng)期入滲的地表水及短時(shí)入滲的過量雨水對(duì)邊坡巖土體強(qiáng)度的弱化，外因主要是開挖坡腳導(dǎo)致阻滑力減小，滑坡機(jī)制可概括為開挖應(yīng)力釋放—降雨推移，屬淺層牽引式滑坡。

4 邊坡處理

根據(jù)滑坡危害對(duì)象及潛在經(jīng)濟(jì)損失，該滑坡危害等級(jí)可劃分為二級(jí)。由于滑坡發(fā)生后并未采取任何防護(hù)措施，在降雨條件下存在滑動(dòng)可能性，坡頂房屋建筑存在發(fā)生牽引式滑移的可能，對(duì)邊坡頂部常住居民帶來安全威脅，因此本次滑坡處理重點(diǎn)為坡頂。

由于本滑坡地勢(shì)較緩，根據(jù)計(jì)算剩余下滑力只有150 kN，下滑土體方量不大，并且清理土方即可，而邊坡滑動(dòng)后，滑坡后緣房屋建筑會(huì)發(fā)生牽引式滑移，因此災(zāi)害重點(diǎn)是后緣坡體。

工程重點(diǎn)是根據(jù)滑坡成因采取針對(duì)性的防治措施。該滑坡的發(fā)生為坡腳開挖及巖土抗剪強(qiáng)度被水弱化所致，首要前提是完善滑坡區(qū)域的截排水系統(tǒng)，將過量的地表水、雨水引排至滑坡區(qū)域以外，阻止滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度的持續(xù)劣化；其次是為保證坡頂房屋建筑的安全，需設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)阻止坡體后緣的滑移，且應(yīng)選擇對(duì)坡體造成擾動(dòng)較小的施工工藝，以免誘發(fā)滑動(dòng)范圍的后延；在疏導(dǎo)地表水、雨水，保證房屋穩(wěn)定后，滑坡潛在危害對(duì)象轉(zhuǎn)移至在建公路的行人車輛上，由于本滑坡地勢(shì)較緩，根據(jù)計(jì)算可得計(jì)算下滑力近150 kN，在保證房屋穩(wěn)定前提下可采用減壓卸荷、阻攔滑體的方法。保證房屋穩(wěn)定是本滑坡處理的重難點(diǎn)，由于房屋地面與滑體后緣高差將近10 m，無法采用擋墻等淺層防護(hù)結(jié)構(gòu)，可沿滑坡中后緣間設(shè)置直徑1.5 m抗滑樁，并沿縱向配36根直徑25 mm的HRB400鋼筋，環(huán)向配雙層直徑22 mm的HRB400箍筋，同時(shí)樁間采用1.5 m×1.2 m連系梁連接；對(duì)滑體前緣的處治措施為削減滑體重量并沿滑坡前緣設(shè)4.5 m高重力式路塹擋墻，以保證在建公路的施工安全。排水工程則沿滑坡周界以外設(shè)置截排水溝，并在擋墻前方設(shè)置排水溝。

該滑坡坡度平緩，在滿足穩(wěn)定性及場(chǎng)地地形要求的前提下抗滑樁施工相對(duì)較簡(jiǎn)單，可采取跳樁開挖，分段施工，基巖強(qiáng)度較低，較易開挖，避免了因爆破震動(dòng)和大開挖而引起滑體變形加劇。采取截排水措施后，減少了水對(duì)邊坡的影響，滑面土體的抗剪強(qiáng)度會(huì)有所提高，使邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)得以進(jìn)一步提高。

5 結(jié)論

(1) 該滑坡周界清楚，滑體和滑面特征明顯，滑坡體表層殘坡積覆蓋層平均厚約5 m，巖性主要為泥質(zhì)砂巖、砂巖?；麦w主要為粉質(zhì)黏土，滑動(dòng)面位于覆蓋層與基巖接觸面附近。

(2) 該滑坡內(nèi)因主要為長(zhǎng)期入滲的地表水及短時(shí)入滲的過量雨水對(duì)邊坡巖土體強(qiáng)度的弱化，外因主要是開挖坡腳導(dǎo)致阻滑力減小，滑坡機(jī)制可概括為開挖應(yīng)力釋放—降雨—前緣滑移—后緣張裂，屬淺層牽引式滑坡。

(3) 沿基巖面滑動(dòng)的滑坡需完善地表截排水系統(tǒng)，防止山體上部地表水入滲和沖刷侵蝕坡面，降低巖土體抗剪強(qiáng)度。

[1] 張紅日,王桂堯,張永杰,等.基于位移監(jiān)測(cè)的巖質(zhì)滑帶參數(shù)擬合反演研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2016,12(s2):875-881.

[2] 葛云峰,唐輝明,熊承仁,等.滑動(dòng)面力學(xué)參數(shù)對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響研究—以重慶武隆雞尾山滑坡為例[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33(s2)：3873-3884.

[3] 陳小龍,丁建鋒,簡(jiǎn)文星.含水率對(duì)滑帶土強(qiáng)度參數(shù)的影響[J].煤田地質(zhì)與勘探，2015，43(1)：58-61.

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Slipmechanismandtreatmentofsoftrockslopelandslipunderrainfallcondition

LAN Su-lian,LI You-jun,TAN Yi,MENG Zhi-guang

(GuangxiTransportationResearchInstituteCo.Ltd.,Nanning530007,China)

The soft rock slope slide under rainfall is a hotspot and difficult in landslide research.A soft rock landslide occurred in a built road in Guangxi Baise and 15 houses are located at the slope roof.As no protective measures have been done before slope excavation,the landside is leaded by the combined effect of unloading caused by slope excavation and erosion with high-intensity rainfall.This paper has deeply studies for the landslide failure mode based on the geological analysis.The study found that slide area is located at department of soil and rock,and it has a low thickness of slide body which means a limited impact for the road construction.The landslide process which delimited as shallow traction landslide can be descried like following: stress unloading caused by excavation-extension of leading edge-rainfall infiltration-slipping of leading edge occurred-rifting of the trailing-sliding of slope.What is more,weakening of shear strength of slope rock soil leaded by long infiltration of surface water and short infiltration of excessive rainfall is the inner factor of landside,and the anti-slide stress unloading caused by slope excavation is the external factor.Once the landslide is destabilizing,it poses a serious threat to the lives and property of nearly one hundred people on the top of the slope.In view of this kind of landslide treatment,the comprehensive treatment scheme based on anti - slide pile is adopted.The results show that the treatment scheme has the advantages of good effect,low cost and fast construction progress,which has good reference significance for similar projects.

slope; slide mechanism; landslide treatment; underground water; anti-slide pile

2017-02-28

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃 (桂科攻1598009-4)；廣西交通科學(xué)研究院科技項(xiàng)目(KJ2014-014)

蘭素戀(1987—)，女，廣西宜州人，碩士，工程師。

1674-7046(2017)03-0024-06

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.03.006

U416.1

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