某滑坡形成機(jī)制及治理措施研究

查 俊，林武翀，羅志東，譚 涌

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

某滑坡形成機(jī)制及治理措施研究

查 俊，林武翀，羅志東，譚 涌

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

文章通過對(duì)某高速公路滑坡地質(zhì)條件、滑坡特征的深入分析，得出了其邊坡開挖卸荷作用、優(yōu)勢(shì)裂隙控穩(wěn)、滑移-拉裂-剪斷與牽引-主滑-抗滑“三段式機(jī)制”及強(qiáng)降雨誘發(fā)四種滑坡形成機(jī)制，并提出了相應(yīng)的滑坡治理措施，以期對(duì)同類滑坡的勘察、設(shè)計(jì)提供參考。

滑坡；軟硬相間；開挖卸載；優(yōu)勢(shì)裂隙；三段式機(jī)制；強(qiáng)降雨誘發(fā)；治理措施

0 引言

近年來，受極端天氣影響，廣西區(qū)內(nèi)滑坡、坍塌等自然災(zāi)害頻發(fā)，造成了巨大的社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失。資料表明[1]，1998至2005年，廣西共發(fā)生突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害3 078處，其中滑坡、崩塌共2 812處，泥石流37處，地面塌陷105處，直接經(jīng)濟(jì)損失平均每年高達(dá)6 000萬元。所以明晰滑坡的形成機(jī)制及針對(duì)性的治理措施具有深遠(yuǎn)的意義。本文以桂柳高速某滑坡為例，詳細(xì)介紹了該滑坡的工程地質(zhì)條件及滑坡形成機(jī)制，提出了針對(duì)性的治理措施，以期對(duì)同類滑坡的勘察、設(shè)計(jì)提供參考。

1 滑坡地質(zhì)概況

1.1 地形地貌和水文氣象

滑坡區(qū)屬低山丘陵地貌，山頂標(biāo)高274 m，山腳174 m，最大相對(duì)高差約100 m。桂柳高速從兩山埡口橫穿而過，滑坡位于路東側(cè)山體，坡高約75 m，臺(tái)階狀，8級(jí)放坡，每級(jí)高8～13 m，坡率1∶1～1∶1.25，5級(jí)平臺(tái)以上為古滑坡，坡面有護(hù)面墻、砂漿抹面等防護(hù)，坡頂未設(shè)置截排水溝，如圖1所示。

滑坡區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量達(dá)1 500 mm，雨季一般4～9月，這期間降水量占全年降水量的70%以上。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)內(nèi)地層雜亂，主要有：

(1)第四系覆蓋層(Qel+dl)：含角礫粘土，褐黃色，硬塑狀為主，層厚一般為2.5～5.0m。

(2)石炭系下統(tǒng)大塘階中段(C1d2)：主要分布于第5級(jí)平臺(tái)以上，巖性主要為泥巖夾硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)砂巖，呈互層狀或夾層狀產(chǎn)出，主要有全～強(qiáng)風(fēng)化層。

(3)大塘階下段(C1d1)：在小樁號(hào)端有露頭，灰?guī)r，分中風(fēng)化層，層厚約4.3～5.0m。

(4)巖關(guān)階(C1y)：分布于1～4級(jí)坡，炭質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)泥灰?guī)r，呈互層狀或夾層狀產(chǎn)出。全、強(qiáng)風(fēng)化層有炭質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)灰?guī)r，厚約2.8～10.3m；中風(fēng)化層有炭質(zhì)泥灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r，層厚較大。

(5)泥盆系上統(tǒng)榴江組(D3l)：在小樁號(hào)側(cè)有露頭，灰?guī)r，堅(jiān)硬。

(6)斷層角礫巖：分布第5級(jí)坡及平臺(tái)處，小樁號(hào)端亦有露頭，灰白、灰綠色，受斷層擠壓破碎成角礫狀，后在構(gòu)造應(yīng)力的作用下膠結(jié)，膠結(jié)較好，厚度較大。

圖1 滑坡工程地質(zhì)平面圖

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜，屬廣西山字型構(gòu)造前弧東翼，區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂較發(fā)育，造成滑坡內(nèi)節(jié)理裂隙、層面及斷層發(fā)育。

2 滑坡體特征及滑坡機(jī)制分析

2.1 滑體形態(tài)特征

Ⅰ區(qū)滑坡：平面呈半圓形，滑動(dòng)方向約NW280°，長(zhǎng)約80m，寬45m，滑體由斷層破碎帶、全～強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾硅質(zhì)頁巖組成，厚2.0～4.5m，沿風(fēng)化界線滑動(dòng)，體積約5 000～8 000m3，屬小型巖土混合滑坡。Ⅱ區(qū)滑坡：平面呈圈椅狀，滑動(dòng)方向約NW285°，長(zhǎng)約70m，寬40m，滑體由殘坡積土層、全風(fēng)化層組成，厚3.0～6.0m，多沿巖土界線滑動(dòng)，體積約4 000～6 500m3，屬小型土質(zhì)滑坡。

2.2 滑體地層及裂隙特征

(1)滑體地層多，且軟弱巖層薄，層厚不穩(wěn)定，產(chǎn)出關(guān)系亂，互層、夾層多，造成了其層面裂隙非常發(fā)育；場(chǎng)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，造成坡體節(jié)理裂隙、層面及斷層面發(fā)育；這些結(jié)構(gòu)面易相互切割組合成松散滑體。

(2)滑體存在上部軟巖下部硬巖、軟巖中夾稍硬巖及硬巖中夾軟弱巖的軟硬相間結(jié)構(gòu)，由于軟硬巖在物質(zhì)組成上存在著較大差別，在內(nèi)外應(yīng)力(正應(yīng)力、溫度應(yīng)力等)作用下，兩者的反應(yīng)差異較大，并在軟硬接觸面形成明顯的不連續(xù)面。這些不連續(xù)面的存在，使地表、地下水易沿裂隙面進(jìn)入，并加速裂隙發(fā)展。

2.3 滑坡形成機(jī)制分析

通過以上對(duì)滑坡地質(zhì)條件、形態(tài)特征、地層及裂隙特征的分析可知，該滑坡形成主要有以下幾種作用機(jī)制。

(1)邊坡開挖卸荷作用[2-5]：卸荷力學(xué)效應(yīng)等效于在初始應(yīng)力作用下的巖體中施加1個(gè)反向拉應(yīng)力即卸荷應(yīng)力Δσ(見下頁圖2)，該應(yīng)力大小在0～(σ0+Rt)之間，σ0為初始應(yīng)力，Rt為巖體的抗拉強(qiáng)度。而開挖邊坡就是一個(gè)卸荷的過程，故在該應(yīng)力作用下，坡面應(yīng)力重新調(diào)整形成不同的應(yīng)力分布區(qū)(見下頁圖3)，而臨空的坡頂和坡面開始出現(xiàn)拉裂隙及橫向裂隙(見下頁圖4)，裂隙的發(fā)生、擴(kuò)展、貫通和與該邊坡特有的多層面裂隙組合，將導(dǎo)致邊坡巖土體網(wǎng)格化、松散化，邊坡整體強(qiáng)度下降，在降雨等誘因下，當(dāng)巖土體強(qiáng)度下降抗滑力小于下滑力時(shí)，即形成滑坡。

圖2 卸荷場(chǎng)效應(yīng)示意圖

圖3 邊坡應(yīng)力場(chǎng)分布示意圖

圖4 邊坡卸荷裂隙示意圖

(2)優(yōu)勢(shì)裂隙控穩(wěn)機(jī)制：巖土體中存在著大量的節(jié)理裂隙，它包括原生裂隙和次生裂隙，而且它們都需要經(jīng)歷萌生、發(fā)展、貫通(有的也有受到填充阻塞)的過程，但它們規(guī)模、大小、空間形態(tài)等不相同，不是每一個(gè)裂隙都會(huì)貫通成破裂面。研究表明，控制邊坡穩(wěn)定的是一系列優(yōu)勢(shì)軟弱面[6-7]，它是裂隙生成時(shí)間，空間形態(tài)、發(fā)育規(guī)模、受力狀態(tài)及與外界的水力聯(lián)系具有明顯優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)面組，該結(jié)構(gòu)面組的貫通最終導(dǎo)致了邊坡的破壞，它可以通過優(yōu)勢(shì)指標(biāo)、空間組合分析、層次分析等方法得出。如圖5所示，Ⅰ區(qū)滑坡坡面與巖層傾向呈同側(cè)小角度相交，屬不穩(wěn)定組合，再加上斷層的反向切割，形成了優(yōu)勢(shì)滑離體。尋找到滑離體，在滑坡治理設(shè)計(jì)時(shí)，可針對(duì)性地對(duì)分離體進(jìn)行錨固，可達(dá)到良好的治理效果。

圖5 Ⅰ區(qū)滑坡優(yōu)勢(shì)滑離體的空間組合與實(shí)際剖面對(duì)比圖

(3)滑移-拉裂-剪斷[8]與牽引-主滑-抗滑“三段式機(jī)制”：Ⅰ區(qū)滑坡底部、中部為相對(duì)脆性的強(qiáng)風(fēng)化巖層，上部多為覆蓋層，軟硬相間，其破壞模式屬滑移-拉裂-剪斷“三段式”機(jī)制，其邊坡變形破壞分3段發(fā)育(見圖6)，下部巖體沿傾坡外的軟弱結(jié)構(gòu)面蠕滑、后緣因卸荷和降雨進(jìn)入產(chǎn)生拉裂，中部為一般為鎖固段，維持邊坡穩(wěn)定，在下滑上推持續(xù)作用下，鎖固段最終被剪斷，形成滑坡破壞。Ⅱ區(qū)滑坡體多為覆蓋層和軟弱巖體，其破壞模式屬牽引-主滑-抗滑“三段式”機(jī)制(見圖7)，一般由上部坡體出現(xiàn)拉裂，隨著雨水進(jìn)入，拉裂隙向深部擴(kuò)展，抗滑力受雨水潤滑而下降，最終在重力作用下產(chǎn)生滑動(dòng)，滑動(dòng)到坡腳后又成為抗滑體，阻止中部滑體的繼續(xù)滑動(dòng)，維持一定時(shí)間的穩(wěn)定，然后又按這種機(jī)制重新牽引-主滑-抗滑循環(huán)。

圖6 滑移-拉裂-剪斷機(jī)制示意圖

圖7 牽引-主滑-抗滑機(jī)制示意圖

(4)強(qiáng)降雨誘發(fā)機(jī)制[9-11]：①強(qiáng)降雨時(shí)大量地表水滲入巖土體使其重量增加，增大了滑體的下滑力，滲入的水使巖土體軟化，其抗剪強(qiáng)度降低；②降雨期間或降雨之后斜坡巖土體內(nèi)孔隙水壓力的升高使?jié)撛诨瑒?dòng)面上的有效應(yīng)力及其抗剪強(qiáng)度都降低；③干濕交替導(dǎo)致巖土體開裂，產(chǎn)生裂隙，使更多的水進(jìn)入巖土體，加速滑坡的產(chǎn)生；④降雨使地下水位升高，升高的地下水對(duì)巖土體產(chǎn)生浮托力；⑤降雨具有潤滑作用；⑥降雨產(chǎn)生一定的冷縮效應(yīng)，將在軟硬接觸面產(chǎn)生不連續(xù)面。

3 建議處置措施[12]

(1)卸載、放坡：對(duì)已滑動(dòng)區(qū)域及坡體頂部進(jìn)行挖方卸載，以減小已滑動(dòng)區(qū)域的下滑力；對(duì)Ⅱ區(qū)邊坡整體放緩，并在坡腳設(shè)置小型擋土墻。

(2)排水：做好地表水的疏排工作，最大量地減少地表水進(jìn)入坡體，具體建議措施有：①在滑坡體頂及周圍增設(shè)截水溝及排水溝，坡面設(shè)急流槽，使地表徑流能排出于滑坡體范圍外；②在滑坡帶前緣作支撐盲溝疏排滯留在滑動(dòng)帶中的地下水；③增設(shè)深層滲水孔排除有可能滲入坡體的深層地下水。

(3)坡體加固及坡面封閉防護(hù)：滑坡體下部下滑力較大，在第1～6級(jí)坡采用格梁+錨桿(索)對(duì)坡體進(jìn)行加固，錨桿(索)應(yīng)穿過滑動(dòng)面進(jìn)入到穩(wěn)定巖層。格梁間采用網(wǎng)噴支護(hù)，第7～8級(jí)及以上采用拱形骨架植草進(jìn)行坡面防護(hù)。

4 結(jié)語

(1)滑體地質(zhì)條件復(fù)雜，地層多且軟弱巖層薄，互層、夾層多，層面裂隙非常發(fā)育；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，坡體節(jié)理裂隙、層面及斷層面發(fā)育；結(jié)構(gòu)面相互切割易組合成松散滑體。

(2)滑坡體軟硬相間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致軟硬巖接觸面產(chǎn)生裂隙。

(3)該滑坡由開挖卸荷作用、優(yōu)勢(shì)裂隙控穩(wěn)、滑移-拉裂-剪斷與牽引-主滑-抗滑“三段式機(jī)制”及強(qiáng)降雨誘發(fā)機(jī)制形成。

(4)針對(duì)性措施有：卸載、放坡、排水，加設(shè)擋墻，坡體采用格梁+錨桿(索)進(jìn)行防護(hù)，坡面采取網(wǎng)噴支護(hù)和骨架植草等方式進(jìn)行防護(hù)。

[1]劉 凱，王選倉，等.廣西公路地質(zhì)災(zāi)害特征及三級(jí)地貌區(qū)劃研究[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2009(3)：74-79.

[2]孫志云，黃潤秋.谷坡巖體卸荷帶劃分量化指標(biāo)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012(9)：3942-3949.

[3]雷 濤，周科平，等.卸荷巖體力學(xué)參數(shù)劣化規(guī)律的細(xì)觀損傷分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013(1)：275-281.

[4]趙小彥，胡厚田，等.類土質(zhì)邊坡開挖的卸荷作用及卸荷帶寬度的確定[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005(2)：708-712.

[5]黃潤秋，王士天，等.中國西南地殼淺表層動(dòng)力學(xué)過程及其工程環(huán)境效應(yīng)研究[M].成都.四川大學(xué)出版社，2001.

[6]蔣建平，章?lián)P松.優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面理論在巖土工程中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào)，2001(8)：90-96.

[7]羅國煜.地下工程研究的基本地學(xué)觀點(diǎn)和原理[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004(1)：124-128.

[8]黃潤秋.20世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機(jī)制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007(3)：442-454.

[9]張玉成，楊光華.滑坡的發(fā)生與降雨關(guān)系的研究[J].災(zāi)害學(xué)，2007(3)：82-85.

[10]張 明，胡瑞林，等.降雨型滑坡研究的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].工程勘察，2009(3)：11.

[11]陳國華.滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究[D].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2006.

[12]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.桂柳路某滑坡工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].2014.

Study on Generation Mechanism and Treatment Measures of A Landslide

ZHA Jun，LIN Wu-chong，LUO Zhi-dong，TAN Yong

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Through in-depth analysis of geological conditions and landslide characteristics of an expressway landslide，this article obtained four kinds of landslides formation mechanism，i.e.its slope excavation unloa-ding role，advantage crack stability control，sliding-rip-cut and pull-main slide-anti slide“Three-stage mechanism”as well as heavy rainfall induction，and proposed the corresponding landslide treatment measures，ai-ming to provide a reference for the survey and design of similar landslides.

Landslide；Hard and soft alternation；Excavation unloading；Advantage crack；Three-stage mechanism；Heavy rainfall induction；Treatment measures

U416.1+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.008

1673-4874(2015)04-0028-04

2015-03-05

查 俊，碩士，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。