固體垃圾填埋場古滑坡穩定性研究

王義軍( 成都市勘察測繪研究院, 四川 成都 610081)

隨著國內經濟的發展，人類對自然環境的破壞不斷加劇.特別是工程活動對自然環境的破壞和擾動誘發了大量的地質災害.地質災害的發生往往伴隨著巨大的人員傷亡和財產損失，使得人們對地質災害的防治越來越重視，而地質災害的研究也從事后治理逐步發展到以預防治理.在國內外學者對地質災害的研究中，變形破壞機理的研究始終是地質災害的理論的研究重點.

淺表層滑坡是四川盆地較常見的一類滑坡，這類滑坡厚度一般較薄，滑面傾角一般小于10°[1]，該類滑坡常在暴雨條件下發生失穩[2-4].本文選取實際工程中的淺表層滑坡，通過工程地質分析和數值模擬分析研究淺表層滑坡的穩定性，并據此得出淺表層滑坡的變形破壞機理.

1 工程概況

成都市固體廢棄物衛生處置場位于古滑坡體之上.由于工程施工，坡體局部發生滑動變形，在坡體中部和后部分別形成多處局部滑坡，古滑坡方量約1.03×106m3.坡體的持續變形，使得古滑坡有失穩的風險，嚴重威脅著坡腳垃圾填埋場的生產設施.

該滑坡為大型淺層滑坡，滑坡高程為614～671m，邊坡整體坡度約為10°～20°，滑坡體長約336m.滑坡體厚度約10m左右，受降雨影響，坡體局部發生滑坡，并進行了局部的坡體支護.

2 滑坡體特征

2.1 滑坡的形態和規模

本邊坡整體地勢西高東低，呈上陡中緩下陡的特點，邊坡整體坡度為15°～20°，如圖1所示.邊坡中～后緣坡度較陡，坡度為35°～45°，局部為2～3m高陡坎，覆蓋層較薄處，厚度約0.0～0.6m，局部地段基巖出露，植被茂盛；邊坡中～前緣坡度較緩，坡度為8°～15°，分布2級緩臺階(單個平臺沿潛在滑動方向平均長約3～5m，平均寬約30～50m)，覆蓋層相對較厚處，厚度約1.5～5.0m，現植被已被清除；前緣坎高約8～10m，坡度為40°～45°覆蓋較薄，0.3～1.0m，大部分地段基巖出露，坡腳處設置有矮條石擋墻.

邊坡后緣以場地內高程636m以上陡坎為界(后緣形成2.0～3.5m平臺)，南側以沖溝為界，北側以槽谷為界，前緣以二期廠房后方邊坡為界(高程在615.0m左右).

2.2 物質結構特征

滑坡上部為含角礫粉質粘土，下部為基巖層.上部土體為含角礫粉質粘土，底部局部地段分布有一層厚度為0.1～0.2m灰白色夾紫紅色粉質粘土. 粉質粘土夾少量角礫，分布在邊坡的中前緣地段.該層遇水急易軟化，并易形成貫通性潛在滑動面；孔隙較大，地下水易富集在此.因此在暴雨季節，地表水滲入形成局部孔隙水水壓急劇增高；隨著水自上向下排泄流經，再加上土體力學參數降低，為邊坡變形破壞形成提供有利條件.下部基巖為順層砂質泥巖邊坡，巖層層面局部呈閉合～張開0.1～0.3cm，裂隙面粗糙，充填少量的粘性土;巖層中層間錯動帶較為發育，薄層泥巖地段最為發育，可見光滑鏡面.為滑坡體的潛在滑動面(順層結構面).

圖1 滑坡工程地質平面圖Fig.1 The geologic map of landslide

圖2 滑坡工程地質剖面圖Fig.2 The geological profile of landslide

3 滑坡變形破壞特征

從現狀變形跡象來看：后緣以連續拉張裂縫、錯落坎等變形跡象為主，局部出現坍滑現象；該滑坡后緣風化巖體剝離，主要受優勢節理裂隙影響，目前整體邊坡無大變形跡象.

從前期滑坡破壞模式分有牽引機制和推移機制，一類為切坡(場平)形成臨空面，前緣抗滑段被清除，堆積體局部沿軟弱帶(面)滑動，推動、擠壓中前部變形滑動，形成牽式引機制的滑坡.另一類為在邊坡中后緣進行堆載產生滑動，堆積體局部沿軟弱帶(結構面)滑動，形成推移式滑坡.

4 滑坡變形機制分析

4.1 地質原型概化

本次分析是通過數值模擬方法研究滑坡的變形及應力場變化特征，數值模擬軟件為二維FLAC有限元分析軟件.在工程地質調查基礎上對滑坡體進行概化，建立數值模擬模型.通過對滑坡計算結果的應力、變形和發展趨勢分析，對滑坡的穩定性進行分析評價.

根據鉆孔獲得的工程地質資料，滑坡體內部未發現可見地下水，所以計算模型不考慮地下水的影響.

4.2 物理力學參數取值

滑坡巖土體力學參數取值是在室內、室外試驗的基礎上結合工程類比及參數反演綜合確定，具體見表1.

表1 巖土體物理力學參數
Tab.1 Physical and mechanical parameters of the rock and soil

巖土容重/kN·m-3抗剪強度參數天然飽和c/kPaφ/(°)c/kPaφ/(°)壓縮模量/kPa抗壓強度/MPa滑體1920121096滑帶1951048滑床2330038200353．5

4.3 數值模擬結果

模型分天然狀態和降雨飽和狀態兩種情況進行分析計算.通過天然狀態下坡體剪應變圖(圖3)可知坡體頂部局部剪應變集中，具有向臨空面位移變形的特征(圖4).坡體頂部后緣水平向應力集中(圖5)，坡體后緣具有拉張作用，易于形成拉裂縫.所以天然狀態下坡體整體程穩定狀態，但局部不穩定.

圖3 天然狀態下坡體剪應變圖Fig.3 The shear strain of the shope in the natural state

圖4 天然狀態下坡體位移圖Fig.4 The displacement diagram of the slope under natural state

圖5 天然狀態下坡體水平向應力圖Fig.5 Horizontal stress diagram of slope under natural state

分析降雨飽和狀態下坡體剪應變圖(圖6)可知，在坡體后緣形成貫通滑動面，在坡體前緣局部破壞，坡體在前部蠕變變形跡象明顯，滑坡中部僅有局部變形(圖7)，坡體整體呈現牽引式變形破壞模式.從水平應力圖可知(圖8)，坡體后緣拉張作用消失，坡體具有整體滑動變形趨勢，滑坡底部形成明顯的貫通滑動帶.

圖6 飽和狀態下滑坡剪應變圖Fig.6 Variation of landslide in saturated state

圖7 飽和狀態下滑坡位移矢量圖Fig.7 Landslide displacement vector in saturated state

圖8 飽和狀態下滑坡水平應力圖Fig.8 Horizontal stress diagram of landslide in saturated state

4.4 綜合分析

古滑坡由于人類開挖，改變了原地形地貌，滑坡體局部不穩定，在數值模擬結果中表明即使在天然條件下，滑坡體在上部將會發生局部滑塌.通過數值模擬的水平應力圖可知，古滑坡在天然條件下后緣水平應力集中，后緣形成拉張裂縫；這些計算結果與滑坡原型在坡體后緣具有拉張裂縫及坡體后緣局部失穩的實際情況一致.

坡體在暴雨條件下的數值計算結果可知，滑坡前緣具有滑動變形，中后部滑坡體整體變形較小，這就形成了牽引式滑動特征；其次滑坡前緣變形大于后部變形，在未失穩的條件下，易形成拉張裂縫；在降雨條件下，拉張裂縫充水，形成靜水壓力，滑坡體可能形成平推式滑坡.

5 結論

本文以成都市固體廢棄物衛生處置場古滑坡為例，通過工程地質分析和數值模擬方法深入分析古滑坡的形成條件和變形破壞機制，得出如下主要結論：

(1)古滑坡厚度較薄，滑坡傾角為10°，滑坡為近水平滑坡.滑坡可能在裂隙充水條件下產生靜水壓力，并且滑帶在水壓作用下可能產生揚水壓力，從而發生平推式滑坡.

(2)古滑坡在人工開挖等人類活動擾動下，造成坡體的局部坡面陡峭，陡峭的坡度為邊坡的變形提供了地形條件.并且滑坡在降雨條件下，滑坡體巖土體的物理力學性質降低，造成坡體前緣發生滑動，可能形成牽引式滑坡.

[1] 范宣梅,許強,張倬元，等. 平推式滑坡成因機制研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2008，27(S2): 3753-3759.

[2] 趙勇, 許模，趙紅梅. 平推式滑坡后緣啟動水頭探討[J]. 人民長江, 2011，42(17): 32-36.

[3]方貽立, 馬明, 李聰，等. 平推式滑坡致災機理與減災方法研究進展[J]. 長江科學院院報, 2013,30(12): 20-27.

[4]易靖松, 許強, 唐梁，等. 一個平推式滑坡的典型實例——兼論四川某滑坡的成因機制[J]. 科學技術與工程, 2014,14(13): 106-111.