基于坡體變形特征分析的大型古滑坡體的層級和區(qū)塊研究

■曾俊鋮

（福建省高速公路集團有限公司，福州 350001）

隨著我國山區(qū)高速公路建設(shè)的大力發(fā)展，大型古滑坡對高速公路的影響越來顯著，其中部分古滑坡由于工程建設(shè)致使其復(fù)活發(fā)展，且體量大，需采取大量工程措施進行治理[1-4]。大型古滑坡具有地質(zhì)條件復(fù)雜、破壞規(guī)模較大、穩(wěn)定影響因素多等特點[5]，對古滑坡的性質(zhì)分析，需分析其坡體變形情況，主要包括滑坡地表裂縫變形、滑坡體深部位移變形，從而判定滑坡體的分層、分區(qū)和分區(qū)、分塊狀況等，以利于更準(zhǔn)確性開展穩(wěn)定性分析和工程綜合治理措施的設(shè)計。目前，滑坡體的分層、分級較為常見[6-7]，但對滑坡體分區(qū)、分塊的研究較少。

為有效判斷和掌握古滑坡體的變形、發(fā)展趨勢、穩(wěn)定性等，本文依托寧德市境高速公路建設(shè)過程中發(fā)育的飛鸞大型古滑坡復(fù)活的工程治理，結(jié)合滑坡體的地形、地貌、地質(zhì)、水文等，分析滑坡體地表裂縫的分布位置、變形大小、裂縫形式以及滑坡體深部位移監(jiān)測量值大小、變形曲線形狀等，研究大型古滑坡體的分層、分級和分區(qū)、分塊方法，以提高工程病害定性定量分析和工程措施方案確定的準(zhǔn)確性。

1 飛鸞大型古滑坡概況

飛鸞大型古滑坡體位于沈海復(fù)線寧連高速公路 （寧德境）飛鸞樞紐互通I匝道SK9+630～IK0+313.5段。因高速公路建設(shè)需要，開挖老沈海高速公路右側(cè)山體形成I匝道，I匝道坡頂上方有國道G104（見圖1）。原設(shè)計該段邊坡最高約 15m，第一級坡率 1∶1.0，第二級坡率 1∶1.25，采用普通植草防護。因路塹邊坡開挖擾動，改變和破壞了古滑坡體的平衡與穩(wěn)定，促使處于基本穩(wěn)定狀態(tài)的古滑坡體復(fù)活變形，滑坡體橫寬約300m，縱長約300～350m，平均厚度約20m，總體積約200萬m3，是一個大型的山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害。同時該滑坡區(qū)域內(nèi)分布有沈海高速、沈海復(fù)線兩條高速公路以及G104國道，為沿海南北交通的大動脈，該滑坡若發(fā)生古滑坡的整體復(fù)活，將嚴(yán)重危害和威脅公路暢通和交通安全，對該滑坡的分析與工程治理尤為重要。

圖1 滑坡體場區(qū)全貌

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

滑坡場區(qū)為剝蝕丘陵地貌，天然坡度約15～25°，植被較發(fā)育。該滑坡場區(qū)地形地貌具有典型古滑坡特征[8]（見圖2），場區(qū)整體地形呈圈椅狀，上部地形陡峻，中部變緩局部呈緩平臺，下部地形較緩；滑坡場區(qū)山體頂部較緩，后山基巖出露；右側(cè)（寧德側(cè)）山脊基巖出露，滑坡前緣（滑舌）呈外凸?fàn)睿⒀由熘梁Ｆ矫妫黄麦w上見有大量孤、滾石出露。

圖2 典型古滑坡特征

2.2 地層巖性

滑坡場區(qū)坡體地層主要為殘坡積土和燕山晚期侵入花崗巖。坡體巖體主要為坡積粘土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖等，局部段落存在碎塊狀強風(fēng)化花崗巖，且相對較薄。古滑帶位于砂土狀強風(fēng)化層底面，埋深約為33.3m，巖性呈黑色，帶內(nèi)巖芯呈礫石狀，鐵錳化強烈，巖質(zhì)松散，手掰易碎，含少量腐植物。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及氣象水文

滑坡場區(qū)內(nèi)未見區(qū)域斷裂構(gòu)造帶或活動性斷層，但場區(qū)巖土層均勻性差，巖性接觸帶處巖體破碎且風(fēng)化較強。滑坡場區(qū)地下水主要為坡殘積風(fēng)化層孔隙水和基巖裂隙水，水量較為豐富。坡殘積層孔隙水主要分布于松散坡殘積土中，為上層滯水，主要接受大氣降水補給，順地形排泄；基巖裂隙水主要賦存于深部基巖裂隙及構(gòu)造帶中，以構(gòu)造破碎帶相對富水。

3 坡體變形分析

3.1 高速公路邊坡變形

高速公路邊坡?lián)跬翂K0+100往大里程方向，多片擋墻伸縮縫處出現(xiàn)張拉裂縫，呈發(fā)展趨勢；坡腳水泥硬化平臺及混凝土澆筑的邊溝出現(xiàn)裂縫，并延伸至道路路面；匝道K9+630～IK0+050段，沈海高速公路路面出現(xiàn)四道橫向裂縫。本裂縫主要位于滑坡前緣，裂縫呈推移擠壓變形特征。

3.2 國道G104路面及邊溝變形

國道G104外側(cè)硬路肩位置出現(xiàn)開裂下沉，外側(cè)水溝溝底開裂，局部邊溝傾斜，主要體現(xiàn)為前部路塹邊坡塌方下沉裂縫；國道G104往寧德側(cè)右幅水泥路面中部出現(xiàn)縱向裂縫，延伸約15m；坡頂小廟周邊的水泥地面出現(xiàn)多道裂縫，本區(qū)域裂縫主要位于滑坡前部，表現(xiàn)為前部擠壓開裂特征。

3.3 地表與建筑變形

滑坡場區(qū)踏勘，坡體上部山體局部區(qū)域發(fā)生坡體變形裂縫。山體上部墳?zāi)钩霈F(xiàn)明顯張拉裂縫；坡體中部、國道下部的房屋及育苗場出現(xiàn)多道變形裂縫。該裂縫分布廣，位于滑坡中部區(qū)域，主要體現(xiàn)為滑坡變形構(gòu)筑物反射裂縫。

3.4 深部位移變形

為查明本滑坡內(nèi)部變形情況，結(jié)合滑坡地形地貌特點設(shè)置監(jiān)測斷面如圖3所示。

（1） 1-1 監(jiān)測斷面， 監(jiān)測孔 ZK6、ZK7、ZK8、ZK11、ZK13、ZK14有明顯變形反映。ZK6位于滑坡前部，明顯變形深度約19m；ZK7、ZK11位于滑坡中部，明顯變形深度約26m；ZK13、ZK14位于滑坡中后部，明顯變形深度約18m。根據(jù)各監(jiān)測孔變形示意圖及推測滑動面如圖4所示。

（2）2-2監(jiān)測斷面，監(jiān)測孔ZK16、ZK17有明顯變形反映。ZK17位于滑坡中部，明顯變形深度約25m；ZK16位于滑坡中后部，明顯變形深度約16m。根據(jù)各監(jiān)測孔變形推測滑坡滑動面情況，如圖5所示。

（3）3-3監(jiān)測斷面，監(jiān)測孔ZK10、ZK9有明顯變形反映。ZK10位于滑坡前部，明顯變形深度約30m；ZK9位于滑坡中部，明顯變形深度約26m。根據(jù)各監(jiān)測孔變形推測滑坡滑動面情況，如圖6所示。

4 滑坡體的層級和區(qū)塊分析

4.1 滑坡體層級、區(qū)塊分析基本原則

大型古滑坡一般體量較大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，已有滑動面和潛在滑動面多，治理費用高，為使滑坡工程的解決方案更具體性、針對性、有效性，對該類滑坡體的性狀分析，需采用分層、分級、分區(qū)、分塊的方法進行綜合分析，可依據(jù)以下基本原則：

（1）利用微地形地貌判識。主要以微地形陡坎、溝槽、坡體平臺、坡體和前緣凸出部位等位置的分布情況進行判識。通常此類位置為古滑坡變形的界面，據(jù)此推測可能變形復(fù)活發(fā)生的位置，或變形周界可能的位置、后緣、側(cè)界與出口，進一步可判識滑體的區(qū)、塊分布特點。

圖3 滑坡場區(qū)監(jiān)測孔布置示意圖

圖4 1-1斷面滑坡分層分級示意圖

（2）利用地表裂縫分布與性狀判識。滑坡的地表變形裂縫，在滑坡體不同位置其受力不同，產(chǎn)生的裂縫特征與形狀等特征不同[9]，以此判識滑坡的周界、范圍與塊體分布，再結(jié)合其深部位移變形曲線、地形地貌等特征的對應(yīng)關(guān)系，可對滑坡塊體的分區(qū)、分塊進行判識。

（3）利用深部位移監(jiān)測曲線特征判識。依據(jù)深部位移監(jiān)測曲線的變形樣式判斷坡體的變形穩(wěn)定狀態(tài)、變形深度及滑坡變形階段[10-11]，利用變形曲線拐點及其樣式特征，判斷坡體變形的趨勢及位移發(fā)展情況[12]，以此綜合分析推測滑動面的具體深度和分層、分級等特點。

（4）利用滑坡體的古滑帶、軟弱夾層及地層風(fēng)化界面判識。滑坡的古滑帶、軟弱夾層為坡體易滑地層，坡體的地層風(fēng)化界面由于力學(xué)性質(zhì)差異致使坡體易沿此界面變形發(fā)展或牽引發(fā)展形成滑動面[13]。在工程治理中，通常深層的地層分化界面為滑坡潛在滑動面，作為工程防控的控制性滑動面。

4.2 滑動面層級分析

現(xiàn)以坡體深部位移監(jiān)測斷面1-1為例，結(jié)合地表及深部位移監(jiān)測開展坡體滑動面分層分級分析。

圖5 2-2斷面滑坡分層分級示意圖

圖6 3-3斷面滑坡分層分級示意圖

（1）局部變形滑動面分析。根據(jù)高速路塹邊坡塌方及國道變形開裂情況，分析滑坡前部局部存在2級的變形滑動面，其推測為局部淺層滑動面1和局部淺層滑動面2，如圖4中局滑1、局滑2所示。

（2）滑坡上層多級滑動面分析。高速公路左側(cè)為濱海灘涂，下覆坡積粘土，推測本滑坡前緣剪出口位于本區(qū)域；深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測孔ZK06、ZK07、ZK08監(jiān)測變形曲線的明顯變形較深，位于原古滑帶附近，分析其變形曲線特征及其對應(yīng)關(guān)系，同時結(jié)合地表構(gòu)造物開裂和局部微地貌，分析推測其滑坡前部的上層第1處滑動面如圖4中上滑1所示；依此分析，結(jié)合監(jiān)測孔ZK11、ZK13監(jiān)測變形曲線特征，分析推測其滑坡前部的上層第2處滑動面如圖4中上滑2所示；結(jié)合監(jiān)測孔ZK14監(jiān)測變形曲線特征，及坡體地形地貌，分析推測其滑坡前部的上層第3處滑動面如圖4中上滑3所示。

（3）滑坡下層多級滑動面分析。本古滑坡其砂土狀強風(fēng)化層與碎塊狀地層、中分化地層的風(fēng)化界面為深層牽引變形發(fā)展的潛在滑動面，如圖4所示。深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測孔ZK07、ZK13監(jiān)測變形曲線的深層存在小量值變形反映，其深度位于坡體砂土狀強風(fēng)化與碎塊狀強風(fēng)化界面處。結(jié)合坡體地形地貌，監(jiān)測孔ZK14后部存在一處明顯陡坎，其滑坡頂部監(jiān)測孔ZK23存在明顯變形反映，分析本滑坡深層存在潛在滑動面，可分為2級滑動面，分別為深層滑動面1和深層滑動面2，如圖4中下滑1、下滑2所示。

依據(jù)以上滑動面分層、分級原則與思路，分別分析其2、3監(jiān)測斷面滑動面分布情況如圖5、圖6所示。

4.3 滑坡體區(qū)塊分析

綜合本滑坡場區(qū)的微地形地貌及其工程地質(zhì)和地下水等條件，該大型古滑坡體具有多級多塊的滑移特點與形態(tài)特征。通過對其各典型滑動面分層、分級的推測與分析，并結(jié)合坡體地形地貌及工程地質(zhì)條件等，本滑坡分區(qū)、分塊（圖7所示）具體如下：

圖7 滑坡分區(qū)分塊示意圖

（1）滑坡整體自下而上大致可以分為三個大區(qū)域（I、II、III區(qū)）和三個獨立局部變形區(qū)域（A、B、C 區(qū)）。

（2）I區(qū)為滑坡主體部分，主要集中在滑坡的中部及下部區(qū)域。通過監(jiān)測變形曲線分析，I區(qū)滑體內(nèi)可再分出2個獨立小區(qū)塊，分別為I-1、I-2兩個滑體塊，主要表現(xiàn)為淺層滑動變形；其中I-1滑體塊結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及地表變形反映，可再分為I-1-1、I-1-2兩個局部滑體塊，主要表現(xiàn)為局部的滑動變形特征。

（3）II區(qū)為滑坡的整體部分。其滑坡變形范圍主要為：滑坡上部局部基巖出露，且后緣分布下錯臺坎地貌，分析其滑坡后緣位于下錯臺坎附近；滑坡右側(cè)界受右側(cè)山脊控制，該山脊為微風(fēng)化基巖出露，山脊陡坎明顯，分析其為該滑坡右側(cè)界；滑坡左側(cè)界受控于左側(cè)山脊及山脊下部溝槽，分析該溝槽為老滑坡早期側(cè)界變形陡坎，受雨水等侵蝕演化為坡體匯水沖溝，形成流水溝槽；滑坡前緣從坡體地貌分析，在匝道IK0+050段面，海灘形成外凸滑舌，分析前緣潛在出口位于海灘附近，由此向兩側(cè)延伸。

（4）III區(qū)位于II區(qū)滑坡的整體部分的后側(cè)及左側(cè)，分析為滑坡牽引變形部分。

5 工程治理方案

本滑坡變形規(guī)模較大、變形復(fù)雜，變形滑動面深22m，潛在深層滑動面深約36m。依據(jù)對本滑坡典型滑動面的分層分級和變形塊體的分區(qū)分塊分析，明晰了本滑坡各變形塊體的變形深度、范圍、趨勢及其各滑體的穩(wěn)定狀態(tài)。通過反分析方法計算分析滑坡各層級和區(qū)塊的穩(wěn)定系數(shù)，采用極限平衡法對該滑坡進行定量計算，坡體穩(wěn)定安全系數(shù)按大于1.2控制，1-1斷面考慮兩層滑動面，計算滑坡推力為3000kN；2-2斷面考慮兩層滑動面，多級剪出口，計算滑坡推力為3000kN；3-3斷面考慮深層控制滑動面，多級剪出口，計算滑坡推力為2600kN。

結(jié)合本滑坡場區(qū)具體情況，滑坡治理主要工程措施建議以采用預(yù)應(yīng)力抗滑樁支擋加固為主，局部坡體的穩(wěn)定以預(yù)應(yīng)力錨索加固為主，并結(jié)合地表排水、地下排水為輔的綜合工程整治措施。考慮抗滑樁實施的可行性和工程有效性，設(shè)計抗滑樁主要布置于國道104兩側(cè)。

6 結(jié)語

對于地質(zhì)條件復(fù)雜、體量大、穩(wěn)定影響因素多的大型古滑坡，本文依托飛鸞大型古滑坡的工程綜合治理，研究基于坡體變形分析的大型古滑坡體分層分級、分區(qū)分塊方法與原則。結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)、水文等情況，調(diào)查分析古滑坡體地表裂縫的分布位置、變形大小、裂縫形式以及滑坡體深部位移監(jiān)測量值大小、變形曲線形狀等，通過微地形地貌判識、地表裂縫分布與性狀判識、深部位移監(jiān)測曲線特征判識、滑坡體的古滑帶、軟弱夾層及地層風(fēng)化界面判識等進行大型古滑坡的分層分級、分區(qū)分塊；在分層分級、分區(qū)分塊的基礎(chǔ)上，可有效開展古滑坡體的整體、區(qū)塊、局部的穩(wěn)定性分析，對工程病害綜合治理方案的確定提供指導(dǎo)，為大型古滑坡的后續(xù)研究提供有價值的參考。

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