降雨引發(fā)玄武巖臺地型滑坡的災(zāi)變機(jī)制及綜合防治

盧琰萍,徐興華,吳雪琴,馮杭建,唐小明

(1.浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,浙江 杭州 310007；2.嵊州市自然資源和規(guī)劃局，浙江 嵊州 312400)

臺地型滑坡廣泛分布于浙江省浙東—浙東南玄武巖臺地區(qū)，滑坡規(guī)模較大,分布范圍較廣，多處于上平—中緩—下陡的地勢。臺地型滑坡表層分布松散堆積物，下部常分布硅藻土等河湖相沉積層，降雨作用下可能會引發(fā)滑坡多次間歇性滑動，其形成條件、穩(wěn)定狀態(tài)和激發(fā)因素等相對常見的滑坡類型有顯著的區(qū)別。

降雨是不利因素，能促使滑坡體孔隙水壓力升高，從而降低有效應(yīng)力，響應(yīng)明顯時易引發(fā)滑坡。據(jù)統(tǒng)計，浙江省玄武巖臺地型滑坡(含隱患)共計有130余處，主要分布于崇仁、黃澤—大聚市、澄潭、回山、紫凝和桑州等地區(qū)，具有地域性和群聚性特征，其中降雨引發(fā)的玄武巖臺地型滑坡有120余處，占玄武巖臺地型滑坡總數(shù)的95%，由道路及園區(qū)等工程建設(shè)引發(fā)的玄武巖臺地型滑坡不足10處，可見降雨是誘發(fā)玄武巖臺地型滑坡的主要因素和作用條件。

玄武巖臺地型滑坡規(guī)模一般較大，多在中型及以上，分布范圍也較廣，滑坡體上分布村莊，滑坡發(fā)生后影響深遠(yuǎn)，致災(zāi)程度嚴(yán)重，如嵊州市崇仁鎮(zhèn)地雅園滑坡、新昌縣澄潭鎮(zhèn)陳家山滑坡等。相關(guān)學(xué)者在玄武巖臺地型滑坡的基本特征及致災(zāi)成因等方面做了一些基礎(chǔ)性研究，如分析了硅藻土對斜坡穩(wěn)定性的影響，對玄武巖殘積土開展了雨水運(yùn)移特征及失穩(wěn)機(jī)制的數(shù)值模擬。此外，國內(nèi)研究人員還對云貴川三省交界地帶的二疊紀(jì)玄武巖分布區(qū)的崩滑地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了地質(zhì)環(huán)境背景研究，對若干典型特大型玄武巖臺地型滑坡進(jìn)行了工程地質(zhì)特征及失穩(wěn)機(jī)制分析。

自2015年以來，隨著一系列滑坡地質(zhì)調(diào)查、勘查設(shè)計、監(jiān)測項目的開展，對玄武巖臺地型滑坡的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、屬性特征和防災(zāi)處置等有了進(jìn)一步的了解。這些調(diào)查研究對深化認(rèn)識該類型滑坡的形成發(fā)育及致災(zāi)機(jī)制，實施滑坡的精準(zhǔn)防控和防災(zāi)處置，具有重要的現(xiàn)實意義。為此，本文選擇嵊州市崇仁鎮(zhèn)地雅園滑坡作為研究對象，基于所處的地質(zhì)環(huán)境背景，在查明此類滑坡基本特征及其形成原因的基礎(chǔ)上，分析了滑坡典型地質(zhì)剖面、滑坡體結(jié)構(gòu)和滑帶土性質(zhì)特征，并通過地質(zhì)建模構(gòu)建了不同降雨工況，采用力學(xué)計算方法和極限平衡理論，探討了降雨作用下滑坡穩(wěn)定性的變化規(guī)律，研究了降雨引發(fā)玄武巖臺地型滑坡的失穩(wěn)災(zāi)變機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程，促進(jìn)了滑坡體穩(wěn)定，同時通過布設(shè)網(wǎng)格型的坡表、地下、空中一體化的降雨-地下水-變形綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，研究了滑坡變形破壞的特點(diǎn)及其活動規(guī)律，分析了滑坡的發(fā)展趨勢，以期探索出一套針對該類型滑坡的行之有效的綜合防治技術(shù)方法。

1 研究區(qū)概況

1.1 基本概況

嵊州市崇仁鎮(zhèn)地雅園滑坡地處玄武巖臺地邊緣地帶(見圖1)，為一處中型滑坡隱患，潛在方量為85×10m，屬典型的玄武巖地型滑坡。自1999年起該滑坡區(qū)相繼出現(xiàn)坡體以及建(構(gòu))筑物的變形跡象，隨后對中部村莊區(qū)域采取了部分搬遷的措施。但從2010年以來，村口區(qū)重建龍隍廟及周邊村民房屋、公共用房、水泥道路等均出現(xiàn)了不同程度的開裂、變形等跡象。目前，在降雨作用下滑坡處于間歇性的蠕滑變形過程，將威脅著附近村莊范圍內(nèi)村民住戶32戶、103人的生命及財產(chǎn)安全，危害程度達(dá)重大級。

圖1 地雅園玄武巖臺地型滑坡隱患概貌圖

1.2 地質(zhì)環(huán)境背景

滑坡區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤、四季分明、雨量充沛、光照充足。據(jù)當(dāng)?shù)厮麣庀笥^測資料，2000年以來，區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為1 447 mm，年最大降雨量為1 717.2 mm，最大日降雨量為133.0 mm(2017年5月30日)，最大1小時降雨量為85.0 mm(2017年6月13日14:00)。該地區(qū)全年降雨日約為140～180 d，多集中在5～6月的梅雨期及8～9月的臺風(fēng)暴雨期，該時段占全年降雨量的70%左右，強(qiáng)降雨是滑坡產(chǎn)生的主要引發(fā)因素。

研究區(qū)位于侵蝕剝蝕丘陵臺地區(qū)(見圖1)，自然山體相對高差為80～100 m，整體地勢呈東北高、西南低，地形坡度呈上平—中緩—下陡。臺地頂部標(biāo)高為165.0～180.0 m，高差在15 m以內(nèi)，地形坡度在3°～5°之間；斜坡中部標(biāo)高為122.0～150.0 m，高差在30 m以內(nèi)，地形坡度在5°～8°之間，主要分布有村莊，后緣陡坎高15～25 m，近于直立；斜坡前緣標(biāo)高為85.0～122.0 m，高差在35～40 m之間，地形坡度在8°～15°之間。滑坡隱患位于臺地邊緣中前部斜坡地帶，目前主要為村莊居住區(qū)及其前側(cè)的農(nóng)田區(qū)。

滑坡區(qū)及附近地層主要為嵊縣組玄武巖及其下部河湖相沉積層，下伏為朝川組紅層。上部嵊縣組第二期玄武巖(N

s

-

β

)厚度在20～50 m之間，有2～3次噴發(fā)旋回，間歇期較短，差異風(fēng)化明顯；中風(fēng)化巖呈青灰色、灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，多呈氣孔狀或致密塊狀構(gòu)造，巖芯多呈柱狀；強(qiáng)風(fēng)化巖呈青灰色、灰黑色、黃褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，多呈氣孔狀構(gòu)造，巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈且不均勻，巖芯多呈碎塊或短柱狀；全風(fēng)化巖呈灰黑色、灰褐色，砂土狀，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，局部見球形風(fēng)化痕跡。全風(fēng)化巖呈松散砂土狀，為性質(zhì)軟弱層；強(qiáng)風(fēng)化巖呈碎塊狀、散體狀，有利于雨水及地表水的下滲，使得地下水位升高，導(dǎo)致巖土力學(xué)性質(zhì)變差，是構(gòu)成滑坡體的主要物質(zhì)。下部嵊縣組第二期沉積巖(N

s

-

B

)厚度在10～30 m之間，前緣地帶較厚，上部為粉質(zhì)黏土、粉砂質(zhì)黏土，下部為黏土，系河湖相沉積的硅藻土層，屬特殊性土，為不良工程地質(zhì)層，其含水量高、中等壓縮性、滲透系數(shù)低，為相對不透水層，易于軟化、泥化，巖土力學(xué)性質(zhì)較差，構(gòu)成潛在的滑移帶。下伏地層為朝川組紫紅色砂礫巖，產(chǎn)狀為50°∠14°，中-厚層狀結(jié)構(gòu)，膠結(jié)程度較好。

2 玄武巖臺地型滑坡基本特征及形成原因

2.1 滑坡變形破壞特征

地雅園滑坡區(qū)分布裂縫較多，主要位于村莊區(qū)，房屋墻體、水泥硬化地面的裂縫較為明顯，所展布的裂縫多為拉張裂縫，局部為鼓脹和剪切裂縫，一般裂縫的長度較長。其中，地面裂縫寬度及錯距較小；廟舍附近地面裂縫寬度及錯距一般較大；建筑墻體上裂縫寬度及錯距稍大。此外，在龍隍廟、基礎(chǔ)公司一帶以及前緣硅藻土出露處，該滑坡坡表變形破壞跡象較為集中，主要表現(xiàn)為地面拱起開裂、墻體傾倒開裂、巖土體滑塌及護(hù)坎傾倒、鼓出等現(xiàn)象。

2.2 滑坡規(guī)模及性質(zhì)特征

依據(jù)地雅園滑坡坡表變形破壞跡象、巖土體結(jié)構(gòu)特征和空間展布情況，該滑坡平面形態(tài)呈拋物線形，其周界范圍如下：滑坡后緣西北側(cè)以裂縫發(fā)育邊界為界，滑坡前緣以沖溝為界；滑坡東側(cè)后緣對比ZK10和ZK15巖芯及物探結(jié)果綜合確定，滑坡東側(cè)前緣以邊側(cè)裂縫方向確定；滑坡前緣以硅藻土出露處裂縫為界。地雅園滑坡滑坡體可分為淺層滑坡和潛在深層滑坡。

(1) 淺層滑坡：滑坡后緣高程為130 m，前緣高程為115 m，高差為15 m；滑坡后緣寬為130 m，前緣寬為230 m，平面面積為30 000 m，厚度為5～9 m，以均厚6 m計，淺層滑坡總方量為18×10m，主滑方向為235°。

(2) 潛在深層滑坡：滑坡后緣高程為130 m，前緣高程為105 m，高差為25 m；滑坡后緣寬為130 m，前緣寬為270 m，平面面積為56 600 m，厚度為10～20 m，以均厚15 m計，潛在深層滑坡總方量為85×10m，主滑方向為235°，屬中型中層玄武巖臺地型滑坡隱患，處于降雨蠕滑階段。

2.3 滑坡結(jié)構(gòu)特征

地雅園滑坡可能的滑動面(帶)：淺層為全風(fēng)化玄武巖與下部強(qiáng)-中風(fēng)化玄武巖界面;潛在深層為玄武巖與黏土或粉質(zhì)黏土等硅藻土接觸界面或貫穿硅藻土內(nèi)部。

地雅園淺層滑坡的滑坡體物質(zhì)自上而下分為：①人工填土、②殘坡積粉質(zhì)黏土或②殘坡積黏土、③全風(fēng)化玄武巖；地雅園潛在深層滑坡滑坡體物質(zhì)除上述巖土體外，還包括③強(qiáng)風(fēng)化玄武巖及③中風(fēng)化玄武巖，局部坡段包括部分④粉質(zhì)黏土(硅藻土層)或④黏土(硅藻土層)。地雅園淺層滑坡和潛在深層滑坡的滑床分別為下部強(qiáng)-中風(fēng)化玄武巖、黏土或粉質(zhì)黏土等硅藻土層，見圖2。

圖2 地雅園玄武巖臺地型滑坡的工程地質(zhì)剖面圖(3—3′)

地雅園淺層滑坡的剪出口主要分布于村莊前部通村公路下方水田處，內(nèi)側(cè)分布若干田坎，地表可見地下水滲出點(diǎn)成排出露；潛在深層滑坡隱患滑動面為硅藻土層，剪出口位于斜坡前緣硅藻土出露區(qū)，大體呈北高南低，地表表現(xiàn)為水田等耕種區(qū)。

2.4 滑坡形成原因

地雅園玄武巖臺地型滑坡的形成原因如下：

(1) 獨(dú)特的地形地貌條件：所在區(qū)域地形呈上平—中緩—下陡狀，滑坡后緣分布臺地陡坎，滑坡位于臺地邊緣中前部斜坡地帶，地形較低緩，地表水排泄較慢，容易入滲坡體內(nèi)部，再結(jié)合上平—中緩—下陡的地形條件，滑坡前緣較陡存在臨空，有利于滑坡的形成。

(2) 特殊的滑坡體結(jié)構(gòu)特征：表層覆蓋黏土層及全風(fēng)化層，全風(fēng)化巖呈松散砂土狀，孔隙較大，地表水易下滲，使得地下水水位較高，導(dǎo)致巖土力學(xué)性質(zhì)較差，易產(chǎn)生壓縮變形，而且黏土分布區(qū)一般呈中等壓縮、滲透性較差，地下水位上升可形成微承壓作用，綜合作用下可致使地面開裂和建筑變形。組成滑坡體物質(zhì)的玄武巖差異風(fēng)化明顯，全風(fēng)化巖呈松散砂土狀，強(qiáng)風(fēng)化巖呈碎塊狀、散體狀，有利于地表水下滲，使內(nèi)部地下水水位較高；下部硅藻土層主要為黏土，其含水量高、中等壓縮性、滲透系數(shù)低，為相對不透水層。上部滑坡體內(nèi)地下水相對豐富，可在玄武巖與下伏硅藻土層間接觸帶形成地下水的相對活躍地帶，軟化、泥化硅藻土層，使其產(chǎn)生壓縮變形和剪切破壞，再加上地下水的長期滲透變形破壞作用，易形成潛在剪切滑動帶。

(3) 降雨激發(fā)作用：連續(xù)強(qiáng)降雨是滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)條件，區(qū)內(nèi)地表水系較發(fā)育，滑坡體結(jié)構(gòu)較松散，雨后地表水大量下滲，使滑坡體內(nèi)地下水水位抬升，在長期浸潤軟化作用下降低了滑坡體和滑帶的巖土力學(xué)性質(zhì)，而且地下水位的抬升，將增大孔隙水壓力及動水壓力，再加上滑坡前緣坡度較陡，使得地下水水力梯度變大，阻滑作用不足，增大了滑坡體的滑動趨勢，不利于滑坡體穩(wěn)定。

(4) 人類工程活動：村民在斜坡區(qū)修建房屋、公路和田地，增加了表層荷載，破壞了原有的地表徑流條件，且加之水塘管理不善存在滲漏現(xiàn)象、滑坡前緣地帶進(jìn)行不適當(dāng)?shù)乃锓N植，這些都將不利于滑坡體的穩(wěn)定。

3 降雨激發(fā)滑坡的災(zāi)變作用機(jī)制

3.1 地質(zhì)模型構(gòu)建

根據(jù)地雅園滑坡隱患特征及其現(xiàn)狀條件，以工程地質(zhì)剖面(3—3′)作為代表性剖面，基于計算軟件平臺構(gòu)建了滑坡穩(wěn)定性計算模型，見圖3。其中，正常水位線是勘查期間測定的穩(wěn)定水位；高水位線是基于前期連續(xù)降雨及地下水監(jiān)測統(tǒng)計確定的地表水入滲后滑坡體內(nèi)地下水水位的抬升幅度，暫以最大4 m計。

圖3 地雅園滑坡工程地質(zhì)模型

3.2 滑坡巖土體參數(shù)確定

滑坡穩(wěn)定性計算相關(guān)的巖土體參數(shù)包括天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下滑坡體和滑帶的容重和抗剪強(qiáng)度，主要通過室內(nèi)試驗并結(jié)合參數(shù)反演和參考相關(guān)的經(jīng)驗參數(shù)進(jìn)行綜合取值，見表1。相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的意義說明如下：

表1 地雅園玄武巖臺地型滑坡巖土體計算參數(shù)

(1) 滑坡體包括表層殘坡積層、玄武巖風(fēng)化層及部分硅藻土層，通過室內(nèi)土工試驗，可知其工程地質(zhì)性質(zhì)較均一、離散性較小，其相關(guān)指標(biāo)參數(shù)可依據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果確定。

(2) 強(qiáng)風(fēng)化玄武巖和中風(fēng)化玄武巖抗剪強(qiáng)度較高，滑動面難以穿越其內(nèi)，且玄武巖差異風(fēng)化明顯，經(jīng)揭露未見統(tǒng)一的風(fēng)化界線，則將兩者合并統(tǒng)一采用強(qiáng)風(fēng)化玄武巖的強(qiáng)度參數(shù)值。

(3) 構(gòu)成滑動帶的全風(fēng)化玄武巖層多為黏土，硅藻土層主要為黏土，部分為粉質(zhì)黏土，結(jié)合試樣的飽和度都在90%以上，故室內(nèi)土工試驗值基本可為飽和抗剪強(qiáng)度值；由于硅藻土特殊的微觀結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成，其遭受外界擾動后結(jié)構(gòu)力迅速消失，力學(xué)性質(zhì)變差，重塑硅藻土的抗剪強(qiáng)度值明顯低于原狀土，則其抗剪強(qiáng)度以殘余強(qiáng)度按

c

=0.6c和

φ

=0.4

φ

取值，并結(jié)合滑坡變形破壞特征及穩(wěn)定性假定(穩(wěn)定性系數(shù)為

K

=1.0)進(jìn)行反演綜合確定。

(4) 由于滑坡體內(nèi)地下水水位較高，滑坡體大多處于地下水水位之下，室內(nèi)土工試驗結(jié)果顯示試樣多接近飽和狀態(tài)，故計算時將天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)的巖土體強(qiáng)度參數(shù)取值相同，主要考慮飽和狀態(tài)參數(shù)值。

3.3 計算工況選取

計算工況分為天然工況和暴雨工況：天然工況主要體現(xiàn)地下水水位正常狀態(tài)；暴雨工況主要體現(xiàn)降雨作用下地表水下滲引起的滑坡體內(nèi)地下水位的抬升幅度對滑坡體穩(wěn)定性的影響。根據(jù)滑坡前期監(jiān)測及勘查期間降雨及地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，強(qiáng)降雨作用下斜坡前緣區(qū)地下水可溢出地表，產(chǎn)生坡面徑流，中前部區(qū)地下水水位的抬升幅度在1～3 m之間，后緣區(qū)地下水水位的抬升幅度相對較大，在1～4 m之間，可見降雨作用下滑坡體內(nèi)地下水水位的變化幅度在1～4 m之間。此外，結(jié)合滑坡區(qū)多分布2～3層磚木或磚混結(jié)構(gòu)民房和滑坡前緣分布公路的特點(diǎn)，故確定公路荷載

q

為20 kPa，村莊地表荷載

q

為10 kPa。

綜上，可確定本次計算工況為：天然狀態(tài)——自重+坡表荷載+正常地下水水位；暴雨狀態(tài)——自重+坡表荷載+正常地下水水位+不同地下水水位變化幅度(1～4 m)。

3.4 滑坡穩(wěn)定性計算

滑坡穩(wěn)定性計算采用基于極限平衡理論和折線形滑移面的傳遞系數(shù)法，采用隱式解法進(jìn)行。針對不同降雨強(qiáng)度下滑坡體內(nèi)地下水水位變化幅度的差異，滑坡穩(wěn)定性也會發(fā)生相應(yīng)的變化。地雅園滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與地下水水位變化幅度的關(guān)系，見圖4。

圖4 地雅園滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與地下水水位變化幅度的關(guān)系圖

由圖4可見：

(1) 天然狀態(tài)下，地雅園淺層滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；強(qiáng)降雨作用下，滑坡體地下水水位抬升，滑坡穩(wěn)定性下降，但處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可能向欠穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展。

(2) 地雅園潛在深層滑坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)；強(qiáng)降雨作用下，滑坡地下水水位抬升，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 地雅園滑坡體內(nèi)地下水水位的抬升，不論是對地雅園淺層滑坡還是潛在深層滑坡的穩(wěn)定性都有較大的影響。特別是淺層滑坡，若遇持續(xù)強(qiáng)降雨，淺層滑坡體的地下水水位抬升，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)降低，有向欠穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展的趨勢，可能會發(fā)生淺層蠕滑，導(dǎo)致地表及上部建筑出現(xiàn)開裂變形；此外，淺層滑坡局部表層土體以黏性土為主，滲透性較差，具有一定的相對隔水性，強(qiáng)降雨作用下，地下水水位抬升，局部地區(qū)可存在微承壓作用，導(dǎo)致地表土體出現(xiàn)輕微的變形，使得上部承載較小的建筑墻體和硬化地面出現(xiàn)開裂變形。

(4) 地雅園潛在深層滑坡處于穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合滑移面相對較緩，發(fā)生整體速滑的可能性較小，但若遇特殊降雨天氣，地下水水位大幅抬升，滑坡體穩(wěn)定性持續(xù)降低，考慮區(qū)內(nèi)巖土體特征的差異性，可能會出現(xiàn)局部蠕滑，導(dǎo)致上部建筑及地表等發(fā)生變形破壞。

綜上可知，地雅園滑坡在天然狀態(tài)(正常水位)時處于穩(wěn)定狀態(tài)；在強(qiáng)降雨作用下，滑坡體內(nèi)部地下水水位大幅抬升，滑坡穩(wěn)定性降低，處于基本穩(wěn)定甚至趨于欠穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合滑移面相對較緩，存在淺層蠕滑的可能；同時，在坡表覆蓋黏性土地區(qū)，由于地下水水位上升可能會使局部地區(qū)出現(xiàn)微承壓現(xiàn)象，導(dǎo)致滑坡體出現(xiàn)蠕滑或地表局部差異變形，這與滑坡深部監(jiān)測結(jié)果、地表建構(gòu)筑物變形和地表裂縫展布特征等情況相符。

4 玄武巖臺地型滑坡的綜合防治技術(shù)

4.1 滑坡區(qū)的系統(tǒng)截排水工程設(shè)計方案

針對降雨入滲及地下水水位變化對玄武巖臺地型滑坡穩(wěn)定性的影響作用，該類滑坡防治可考慮采用系統(tǒng)截排水工程，以有效消除其不利影響，促進(jìn)滑坡體穩(wěn)定。

根據(jù)地雅園滑坡綜合治理布局(見圖5)，滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程包括滑坡體地下排水工程和坡表系統(tǒng)截排水工程，具體設(shè)計方案(見表2)如下：

圖5 地雅園滑坡綜合治理平面圖

表2 地雅園滑坡系統(tǒng)截排水工程布局實施一覽表

(1) 滑坡體地下排水工程：在地雅園滑坡區(qū)中部龍隍廟前側(cè)梯田處修建一道長110 m埋石混凝土擋墻，采用梯形斷面結(jié)構(gòu)(頂寬為0.5 m、基底寬為1.5 m、墻體高為2.5 m、面坡為1∶0.3、背坡垂直、基礎(chǔ)埋置深度為1.5 m)，墻后底部順走向設(shè)置一道排水盲溝(埋深為1.4～2.2 m、頂寬為0.6 m、厚為0.6 m、外設(shè)1∶1斜坡、內(nèi)填20 mm碎石、外包20 cm厚礫砂反濾層和土工布、底部設(shè)30 cm厚黏土夯實層)，以此促進(jìn)現(xiàn)狀泉點(diǎn)處地下水流的集中排泄和分流疏導(dǎo)。

(2) 坡表系統(tǒng)截排水工程：在地雅園滑坡區(qū)及周邊地區(qū)修建系統(tǒng)性坡表截排水工程，滑坡后緣修建長250 m的A型坡頂截水溝，坡表修建長1 250 m的B型橫向排水溝、長120 m的D型縱向排水溝組成的“交叉橫列式”排水系統(tǒng)，滑坡中東部及前緣修建長1 660 m的C型縱向排水主溝直至底部，坡坎擋墻外側(cè)修建長380 m的E型墻外排水溝。該區(qū)所有截排水溝均順地形而建，修建過程中滿足排水坡度要求，以利于地表水流的排泄。

(3) 配套系統(tǒng)：在地雅園滑坡區(qū)所有排水溝渠均設(shè)置連接通道系統(tǒng)成網(wǎng)，轉(zhuǎn)折或溝型變化處設(shè)置集水(消能)池，所有排泄水流均通過設(shè)置排水通道至滑坡前緣底部溪溝和村莊區(qū)已有排水系統(tǒng)。

(4) 溝渠形式：溝渠以明溝形式為主，橫切道路，沿路側(cè)和居民區(qū)段設(shè)置為鏤空蓋板封蓋的盲溝形式。

(5) 截排水系統(tǒng)設(shè)計：以滑坡防治工程等級為Ⅲ級，暴雨強(qiáng)度重現(xiàn)期按“10年一遇(

P

=10%)”降雨條件設(shè)計，以“20年一遇(

P

=5%)”降雨條件予以校核，以此確定溝渠斷面尺寸及結(jié)構(gòu)。

4.2 滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)

4.2.1 滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)玄武巖臺地型滑坡結(jié)構(gòu)特征、蠕滑特性、場區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，開展地雅園滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)，布設(shè)了網(wǎng)格型的坡表、地下、空中一體化的降雨-地下水-滑坡變形綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，見圖6。

圖6 地雅園滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖

通過長期連續(xù)監(jiān)測滑坡形變或活動特征及其相關(guān)要素，獲取第一手真實可靠的數(shù)據(jù)資料，研究地雅園滑坡的變形破壞與活動規(guī)律，分析和評價其穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢，并對可能發(fā)生的滑坡進(jìn)行預(yù)警預(yù)報，為滑坡動態(tài)監(jiān)控和精準(zhǔn)防災(zāi)提供技術(shù)依據(jù)和決策支持。

根據(jù)安裝的GPS監(jiān)測站、沉降計、裂縫計、鉆孔測斜儀、地下水水位計、雨量計和紅外視頻監(jiān)控儀等監(jiān)測儀器設(shè)備，基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及無線數(shù)據(jù)傳輸終端，主控中心服務(wù)器可以發(fā)送指令控制各種監(jiān)測儀器設(shè)備，包括開啟、數(shù)據(jù)采集、閉合、工作狀態(tài)反饋等控制操作，同時連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以傳輸入主控中心服務(wù)器予以實時動態(tài)化曲線查詢顯示和系統(tǒng)分析，進(jìn)而實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化連續(xù)監(jiān)測控制與實時預(yù)警預(yù)報。

B.若A、B、C分別為C(s)、CO(g)和CO2(g),且通過與O2(g)反應(yīng)實現(xiàn)圖示的轉(zhuǎn)化。在同溫同壓且消耗含碳物質(zhì)均為1mol時,反應(yīng)①②③的焓變依次為 ΔH1、ΔH2、ΔH3,則它們之間的關(guān)系為ΔH2=ΔH1+ΔH3

4.2.2 滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)

滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系按照我國《崩塌、滑坡、泥石流監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定的要求建設(shè)，其網(wǎng)絡(luò)體系布局和現(xiàn)場建設(shè)見圖5和圖7，具體監(jiān)測內(nèi)容如下：

圖7 地雅園滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系現(xiàn)場建設(shè)圖

(1) 絕對位移監(jiān)測：采用GPS測量坡表三維(X/Y/Z)絕對位移量、方向及速率，即采用近方格型網(wǎng)布設(shè)5條縱向和4條橫向測線，每條測線上測點(diǎn)不小于3個，共布設(shè)17套GPS監(jiān)測系統(tǒng)(含基站)。

(2) 相對位移監(jiān)測：重點(diǎn)監(jiān)測變形部位裂縫、位移點(diǎn)與固定點(diǎn)之間的相對位移量，即在滑坡后緣(陡坎)地帶布設(shè)2套沉降監(jiān)測系統(tǒng)，中前部裂縫明顯擴(kuò)展處布設(shè)4套裂縫監(jiān)測系統(tǒng)。

(3) 深部測斜監(jiān)測：采用鉆孔地下傾斜監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測滑坡角變位與傾倒變形及切層蠕滑，即采用網(wǎng)格狀布置3條縱向主測線、1條縱向輔測線和2條橫向主測線、2條橫向輔測線，每條主測線上測點(diǎn)不少于3個、輔測線上測點(diǎn)不少于2個，共布置13處測斜孔，其中2處為自動化測斜系統(tǒng)。

(4) 地下水水位動態(tài)監(jiān)測：通過鉆孔監(jiān)測地下水水位的動態(tài)變化，分析其與滑坡穩(wěn)定性的相關(guān)關(guān)系，即與深部測斜統(tǒng)一布局，采用網(wǎng)格狀布置13處地下水水位監(jiān)測孔，其中兩條主滑剖面布設(shè)4處自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

(6) 視頻監(jiān)控：在滑坡中部空曠地帶布設(shè)1套紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實時查看滑坡區(qū)是否出現(xiàn)地表裂縫和巖土體局部坍塌、鼓脹、剪出以及建筑物或地面的變形破壞等現(xiàn)象。

4.2.3 滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測方法和技術(shù)要求

(1) 監(jiān)測方法：采用定期監(jiān)測與加密監(jiān)測相結(jié)合的監(jiān)測方法，按基本固定的時間間隔進(jìn)行定期監(jiān)測，如有突發(fā)性變化、異常變形、暴雨等情況則需要加密監(jiān)測。

(2) 變形監(jiān)測精度：根據(jù)滑坡變形量，確定監(jiān)測誤差應(yīng)小于變形量的1/5～1/10。

(3) 監(jiān)測頻率：自動化監(jiān)測系統(tǒng)自定義設(shè)置的監(jiān)測頻率為每隔1～3 h監(jiān)測1次，強(qiáng)降雨期進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測；人工監(jiān)測監(jiān)測頻率為非汛期每隔15～30 d監(jiān)測1次、汛期雨季監(jiān)測頻率為每隔1～5 d監(jiān)測1次、非雨季監(jiān)測頻率為每隔7～10 d監(jiān)測1次。

4.3 綜合監(jiān)測結(jié)果分析及滑坡穩(wěn)定性評價

4.3.1 降雨和地下水水位的動態(tài)變化分析

通過對比日降雨量與地下水水位的變化關(guān)系(見圖8)可知：滑坡區(qū)地下水水位的變化與降雨量較為對應(yīng)，兩者變化趨勢大體一致，降雨期間滑坡體內(nèi)地下水水位有抬升，雨止后滑坡體內(nèi)地下水水位下降并恢復(fù)。而且，自2019年3月滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程實施完畢后，滑坡區(qū)地下水水位的抬升幅度在1～2 m之間，相對前期未實施排水工程時的1～4 m要小，降雨后地下水水位恢復(fù)正常的速度也相對較快，這種情況在近兩年4～9月雨汛期的表現(xiàn)較顯著，同時2020年10～12月間地下水水位進(jìn)一步降低，其相對往年同期的差異明顯。

圖8 日降雨量與地下水水位的變化關(guān)系圖

由此可見，滑坡體內(nèi)地下水水位受降雨的影響明顯，雨期地下水水位抬升，雨后地下水水位逐漸下降，其變化幅度與降雨強(qiáng)度相對應(yīng)，且滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程的實施，有效降低了雨期地下水水位抬升的幅度，促進(jìn)了滑坡體內(nèi)地下水的排泄并縮短了其恢復(fù)正常的歷時，有效促進(jìn)了滑坡體的穩(wěn)定。

4.3.2 滑坡區(qū)地表變形分析

滑坡區(qū)地表變形主要包括地表位移和滑坡體裂縫變化情況。通過對比地雅園滑坡區(qū)具有代表性的鉆孔即滑坡中前部GPS04、中后部GPS12位移監(jiān)測點(diǎn)的地表位移和坡體裂縫LF02監(jiān)測點(diǎn)的滑坡體裂縫變化情況，其結(jié)果見圖9和圖10。

圖9 地雅園滑坡監(jiān)測點(diǎn)(GPS04、GPS12)地表位移的變化曲線

圖10 地雅園滑坡監(jiān)測點(diǎn)(LF02)坡體裂縫的變化曲線

由圖9可見，2017—2019年3月地雅園滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程完成前滑坡中前部地表位移變化存在向西南緩慢變化的態(tài)勢，隨著滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程實施完畢，其坡表位移變化有逐漸變緩的趨勢，變化速率逐漸降低，且滑坡中后部地表位移的變化幅度也相對較小。由圖10可見，滑坡區(qū)現(xiàn)狀展布裂縫相對位移的變化較小，未見明顯擴(kuò)大或延展跡象。

由此可見，目前地雅園滑坡區(qū)地表位移和裂縫的變化相對較小，通過實施系統(tǒng)截排水工程，有效地發(fā)揮了促穩(wěn)作用，減緩了滑坡滑動趨勢。

4.3.3 滑坡深部位移變化分析

通過對比地雅園滑坡區(qū)代表性鉆孔ZDCX05即深部位移監(jiān)測點(diǎn)的位移變化情況，其結(jié)果見圖11。

圖11 地雅園滑坡監(jiān)測點(diǎn)ZDCX03深部位移的變化曲線(據(jù)布設(shè)于滑帶處的測斜儀監(jiān)測數(shù)據(jù))

由圖11可見，地雅園滑坡深部位移的相對變化主要呈現(xiàn)“鐘擺型”來回振蕩的變化態(tài)勢，其變化幅度相對較小，未見明顯的突變點(diǎn)，也未形成統(tǒng)一貫通的滑移面，目前滑坡整體深部位移的變化較小，滑坡體較穩(wěn)定，這與滑坡地表位移和裂縫監(jiān)測情況相互印證。

4.3.4 滑坡穩(wěn)定性綜合評價及發(fā)展趨勢預(yù)測

通過對上述綜合監(jiān)測結(jié)果的分析可知，降雨和地表水下滲對該滑坡體地下水水位的變化有影響，在其作用下滑坡體內(nèi)地下水水位抬升，對坡體穩(wěn)定性有劣化作用。通過實施滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程，滑坡體整體位移的變化較小，未見明顯的變形跡象，說明系統(tǒng)截排水工程的作用效果明顯，目前滑坡體基本穩(wěn)定。此外，結(jié)合滑坡地表位移監(jiān)測信息，利用三參數(shù)生長模型對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明該滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，見圖12。

圖12 地雅園滑坡穩(wěn)定性預(yù)測

綜上所述，實施滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程能有效減少地表水入滲并促進(jìn)排水，能最大限度地減少降雨和地表水入滲的不利影響，促進(jìn)滑坡體穩(wěn)定；同時，實施滑坡遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測，加強(qiáng)了實時監(jiān)控和動態(tài)反饋，有效降低了其災(zāi)害風(fēng)險。

5 結(jié)論與討論

玄武巖臺地型滑坡是一種具有非典型性質(zhì)但又有代表性意義的滑坡類型，廣泛分布于玄武巖臺地區(qū)，降雨和地表水入滲是激發(fā)滑坡的主要因素。在分析嵊州市崇仁鎮(zhèn)地雅園滑坡所處地質(zhì)環(huán)境條件和基本特征的基礎(chǔ)上，選擇該滑坡典型工程地質(zhì)剖面進(jìn)行了細(xì)化剖析，分析了滑坡變形破壞、結(jié)構(gòu)特征以及形成原因，并采用力學(xué)計算方法和極限平衡理論，研究了不同降雨工況條件下滑坡滑動失穩(wěn)的災(zāi)變機(jī)制，此外，還探索了系統(tǒng)截排水工程和遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測技術(shù)用于玄武巖臺地型滑坡綜合防治的整體技術(shù)方法體系。

通過實例研究表明：特殊的地層結(jié)構(gòu)和地形地貌條件促使了地雅園玄武巖臺地型滑坡的形成，降雨和地表水入滲是觸發(fā)該類型滑坡的關(guān)鍵因素，可致使滑坡體內(nèi)地下水水位抬升，對滑坡體穩(wěn)定性有不利影響，常引發(fā)局部差異變形或剪切蠕滑；通過實施滑坡區(qū)系統(tǒng)截排水工程，可有效截除地表水流，并促進(jìn)地下水排泄，消除了降雨和地表水入滲的不利影響，提高了滑坡體的穩(wěn)定性，同時建設(shè)滑坡區(qū)網(wǎng)格型的坡表、地下、空中一體化的降雨-地下水-變形綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，通過實時監(jiān)控，強(qiáng)化了滑坡變形活動和穩(wěn)定性發(fā)展趨勢的遠(yuǎn)程自動化動態(tài)監(jiān)控和及時反饋。綜合可見，對于降雨引發(fā)的玄武巖臺地型滑坡，采用系統(tǒng)截排水工程和遠(yuǎn)程自動化實時監(jiān)測相結(jié)合的綜合手段進(jìn)行治理和監(jiān)控，是一種可行且有效的綜合防治技術(shù)方法。