阿勒泰一干渠滑坡形成機質與處理淺析

茹永生

(阿勒泰地區水利水電勘測設計院，新疆 阿勒泰 836500)

1 基本情況

一干渠灌區是隸屬于阿勒泰地區水利局管轄的大型灌區，2018年一干渠防滲改造六期(樁號10+208—15+208段)開工后，左岸坡發生多起滑坡，嚴重影響施工進度。渠道沿額爾齊斯河左岸Ⅱ級階地與Ⅲ級階地之間的半坡地帶布置，Ⅱ級階地為河谷堆積階地，Ⅲ級為新近系(N)砂、泥巖構成的基座階地，階面地勢開闊，表層砂卵礫石覆蓋，有灌區布置。老渠道為土渠，設計加大流量、全防滲拓寬改造，設計渠道梯形斷面，底寬9.5m，渠深4.40m，內坡1∶2.0，外坡1∶1.75，右側渠頂寬4.0m，左側渠頂寬2.50m。渠道右岸填方，左岸挖方。渠道左岸坡高4～8m，坡度15°～30°，渠底至坡頂整個為砂、泥巖互層沉積，分層厚度3～8m不等，受額爾齊斯凹陷帶、富蘊-錫伯鍍斷裂影響，巖層產狀：290°～310°NE∠3°～15°，產狀面存在起伏變化，總體傾向坡下河谷。一干渠開發前，坡面干涸無地下水，頂部灌區形成后，現狀坡面滲水明顯。

出現滑坡問題是由于渠道坡腳施工開挖后，左岸渠頂多處出現裂口，一條或平行兩條，長10～30m，較長的50～60m，數小時或幾天內，裂口地段部分逐漸發展成滑坡。滑坡體舌狀，高2.5～3m，寬一般8～30m，部分寬達45m，坡高4.5～6m，滑距10～20m，滑坡體滑入渠道后即刻終止。滑坡體的組成以風化泥巖為主，松軟含水量高，部分滑移面與產狀面一致，光亮有壓痕。在5km的渠道施工沿線，沿半坡地段，滑坡間斷發育，累計十余處，嚴重制約著工程的進度。

2 滑坡的形成機制分析

通過沿線勘察與分析，發現滑坡有如下形成機質：

(1)強風化泥巖體多開裂、結構松弛，地下水侵入后，容易產生滑坡

現場調查對比發現，坡體頂部的泥巖體比砂巖體更容易產生滑坡。通過對兩種巖石物理力學性質的對比，原因分析如下：

泥巖含蒙脫石、伊利石等強親水性礦物，在干旱的氣候環境下，地表易發生龜裂[4]，在準格爾盆地西北部第三系泥巖地層區較為多見。干濕變化的不同，造成表層泥巖的開裂規模各異，深度小到幾十厘米大到數米不等，裂開寬度幾厘米到幾十厘米不等，延伸長幾米到幾十米不等，平面呈現不規則網格狀。在水流、風的侵蝕作用下，裂口內充填砂土或腐殖質后，形成錐形砂楔。砂楔中等透水，一般K=3～5m/d，滑坡工程地質剖面示意圖如圖1所示。灌區形成后，坡面有灌溉水排泄，通過砂楔，地下水可垂直入滲至泥巖層深部。在龜裂、膨脹、凍融、植物根脹的共同風化作用下，泥巖體的開裂現象較普遍，在深度3～4m處仍可見到蘆葦根系，泥巖體處于多裂縫的松弛結構狀態。眾多學者普遍認為，多裂縫是影響膨脹土邊坡不穩定的關鍵因素[3]。

圖1 滑坡工程地質剖面示意圖

地下水沿裂縫逐漸滲入形成飽和，泥巖單個孔隙較細，地下水浸泡后，孔隙水難以流動[2]，巖體排水性差，巖石遇水崩解、軟化、泥化后[4]，抗剪強度大大降低，見表1。可見，處在坡頂的泥巖體為宜滑巖組，在人為等外界條件影響下，比較容易形成滑坡。

相比泥巖體、如果坡體上部為砂巖體，砂巖是以石英顆粒為主、弱膠結構成的巖體，強風化層為中等透水，邊坡地帶，進入巖體的地下水排泄速度相對快，加上砂巖遇水后抗剪強度變化不大，見表1，在砂巖體中形成滑坡，缺少必要的條件。

這就是渠道沿線的滑坡均為泥巖體的原因。引用“阿勒泰一干渠工程地質勘察報告”中試驗成果，將砂、泥巖不同狀態的物理力學參數列表對比見表1。

(2)地下水導致下滑力與阻滑力發生變化，是滑坡形成的主要因素

坡頂為Ⅲ級階地面，地形平緩，有灌區布置，總體地形向坡下緩傾。表層為砂卵礫石覆蓋，厚度1～3m，灌區形成的孔隙潛水通過砂卵礫石層向坡下徑流。受地形高低起伏的控制，在沿線坡頭、坡面各段，地下水滲流量不一。坡頭對應的溝谷地段會出現集中徑流，形成的滑坡較多，而突兀地帶坡面滲水則較少，滑坡發生的少。地下水的豐富程度對坡體穩定影響很大[6]，在施工現場發現，坡頂開裂的情況下，有地下水滲入裂縫的，滑坡產生的概率大，裂口滲入水量越多，滑坡產生速度越快。根據泥巖的水理性質，分析如下：①地下水不斷滲入裂口后，在多裂縫泥巖坡體內充滿了裂隙水，浸泡周圍的泥巖。泥巖自身排水不暢，浸水后增大了泥巖顆粒間的孔隙水壓力[3]，發生崩解后抗剪強度降低。隨地下水滲透，多裂縫泥巖體應力場發生了變化，在滑帶內部形成超孔隙水壓力，隨時間的演化近似太沙基單向固結理論[5]。地下水不但增加坡體自重，裂縫內水位雍高還形成了靜水壓力[1]，隨著入滲水量的增加，下滑力不斷增大，阻滑力不斷減小，直至滑坡發生。②而坡頭滲流較少、或干燥地段，在坡腳開挖、坡頂出現開裂的情況下，裂縫中入滲水量有限，坡體自重與動水壓力變化不大，坡體蠕變緩慢，發生滑坡的時間會很長或出現只開裂、不滑坡的現象。

從坡體的力學分析入手，對地下水在滑坡中作用評價如下：①地下水入滲坡體，巖體自重增大，下滑力增大；②裂縫內水位不斷雍高，靜水壓力導致下滑力增大；③地下水入滲滑移面后，浮托力增大，摩擦阻力變少；④泥巖遇水軟化、泥化，粘聚力減小，阻滑力減少。可見地下水侵入坡體后，出現了四種滑坡形成的不利力學條件，促成了滑坡的形成。所以對強風化泥巖來講，除坡體頭部荷重的變化、坡腳角度的變化因素之外，坡頂地下水的入侵強度會導致下滑力與阻滑力發生變化，是滑坡形成的主要因素[10]。

表1 砂、泥巖物理力學參數一覽表

(3)人為施工影響導致了滑坡的啟動

渠道停水后，渠道邊坡處在平衡狀態。施工中，坡腳開挖、坡頂棄土導致坡頂開裂，在地下水影響下出現滑坡，判定滑坡是人為施工啟動的。

人為因素對滑坡的影響程度評價：施工中的坡腳開挖、坡頂棄土的現象，形成了上陡、中緩、下陡的最不利邊坡穩定的坡形[8]。

從力學分析入手，對坡體變化作用評價：①坡體坡腳變陡、坡度變陡，阻滑段變短，阻滑力減小而下滑力增大。②坡頂棄土坡頭荷重增加，下滑力增大。所以說人為影響導致了滑坡的啟動，進入了滑坡的進程。

3 滑坡的屬性與滑動機理的分析

本工程滑坡屬于小型、淺層、牽引式滑坡[9]，發生在強風化泥巖層中。泥巖層中存在砂質泥巖、泥巖等沉積韻律，各層抗剪強度存在一些差異，滑狐面在泥巖層中呈不明顯的折線滑面，主滑段可分出陡傾角壓剪段和緩傾角張剪段(順產狀)，總體看滑狐外形類似于均質體的圓弧形滑動。滑狐分為上部牽引段、中部主滑段、前緣抗滑段三段[7]，滑坡工程地質剖面示意圖如圖1所示。滑坡的形成過程是一個動態的過程，總體可分為主體蠕滑、頂部拉裂、應力積累、抗滑失效4個階段，對滑坡發生、發展的過程分析如下：

(1)主體蠕滑。在坡腳抗滑力被削弱或坡頭下滑力加載情況下，當集中在坡腳的剪應力大于抗剪強度時，坡腳首先失穩，隨即相鄰的主滑段泥巖發生剪切破壞。

(2)頂部拉裂。主滑段位移后，牽引段發生近垂直的張剪破壞，屬于主動土壓力破壞，坡頂被拉裂。

(3)應力積累。地下水不斷滲入開裂巖體，伴隨坡體自重和靜水壓力的逐漸增大，下滑力不斷增大，而泥巖軟化，阻滑力在減弱，開裂巖體漸漸被平推擠出。

(4)抗滑失效。主滑段、牽引段向坡下不斷偏移，一同推擠抗滑段，最終下滑力>抗滑力，抗滑段發生被動土壓力破壞。坡體發生劇烈滑動，隨重心的降低，滑坡完成。

4 滑坡的穩定性分析評價

利用GB/T 32864—2016《滑坡防治工程勘察規范》，將不同地質條件組合下，滑坡穩定狀態計算結果劃分如下，見表2。

表2 滑坡穩定狀態劃分表

表2中，當坡腳開挖成同一坡度條件下，強風化泥巖體出現四種滑坡狀態：

(1)坡腳開挖，坡頭棄土(或有)，坡體開裂、裂縫灌水較多，滑坡產生。

(2)坡腳開挖，坡頂開裂，上部滲水少，滑坡處于不斷積累應力的欠穩定狀態。

(3)坡腳開挖，巖體含水較少，坡體即使開裂，也不發展，坡體基本穩定。

(4)坡腳開挖，但坡體巖性變為砂巖體，排水條件好，坡體穩定。

可見，坡體含水量、坡頂的下滲水量，對強風化泥巖體形成滑坡的影響至關重要，而坡頭棄土，坡腳開挖程度，人為可控制。

5 滑坡的解決方案

發生滑坡后，經過現場勘察與研究，采取以下處理方案使滑坡得以控制，工程順利進行。

(1)對坡頂地下水豐富地段，提前實施截潛攔截，集中排泄，減少對坡體的影響。

(2)嚴禁渠道坡頂棄土，對渠道左岸的拓寬清廢棄土采用渠底倒運的方案。

(3)坡面施工，采用從上至下的開挖方案，保護坡體穩定。

(4)采用分段施工方案，坡腳開挖與回填同時進行，大石護腳，擠密壓室，及時控制住坡體的變形體量。

6 結論

摸清滑坡的發生機制，有針對性地展開預防，總結經驗如下：

(1)前期判斷。通過勘察手段，從研究滑坡形成的機制入手，摸清坡體的組成、軟弱面的構成、水文地質的邊界條件、滑坡產生的工況等，可了解滑坡體的構成；通過試驗確定好巖土、結構面的各項參數，通過計算可以判斷滑坡發生可能性，從而加強預防。

(2)預防措施。首先摸清地下水對滑坡的影響力，及早制定排水方案。其次，除削頭壓腳控制滑坡外，還可以利用滑坡變形的時間差，采取分段施工、及時回填等措施，減少工程投入。再次，對控制難度較大的滑坡地段，根據料場分布情況，可以采用鋼板滑坡樁、重力堆積等護坡措施，降低滑坡發生的幾率。

本文研究分析了強風化泥巖的滑坡形成機制，在滑動面的分析與計算方面尚有欠缺，可利用現場試驗的成果，反復模擬，深入研究。