碎石土滑坡變形特征及支護措施

[摘? 要]：碎石土邊坡滑塌后的變形破壞特征深入研究相對較少。基于此，文章以雅江縣木絨鄉安貴村碎石土滑坡為例，采用資料收集、現場工程地質調查和數值模擬等手段開展研究工作，獲得此類滑坡變形破壞機制、災后防護治理的建議。該滑坡滑體、滑帶均是粒徑2～10 cm碎石土，在坡腳開挖+降雨滲流不暢情況下，滑坡前緣出現局部滑塌，中前、后部出現多條張拉及剪切裂縫，逐漸形成淺層推移式土質滑坡。根據滑坡區基本特征及地形地貌，滑坡防治措施建議滑坡前緣樁板墻聯合裂縫填充。治理后邊坡的穩定性安全系數為1.32，效果較好。

[關鍵詞]： 碎石土; 滑坡; 變形特征; 支護措施

P642.22A

四川是全國地質災害最為嚴重的省份之一。受“5·12”汶川特大地震和“4·20”蘆山強烈地震疊加效應，以及近年來持續強降雨過程深層次影響，四川省觸發各種類型地質災害隱患達4萬余處，其中不同類型的滑坡占比超5成。滑坡失穩破壞是一個極其復雜的過程，受滑坡內部結構[1]、滑坡巖土體物質組成[2]等內因和地震[3]、降雨[4]等外因的耦合作用，其破壞特點和破壞模型存在差異。其中，降雨尤其是強降雨更易于觸發碎石土滑坡發生發展。如：杭州富陽大溪村村中姚宅的房屋后方南側山體滑坡[5]、國道212線廣元南山隧道工程公路填方滑坡[6]、成都白鶴小區B區6#樓東側滑坡[7]、下季節海上行2.6 km處公路內側滑坡[8]等均是在暴雨或持續降雨等不利因素作用下發生的。鄭穎人[9]、徐建聰[10-11]、彭建兵等[12]學者采用室內模擬、數值模擬等手段在此方面做過相對較多的研究，取得了一些有意的成果。碎石土邊坡滑塌后的變形破壞特征是獲得此類滑坡變形破壞機制、災后防護治理的有效而重要的信息之一，但深入研究相對較少。隨著四川省地質災害全域綜合整治三年行動計劃和“十四五”地質災害防治規劃，重大地質災害治理體系的深入研究勢在必行。

本文以雅江縣木絨鄉安貴村學校后山滑坡治理工程為依托，結合資料收集、現場工程地質調查和數值模擬的相關成果，獲得碎石土滑坡的變形破壞特征，為提出針對性的支擋防護措施提供可資借鑒的信息。

1 研究區工程地質條件

研究區邊坡位于雅江縣木絨鄉安貴村，地貌上屬受長期剝蝕作用形成的高山峽谷地貌。整體地勢南高北低，坡腳高程約3 372 m，后緣高程3 455～3 461 m，相對高差約90 m，整體呈“陡-緩”之勢，斜坡自然坡度30°～40°，局部因修建鄉道和房屋形成陡坎或陡坡，坡度60°左右，局部近直立，覆蓋層較薄，局部基巖出露，場地地形見圖1。

區域內地層出露較齊全，除缺失寒武系、侏羅系、白堊系、第三系外，其它各系地層均有出露。研究區上部覆蓋層由第四系人工填土（Q4ml） 、第四系全新統崩坡沖積層碎石土（Q4col+dl）組成;下伏基巖主要為上三疊系上統瓦多組中段（T3w2）板巖，屬淺變質巖系組成的疊加變質變形發育區。其中，碎石土廣泛分布于坡體上，深灰色-灰黑色，松散-稍密，稍濕-飽和。碎石土中碎石含量約50%，局部達到70%，粒徑主要集中在2～10 cm，含少量塊石，最大粒徑80 cm。見圖2所。

另外，雅江地區降水量少，降雨量時間主要集中于5—9月，占全年降水量的86.4%。但雅江縣是甘孜州暴雨易發區，暴雨年平均日數是甘孜州的2倍。據統計，雅江縣最多年降9次暴雨，最少年降6次。研究區1/6 h、1 h、6 h、24 h多年最大暴雨量平均值分別為13 mm、22 mm、34 mm、73 mm[13]。

巖土工程與地下工程李雪梅： 碎石土滑坡變形特征及支護措施

2 邊坡變形破壞特征

2.1 滑坡區整體形態特征

從平面形態上看，滑坡呈不規則的“圈椅”狀（圖3），滑坡后緣以最上一級地面拉張裂縫為界，分布高程為3 416.0～3 417.0 m;前緣以公路內側修建公路開挖形成的陡坎坡腳為界，分布高程為3 385.0～3 386.0 m，相對最大高差近30 m;左側以左側沖溝及前緣基巖出露點為界;右側以右側沖溝、前緣基巖出露點及坡體上發育的剪切裂縫以外一定距離為界。

滑坡中后部整體為一斜坡地貌，坡度一般為25°～30°，前緣為修建公路形成的陡坎，坎高1.5～3.0 m，坡度40°～50°;滑坡主滑方向為20°。橫向平均寬度65 m，滑坡縱向平均長度為60 m，滑坡體平面范圍為0.4×104 m2，滑坡體的厚度在橫向和縱向上呈兩端薄中間厚，厚度3.0～6.0 m，體積2.0×104 m3。根據DZ/T0218-2006《滑坡防治工程勘查規范》[14]，該滑坡為小型淺層推移式土質滑坡。滑坡前緣兩側可見基巖出露，巖層產狀為135°∠51°。

2.2 滑坡局部變形特征

滑坡前緣出現局部滑塌，中前部變形明顯，出現多條張拉及剪切裂縫，后緣亦出現張拉裂縫，并存在一定的下錯，滑坡變形跡象明顯。

2.2.1 滑坡后緣

滑坡后緣中部存在一條裂縫LF01，形成于調查年暴雨期間，為前緣坡體變形后牽引形成，裂縫延伸長度約20 m，裂縫寬度5～10 cm，下錯2～5 cm，裂縫走向與坡向近垂直，充填粉質黏土和植物落葉，為拉張裂縫。見圖4（a）。

2.2.2 滑坡中部

滑坡中部存在2條裂縫和一個錯臺。其中：

裂縫LF02：位于滑坡后緣中上部右側，為前緣坡體變形后牽引形成，裂縫延伸長度34 m，裂縫寬度5～10 cm，下錯2～20 cm，裂縫走向與坡向近垂直，充填粉質黏土和植物落葉，為拉張裂縫。見圖4（b）。

裂縫LF03：該裂縫位于滑坡后緣中部右側，為前緣坡體變形后牽引形成，裂縫延伸長度30 m，裂縫寬度2～5 cm，下錯5～10 cm，裂縫走向與坡向近垂直，充填粉質黏土和植物落葉，為拉張裂縫。見圖4（c）。

錯臺CT01：該錯臺位于滑坡中前部左側，為中前部淺表滑塌形成，錯臺延伸長度47 m，下錯高度10～40 cm，為淺表滑塌形成的拉張和剪切裂縫。見圖4（d）。

2.2.3 滑坡前緣

滑坡前緣存在2處錯臺。其中：

錯臺CT02：該錯臺位于滑坡前緣右側，前緣局部滑塌形成，錯臺延伸長度20 m，下錯高度30～130 cm，為淺表滑塌形成的拉張和剪切裂縫，見圖4（e）。

錯臺CT03：該錯臺位于滑坡前緣中部，為前緣淺表滑塌形成，錯臺延伸長度30 m，下錯高度10～30 cm，為淺表滑塌形成的拉張和剪切裂縫。見圖4（f）。

2.3 滑坡物質結構特征

該滑坡為發育于第四系全新統崩坡積層（Q4col+dl）內的土質滑坡，下伏基巖主要為上三疊系上統瓦多組中段（T3w2）板巖（表1）。

滑體：為深灰色-灰黑色碎石土，滑體中后緣厚度2.0～3.0 m，中前部厚度達4.0～6.0 m，平均厚度約5.0 m，松散-稍密，稍濕。碎石母巖成份為淺深灰色-灰黑色板巖，風化程度為強風化-中風化，塊徑一般2～20 cm，滑體中夾少量孤石，根據勘探揭露，孤石最大粒徑約0.8 m，見圖5（a）。

滑帶：主要為碎石土，深灰色-灰黑色，含水率高，黏粒含量較上部土體高，潮濕，厚約15～35 cm，其下即為基巖，見圖5（b）。

滑床：沿基覆界面滑動，滑床為上三疊系上統瓦多組中段板巖，深灰-灰黑色，成分以粉砂質、鈣質和少量炭質板巖為主，間夾少量鈣質石英砂巖或絹云母巖;強風化-中風化，巖心破碎，呈短柱狀，見圖5（c）。

3 滑坡變形破壞機制

該滑坡區原始地貌為一比較平緩的斜坡，坡體物質組成主要是崩坡積碎石土，從地形上看該滑坡所在斜坡后緣高，前緣低，兩側高，中間低，斜坡左、右兩側均有一小型沖溝發育，為一明顯負地形，利于地表水的匯集。區域內的地表水主要是接受大氣降水補給，以坡面散流方式向地勢低洼處匯集，最終向坡腳處排泄，部分地表水通過下滲方式進入坡體內部，而進入坡體內部的水，同樣是從地勢較高處向地勢較低洼處匯集，從而導致地下水大量匯集于滑坡區域的前緣部分，使得該區域長期處于飽水狀態，土體重度較大，物理力學參數較低;加之修建道路，對坡腳進行開挖，導致坡腳出現臨空面，改變了坡體的應力狀態和地下水的滲流場，開挖坡腳后正值雨季，在降雨和坡腳開挖的綜合作用下坡體前部土體即發生小規模滑動，進而導致坡體中部土體前部被動土壓力減小，相當于形成潛在的臨空面，中部土體隨即產生牽引式破壞，產生蠕動變形;坡體后緣在牽引作用下出現裂縫，雨季地表水通過裂縫進入坡體內部，在土體內部下伏基巖接觸帶受阻隔，從而形成上層滯水或于阻隔帶徑流，使該處的土體飽水、軟化，土體抗剪強度降低，形成軟弱面，當該軟弱面發展到坡體前緣飽水區域時，就形成了貫通坡體的軟弱結構面，從而誘發斜坡失穩，形成滑坡。綜合分析該滑坡屬于由坡腳開挖和降雨綜合作用下發展成的牽引式滑坡。

參照DZ/T 0219-2006《滑坡防治工程設計與施工技術規范》[14]進一步分析了穩定性系數K與碎石土粘聚力c和內摩擦角φ關系，見圖6。可見土體飽水、軟化對邊坡穩定性極為不利。同時可見，穩定性系數對內摩擦角比內聚力敏感得多，即內摩擦角每增加1°，穩定性系數增加0.041，而內聚力需每增加1 kPa，穩定系數才增加0.025。

4 滑坡防治措施建議

4.1 防治措施建議

根據滑坡區基本特征及地形地貌，樁板墻分五種型式布設于滑坡前緣，樁板墻分5種型式布設于滑坡前緣，其中A型樁板墻抗滑樁共布設3根，B型樁板墻抗滑樁共布設2根，C型樁板墻抗滑樁共布設2根，樁長均為7.0 m，樁徑為1.0 m×1.2 m，樁間距6.0 m，錨固段長3.5 m;D型樁板墻抗滑樁共布設1根，E型樁板墻抗滑樁共布設1根，樁長均為5.0 m，樁徑為1.0 m×1.2 m，樁間距6.0 m，錨固段長2.5 m;樁間板設置于抗滑樁中間，其中A、B、C型樁樁間板高4.0 m，板厚0.25 m，D、E型樁樁間板高3.0 m，板厚0.25 m，抗滑樁采用C30混凝土澆筑，樁間板均采用C30混凝土澆筑;待樁板墻強度達到設計值的80%以上后方可進行板后反壓夯填，回填密實度不小于85%。

板身在高出地面以上不小于50 cm設置泄水孔，其水平間距為2.0 m，在施工時預埋50 mmPVC管，泄水孔坡度5%，在板后應回填砂礫或卵石土（最大粒徑不超過8 cm）等透水性材料，在泄水孔進口處應設置反濾包，不得使積水滲入基底;樁板墻前布置排水溝，排水溝長56 m，排水溝底寬0.4 m，深0.5 m，采用C20混凝土澆筑，一般澆筑厚度0.2 m，樁間板段近板側設置防沖刷層，坡度10%，澆筑厚度0.2 m。坡防治措施布設示意見圖7。

同時，對滑坡上所有裂縫進行充填夯實。裂縫充填之前先清理裂縫區域，施工時沿裂縫走向開挖成寬0.5～1 m、深0.3～0.4 m的梯形淺槽，盡量到達延伸深度，填物質采用黏土，鋪設厚度0.3～0.4 m，并夯填密實。

4.2 防治措施效果簡析

根據研究區滑坡的基本情況，采用PLAXIS3D有限元數值模擬軟件[15]，以勘察鉆孔揭露地層為依托建立計算模型，該模型的寬450 m（Y）、長700 m（X）、高200 m，所建立的模型見圖8。對X、Y方向設置水平向的約束，對Z方向的底部設置固定約束。

邊坡三維模型共劃分網格單元111 459個，節點165 726個。模型從上到下地層分別為滑體碎石土（黃色）、滑面碎石土（綠色）、滑床基巖（藍色）。模型種粉色為樁板墻。巖土體計算參數如表1所示。

基于有限元強度折減法計算得到該邊坡的穩定性安全系數為1.32，邊坡整體處于穩定狀態。

5 結論

本文以雅江縣木絨鄉安貴村學校后山滑坡治理工程為依托，結合資料收集、現場工程地質調查和室內土工試驗的相關成果，展開碎石土滑坡的變形破壞特征及支護措施的研究，研究結果表明：

（1）滑坡中碎石土中碎石含量約50%，局部達到70%，粒徑主要集中在2～10 cm，是滑體、滑帶的主要組成物質。

（2）滑坡為淺層推移式土質滑坡。主滑方向為20°。滑坡體的厚度在橫向和縱向上呈兩端薄中間厚。

（3）滑坡前緣出現局部滑塌，中前部變形明顯，出現多條張拉及剪切裂縫，后緣亦出現張拉裂縫，并存在一定的下錯現象;成因機制為坡腳開挖+降雨滲流不暢所致。

（4）根據滑坡區基本特征及地形地貌，滑坡防治措施建議滑坡前緣樁板墻聯合裂縫填充。治理后邊坡的穩定性安全系數為1.32，效果較好。

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