佛山市順德區飛鵝山Ⅲ號滑坡形成機理與防治技術

陶 波，李 鋒，馬 威，劉建雄，易守勇

（1. 廣東省地質局第十地質大隊，廣東 中山 528427；2. 廣東省佛山地質局，廣東 佛山 528000）

佛山市是珠三角洲經濟發達城市之一，城市建設規模不斷擴大，人類工程活動日益增多。公路的改擴建頻繁，村民修房筑屋切坡削坡現象普遍，造成大量削坡形成的人工陡坡；人工陡坡往往放坡不規范，坡面植被遭受破壞，多數未采取任何支擋或護坡措施，巖土體直接裸露地表。而華南地區雨量十分充沛（王馨陸，2019），加之獨特的地質環境條件，雨季時極易發生滑坡地質災害（林澤雨等，2019；劉飛，2020；唐成敏等，2020）。近年來，局地突發性強降水和臺風等極端氣候事件增多（陳申鵬，2019），地震趨于活躍，強降雨過程和地震引發滑坡地質災害發生的概率加大（殷志強，2008；史培軍等，2020），滑坡地質災害的總體發生形勢可能更加嚴重，未來數年內仍是滑坡地質災害的高發期。

滑坡是指斜坡巖土體或土體在自然地質作用或人類工程活動影響下失去原有的穩定狀態，在重力作用下沿著斜坡內軟弱面或軟弱帶整體向下滑動的現象（盛剛，2016）。在長期的滲流作用下，邊坡巖土體被軟化呈軟-硬塑狀的黏性土，滑體一般沿著松散覆蓋層與下伏基巖接觸面、強風化與弱風化接觸帶、強透水層與相對弱透水層接觸帶等軟弱面發生滑動（潘攀，2017）。另外，山地的開發會形成高大填土邊坡，填土邊坡距離人類生活活動區域較近，一旦失穩滑動，往往可能會造成人員傷亡及經濟損失（張鵬等，2016）。如2015-12-20 深圳光明新區渣土填埋滑坡導致百余人死亡（Yin et al.,2016）。目前，國內外對滑坡有較成熟的防治技術（郭紅東，2016；溫陳坤，2017），主要包括：避讓、搬遷、抗滑樁、擋土墻、格構梁、預應力錨桿（索）、主（被）動防護網、截排水、綠化及監測。巖性為白堊世百足山組的斜坡發生滑坡地質災害在廣東省特別是珠三角洲地區較為常見，但關于該類型滑坡的研究還不夠深入，特別是佛山市順德區飛鵝山Ⅲ號滑坡兼有順層、雙滑面、規模大及社會影響較大等諸多特點。與一般滑坡相比，雙層滑面滑坡形成機理更為復雜，防治難度更大（李振超等，2020），其往往具有規模大、危害性高、治理效果不理想等特點（吳維義，2016），因此，對其開展深入研究具有重要的學術價值及現實意義。

鑒于此，本文在對佛山市順德區飛鵝山Ⅲ號滑坡進行實地調查、鉆探、井探、槽探、綜合物探及監測的基礎上，著重對飛鵝山Ⅲ號滑坡的形成機理及防治技術進行探討，以期為滑坡的治理提供參考。

1 研究區概況與地質環境條件

研究區范圍為飛鵝山西南坡中段邊坡，以飛鵝山III 號滑坡及周邊為重點研究區域，總面積約0.26km2。研究區有2種地貌類型——低緩丘陵（飛鵝山）和三角洲平原（山前廠區）。飛鵝山呈北西走向，東北面山坡開辟為永久墓園，植被較稀疏；西南面山坡大部分為原始地形，原始坡體植被比較發育，喬木、灌木和植被兼有，但局部山腳被人工挖掘，最高海拔高程101.15 m，平均坡度約30°。研究區地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，全年氣候溫和濕暖，夏長冬短，雨量充沛，日照充足，干濕分明，年均溫為21～24 ℃，全年總雨量為1 400～2 200 mm。研究區地表無長年性水流及其他地表水體，僅在暴雨時期發現有少量濕地及山腳泉點等地下水出露點。坡腳埋有中石油輸油管線及通訊電纜，距離坡腳20～50 m 即為工廠圍墻或廠房，主要涉及到的建筑物有萬家樂電纜廠、華豐不銹鋼鋼管廠、志慶自行車零配件廠和南順電器廠等工廠。

地層巖性方面，滑坡在大地構造位置上處于粵中拗陷帶之珠江三角洲沉陷區。據現場調查，飛鵝山III號滑坡附近一帶大部分為第四系，出露地表的基巖主要是早白堊世百足山組（K1b）泥巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖。飛鵝山III號滑坡所在邊坡巖土體由素填土（Qml）、粉質黏土（Qmc）、殘坡積層（Qedl）和早白堊世百足山組（K1b）組成，地層較簡單。其中，坡體表層的殘坡積層，土質較松散，物理力學性質較差，遇水易崩解、軟化；巖石節理裂隙發育，強度較低，遇水易軟化，均為坡體的不利土層。

地質構造方面，研究區內發現一條北西向斷裂，且巖層中節理、裂隙較發育。滑坡區內主要發育3 組節理：第一組，傾向北西280°～320°，傾角60°～80°；第二組，傾向東北20°～55°，傾角20°～86°；第三組，傾向南東105°～160°，傾角60°～85°。第一組節理裂隙發育相對較弱，第二、三組發育比較密集，傾角均較大，在一定程度上分割巖體，使巖體極破碎，雨水較易滲入，加速風化，降低巖體強度；同時，在雨水的滲入軟化下，容易形成由節理裂隙和層面裂隙共同形成的鋸齒狀的近似弧形軟弱面（帶），影響坡體的穩定性。

2 研究方法

以飛鵝山III號滑坡及周邊為重點研究區域，總面積約0.26 km2，采用地形測量、野外調查、水文地質調查、鉆探、巖土體物理力學性質測試、綜合物探（地震橫波反射法、面波法、管波測井）、槽探、井探和監測（地表位移監測、深部位移監測、地下水水位監測）等多種手段相結合的方法進行研究。在綜合分析研究區的氣象水文、地形地貌、地層巖性、地層厚度、巖土體力學性質、地質構造、不良地質現象、地質災害發育情況、地下水補徑排條件、含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、地下水位及其動態變化、地下水對建筑材料的腐蝕性、滑動面埋深及滑坡變形特征等環境地質條件的基礎上，確定滑坡的形態、范圍、深度和規模等，分析出滑坡的成因機制和發展趨勢，最后提出合理的地質災害防治方案。

3 工程地質特征

飛鵝山滑坡屬于新形成的深層中型牽引式滑坡，在平面上呈圈椅狀。該滑坡以深層滑面構成的中型深層滑坡為主（主滑面），在深層滑坡體上又發育一個中型中層滑坡（圖1）。

飛鵝山Ⅲ號滑坡體地層為百足山組（K1b）泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖和粉砂巖等，地層較簡單。其中，土層土質較松散，物理力學性質較差，尤其是坡體表層的殘坡積層，遇水易崩解、軟化，為坡體的不利土層；巖層風化強烈，節理裂隙發育，強度較低，遇水易軟化，也屬于不利巖層；微風化巖上部節理發育，巖體較破碎，力學性質較差，但下部巖體比較完整，強度高，屬穩定巖層。坡體的滑移主要與其中的殘坡積土、全、強和中風化巖體有關。整體坡向230°，天然坡度一般＜30°，人為開挖形成的階梯陡坎坡度為50°～80°。地層產狀較平緩，呈舒緩波狀，傾向南西210°～230°，傾角12°～17°，總體傾向坡外，構成順層邊坡。滑坡區內發育一條北西向斷裂，且巖層中節理、裂隙較發育。區域地殼穩定性為基本穩定。地表無長流性水流及其他地表水體，野外地質調查僅在暴雨時期發現少量濕地及山腳泉點等地下水出露點，為雨水滲入坡體后，沿軟弱帶或節理層理裂隙向下流動，最終從坡腳或剪出口排出。滑坡區地質條件復雜程度為中等。

巖土體承載力根據有關規范及地區經驗確定，各巖土體物理力學性質見表1所示。

表1 巖土體力學性質指標建議值Table 1 Suggested values of geotechnical physical property indexes

據野外調查發現，主滑坡在平面上的形狀為圈椅狀，其后緣滑壁呈拋物線型，以坡體最高一條拉張裂縫為界（該滑坡發育9條規模較大的張拉裂縫，并且在削坡應急搶險過程中，張拉裂縫持續發展）。地表發育一近似弧形的曲折拉張裂縫，長約120 m，裂縫張開寬度0～13 cm，裂縫兩側高差（破裂壁）0～0.2 m，后壁較新鮮（圖2），并與北西側剪切裂縫斷開遙望，共同形成近似弧形的滑坡后壁和西側周界；南東側處于溝谷，剪切裂縫不明顯，推測該滑坡以溝谷為界；滑坡前緣發育鼓丘，附近建筑物出現明顯變形破壞，其最外緣的連線形成滑坡前緣。滑坡后壁、兩側側壁和滑坡前緣共同形成滑坡的周界，后壁和前緣最大高差約85 m，滑體縱向（南西向）最大長度約220 m，橫向（北西向）最大長度約230 m，總面積約3.5萬m2，滑坡體最大厚度約32 m，滑坡體積約67 萬m3，為中型深層滑坡。滑坡前緣地面隆起并開裂，最大隆起高度約1.7 m，建構筑物開裂（圖3），已有排水渠錯斷，鋼架棚屋傾斜發出“吱吱”異響。坡腳下埋設的中石化輸油管線發生嚴重扭曲變形，坡腳發育有異常泉眼。

通過地表調查及監測發現，次滑坡后緣滑壁也呈近似拋物線型，裂縫位于斜坡中下部，距離第一滑坡壁約40 m；地表特征為一近似弧形的曲折拉張裂縫，從山脊頂部向西北一直延伸到坡腳附近，長約180 m，裂縫張開寬度0～10 cm，裂縫兩側高差（破裂壁）0～1.3 m，后壁較新鮮，為新近形成，屬于滑坡后壁和西北側壁的組合（見圖2）。與主滑坡相似，次滑坡南東側壁則處于溝谷，剪切裂縫不明顯；滑坡前緣為坡腳陡坎處巖體剪出口，從西北部的32 m高程處逐漸過渡到東南部的6 m高程處。次滑坡后壁、兩側側壁和滑坡前緣共同形成滑坡的周界，后壁和前緣最大高差約70 m，滑體縱向（南西向）最大長度約120 m，橫向（北西向）最大長度約220 m，總面積約1.7 萬m2，滑坡體最大厚度約15.5 m，滑坡體積約26萬m3，為中型中層滑坡。次滑坡主滑動方向與巖層傾一致，為順層滑坡，滑動面產狀為230°∠12°～17°。由于坡腳陡立，次滑坡的剪出口發育較好（圖4），并伴有擦痕，擦痕方向即為次滑坡主滑方向。

主次滑坡滑壁裂縫西北側斷續向下延伸，有匯合的趨勢，形成西北部邊界，而東南部止于微地貌溝谷地段；但受滑坡滑動影響，溝谷東南側坡體有局部拉張裂縫出現，如頂部裂縫順溝谷向南東斜坡延伸約40 m。因此，推測其東南邊界沿溝谷附近順山勢而下，兩側邊界和后壁共同組成滑坡周界。

通過鉆探、槽探及井探方法探明主次滑動面的空間分布情況。其中，鉆探按相關規范及設計要求實施鉆探詳查工作；槽探在滑坡后壁裂縫處沿主軸線開挖進行，采用勾機開挖形式，現場編錄與拍照，并取一定的土工樣，以分析殘坡積土巖土力學性質；井探在滑坡頂部穩定山坡處開挖進行，采用人工開挖形式，現場編錄與拍照，主要揭露殘坡積層厚度和附近巖土體是否發生變形破壞。圖5為揭露滑動帶的部分鉆孔巖心照片。其中，ZK42 埋深7.8 m 處發育軟弱夾層，厚20 cm，稍濕，呈可塑狀，有剪切變形跡象；ZK43 埋深16.7 m 處巖心呈碎石土狀，厚約0.7 m；ZK2 埋深23.3 m 處發育0.15 m 厚風化強烈破碎帶；ZK45 埋深19.5 m 處發育1 m厚風化強烈破碎帶（圖5）。鉆探巖心較好地揭露滑動帶工程地質性質。滑動帶巖體破碎，強度較低，具有明顯的剪切變形跡象。鉆探成果為準確確定滑動面位置及彈塑性物理力學參數及滑坡的穩定性評價奠定基礎。

通過瞬態面波法和管波測井法相結合探測滑坡區坡體巖土體性質，找出軟弱夾層（滑動面）。并根據面波解釋成果及管波解釋成果，推斷滑坡區存在2 個滑動面（帶）——主滑動面（深層滑動面）和次滑動面（中層滑動面）。

綜合鉆探、槽探及物探（面波及管波測井）成果，推斷主滑動面（深層滑動面）和次滑動面（中層滑動面）的空間分布情況（圖6）。滑面的最大埋深為32 m，次滑面的最大埋深為15.5 m。

4 形成機理

4.1 影響因素

一般來說，軟弱的巖土體及節理裂隙是滑坡產生的內因，較陡地形是外因，而充足的降雨和人類工程活動是激發因素。

1）較軟的巖土體

坡體巖土體以較易風化的泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和粉砂巖等為主，風化后的巖體物理力學性質較差，在長時間雨水作用下容易形成較軟弱的滑裂面。本文滑坡的次級滑坡剪出口發育于強風化泥巖層面中。

2）發育的節理裂隙

坡體巖層產狀較平緩，總體傾向坡外，南西約220°，局部傾向南東120°，傾角12°～17°，有利于形成順層滑坡。巖層中節理裂隙發育，2 組近似直立的節理裂隙將巖體切割得很破碎，巖體強度大為降低；同時雨水較易滲入，增大了靜水壓力及滲流力對坡體穩定性的不利影響。

3）較陡的地形

滑坡所在區域人類工程活動較為頻繁，因建設廠房的需要，多年前在滑坡腳進行人工開挖，從而在III號滑坡區前沿7～35 m高程處形成5級臺階狀邊坡，陡坎坡度為50°～80°。人類活動嚴重改變了山體的微地貌，形成有利于滑坡產生的陡峭臨空面。

4）充足的降雨

持續的暴雨使土體軟化，強度減弱，同時在水壓力、滲流等作用下，加速了邊坡的失穩。2008年6 月之后，該區出現連續暴雨，最大日降雨量達311.7 mm（2008-06-25），月總降雨量達891.1 mm。在6月上中旬長期暴雨的作用下，飛鵝山滑坡體及周邊建筑物于2008-06-14前后開始出現不同程度的變形與破壞；6月14—17日，飛鵝山西南側萬家樂電纜廠坡腳圍墻先后出現3次倒塌，廠房地面逐漸隆起，墻體開始出現裂縫。

5）人類工程活動

人工開挖坡腳取土，形成陡峭的臨空面，使坡腳荷載減小，邊坡的抗滑力減小，在雨水的滲入、軟化和水壓力的共同作用下，形成了沿巖層面或節理面的軟弱帶，最終形成滑坡。

4.2 滑坡形成過程

飛鵝山滑坡的形成與較軟的巖土體、發育的節理裂隙、較陡的地形和充足的降雨以及人工開挖等因素有關，是眾多因素綜合作用的結果，其形成機制為：

該區雨季長、降雨量大，暴雨期間降雨充沛，給地下水滲入補給提供了充足的來源；同時由于III號滑坡區坡段表層為松散的殘坡積土層，下部基巖節理裂隙非常發育，使得雨水能順利滲入坡體較深部位；而人工開挖邊坡形成陡峭的臨空面，減小了坡腳的荷載，即降低了坡體抗滑力。在長期、周而復始的滲流作用下，主要滲流路徑附近的巖土體被軟化，呈軟-硬塑狀的黏性土，形成以節理和層理相混合的軟弱帶。無雨時期，該軟弱帶處于硬塑狀態，強度較大，因而坡體較穩定；一旦遇上長期的暴雨作用，軟弱帶被浸泡，處于軟塑狀態，強度大大降低。同時，由于水壓力的增加，間接增大了下滑力，使得軟弱帶有效抗滑移力大大降低，因而發生滑坡（圖7）。滑坡發生后，已滑后壁、滑面和滑坡體交界處的裂縫都是天然的滲水渠道，雨水沿原滑坡面滲出時，不但軟化了該處的巖土體，還潤滑了接觸面，減小了滑面摩擦抗滑力，加劇邊坡的失穩。

深層滑坡先于中層滑坡發生蠕變，首先發育后緣裂隙，長約120 m，裂縫張開寬度0～13 cm；裂縫兩側高差（破裂壁）0～0.2 m，裂隙面不新鮮，因而發育時間不詳；在滑動過程中，淺層滑坡首先形成連續滑動面，且滑動速率略大于深層滑坡，因而中層滑坡從前緣陡坎首先剪出（見圖4）；在中層滑坡的剪切作用下，深層滑坡發育豎向裂縫，雨水沿裂縫下滲，進一步潤滑深層滑動面，從而導致滑坡前緣出現鼓丘及裂縫；此時，深層滑坡形成連續滑動面，整個滑坡進入勻速變形階段，由于應急搶險工作及時，滑坡變形破壞被阻止，滑坡未進入加速變形階段就已停止。

5 防治技術

飛鵝山Ⅲ號滑坡產生后采取了應急治理措施，取得了一些效果，坡體處于暫時穩定狀態。但上述措施只是臨時性的應急措施，能維持穩定時間較短，尚未從根本上解決坡體失衡的危險，若再遇連續暴雨等不利情況，坡體可能再次出現滑動。由于該滑坡區緊靠順德工業區，若滑坡災害再次發生，將威脅到坡腳埋設的中石油輸油管線和通訊電纜，以及萬家樂電纜廠、華豐不銹鋼鋼管廠和志慶自行車零配件廠等6 間工廠，700 多名人員的安全，受威脅固定財產達上億元。

飛鵝山Ⅲ滑坡的形成，主要因素是大氣降水入滲對滑體巖土物質的軟化，使其強度極大地降低，并增加了滑體容重和地下水的滲流力，導致下滑力增大而抗滑力減小，從而發生滑坡。因此，對滑坡的治理，可通過地表及地下截排水，減少地表水滲入；通過削方減載、支擋及護坡等方法來減小下滑力、增大抗滑力。飛鵝山滑坡發育有中、深層2條滑移面，滑面最深分別為15.5和32 m，其中以深層滑坡下滑力最大，為主要治理對象。針對飛鵝山滑坡的特征和引起滑坡的因素，同時兼顧經濟和效益，共設計了2種治理方案：

方案一：坡面小削坡+錨桿（索）+格構梁+雙排預應力錨拉抗滑樁+三維網植草綠化+截排水+毛石擋墻方案。主要是在坡面采取分級削坡措施，分級設置平臺，共8級，平臺碾壓后種植灌木綠化處理；在坡體中部、底部各設置1排錨拉抗滑樁；坡面設置格構梁+錨桿（索）；坡頂沿支護面設置1條截水溝，每級坡坡腳各設置1條排水溝，并從坡面向坡體內插導水管以引排坡內地下水；坡面采用掛三維網噴播植草綠化。

方案二：坡面大削坡+錨桿（索）+格構梁+單排預應力錨拉抗滑樁+三維網植草綠化+截排水+毛石擋墻方案。主要是采用大削方的方式減少坡體下滑力，在坡腳設置1排抗滑樁，配合錨拉作用承擔下部滑體的下滑力，坡體同樣采用錨桿（索）+格構梁支護，坡面采用掛三維網噴播植草綠化，并設置截排水溝等措施。

這2種方案均是基于該滑坡變形破壞機制而提出的，均為目前地質災害治理較為成熟的支護方法，其特點都是以減壓卸荷、抗滑錨拉為主。所不同的是，方案一多設1 排抗滑樁來減小削土方量，方案二則是以大削土方量來減少1排抗滑樁的設置。經計算，2 個方案均可滿足穩定性要求，均可到達相同預期的經濟效益和社會效益；但在同等工況條件下，相較于方案二，方案一的計算穩定性系數略高，造價較低，施工難度較小，且與周邊環境協調性好。因此采用方案一對該滑坡進行治理。治理后的監測結果表明，飛鵝山滑坡已取得有效治理，目前尚未發現明顯變形破壞特征。

6 結論

通過分析佛山市順德區飛鵝山Ⅲ號滑坡的地質環境條件及形成原因，發現該滑坡的形成與軟弱松散的巖土體、發育的節理裂隙、較陡的地形和充足的降雨以及人工開挖等因素有關，是眾多因素綜合作用的結果。人工開挖坡腳形成局部陡峭的臨空面、節理裂隙及軟弱的巖土體等是形成飛鵝山Ⅲ號滑坡主導因素，為滑坡的形成提供了物質來源，氣象水文及人工削坡為激發因素。

在充分研究飛鵝山Ⅲ號滑坡形成機理的基礎上提出小削坡+錨桿（索）+格構梁+雙排預應力錨拉抗滑樁+三維網植草綠化+截排水+毛石擋墻的綜合治理措施，效果良好，保障了人民的生命財產安全。

飛鵝山Ⅲ號滑坡的下滑力較大，若設置單排抗滑樁，滑坡穩定性難以滿足現行相關技術規范要求。設置雙排抗滑樁后，滑坡穩定性系數得到較大程度提高。另外，在穩定性分析過程中發現，地下水位的高低對滑坡的穩定性影響較大。因此，在整治下滑力較大的滑坡地質災害時，應選擇適合滑坡工程地質特點的支擋工程，不同的支擋工程對不同工程地質性質的滑坡所起支擋效果差異較大；應高度重視截排水工程的重要性，截排水工程造價一般較低，但取得的治理工程效果明顯。

目前，國內外大多采用單排抗滑樁進行滑坡地質災害防治，因此現行的基于剛體極限平衡理論研發的穩定性分析軟件不能對雙排抗滑樁、抗滑樁與多排錨桿（索）組合進行結構設計。在飛鵝山Ⅲ號滑坡地質災害治理工程設計過程中，項目組克服了這一難題，這對于今后滑坡穩定性分析軟件的更新完善具有較好的借鑒意義。