張登武

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

受特殊地理及地質(zhì)條件限制，西南地區(qū)的機(jī)場(chǎng)建設(shè)大多都需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行不同程度的低填高挖，有的填方高度甚至超過100 m，因此在工程完工后形成了大量高填方邊坡。高填方不僅會(huì)引起跑道的較大沉降變形和局部邊坡變形破壞，還會(huì)引起跑道及外側(cè)土面區(qū)斜坡的整體變形和失穩(wěn)。研究表明：高填方誘發(fā)的跑道及外側(cè)土面區(qū)滑坡與填方高度、填料壓實(shí)度、下覆基巖傾斜角度等多種因素有關(guān)[1-4]。西南地區(qū)某機(jī)場(chǎng)場(chǎng)坪、跑道由半填半挖而成，在建設(shè)期間及建成后發(fā)生了多處填方體滑坡。本文以一處具有代表性的滑坡為例，通過對(duì)滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件、滑坡特征及滑坡穩(wěn)定性的分析，研究基底松散覆蓋層斜坡區(qū)高填方跑道誘發(fā)滑坡的機(jī)理。

1 滑坡體工程概況

該機(jī)場(chǎng)建筑在地質(zhì)環(huán)境條件比較差的緩傾順向斜坡地帶，跑道填筑體邊坡最高達(dá)百米。機(jī)場(chǎng)建設(shè)以來多次出現(xiàn)不同程度的滑坡、沉降變形等病害。相關(guān)單位采取工程措施對(duì)其進(jìn)行了防治，但由于地質(zhì)條件復(fù)雜且填筑體體積巨大，自2009年起該邊坡頂面出現(xiàn)明顯的張拉裂縫和下錯(cuò)現(xiàn)象，坡腳前緣擋墻被推擠變形并開裂。隨著變形的積累，邊坡產(chǎn)生劇烈滑動(dòng)導(dǎo)致整體失穩(wěn)破壞，并覆蓋于坡腳前緣的老滑坡之上，使老滑坡復(fù)活。滑動(dòng)后的邊坡如圖1所示。為了防止邊坡滑動(dòng)范圍向后緣進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)急搶修工程及時(shí)啟動(dòng)。初期搶險(xiǎn)工程實(shí)施了3排鋼管樁、一級(jí)錨桿噴射混凝土護(hù)坡、一級(jí)錨桿框架護(hù)坡工程，但坡體變形仍持續(xù)發(fā)展，為此又在滑坡后緣增設(shè)了數(shù)排錨索墩和錨索地梁，使坡體變形量減小，呈基本穩(wěn)定狀態(tài)，并隨即開展永久治理工程的實(shí)施。實(shí)施應(yīng)急搶險(xiǎn)工程后的邊坡如圖2所示。

圖2 實(shí)施搶險(xiǎn)工程后的邊坡

再次進(jìn)入雨季后，坡體又出現(xiàn)較大變形，并呈現(xiàn)出持續(xù)加快的態(tài)勢(shì)。隨之后緣約30 m寬的填方體再次下錯(cuò)變形，繼續(xù)產(chǎn)生大規(guī)模的整體滑動(dòng)，應(yīng)急搶險(xiǎn)工程大部分被破壞，正在開挖施工的抗滑樁被不同程度地推移5～50 m。

2 滑坡體工程地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)原場(chǎng)地地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，填方體基底位于緩傾順向坡上。為侵蝕、剝蝕的中山丘陵、山區(qū)峽谷地貌，具有山高谷深、盆地交錯(cuò)分布的特點(diǎn)，地勢(shì)由西北向東南傾斜，高差懸殊。機(jī)場(chǎng)跑道所在區(qū)段為一條形山脊，山體西北側(cè)斜坡較陡，因砂巖與泥巖差異風(fēng)化，地表呈階坎狀；東南側(cè)斜坡地勢(shì)較為平緩，坡度約8°～10°，坡體沖溝發(fā)育，坡面零散分布有大小水塘。跑道位于條形山脊東南側(cè)斜坡地段，東側(cè)邊坡為填方，設(shè)計(jì)坡度25°～26°。

2.2 地層巖性

根據(jù)地勘資料，斜坡上覆人工填土、第四系松散滑坡堆積層及殘坡積層厚度較大，其下伏炭質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖。炭質(zhì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化層巖芯主要為碎塊狀和土狀；中風(fēng)化層巖芯大多呈碎塊狀和短柱狀，錘擊不易破碎，失水后龜裂崩解現(xiàn)象較為明顯，幾乎分布于整個(gè)滑坡區(qū)。泥質(zhì)砂巖強(qiáng)風(fēng)化層巖芯呈碎塊狀或砂狀，滑坡區(qū)內(nèi)均有分布；中風(fēng)化層夾薄層黑色煤線，巖芯完整，裂隙不發(fā)育，多呈長(zhǎng)柱狀，少量呈碎塊狀或短柱狀，且與泥巖呈互層狀產(chǎn)出。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

該填方跑道邊坡產(chǎn)生劇烈滑動(dòng)后，滑帶土降低為殘余強(qiáng)度，加之雨季地下水補(bǔ)給充分，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地表及深孔位移監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，后緣坡體仍以平均5～8 mm的位移在變形。裸露的圈椅狀滑坡后壁附近松弛裂隙及地表裂縫逐漸增大，滑坡后壁變形已開始向后部牽引發(fā)展，有再次產(chǎn)生較大滑動(dòng)變形的可能。這將導(dǎo)致坡腳前緣的老滑坡再次被推動(dòng)，進(jìn)而牽引尚未滑動(dòng)的后部填方體。因此，針對(duì)該滑動(dòng)邊坡及其基底老滑坡穩(wěn)定性的定性及定量分析對(duì)研究滑坡機(jī)理及治理工程很有必要。

3.1 計(jì)算方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、鉆探資料，滑動(dòng)邊坡及基底老滑坡的滑體主要由人工填土、強(qiáng)-中風(fēng)化泥巖、砂巖組成，滑動(dòng)面沿基巖頂面成折線形，因此穩(wěn)定性計(jì)算采用折線形滑動(dòng)面的傳遞系數(shù)法[5]。其計(jì)算公式見式（1）、式（2）。

研究區(qū)基本地震烈度為7°，在穩(wěn)定性計(jì)算中考慮地震力的影響。穩(wěn)定性計(jì)算只考慮水平方向地震力的影響，地震水平加速度產(chǎn)生的附加慣性力按“擬靜力法”計(jì)算，并且從安全角度出發(fā)，假定地震力作用于滑坡體的重心。其計(jì)算公式見式（3）、式（4）。

式中：Pi為作用于滑坡體重心的水平地震力；KH為水平向地震系數(shù)（地面水平地震加速度與重力加速度的比值）；CZ、ai分別為地震綜合影響系數(shù)和地震加速度分布系數(shù)。

3.2 計(jì)算工況

（1）工況Ⅰ：天然條件?？紤]滑動(dòng)邊坡及基底滑坡在現(xiàn)階段自然地質(zhì)條件下不受外界環(huán)境因素干擾時(shí)滑坡體的穩(wěn)定狀況。

（2）工況Ⅱ：地震條件。在工況Ⅰ的基礎(chǔ)上，考慮水平地震力的影響，地震設(shè)防烈度為7°，水平地震系數(shù)取值為0.15。

（3）工況Ⅲ：暴雨條件。主要考慮滑坡體在遭遇暴雨時(shí)降雨下滲導(dǎo)致滑體容重增加，降低滑帶土體的強(qiáng)度指標(biāo)（c、ψ值）。

3.3 計(jì)算剖面及計(jì)算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘調(diào)查、鉆探、深孔位移監(jiān)測(cè)等資料，取滑坡主軸斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算參數(shù)結(jié)合極限平衡傳遞系數(shù)法反求的代表全斷面滑帶土的平均抗剪強(qiáng)度值、試驗(yàn)資料、具有類似地質(zhì)條件的滑坡土體的強(qiáng)度指標(biāo)值綜合確定，其取值見表1。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

3.4 穩(wěn)定性計(jì)算及結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算方法、參數(shù)和所取剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算所得該剖面在自然、地震和暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)見表2。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

自邊坡產(chǎn)生大的滑動(dòng)變形后，為確定滑坡體的穩(wěn)定程度、滑動(dòng)面的位置和預(yù)測(cè)坡體滑動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)，需采用測(cè)斜儀對(duì)滑坡體進(jìn)行深孔位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)孔位于跑道土面區(qū)邊緣，根據(jù)監(jiān)測(cè)曲線反映的情況，坡體仍處于滑動(dòng)狀態(tài)，且隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，坡體變形逐漸增大，最大變形量達(dá)15 mm。該變形趨勢(shì)與穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果基本吻合?，F(xiàn)場(chǎng)深孔位移監(jiān)測(cè)曲線如圖3所示。

圖3 深孔位移監(jiān)測(cè)曲線圖

4 填方體滑坡變形機(jī)理分析

4.1 地層結(jié)構(gòu)

該滑坡體地層主要為工程填筑土，在卸載挖方時(shí)挖出大量塊徑大于1 m的大塊石，其周圍碾壓密實(shí)度較小，具有一定的孔隙，為地下水的下滲提供了通道，同時(shí)也為后期填筑土形成高陡臨空面后的松弛變形提供了多條貫通的張開裂隙。勘察鉆探揭示：該填筑體滑坡滑床為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖的單斜地層，這些孔隙和裂隙為地表水和地下水的下滲提供了較為暢通的渠道，且具備向同一個(gè)方向匯聚的條件。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)段為略帶凹槽形的單斜地層結(jié)構(gòu)，其泥巖頂面的基巖裂隙地下水匯集下滲流經(jīng)路徑順暢。另外，該段地層中貫通發(fā)育一組與邊坡滑動(dòng)方向大致平行的張性節(jié)理，也為跑道地表雨水及基巖裂隙水直接進(jìn)入滑體提供了地下通道。

4.3 高填方體自身的作用

一方面，機(jī)場(chǎng)修建時(shí)僅對(duì)跑道區(qū)斜坡表層已經(jīng)風(fēng)化破碎的巖土體進(jìn)行了清除（包括部分老滑坡體），對(duì)于填方基底地層和老滑坡等因素的影響估計(jì)不足，只在填筑坡體中增設(shè)了數(shù)排阻滑鍵以及在坡腳設(shè)置了擋墻。填方體大部分高達(dá)數(shù)十米，大量填方體的自重作用于不穩(wěn)定地層之上，導(dǎo)致填方體地基承載力不足，從而使基底失穩(wěn)變形，進(jìn)一步引起上部的填方體滑動(dòng)變形。另一方面，原填方邊坡采用自然放坡的邊坡形式，坡面從上至下未采取任何支擋防護(hù)措施。該填方體體積巨大，在內(nèi)外荷載的擾動(dòng)下產(chǎn)生內(nèi)部滑移、沉降等，很容易達(dá)到極限平衡狀態(tài)，以致加速失穩(wěn)而產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。

4.4 水的作用

項(xiàng)目區(qū)降雨較多，雨季集中降雨現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，為地下水提供了充足的補(bǔ)給來源。降雨后跑道西側(cè)圍界一側(cè)的地表水流如圖4所示?；滤谕撩鎱^(qū)及后側(cè)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)坪為降雨提供了較大的匯水面積。地表積水除部分經(jīng)排水系統(tǒng)排除外，其余沿邊坡土體結(jié)構(gòu)孔隙下滲至坡體內(nèi)部，再向水位較低的臨空面方向滲流。

圖4 降雨時(shí)西側(cè)圍界一側(cè)的地表水

當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí)，從地表流入和下滲進(jìn)入填筑體裂隙的地下水在短時(shí)間內(nèi)無法全部排除，隨著水量逐漸積累，在土體裂隙中形成一定的靜水位。這樣一方面不但浸潤(rùn)邊坡土體，使其強(qiáng)度參數(shù)降低，形成軟弱滑動(dòng)帶；另一方面，較高的靜水位還使得坡體內(nèi)孔隙水壓力和靜水壓力增加，導(dǎo)致邊坡體的下滑推力在短時(shí)間內(nèi)增大，使原本處于較穩(wěn)定狀態(tài)的邊坡體穩(wěn)定性降低，接近極限平衡狀態(tài)直至最后產(chǎn)生劇烈滑動(dòng)。邊坡滑動(dòng)區(qū)的3個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果也與此較為吻合，降雨與邊坡滑動(dòng)變形的映射關(guān)系如圖5所示。

圖5 降雨與邊坡滑動(dòng)變形的映射圖

4.5 老滑坡體的影響

填方體前部老滑坡處于緩慢蠕動(dòng)狀態(tài)，使填方邊坡坡腳前緣產(chǎn)生張拉裂縫和松弛帶，對(duì)上部高填筑體的滑動(dòng)產(chǎn)生牽引作用。

5 結(jié) 語

（1）該滑坡為一大型填筑體沿基巖頂面滑動(dòng)的大型推動(dòng)-牽引復(fù)合式堆積層滑坡，滑體主要物質(zhì)為工程填筑土。該跑道填筑體滑坡的形成是自然地質(zhì)、地形、氣象等因素綜合作用的結(jié)果。

（2）厚度較大的松散填筑體為滑坡的形成提供了不利的物質(zhì)基礎(chǔ)，豐沛的大氣降水及地下水造成坡體中入滲的水流量增大，增加了坡體的重量，降低了填筑體的物理、力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，水對(duì)邊坡的滑動(dòng)起到了“推波助瀾”的作用。

（3）對(duì)跑道填筑體邊坡勘察設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮到場(chǎng)地的自然、地質(zhì)環(huán)境所造成的不利影響。填方基底、坡體加固、老滑坡影響等因素的共同作用，促使坡體變形發(fā)展，最后導(dǎo)致坡體產(chǎn)生劇烈滑動(dòng)。

（4）填筑體邊坡施工時(shí)局部填料粒徑偏大，壓實(shí)度不足，導(dǎo)致邊坡巖土體整體強(qiáng)度不足，同時(shí)為地表、地下水滲透提供通道，促使坡體變形發(fā)展。