馬艾陽, 唐振平, 李玲珂, 羅 輝, 謝焱石

(1.南華大學 資源環(huán)境與安全工程學院,湖南 衡陽421001;2.湖南省稀有金屬礦產(chǎn)開發(fā)與廢物地質(zhì)處置技術(shù)重點實驗室,湖南 衡陽421001; 3.浙江省巖石力學與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室,浙江 紹興 312000;4.長沙理工大學 交通運輸工程學院,湖南 長沙 410114)

0 引 言

湖南省的地質(zhì)災(zāi)害具備種類齊全、分布廣泛、規(guī)模變化大、局部災(zāi)情嚴重等特點[1]。已經(jīng)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害給人民群眾帶來了極大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而隨著群眾在地質(zhì)災(zāi)害認知上的深入，潛在的、未治理的地質(zhì)災(zāi)害給相關(guān)的人民群眾帶來了較大的心理負擔。根據(jù)調(diào)查與分析，該省大部分地質(zhì)災(zāi)害與暴雨有直接關(guān)系[2-8]。2017年7月，由于連降暴雨，郴州地區(qū)許家洞鎮(zhèn)S215公路K3+172～K3+252段發(fā)生滑塌，滑坡規(guī)模和變形程度不斷擴大，滑坡整體穩(wěn)定性趨于惡化，嚴重威脅著滑坡區(qū)居民生命財產(chǎn)安全及S215公路的車輛通行及過往行人安全。

本文擬以S215公路K3+172～K3+252段滑坡為例，在查明該滑坡的地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育狀況的基礎(chǔ)上，依據(jù)其地質(zhì)環(huán)境條件對區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險性進行現(xiàn)狀調(diào)查與評估，對該滑坡進行穩(wěn)定性計算，討論該段邊坡在不同工況下的穩(wěn)定性。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)域地貌屬于丘陵坡地，山體呈橢圓形，山體大致呈南北向展布。地形總體坡度在20°～30°，地形西高東低，坡腰平臺以上部分巖層出露。高程為145.00 m～220.00 m，相對高差約75 m，見圖1。災(zāi)害發(fā)生后，坡體呈緩坡-陡坡狀，局部呈陡坎狀。坡體上植被較發(fā)育，多為灌木、雜草、喬木，滑坡坡腳為村民集聚區(qū)、滑坡前緣為S215公路穿越而過，公路東南緣為郴江，見圖2。

圖1 S215公路K3+172～K3+252段滑坡平面示意圖Fig.1 Plan of landslide at K3+172～K3+252 section of S215 road

圖2 S215公路K3+172～K3+252段滑坡A-A′剖面圖Fig.2 Sketch map of landslide section A-A′ at K3+172～K3+252 section of S215 road

1.2 地層巖性

根據(jù)野外調(diào)查及勘探，滑坡區(qū)出露地層由上至下為第四系(Q4al+dl)沖坡積粉質(zhì)黏土、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)硅質(zhì)泥巖、頁巖及砂巖等，見表1。結(jié)合地質(zhì)剖面圖可知，軟弱的頁巖在中間，相對堅硬的硅質(zhì)泥巖和砂巖分別位于其上下，屬于典型的軟硬相間的巖層。

表1 滑坡區(qū)的地層巖性Table 1 Lithology of landslide area

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

許家洞鎮(zhèn)以南北向構(gòu)造為區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造，以其狹長的棱形-透鏡狀斷塊為突出特征，造成區(qū)內(nèi)的褶皺呈南北向線狀延伸，東西方向受力不一，伴隨的縱向壓縮性斷裂發(fā)育，往往成帶出現(xiàn)。斷裂以規(guī)模較大的北北東走向斷裂為主，次為南北向。結(jié)合野外調(diào)查，未見新構(gòu)造運動。

1.4 水文地質(zhì)

滑坡區(qū)地下水類型主要為上層滯水和基巖裂隙水。上層滯水：賦存于第四系雜填土層及耕表土層中，主要受大氣降水及匯水滲入的補給。基巖裂隙水：賦存于下伏炭質(zhì)頁巖、砂巖基巖風化裂隙中，主要接受大氣降水補給。水位埋深較大，對滑坡穩(wěn)定性影響較大。根據(jù)試驗，場地地下水對混凝土具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

1.5 人類工程活動

滑坡區(qū)人類工程活動較為強烈，坡腰處為一平臺，平臺前期有堆積填土，現(xiàn)已挖走，滑坡前緣的S215公路切坡和居民房屋的建房切坡均促進滑坡的產(chǎn)生。

2 地質(zhì)災(zāi)害基本特征

2.1 滑坡區(qū)邊界特征

滑坡平面形狀大體呈“圈椅”狀，主滑方向約為130°；滑動面形態(tài)上部陡，往下逐漸變緩，總體呈圓弧形，滑面長約250 m，滑坡體平均厚約20.0 m，體積約36.8×104m3，屬于中型滑坡。

2.2 滑坡體變形特征

根據(jù)現(xiàn)場勘查，滑坡變形特征主要表現(xiàn)如下：

1)滑坡前緣的鼓脹裂縫及放射裂縫：鼓脹裂縫主要分布于坡腳前緣S215公路上及道路旁的排水溝。放射裂縫為平行滑坡方向的放射狀分布，是抗滑段受擠壓的標志。

2)滑坡兩側(cè)的剪切裂縫：位于滑坡兩側(cè)，少部分為羽狀裂縫，由于滑坡體和外側(cè)不動體間相互剪切形成的成羽狀排列。

3)滑體上部張拉裂縫：該部分裂縫位于滑坡體上部因滑坡體下滑而張開形成，裂縫延伸方向與滑坡壁吻合或大致平行，數(shù)量較多，深淺不一。

4)滑坡后緣的張拉裂縫：裂縫數(shù)量較少，裂縫寬度較小，裂縫深度較淺，見圖3。

圖3 后緣張拉裂縫Fig.3 Tension crack at trailing edge

5)馬刀樹：隨著坡體的滑動樹木將會往不同的方向傾斜，在此之后的年代中樹木會繼續(xù)豎直生長，從而形成馬刀樹，見圖4。

圖4 滑坡體上馬刀樹Fig.4 Saber tree on landslide

總的來說，該滑坡變形特征明顯，滑坡周界沖溝發(fā)育，裂縫發(fā)育，現(xiàn)處于蠕動變形階段，前緣公路鼓脹現(xiàn)象，剪出口位于前緣公路，裂縫正逐漸形成貫通性滑面。

2.3 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

1)滑體：主要由雜填土、耕表土、粉質(zhì)黏土及硅質(zhì)泥巖組成。其中，硅質(zhì)泥巖為紅褐色、黃褐色，硅質(zhì)膠結(jié)，板狀構(gòu)造。節(jié)理裂隙發(fā)育，故巖芯破碎，屬極軟巖，巖體質(zhì)量基本等級為V級。

2)滑帶：黑色，黃褐色，濕，軟塑-可塑，無搖震反應(yīng)，韌性中等，干強度中等，局部可見輕微揉皺痕跡。該層厚度0.2～0.3 m。

3)滑床：主要由二疊系龍?zhí)督M(P2l)中風化炭質(zhì)頁巖、中風化砂巖組成，其巖體質(zhì)量基本等級為Ⅳ～V級。

3 成因機制分析

影響本滑坡體穩(wěn)定性的因素較多。其中，內(nèi)因方面的地質(zhì)因素包括地形地貌因素、巖性因素和地質(zhì)構(gòu)造等；外因方面包括持續(xù)強降雨、人類活動。

在內(nèi)因方面，地形地貌表現(xiàn)為，斜坡較大的坡角、較大的相對高差及坡表的凹形坑，均有利于形成滑坡；巖性表現(xiàn)為，某些巖石如炭質(zhì)頁巖，遇水后工程地質(zhì)性質(zhì)急劇惡化，其上下巖層相對堅硬，故形成軟弱夾層。李守定詳細描述了三峽庫區(qū)寶塔滑坡的泥巖泥化[9]，這與本滑坡的頁巖泥化是一致的。地質(zhì)構(gòu)造表現(xiàn)為，場地附近有一條斷層，影響了場地巖體特別是炭質(zhì)頁巖以上和以下的硬巖的完整性，使巖體的裂隙極發(fā)育，為雨水入滲提供通道，為滑面的貫通提供了可能性。這種軟硬互層巖在本滑坡中起的作用與其在三峽庫區(qū)某些滑坡中起的作用是一致的[9-10]。

在外因方面，降水的滲入既可增加巖土體容重和坡體本身自重，又會降低巖土體的抗剪強度，導(dǎo)致滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，故暴雨是引發(fā)滑坡產(chǎn)生滑動和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因；人類工程活動形成的切坡使局部坡角大大增加，另外，鄰近邊坡施工時在邊坡坡腰堆放大量棄土，破壞了原天然山坡的平衡，增大了坡體下滑力。

上述原因共同造成坡體變形滑動。

4 滑坡穩(wěn)定性定量計算、穩(wěn)定性評價及治理

對于勘查程度比較高的滑坡來說，其穩(wěn)定性評價應(yīng)采用定量計算方法[11]。故本滑坡的穩(wěn)定性評價采用定量計算。

4.1 滑坡穩(wěn)定性定量計算

本次勘查對多條剖面進行了計算，因篇幅原因，下面僅列出剖面A-A′的穩(wěn)定性計算(剖面A-A′位于所有縱剖面的中間，從坡形、坡角和人工堆載來看，屬于最危險的剖面)。

根據(jù)勘查資料，滑坡體上未見地下水，故本次計算僅考慮工況I(自重)和工況Ⅱ (自重+暴雨)依據(jù)滑坡危害對象及潛在經(jīng)濟損失，防治工程級別?、蚣墶１敬位路€(wěn)定性計算工況、荷載組合及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表2。

表2 穩(wěn)定性計算工況、荷載組合Table 2 Condition of stability calculation and load combination

根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查及勘察，滑坡滑面形狀為沿強風化與中風化炭質(zhì)頁巖交界面的折線形，據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218—2006)12.4.4條規(guī)定，堆積層當滑動面為折線形時，用傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性評價與推力計算。

傳遞系數(shù)法計算方法如下：

1)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

其中：

式中：ψj—第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)，即

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

Kf—穩(wěn)定系數(shù)；Wi—第i條塊的重量(kN/m)；Ci—第i條塊的內(nèi)聚力(kPa)；Фi—第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；Li—第i條塊滑面長度(m)；ai—第i條塊滑面傾角(°)；βi—第i條塊地下水流向(°)；A—地震加速度(重力加速度g)。

2)滑坡推力

應(yīng)按傳遞系數(shù)法計算，公式如下：

Pi=Pi-1×ψ+Ks×Ti-Ri

其中：Pi—為i條塊的推力(kN/m)；

Pi-1—為第i條塊的剩余下滑力(kN/m)；

Ks—設(shè)計的安全系數(shù)。

下滑力Ti

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+NWisinβicos(αi-βi)

抗滑力Ri

傳遞系數(shù)

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

孔隙水壓力NWi

NWi=γWhiwLicosαi

滲透壓力平等滑面的分力TDi

TDi=NWisinβicos(αi-βi)

滲透壓力垂直滑面的分力

RDi=NWisinβisin(αi-βi)

當采用孔隙壓力比時，抗滑力Ri可采用公式

式中：rU為孔隙壓力比。

計算軟件采用理正巖土6.5pb2，結(jié)果見表3。

表3 主滑面A-A′剖面滑體穩(wěn)定性Table 3 Calculation results of landslide stability in A-A′ section

4.2 穩(wěn)定性評價與變形發(fā)展趨勢

通過采用傳遞系數(shù)法對滑坡的穩(wěn)定系數(shù)及推力進行計算，S215公路K3+172～K3+252段滑坡在天然工況下，整體發(fā)展趨勢以蠕動擠壓變形為主，局部變形發(fā)育，主要表現(xiàn)為坡體拉張裂縫，整體穩(wěn)定性相對較好；暴雨工況下，特別是長時間降水情況下，滑坡發(fā)展趨勢以加速變形為主，在地表水的影響下最終形成貫通性滑面，發(fā)生整體滑動。因此該滑坡亟待治理加固。

4.3 治理方案

滑坡治理方案根據(jù)各滑坡特點綜合確定，主要采用以下措施：1)截、排水溝工程：在滑坡部位外側(cè)各設(shè)置一條縱向排水溝，順坡自上而下設(shè)置2條橫向截水溝；2)抗滑樁工程：為阻止坡體繼續(xù)下滑，在滑坡體的坡體中部、及道路外側(cè)平臺及靠近河岸處，共設(shè)置三排抗滑樁，樁嵌入基巖一定深度；3)開裂鼓脹道路修復(fù)工程：對由于滑坡體下滑造成開裂鼓脹破壞的路面及排水溝進行修復(fù)，主要采用措施為采用挖機及壓路機進行道路翻修，重新做水泥穩(wěn)定砂及道路油面并修復(fù)道路內(nèi)側(cè)的排水溝；4)坡腰平臺生態(tài)恢復(fù)工程：坡腰平臺采用植草及紅葉石楠進行復(fù)綠，設(shè)計紅葉石楠間距3 m，樹苗高度100 cm。在雨季期間能充分、有效地排放滑坡區(qū)內(nèi)的地表水，以減少滑坡區(qū)內(nèi)土體的流失；5)監(jiān)測工程：加強滑坡的監(jiān)測，建立群測群防體系，做好應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié) 論

通過地形數(shù)字化測量成圖、工程鉆探、原位測試和室內(nèi)試驗等綜合手段，基本查明了滑坡的地質(zhì)環(huán)境條件、規(guī)模、地貌形態(tài)、氣象水文、地震效應(yīng)、構(gòu)造及新構(gòu)造運動，在此基礎(chǔ)上，進行了滑坡成因機制分析、預(yù)測及穩(wěn)定性計算評價，主要結(jié)論如下：

1)S215公路K3+172～K3+252段滑坡在天然工況I條件下為基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況Ⅱ條件下為不穩(wěn)定狀態(tài)。

2)建議采用多級抗滑樁工程、截排水工程、坡腰平臺復(fù)綠工程、道路路面修復(fù)工程和監(jiān)測工程相結(jié)合的綜合防治工程進行治理。