趙 甫 丁 棟

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710077，中國(guó))

0 引 言

眾所周知，滑坡的發(fā)生大多與地下水的活動(dòng)有關(guān)，尤其是斷裂構(gòu)造發(fā)育的大型復(fù)雜滑坡，受斷裂構(gòu)造的水力補(bǔ)給作用，往往發(fā)育豐富的地下水，對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響巨大。然而，由于以往對(duì)斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給作用的認(rèn)識(shí)不足或誤判，導(dǎo)致工程事故多有發(fā)生。如京珠高速公路K108滑坡，因斷裂構(gòu)造發(fā)育，地下水異常豐富，施工中多次發(fā)生較大滑動(dòng)變形，造成工程進(jìn)度滯后，成為“卡脖子”工程(馬惠民等， 2006)； 又如福建永武高速公路箭豐尾滑坡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，坡體內(nèi)賦存有大量地下水，導(dǎo)致滑坡復(fù)活，對(duì)高速公路路面及抗滑工程結(jié)構(gòu)等造成了嚴(yán)重破壞(王恭先等， 2016)； 再如深圳市水貝松泉滑坡位于具有水力補(bǔ)給作用的南北向張拉斷裂帶上，地下水活動(dòng)導(dǎo)致滑坡前級(jí)下滑，嚴(yán)重威脅華艷化工樓及凱利大廈的安全(鄭靜， 1998)。

綜上可知，查明斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給類型及作用機(jī)理，是正確評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性和合理確定地下截排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。然而，確定滑坡內(nèi)地下水分布特征與斷裂帶產(chǎn)狀與分布至今仍是國(guó)內(nèi)外滑坡防治中的難題之一(徐邦棟， 2001； 王恭先等， 2008)。

目前，有關(guān)斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的影響和作用的研究，主要涉及斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡分布及邊界條件的控制方面(陳明等， 2018； 馮文凱等， 2018； 魏昌利等， 2019)，而有關(guān)斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡水力補(bǔ)給作用方面的研究成果較少且不系統(tǒng)，多以單個(gè)典型滑坡工點(diǎn)為研究對(duì)象，或分析研究其作用機(jī)理及對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響(金培杰， 1994； 金培杰等， 1994； 曹玉立等， 1999； 鄭靜， 1998； 閻長(zhǎng)虹等， 2019)，或分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型及對(duì)滑坡的影響(周平根， 1998； 周家文等， 2019)，但已有研究尚未對(duì)斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給類型、形成條件等共性規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文通過(guò)歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)典型滑坡實(shí)例中的水力補(bǔ)給斷裂的發(fā)育部位、地下水賦存規(guī)律等，劃分了斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給類型，進(jìn)而分析了地下水對(duì)滑坡的作用機(jī)理，對(duì)今后揭示滑坡地下水運(yùn)移規(guī)律、定量評(píng)價(jià)地下水對(duì)滑坡的作用及確定合理的地下截排水設(shè)計(jì)等具有重要指導(dǎo)價(jià)值。

1 斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給類型

不同力學(xué)性質(zhì)的富水性斷裂一般呈張(張扭)性斷裂>扭性斷裂>壓(壓扭)性斷裂的特點(diǎn)，其作用于滑坡將產(chǎn)生不同程度的影響。實(shí)踐中作者發(fā)現(xiàn)，斷裂構(gòu)造水的作用部位不同，滑坡的滑動(dòng)力學(xué)特征亦有較大不同，如滑坡前部抗滑段受滑床斷裂承壓水的頂托及對(duì)滑帶持續(xù)軟化作用，滑坡前部先失穩(wěn)下滑，產(chǎn)生牽引式的多級(jí)滑坡，而作用于滑坡后部邊界，則可能產(chǎn)生推動(dòng)式滑坡。

發(fā)育多層軟弱夾層的斜坡，受斷裂構(gòu)造水補(bǔ)給水頭及越流補(bǔ)給的影響，可能發(fā)育出滑床承壓水、滑體潛水或承壓水的多層復(fù)雜地下水類型。

基于以上因素，根據(jù)水力補(bǔ)給斷裂與滑坡邊界的關(guān)系、力學(xué)性質(zhì)及地下水類型等，將斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給類型劃分為邊界補(bǔ)給型、滑床補(bǔ)給型和復(fù)合型等3種類型。

1.1 邊界補(bǔ)給型(Ⅰ型)

構(gòu)成滑坡邊界的斷裂中，有的富水性較差，僅起切割邊界降低坡體完整性的作用； 有的具有較強(qiáng)的富水性，起連通邊界外含水系統(tǒng)向滑坡水力補(bǔ)給的作用。研究發(fā)現(xiàn)，具有水力補(bǔ)給作用的斷裂，因其位于后緣或側(cè)緣的不同，對(duì)于滑坡的影響存在明顯差異，基于此將本類型進(jìn)一步劃分為后緣補(bǔ)給型及側(cè)緣補(bǔ)給型兩個(gè)亞類。

1.1.1 后緣補(bǔ)給型(Ⅰ1型)

多發(fā)育在傾向坡外斷層的上盤巖體內(nèi)，斷層為張(張扭)性或前期為壓(壓扭)性后期改造為張(張扭)性，構(gòu)成滑坡后緣； 主滑帶依附于坡體內(nèi)正斷層伴生的次級(jí)或后期生成的順坡緩傾斷層，由于張性斷層破碎帶透水性較好，下盤巖體內(nèi)儲(chǔ)存的地下水透過(guò)斷層破碎帶向上盤補(bǔ)給，由于順坡緩傾斷層多由斷層泥、糜棱巖等隔水物質(zhì)組成，使得上盤由后緣張性斷層補(bǔ)給而來(lái)的地下水沿順坡緩斷層帶流動(dòng)并使之軟化，產(chǎn)生滑坡，該類滑坡滑面多呈平面狀(圖1、圖2)。如順坡緩傾斷層呈多層發(fā)育，接受后緣正斷層的水力補(bǔ)給可形成淺層潛水、中層潛水或承壓水、深層承壓水的復(fù)雜地下水類型。

圖1 南同蒲鐵路冷泉滑坡示意圖(據(jù)仇祥凱， 1996)

圖2 太焦鐵路牛晶坪滑坡示意圖(據(jù)王松嶺， 1986)

根據(jù)傾向坡外張性斷裂的次級(jí)斷裂及順坡緩斷層發(fā)育情況，在地下水作用下可發(fā)育成單層滑動(dòng)或多層、多級(jí)滑動(dòng)(表1)。

表1 斷層發(fā)育與滑坡分層、分級(jí)關(guān)系

1.1.2 側(cè)向補(bǔ)給型(Ⅰ2型)

常見于側(cè)向邊界由水力補(bǔ)給斷裂控制的滑坡，其力學(xué)性質(zhì)多為張性、張扭性或扭性，與斜坡走向垂直或大角度相交，后山儲(chǔ)存的地下水以其為通道向滑坡補(bǔ)給。該水文地質(zhì)類型主要發(fā)育在巖質(zhì)滑坡及堆積層滑坡中，其地下水類型一般較為簡(jiǎn)單，多為潛水，若地下水較豐富溢出地表，可形成串珠狀、帶狀水泉或濕地。

有時(shí)受與滑坡側(cè)向邊界導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造交叉的其他斷裂構(gòu)造導(dǎo)水性質(zhì)差異的影響，沿側(cè)向?qū)當(dāng)嗔殉尸F(xiàn)出局部導(dǎo)水能力增強(qiáng)或起阻隔滯流的現(xiàn)象，使得坡體水文地質(zhì)條件變得復(fù)雜。如斜坡發(fā)育多條平行于側(cè)向邊界的次級(jí)斷裂，受斷裂水力補(bǔ)給能力及地下水?dāng)U散范圍的影響，滑坡橫向上地下水的作用存在一定程度的差異，導(dǎo)致橫向上的各部分穩(wěn)定程度不同而形成多條滑坡(圖3)。

“共享經(jīng)濟(jì)”即是一種合作互助，你我同享的經(jīng)濟(jì)模式，而彼此之間的相互信任則是進(jìn)行共享的基礎(chǔ)。在這信任度每況愈下的社會(huì)，人們彼此之間充滿猜測(cè)與懷疑，這也正是“共享經(jīng)濟(jì)”面臨的挑戰(zhàn)，作為一個(gè)存在金錢關(guān)系交易的載體，“共享經(jīng)濟(jì)”更是對(duì)人們的一種考驗(yàn)。給共享單車上私鎖、刻意破壞共享物品、篡改二維碼謀利益，這樣的事例早已屢見不鮮，如何更好的解決這些問(wèn)題還有待社會(huì)各方共同思考、商榷。

圖3 寶成鐵路塔壩滑坡示意圖(據(jù)周平根， 1998)

1.2 滑床補(bǔ)給型(Ⅱ型)

針對(duì)大型復(fù)雜滑坡的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分滑坡后緣或側(cè)緣邊界斷裂雖無(wú)導(dǎo)水能力，但其滑床發(fā)育的斷裂卻對(duì)滑體具有水力補(bǔ)給作用或承壓頂托及持續(xù)軟化滑帶的作用，可對(duì)滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。其中：又因滑床斷裂橫穿或縱貫滑坡的不同，其地下水分布及特征存在較大差異，而將本類型劃分為橫向補(bǔ)給型及縱向補(bǔ)給型兩個(gè)亞類。

1.2.1 橫向補(bǔ)給型(Ⅱ1型)

該類型的水力補(bǔ)給斷裂常橫穿滑床，斷裂為張(張扭)性，多傾向坡外。受滑帶的隔水作用，滑帶以上主要為潛水，接受大氣降水補(bǔ)給； 滑面以下接受斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給，呈承壓狀態(tài)。

該水文地質(zhì)類型在破碎巖石滑坡和大型堆積層滑坡中較為普遍。如寶成鐵路西坡Ⅳ號(hào)堆積層滑坡，中部滑床發(fā)育一正斷層，現(xiàn)場(chǎng)水文試驗(yàn)證實(shí)其對(duì)滑坡有承壓水力補(bǔ)給作用，承壓水頭高出地面十余米，受其影響滑坡長(zhǎng)期處于蠕動(dòng)變形當(dāng)中(圖4)。

圖4 寶成鐵路西坡Ⅳ號(hào)滑坡示意圖(據(jù)徐邦棟， 2001)

以往工作中，由于該類斷裂不構(gòu)成滑坡邊界而易被忽視，但鑒于其對(duì)滑坡特殊的水文地質(zhì)作用，今后應(yīng)加強(qiáng)這方面的調(diào)查研究工作。

1.2.2 縱向補(bǔ)給型(Ⅱ2型)

在區(qū)域性斷裂帶內(nèi)發(fā)育的滑坡常見該水文地質(zhì)類型，斷裂帶力學(xué)性質(zhì)多為張性、張扭性或前期為壓性斷裂后期改造為張扭性，該斷裂一般規(guī)模較大，且?guī)?nèi)巖體破碎，由于斷裂帶多具有導(dǎo)水和儲(chǔ)水的雙重功能，使得坡體內(nèi)地下水十分豐富； 受次級(jí)斷裂性質(zhì)及發(fā)育情況影響，其地下水空間分布均勻性較差且性質(zhì)較為復(fù)雜，坡體內(nèi)常出現(xiàn)片狀、股狀、脈狀等不同分布形態(tài)地下水，其地下水類型多呈現(xiàn)出潛水、承壓水等不同類型的多層地下水發(fā)育特點(diǎn)。

沿該類斷裂帶易發(fā)育大型破碎巖石滑坡(圖5， 圖6)； 若斷裂帶通過(guò)處與兩側(cè)地貌差異較大，崩坡積作用較為強(qiáng)烈，在低洼地帶或斷裂凹槽內(nèi)易堆積大量的崩坡積物質(zhì)，受斷裂凹槽內(nèi)豐富地下水的影響，則易于生成溝槽狀破碎巖石或大型堆積層滑坡(圖7)。

圖5 京珠高速K108滑坡示意圖(據(jù)王恭先等， 2008)

圖6 水貝松泉滑坡示意圖(據(jù)鄭靜， 1998)

圖7 劉家臺(tái)滑坡示意圖(據(jù)王恭先等， 2008)

1.3 復(fù)合型(Ⅲ)

在不同規(guī)模、性質(zhì)、方向的斷裂交匯帶或區(qū)域斷裂帶與次級(jí)斷裂交匯帶，常見該水文地質(zhì)類型的滑坡。由于坡體內(nèi)發(fā)育多個(gè)方向的不同力學(xué)性質(zhì)和不同規(guī)模的導(dǎo)(富)水?dāng)嗔眩纬蓮?fù)雜的水力補(bǔ)給網(wǎng)絡(luò)，地下水類型均勻性較差，常發(fā)育多層地下水，且潛水、承壓水共同發(fā)育的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上發(fā)育的滑坡呈現(xiàn)出分級(jí)、分層、分塊的特征，其各條塊多具有相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)類型(圖8)。

圖8 東榮河1#隧道滑坡群示意圖(據(jù)徐邦棟， 2001)

2 斷裂構(gòu)造水對(duì)滑坡的作用機(jī)理

2.1 滑帶孔隙水壓力增高

該作用僅限于受斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給作用形成的潛水，常存在于多層破碎巖石滑坡的中淺層滑坡、部分堆積層滑坡及順層滑坡中，坡體的失穩(wěn)主要受滑帶孔隙水壓力增高的影響。由于坡體內(nèi)地下水位的升高，滑帶土孔隙水壓力增大，導(dǎo)致滑坡穩(wěn)定性下降。關(guān)于潛水對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響的評(píng)價(jià)，研究成果較多，這里不再贅述。

2.2 滑床承壓水頂托

由滑床斷裂水力補(bǔ)給而發(fā)育的地下水，如果其補(bǔ)給水頭高于滑帶，受滑帶隔水作用則使滑床內(nèi)地下水具有承壓性，對(duì)滑體產(chǎn)生頂托作用，頂托力大小受斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給的水頭高度及承壓補(bǔ)給面積控制。滑床各部位承壓水頭隨巖體透水性的差異及距離水力補(bǔ)給斷裂遠(yuǎn)近而呈現(xiàn)出一定變化，其長(zhǎng)期作用于滑體，對(duì)滑坡穩(wěn)定極為不利，在后緣補(bǔ)給型的中、深層滑坡及滑床承壓補(bǔ)給型滑坡中較為常見(圖9， 圖10)。如深汕高速K101滑坡，其中部滑床內(nèi)承壓水通過(guò)斷裂向上補(bǔ)給滑體，造成斷裂以下坡體內(nèi)地下水大幅度壟高，滑坡穩(wěn)定性明顯下降。

圖9 Ⅰ1型滑坡地下水水力模式示意圖

圖10 Ⅱ1型滑坡地下水水力模式示意圖

縱向廊道補(bǔ)給型滑坡的地下水在縱向水力補(bǔ)給斷裂部位呈現(xiàn)出明顯高于兩側(cè)的高水位或高承壓水頭特征； 側(cè)向補(bǔ)給型滑坡地下水水力模式與縱向廊道補(bǔ)給型滑坡的中部至左(右)部分模式類似(圖11)。

圖11 Ⅱ2型滑坡地下水水力模式示意圖

復(fù)合型地下水類型較為復(fù)雜，其地下水水力模式為以上兩種或兩種以上的組合。

2.3 滑帶黏土礦物遇水膨脹

大多數(shù)滑坡滑動(dòng)面(帶)是依附于坡體內(nèi)先期存在的軟弱結(jié)構(gòu)面，尤其是泥質(zhì)含量較高的泥化夾層，其內(nèi)含有大量黏土礦物，其類型以蒙脫石、伊利石和高嶺石最為常見。其中：高嶺石親水性較弱，浸水時(shí)膨脹量不大； 蒙脫石因極高的比表面積和離子交換量，具有極強(qiáng)的親水性，其含量大于5%時(shí)，便具有明顯的膨脹性； 伊利石性質(zhì)介于高嶺石與蒙脫石之間(錢家歡等， 1996； 冷挺等， 2018； 張莉萍等， 2018； 謝小帥等， 2019)。泥化夾層中膨脹黏土礦物的形成與其所在環(huán)境中特定的巖石類型關(guān)系密切(表2)。

表2 易發(fā)育含膨脹黏土礦物滑帶的巖石種類

上述巖體內(nèi)地下水多呈弱堿性，受母巖物質(zhì)組成影響，巖體內(nèi)發(fā)育的軟弱夾層普遍含有大量鋁硅酸鹽礦物，且一旦進(jìn)水便不易排出，形成有利于蒙脫石形成的弱堿、排水不良的環(huán)境，在經(jīng)過(guò)一系列的風(fēng)化作用后，在堆積層下伏基巖頂面或巖體內(nèi)的斷裂構(gòu)造處形成富含蒙脫石的黏性土層或泥化夾層。在少量地下水作用下，滑帶即可產(chǎn)生極大的體積膨脹，使得滑帶強(qiáng)度急劇下降，造成坡體失穩(wěn)滑動(dòng)。這與褚宏亮(2017)和曾召田等(2012)關(guān)于富含蒙脫石滑帶的工程地質(zhì)特性和膨脹土的研究結(jié)論是一致的。

2.4 滑帶化學(xué)溶蝕

地下水在滑帶附近活動(dòng)可造成滑帶內(nèi)起鹽分膠結(jié)作用的易溶鹽類溶解，含量減少，造成滑帶抗剪強(qiáng)度下降。通常，滑帶的化學(xué)溶蝕現(xiàn)象需要較豐富的地下水或一定時(shí)效的地下水徑流作用(Anson et al.， 2002； 黃潤(rùn)秋等， 2005； 姚曉陽(yáng)等， 2012； 朱賽楠等， 2018； 周家文等， 2019)。如貴州某巖質(zhì)滑坡，由于斷裂構(gòu)造向滑帶水力補(bǔ)給，滑帶附近地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，沿軟弱夾層形成的滑帶內(nèi)碳酸鈣含量急劇減少，沿之形成滑坡(表3)。

表3 同一類型泥化夾層形成滑帶前后碳酸鈣含量變化

3 斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給滑坡的防治方法

由于斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給具有補(bǔ)給水量相對(duì)穩(wěn)定及作用長(zhǎng)期性的特點(diǎn)，加之?dāng)嗔褬?gòu)造水力補(bǔ)給位置一般較深，多位于地表以下十余米或幾十米，一般的地表截排水工程無(wú)法排除該類地下水，因此，對(duì)于該類滑坡應(yīng)優(yōu)先考慮“治滑先治水”的深層截排水方案，但需有詳細(xì)的水文地質(zhì)條件及隧洞圍巖級(jí)別等定量評(píng)價(jià)資料。

地下截排水工程不僅能將作用于滑帶的潛水排出，而且對(duì)于滑帶以下的承壓水也具有良好的截排效果，這將從根本上提高滑坡的自穩(wěn)能力、有效減少支擋工程量，降低滑坡治理費(fèi)用而且對(duì)滑坡的長(zhǎng)久穩(wěn)定有利。

3.1 截水隧洞

采用截水隧洞可對(duì)滑坡地下水進(jìn)行有效的疏排，有效地控制地下水水位，顯著提高滑坡的穩(wěn)定性，且便于后期維護(hù)管理(孫紅月等， 2006)。結(jié)合滑坡的具體情況，可設(shè)計(jì)成“直線”形、“折線”形、“Y”形或幾種形式的組合。當(dāng)斷裂構(gòu)造向滑坡體水力補(bǔ)給范圍較大、滑坡兩側(cè)或一側(cè)沖溝發(fā)育時(shí)，按照“就近截排”的原則，在靠近水力補(bǔ)給斷裂構(gòu)造部位的滑帶以下2～3m滑床中，平行水力補(bǔ)給斷裂布置； 沿截水隧洞軸線間隔一定距離設(shè)置檢查井； 洞內(nèi)向上及兩側(cè)布置穿過(guò)滑帶的滲井或仰斜排水孔，形成截水帷幕排出斷裂構(gòu)造補(bǔ)給的地下水，將水引入兩側(cè)或一側(cè)的自然沖溝內(nèi)排走(圖12)。

圖12 截水隧洞截排滑坡體斷裂水力補(bǔ)給示意圖

如深汕高速K101滑坡，滑床中部存在一承壓補(bǔ)給的正斷層，滑坡治理未布置深層排水工程，工程竣工后，一直處于蠕動(dòng)變形中，10年后滑坡復(fù)活。后在水力補(bǔ)給斷層上盤布置兩條地下截水隧洞，滑坡變形呈迅速收斂趨勢(shì)，多年監(jiān)測(cè)表明滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，排水效果良好(圖13、圖14)。

圖13 深汕高速K101滑坡ZK4-3滑面處位移監(jiān)測(cè)曲線圖(據(jù)高和斌等， 2016)

圖14 深汕高速K101滑坡示意圖(據(jù)丁孝勇， 2016)

又如某滑坡采用截水隧洞方案后，在截水隧洞附近滑坡的穩(wěn)定性可提高11.2%，距排水隧洞20余米處，可提高6%(嚴(yán)紹軍等， 2008)。

3.2 井-孔聯(lián)合排水

當(dāng)滑坡兩側(cè)沖溝不發(fā)育，尤其是滑坡地下水呈不連續(xù)的片狀分布時(shí)，可采用井-孔聯(lián)合排水工程，截排坡體內(nèi)深層地下水，并可在平面上分散靈活布置，不存在像截水隧洞排水模式受廊道走向的約束(陳崇希等， 1998)。坡體內(nèi)布置一定數(shù)量的集水井，間距30～40m，井底位于滑帶以下一定深度，沿井壁呈放射狀布置仰斜排水孔，可根據(jù)地下水分布情況，在不同高度設(shè)置多層仰斜排水孔，井間以排水鉆孔連接(圖15)。

圖15 井-孔群聯(lián)合截排滑坡地下水示意圖

如四川江油某滑坡采用井-孔聯(lián)合排水方案，成功穩(wěn)定住了滑坡(金培杰， 1994)。

4 結(jié)論與討論

(1)根據(jù)水力補(bǔ)給斷裂與滑坡邊界的關(guān)系、力學(xué)性質(zhì)及地下水類型等，本文將斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給類型初步劃分為邊界補(bǔ)給型、滑床補(bǔ)給型和復(fù)合型3種類型。

(2)分析了斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給對(duì)滑坡的作用機(jī)理及地下水水力模式圖。

(3)給出了截排斷裂構(gòu)造水力補(bǔ)給滑坡的防治思路和方法。

研究斷裂構(gòu)造對(duì)滑坡的水力補(bǔ)給作用，可對(duì)提高滑坡防治水平提供重要支撐。但滑坡水文地質(zhì)條件的變化及規(guī)律是復(fù)雜的，目前仍存在一些問(wèn)題有待進(jìn)一步深入研究，如不同力學(xué)性質(zhì)的區(qū)域性斷裂與滑坡水文地質(zhì)條件的關(guān)系及影響，不同構(gòu)造體系內(nèi)富水?dāng)嗔雅c滑坡水文地質(zhì)條件的關(guān)系，分布規(guī)律較差的滑坡地下水精細(xì)化探查及評(píng)價(jià)等。