朱冬，黃俊，劉天翔，唐浩航

(1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 611756；2.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610041；3.成都東路交通科技有限公司，成都 610037)

近年來(lái)，隨著西南地區(qū)公路建設(shè)快速發(fā)展，山區(qū)公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，由于施工和強(qiáng)降雨的影響經(jīng)常發(fā)生滑坡，不僅增加了投資成本，拖延了工期，同時(shí)也是高速公路運(yùn)營(yíng)階段最大的安全隱患[1]。

堆積型滑坡是西南紅層地區(qū)典型地質(zhì)災(zāi)害類型之一。堆積型滑坡體通常為第四系松散的碎石巖土體，結(jié)構(gòu)松散、透水性很強(qiáng)，暴雨時(shí)極易發(fā)生失穩(wěn)[2]。判斷該類滑坡滑動(dòng)面及其動(dòng)態(tài)特征對(duì)于滑坡評(píng)價(jià)和防治意義重大。獲取滑坡滑動(dòng)面往往采用工程地質(zhì)勘查和計(jì)算模擬方法，但勘查手段投入工作量大且對(duì)滑動(dòng)特征不明顯的滑坡難以準(zhǔn)確判斷其滑面；而計(jì)算模擬也受計(jì)算方法和參數(shù)等因素制約, 模擬得到的滑面與實(shí)際存在很大差異[3]，對(duì)于蠕滑型滑坡研究, 采用合理監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法對(duì)坡體進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分必要[4]。目前，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廣泛運(yùn)用于滑坡穩(wěn)定性分析中，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與滑坡變形相結(jié)合，選取合理的滑體橫縱剖面，能在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上準(zhǔn)確地獲取滑面位置和滑體內(nèi)部情況[5]。運(yùn)用監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)不同類型滑坡的研究已有大量報(bào)道，黃潤(rùn)秋[6]等以重慶舊縣坪滑坡為例研究降雨型滑坡誘發(fā)機(jī)制，許強(qiáng)[7]等以九寨溝滑坡為例運(yùn)用InSAR技術(shù)進(jìn)行了滑坡變形特征分析。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)不同區(qū)域不同成因及破壞特征的滑坡進(jìn)行了大量的研究[8-9]，取得了豐富的研究成果，然而目前對(duì)于四川省廣元至巴中區(qū)域內(nèi)的堆積型滑坡研究甚少。鑒于此，基于已有研究成果，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、位移變形監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬計(jì)算多種方法結(jié)合對(duì)四川廣巴高速公路臨水寺大橋滑坡進(jìn)行研究，對(duì)該滑坡地質(zhì)環(huán)境、形成機(jī)制及穩(wěn)定性深入分析，旨在為該區(qū)域內(nèi)滑坡穩(wěn)定性分析提供科學(xué)依據(jù)。

1 滑坡概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

臨水寺大橋滑坡位于廣巴高速公路K132 +485～K132 + 915路段，屬?zèng)_蝕河谷地貌，地勢(shì)西高東低，地形平緩寬闊，山體自然坡度15°～20°，氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，全年83%的降雨量集中在5～10月，每年6月出現(xiàn)暴雨概率最大。場(chǎng)區(qū)位于恩陽(yáng)向斜東翼，未見斷層和次生褶皺發(fā)育，滑坡區(qū)地下水豐富，發(fā)育3條溪溝和2條沖溝。

1.2 滑坡形態(tài)及規(guī)模

滑坡平面上呈圈椅狀(圖1)，滑坡前緣高程為362 m，后緣高程為415 m，相對(duì)高度差為53 m。滑體寬124 m，長(zhǎng)232 m，據(jù)鉆孔揭露滑體平均厚度約為15 m，總體積約26×104m3，屬中型牽引式滑坡。整體坡度約9°～15°，滑坡上部坡度較陡，中下部為階梯形農(nóng)田，主滑方向?yàn)?30°～145°。

滑體主要地層為白堊系下統(tǒng)劍門關(guān)組(K1j) 紫灰-紫紅色泥巖和粉砂巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化層原巖結(jié)構(gòu)基本已完全破壞，多呈土狀，局部夾層發(fā)育，已風(fēng)化原巖結(jié)構(gòu)大多被破壞，巖體破碎?；卤韺訛橐粚雍?～32 m的第四系松散堆積物，在強(qiáng)降雨情況下易發(fā)生表層滑動(dòng)。

2 滑坡變形及監(jiān)測(cè)分析

2.1 滑坡變形特征

受2018年6月集中強(qiáng)降雨天氣影響，坡體已出現(xiàn)不同程度的變形滑動(dòng)跡象(圖2)，分為強(qiáng)烈變形區(qū)、弱變形區(qū)和潛在變形區(qū)(圖1)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑坡后緣發(fā)現(xiàn)多處裂縫，滑坡中部出現(xiàn)多條拉裂縫，臨水寺大橋左右幅橋臺(tái)外側(cè)擋塊均被擠裂，公路路面出現(xiàn)多條拉裂縫，寬度2～3 cm，部分橋梁墩柱均出現(xiàn)環(huán)形裂縫，寬度為6 mm，滑坡前緣有明顯鼓脹裂縫和多處民房地面局部開裂，裂縫寬度4 cm，在雨季農(nóng)田出現(xiàn)溜滑，形成"大田變小田"，局部堡坎外凸(圖2)。

Q4c+dl.第四系殘坡積層;Q4me.第四系人工填土；Q4dl+pl.第四系坡洪積層；K1j.白堊系劍門關(guān)組；1.臨水寺大橋；2.匝道；3.房屋;4.河流；5.地層產(chǎn)狀；6.泉水及流量；7.沖溝及流量；8.剖面線及編號(hào)；9.滑坡邊界;10.陡坎圖1 滑坡工程地質(zhì)平面圖

圖2 滑坡變形特征

2.2 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

滑坡變形監(jiān)測(cè)是研究滑坡深部滑帶位移特征有效手段，可反映滑面位置及變形發(fā)展趨勢(shì)[10]。對(duì)滑坡進(jìn)行深部變形監(jiān)測(cè)、地表位移變形監(jiān)測(cè)。

該滑坡共設(shè)17個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，8個(gè)深部位移變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)(CX01～CX08)和9個(gè)地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn) (DB01～DB09)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2019年3月～2019年12月(圖3)。本研究選取深部位移較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)(CX01、CX02、CX04、CX06) 對(duì)滑坡變形進(jìn)行分析。

Q4c+dl.第四系殘坡積層;Q4me.第四系人工填土；Q4dl+pl.第四系坡洪積層；K1j.白堊系劍門關(guān)組；1.臨水寺大橋；2.滑坡邊界；3.房屋;4.河流；5.地層產(chǎn)狀；6.抗滑樁；7.監(jiān)測(cè)剖面線；8.深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；9.地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn);10.陡坎圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

圖4、圖5為滑坡中后部和前部的累計(jì)水平及豎向位移時(shí)程曲線?？芍? 2019年3月26日～2019年4月25日基本無(wú)位移，4月25日～5月24日位移緩慢增大，5月24 日～9月19日期間，對(duì)該邊坡進(jìn)行抗滑樁等綜合治理，導(dǎo)致坡體內(nèi)堆積體土體松動(dòng)，向臨空方向產(chǎn)生變形，深部累計(jì)位移急劇增大，10月30日～12月30日，滑坡加固措施完成，坡體在抗滑樁和排水溝作用下，累計(jì)位移量減小，變形逐漸減小并趨于穩(wěn)定?；轮泻蟛孔畲罄塾?jì)水平、豎向位移分別為27.2 mm，-18.3 mm，降雨期間日最大水平、豎向位移分別為0.8 mm，-0.6 mm?；虑熬壸畲罄塾?jì)水平、豎向位移分別為10. 9 mm，-10.3 mm，降雨期間日最大水平、豎向位移分別為0.38 mm，-0.3 mm。由于該滑坡為蠕滑型滑坡，地表位移計(jì)位移較小，基本無(wú)明顯變化。

圖4 滑坡中后部深部累計(jì)位移時(shí)程曲線

圖5 滑坡前部深部累計(jì)位移時(shí)程曲線

深部位移變形曲線形態(tài)可反映滑動(dòng)面的位置和變形發(fā)展過(guò)程[11]。通過(guò)對(duì)比抗滑樁施工前后深部位移監(jiān)測(cè)結(jié)果。在施工前，CX04孔21.5 m處存在明顯貫穿性滑面(表1和圖6(a))，錯(cuò)動(dòng)位移累積為10 cm，監(jiān)測(cè)曲線呈“r”型(表2)，坡體極不穩(wěn)定。深部位移變形量受降雨影響較大，在抗滑樁孔開挖過(guò)程中深部護(hù)壁出現(xiàn)垮塌，且開挖過(guò)程中對(duì)土體擾動(dòng)較大，孔內(nèi)滲水現(xiàn)象明顯。結(jié)果表明，坡體地下水下滲較快，水位高，導(dǎo)致土體軟化變形量加速。施工后，盡管坡體仍有輕微蠕滑變形，但變形發(fā)展明顯放緩且趨于收斂(圖6(b))。

表1 滑面位置

表2 深部位移變形曲線類型

圖6 CX04孔深部位移增量與深度關(guān)系

2.3 監(jiān)測(cè)變形結(jié)果

該滑坡變形從前至后，變形依次增加，滑面深度為4～22 m，坡體由淺表層滑動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)化成深層滑動(dòng)，主要沿坡積層與崩積層接觸面滑動(dòng)。在自然情況下，滑坡相對(duì)穩(wěn)定，在連續(xù)異常暴雨作用下，加速滑動(dòng)，變形量大幅度增加。

3 滑坡成因分析

滑坡的形成主要受地質(zhì)條件、降雨和人類工程活動(dòng)3個(gè)方面因素的影響。

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡下部巖層基本順傾，滑坡中部發(fā)育一向斜構(gòu)造。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙破壞了原巖完整性，促進(jìn)巖體風(fēng)化，為地表水滲入坡體提供了有利條件。同時(shí)巖層上陡下緩，也為滑坡變形破壞創(chuàng)造了有利條件。

3.2 降雨

結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，降雨引起該滑坡變形加劇，因此認(rèn)為降雨誘導(dǎo)滑坡形成。降雨造成變形加劇的主要原因:表層土體松散，滲透性好，雨水主要沿著坡面下滲，導(dǎo)致巖土體容重增大，強(qiáng)度降低，雨水一方面滲入到下伏基巖裂隙內(nèi)，促使裂隙進(jìn)一步發(fā)展，形成貫通的滑面。下伏基巖為全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，泥巖相對(duì)隔水，遇水易軟化，減弱了巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，容易在坡體內(nèi)形成多處軟弱夾層；另一方面形成動(dòng)水壓力和靜水壓力，增加下滑力，加速蠕滑，導(dǎo)致暴雨天氣滑坡變形加劇。

3.3 人類工程活動(dòng)

高速公路線路以半挖半填深路塹方式從坡體中前部通過(guò)，坡腳開挖使坡體前緣形成臨空面，打破了坡體內(nèi)部原有應(yīng)力平衡。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 穩(wěn)定性分析方法

通常采用定性分析和定量分析研究邊坡穩(wěn)定性，本文采用極限平衡法和有限元數(shù)值分析法對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析[12]。

4.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

滑坡體物質(zhì)主要由粘土和泥巖構(gòu)成，滑動(dòng)面主要為圓弧型，考慮滑坡區(qū)可能出現(xiàn)失穩(wěn)情況,根據(jù)公路相關(guān)規(guī)范[13]，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果選取B-B′剖面(圖7)和C-C′剖面兩處典型剖面計(jì)算斷面。計(jì)算參數(shù)由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)值、滑帶土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)及極限平衡反算等方法來(lái)確定滑帶土體抗剪參數(shù)。在未考慮動(dòng)水壓力、浮托力、地震力影響和橋墩作用力對(duì)邊坡影響情況下，采用傳遞系數(shù)法[14]對(duì)滑坡典型剖面進(jìn)行天然和暴雨工況下的穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖7 B-B'剖面

4.3 滲流分析

研究區(qū)內(nèi)地下水主要包括上層滯水和基巖風(fēng)化裂隙水?；陆涤隄B流過(guò)程，上層滯水和基巖裂隙水主要接受大氣降水、溪溝水流、地下水等補(bǔ)給，以徑流形式向坡下排泄，局部地點(diǎn)以下降泉的形式排出地表(圖8)。

圖8 降雨下滲過(guò)程圖

水頭是滲流分析中場(chǎng)變量或基本未知量，將左右邊界設(shè)置為水頭邊界，左右兩側(cè)各定義360 m和415 m高的水頭。在SEEP/W模塊設(shè)定滲流面流量，設(shè)定僅隨時(shí)間變化的水流速率，零流量及不透水邊界設(shè)定在模型底部。

堆積層土體在降雨作用下由非飽和狀態(tài)至飽和狀態(tài)，結(jié)合GeoStudio軟件中SEEP/W模塊建立數(shù)值計(jì)算模型及選用合理巖土力學(xué)參數(shù) (表4)，模型分為兩層：人工填土及粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖。坡體含水量函數(shù)通過(guò)利用SEEP/W滲流模塊中體積含水量方程估算，得到土水特征曲線(圖9和圖10)，滲透系數(shù)是通過(guò)Frellund & Xing方法進(jìn)行擬合[15]。

圖9 土水特征曲線

圖10 滲透性函數(shù)特征曲線

表4 巖土體參數(shù)

查閱滑坡區(qū)域歷史強(qiáng)降雨資料及野外監(jiān)測(cè)降雨量,區(qū)內(nèi)雨量最大值：338 mm/d[16]。通過(guò)Geo-Studio 軟件中SEEP /W模塊選取暴雨強(qiáng)度為260 mm/d模擬降雨條件下坡體內(nèi)孔隙水壓力變化。

由于斜坡上層土體松散，雨水滲入基巖界面并沿著基巖界面緩慢排泄，同時(shí)在下滲作用下，細(xì)小顆粒易被攜帶并富集在基巖界面[17]，緩低洼區(qū)域的上層滯水難以迅速排出。由圖11可知土體內(nèi)孔隙水壓力隨降雨增加，浸潤(rùn)線持續(xù)由地表逐漸下移，直至浸潤(rùn)整個(gè)非飽和土體。

圖11 降雨強(qiáng)度260 mm/d 時(shí)坡體內(nèi)孔隙水壓力

4.4 Geo-SLOPE下滑坡穩(wěn)定性分析

分析滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)隨降雨時(shí)間而變化，由于研究區(qū)降雨主要以暴雨形式，因此降雨強(qiáng)度先增加到峰值，然后降低。降雨條件設(shè)置為兩個(gè)階段，前半段降雨時(shí)間設(shè)置為14 d，總降雨量為260 mm，降雨類型為均勻型，后14 d為非降雨?duì)顟B(tài)。Geo-Studio軟件中SEEP/W模塊和SLOPE/W模塊結(jié)合進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。如圖12所示，穩(wěn)定系數(shù)在降雨過(guò)程中迅速下降,然后緩慢上升。降雨初期,由于土體迅速飽水，土體強(qiáng)度降低,穩(wěn)定系數(shù)迅速下降至1.02。隨著降雨停止，孔隙水壓力逐漸消散，基質(zhì)吸力增加，最終穩(wěn)定性系數(shù)為1.061。整個(gè)降雨過(guò)程中，地下水被抬升對(duì)滑坡體起到浮托作用和使滑帶土軟化。

圖12 降雨下穩(wěn)定性系數(shù)變化曲線

運(yùn)用Geo-Studio軟件對(duì)天然和暴雨工況進(jìn)行數(shù)值模擬分析[18]。由暴雨工況穩(wěn)定性分析結(jié)果(表5和圖13)，可以看出B-B′剖面的穩(wěn)定系數(shù)在暴雨條件下急劇下降，下降值為18%(選取Bishop法穩(wěn)定性結(jié)果)。降雨和地下水活動(dòng)導(dǎo)致非飽和土質(zhì)邊坡內(nèi)孔隙水壓力增加，抗剪強(qiáng)度降低,穩(wěn)定性系數(shù)降低。

表5 滑坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖13 暴雨工況下穩(wěn)定性分析結(jié)果圖

4.5 穩(wěn)定性分析

該滑坡上層為松散的低液限粘土層，中部為塊石土，下層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖。據(jù)坡體變形特征，該滑坡為牽引式破壞，降雨及地下水活動(dòng)和工程活動(dòng)為誘發(fā)該滑坡的主要因素。通過(guò)滑帶土室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，土體粘聚力和內(nèi)摩擦角都隨著含水率的增大而減小。通過(guò)數(shù)值模擬分析，暴雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)1.05為失穩(wěn)狀態(tài)。強(qiáng)降雨使土體中孔隙水壓力增大、抗剪強(qiáng)度急劇降低等，導(dǎo)致穩(wěn)定性系數(shù)迅速下降。

5 結(jié)論

(1) 廣巴高速公路K132 +485～K132 + 915路段滑坡為中型牽引式滑坡，滑面最大深度達(dá)27 m，平均厚度約15 m，降雨和工程活動(dòng)是主要誘發(fā)因素。

(2) 通過(guò)有限的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映滑坡的變形情況。在天然工況下，滑坡變形很小，基本穩(wěn)定;在暴雨工況下，滑坡變形急劇增大，一周內(nèi)變形量近20 mm。根據(jù)滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示，總體變形情況后緣大于前緣。

(3) 采用坡面防護(hù)、抗滑樁加固、綜合排水等措施對(duì)滑坡進(jìn)行綜合治理后，經(jīng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，治理效果良好，坡體變形位移明顯收斂，滑坡體整體穩(wěn)定。