彭 成，范子堅，付貴海，成彥惠

(1.南華大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001；2.湖南城市學(xué)院 土木工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

礦區(qū)與山區(qū)存在大量的失穩(wěn)邊坡，當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化時，易發(fā)生滑坡災(zāi)害，給社會生產(chǎn)與人民生命財產(chǎn)造成極大威脅[1].為選擇合理的滑坡治理措施，降低滑坡災(zāi)害的不利影響，需從滑坡形成條件、滑坡穩(wěn)定性影響因素、工程治理處置措施、滑坡穩(wěn)定性分析、滑坡監(jiān)測措施等方面進行研究[2-5].

碎石土滑坡一般由坡積、沖積、崩塌堆積和滑坡堆積而成[6].連續(xù)性降雨是激發(fā)碎石土滑坡發(fā)生的主要因素，降雨入滲將加速滑坡的變形速率.據(jù)統(tǒng)計，絕大部分碎石土滑坡的失穩(wěn)均發(fā)生在雨季；在降雨量較少的季節(jié)，滑坡變形又趨停止[7].由于影響碎石土滑坡穩(wěn)定性的因素眾多，滑坡破壞機理復(fù)雜，其巖土體的組成物質(zhì)多樣，為了對治理后的碎石土滑坡進行治理效果評估，所以需對滑坡治理前后的穩(wěn)定性變化進行研究.目前，主要通過地質(zhì)調(diào)查、數(shù)值模擬、模型試驗等方法進行碎石土滑坡的破壞機理研究[8-11]，對于滑坡治理后的穩(wěn)定狀態(tài)分析與治理效果評價研究甚少.為探究碎石土滑坡治理后的穩(wěn)定性變化，本文基于江石橋滑坡群的形成條件與穩(wěn)定性進行研究，并通過長期監(jiān)測對其治理效果進行評價.

1 工程概況

江石橋滑坡群由Ⅰ～Ⅴ號滑坡體組成，滑體組成物質(zhì)主要為碎石粉質(zhì)黏土，Ⅰ號滑坡體已經(jīng)進行了專項治理，但Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ號滑坡體仍處于蠕滑變形階段.Ⅱ號滑坡體冠高408.72 m，趾高306.36 m，相對高差約102 m，滑坡體平均坡度約10°～30°，滑坡縱長511 m，面積約16.7 萬m2，滑體平均厚度為13.7 m，總體積約228.92 萬m3，綜合確定為大型中層土質(zhì)牽引式滑坡.Ⅲ號滑體冠高420.23 m，趾高313.07 m，相對高差約107 m，平均坡度約15°～30°，滑坡縱長350 m，面積約3.4萬m2，滑體平均厚度為13.25 m，總體積約44.98萬m3，綜合確定為中型中層土質(zhì)推移式滑坡.Ⅴ號滑坡體冠高338.14 m，趾高252.78 m，相對高差約85 m，平均坡度約20°～45°，滑坡縱長216 m，面積約5.9萬m2，滑體平均厚度為4.85 m，體積約28.7萬m3，綜合確定為中型淺層土質(zhì)牽引式滑坡.江石橋滑坡群各滑坡位置分布如圖1所示.

圖1 江石橋滑坡群滑坡體位置分布

江石橋滑坡群位于桃江縣灰山港鎮(zhèn)江石橋水庫北岸，該滑坡群附近生活有105戶居民(共390人)，有1 500 m的公路經(jīng)過滑坡區(qū)域.如發(fā)生滑坡，直接經(jīng)濟損失將達1 300 萬元.Ⅱ號滑坡體在2004年5月21日滑動，造成4棟房屋產(chǎn)生傾斜與裂縫；Ⅴ號滑坡體在2012年5月有明顯滑動，后緣出現(xiàn)拉張裂縫.多種跡象表明江石橋滑坡群的Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ號滑坡體在雨季有明顯的滑動跡象，為防止滑坡對居民造成經(jīng)濟損失，減緩滑坡變形趨勢，需對Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ號滑坡體進行綜合治理.

2 研究方法及技術(shù)路線

滑坡治理穩(wěn)定性分析及效果評價的研究方法及技術(shù)路線具體如圖2所示.通過滑坡形成機制分析、治理穩(wěn)定性分析、治理后期滑坡位移變化趨勢監(jiān)測3個方面來實現(xiàn)滑坡的穩(wěn)定性動態(tài)反饋機制及治理效果評價，其主要涉及滑坡的變形機制、破壞因素、穩(wěn)定性計算、狀態(tài)分析和工程治理效果評價等內(nèi)容.

圖2 滑坡治理研究體系

3 滑坡形成機制分析

根據(jù)滑坡的地質(zhì)勘察結(jié)果，江石橋滑坡群的形成因素分為內(nèi)在因素與外在因素，內(nèi)在因素主要為地形地貌條件、地質(zhì)條件；外在因素主要為氣象水文條件、人類工程活動等.

滑坡群的地形坡度范圍為15°～45°，滑坡相對高差范圍在60～110 m，是形成滑坡的有利地形條件.滑坡體均由可塑狀至硬塑狀含碎石粉質(zhì)黏土組成，土體結(jié)構(gòu)松散，有良好的透水性.滑帶由軟塑狀含碎石的粉質(zhì)黏土組成，抗剪強度低.滑床由強風(fēng)化至中風(fēng)化砂巖與泥炭質(zhì)灰?guī)r組成，巖石裂隙被泥質(zhì)充填或方解石膠結(jié)，透水性相對較差.由于滑床相對隔水，導(dǎo)致地表滲流與地下水只能沿土巖接觸面通過，而地下水滲流通道的形成，導(dǎo)致滲流帶土體呈軟塑狀，土體抗剪強度降低，易于形成滑坡.

滑坡區(qū)域的降雨時間分配不均勻，夏季多暴雨，且持續(xù)降雨天氣較多.降雨后，雨水滲入土體，會進一步使滑坡土體軟化，降低土體的抗剪強度，同時形成靜水壓力與動水壓力，增加土體容重，導(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性降低.另外，Ⅱ號滑坡體的前緣為水庫的西北岸，不利于滑坡穩(wěn)定.劉哲儒在對三峽水庫中碎石土滑體滲透性的研究中發(fā)現(xiàn)水庫水位的驟降和驟升對滑坡體的穩(wěn)定性有較大影響[12].人類工程活動對滑坡影響較大，滑坡區(qū)分布有大量的旱地，導(dǎo)致地表水的滯留坡體；公路和房屋的建設(shè)導(dǎo)致原有排水條件的改變，甚至局部區(qū)域存在開挖坡腳的現(xiàn)象.

4 滑坡穩(wěn)定性分析

分析滑坡穩(wěn)定性的前期工作主要為確定滑動面位置、滑帶組成成分、滑坡體組成物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì).根據(jù)對滑坡的現(xiàn)場勘測，江石橋滑坡群各滑體的滑動面位于巖土分界面附近，且各滑體的滑動面均為折線型；滑帶土體由含碎石的粉質(zhì)黏土組成，遇水土體易軟化.本研究通過對比分析暴雨工況條件與一般條件的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化情況，結(jié)合治理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對治理效果進行評價.依據(jù)現(xiàn)行的國家規(guī)范[13]，對江石橋滑坡各滑坡體采用極限平衡法對滑坡穩(wěn)定性進行評價，因滑坡所在位置的地震峰值加速度很小，故不考慮地震對滑坡穩(wěn)定性的影響.其計算公式為：

其中，ψi為第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

其中，Wi為第i條塊的重量(kN/m)；ci為第i條塊內(nèi)聚力(kPa)；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；Li為第i條塊滑面長度(m)；αi為第i條塊滑面傾角(°)；Kf為穩(wěn)定系數(shù)；ru為孔隙壓力(kPa)；Tn為作用于第i塊段滑動面上的滑動分力(kN/m)，出現(xiàn)與滑動方向相反的滑動分力時，Ti應(yīng)取負(fù)值.

通過現(xiàn)場試驗與室內(nèi)試驗，確定各滑坡體土體的物理力學(xué)性質(zhì)，見表1(其中ω為土的含水量；a1-2為土的壓縮系數(shù)；Es為土的壓縮模量；c為土的黏聚力；φ為土的內(nèi)摩擦角).其中因為滑坡體位置相近，各滑坡體土體顆粒比重均為2.73，土體天然密度均按照1.92 g/cm3計算.

表1 滑坡體土體物理力學(xué)性質(zhì)

滑坡的發(fā)生通常是由于滑帶土體發(fā)生破壞，通過確定滑帶土體在不同條件下的黏聚力與內(nèi)摩擦角，得到滑帶土體在不同環(huán)境中的抗剪強度，從而計算滑坡的穩(wěn)定性，江石橋滑坡群各滑坡體滑帶土體的的物理力學(xué)性質(zhì)見表2.

表2 滑帶土體物理力學(xué)性質(zhì)

對Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ號滑坡體在平行于主滑動方向取3條縱剖面進行穩(wěn)定性計算.Ⅱ號滑坡體從主滑動方向的3條縱剖面為1-1′、2-2′、3-3′；Ⅲ號滑坡體從主滑動方向的3條縱剖面為6-6′、B-B′、C-C′；Ⅴ號滑坡體從主滑動方向的3條縱剖面為10-10′、11-11′、12-12′.

對滑坡在2種不同工況下進行穩(wěn)定性計算，工況1僅考慮滑坡體自重，工況2為暴雨條件下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)計算，得到滑坡體不同縱剖面位置的穩(wěn)定性系數(shù).在工況1條件下，滑坡體的安全系數(shù)取K=1.15；在工況2條件下滑坡體的安全系數(shù)取K=1.05，對比計算結(jié)果，對滑坡進行穩(wěn)定性評價.滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果見表3和圖3.

結(jié)合圖3與表3分析滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)在不同工況下的變化.在工況1條件下，Ⅱ號滑坡體主剖面穩(wěn)定性系數(shù)略小于1.15，其他2條輔剖面在安全系數(shù)周邊波動，能基本保持穩(wěn)定；Ⅲ號滑坡體住剖面遠(yuǎn)大于1.15，其中C-C′輔剖面略小于1.15，處于穩(wěn)定狀態(tài)；Ⅴ號滑坡體所有計算剖面均在安全系數(shù)周邊波動，滑坡體基本能保持穩(wěn)定.但是在工況2中，Ⅱ、Ⅲ號滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.05，滑坡體均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，Ⅴ號滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)在安全系數(shù)周邊波動.

結(jié)合江石橋滑坡群的周邊環(huán)境與穩(wěn)定性計算結(jié)果，可知Ⅱ號滑坡體位于江石橋水庫北岸，Ⅱ號滑坡體受水庫水體的浸泡、沖蝕作用和洪水消落的影響，同時水庫水位的升降將導(dǎo)致滑坡體前緣的巖土體強度降低，從而導(dǎo)致Ⅱ號滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)降低.而Ⅲ、Ⅴ號滑坡體的位置與滑坡走向均與水庫無關(guān)，降雨入滲是影響其穩(wěn)定性的主要原因.而降雨產(chǎn)生的間接作用與直接作用是導(dǎo)致滑坡體失穩(wěn)的主要因素.

5 工程治理效果監(jiān)測

因滑坡體在工況1條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在工況2條件下滑坡體欠穩(wěn)定，對滑坡進行監(jiān)測能有效預(yù)防滑坡造成的財產(chǎn)損失，同時能對滑坡治理效果進行評估.江石橋滑坡采用地表位移測量與裂縫寬度變化監(jiān)測的方式對滑坡變形進行監(jiān)測.

滑坡群共布置15個水平位移監(jiān)測點，但各滑坡體有一定的距離，在文中不能全部進行列舉分析，選取受水庫水位變化影響較大的Ⅱ號滑坡后緣的2W-1水平位移監(jiān)測點進行分析，2W-1水平位移監(jiān)測點位移時間曲線見圖4.

圖4 2W-1水平位移監(jiān)測點位移時間曲線

為對滑坡群影響區(qū)域的房屋進行裂縫寬度監(jiān)測，共布置14個裂縫寬度監(jiān)測點，選取2W-1水平位移監(jiān)測點附近的房屋2F-5裂縫監(jiān)測點進行分析.2F-5房屋裂縫寬度監(jiān)測點寬度時間曲線見圖5.

圖5 2F-5裂縫監(jiān)測點寬度時間曲線

2016年9月對滑坡群進行綜合治理，治理措施主要是在滑坡體后緣布設(shè)截水溝，在滑坡體中部及下部布設(shè)縱橫向排水溝，降低雨期地表水滲入滑坡體的水量.由圖4可知，滑坡在進行治理前，2W-1水平位移監(jiān)測點在2016年3月份至9月份之間有較大的位移變化量，該地區(qū)的降雨主要集中在該時段，且多暴雨.由圖5可見，房屋裂縫發(fā)育時間主要為治理期間，在對滑坡進行地表水流動通道處理后，其裂縫變化趨勢較為穩(wěn)定，且隨著時間推移，房屋裂縫的變化波動越小.進行治理后，滑坡的位移速度變慢.監(jiān)測至目前，滑坡在進行截排水后，綜合判定滑坡基本保持穩(wěn)定，其滑動速度顯著降低.Ⅱ號滑坡后緣治理前后裂縫寬度變形如圖6所示.

圖6 Ⅱ號滑坡后緣治理前后裂縫寬度對比

由圖6可知，在滑坡治理前，滑坡后緣已經(jīng)有較大的裂縫，降雨易滲入土體，使滑帶土體抗剪強度降低，加速滑坡的滑動速度.但是進行截排水處理后，至2020年10月，滑坡后緣雖然有裂縫產(chǎn)生，但是寬度較小.結(jié)合圖4、圖5與圖6可知，對滑坡表面進行截排水能有效減緩滑坡的變形速度.

6 結(jié)語

本文針對碎石土滑坡治理前后的穩(wěn)定性與治理效果問題，基于江石橋滑坡群形成條件與變形破壞情況，并結(jié)合江石橋碎石土滑坡的形成條件，進行了滑坡形成機制、治理前后滑坡穩(wěn)定性分析及工程治理效果評估等方面的研究.結(jié)果表明：相對高差大的碎石土堆積體與陡坡是形成滑坡的地形條件；地下水排泄通道受阻，導(dǎo)致滑帶土體軟化，是滑坡形成的地質(zhì)條件；連續(xù)降雨會加速碎石土滑坡的發(fā)育速度；通過對比在不同工況條件下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)，發(fā)現(xiàn)降雨是導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)的主要原因，會極大地降低滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)；對滑坡進行截排水處理，能極大地減緩滑坡的變形趨勢，使滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài).

綜上，處理好地表滲流能有效控制碎石土滑坡的變形，提高碎石土滑坡的穩(wěn)定性.