胡愛國，周 偉

（四川省核工業(yè)地質局二八二大隊, 四川 德陽 638000）

0 引言

西南山地存在眾多的不同成因的堆積體斜坡，坡體上常聚居村落、交通和水利水電等基礎設施。在多種因素的作用下，堆積體斜坡常易形成大規(guī)模的滑坡，威脅人民生命財產安全。這類滑坡地處高山峽谷地貌，地質環(huán)境條件復雜多變，誘發(fā)滑坡變形的因素眾多，其中地震和強降雨是主要的誘發(fā)因素，特別是兩因素常相互作用防治難度大[1?2]。

爐霍縣旦都鄉(xiāng)馬居滑坡位于鮮水河斷裂帶附近，受近年來地震活動[3]和降雨影響，從2015年開始明顯變形，且逐年加劇，現(xiàn)已演化為一大型滑坡。滑坡的破壞模式和滑坡機理在區(qū)域內具有典型性，本次擬對此滑坡的變形破壞機理進行研究，以期理清這類滑坡變形發(fā)展的過程和各因素相互作用的影響，進一步優(yōu)化防治方案，評價方案的有效性和安全性，為地質災害防治和風險管控提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質環(huán)境條件

爐霍縣地處青藏高原東南邊緣，高山峽谷地貌區(qū)，海拔高度3 300～3 600 m，區(qū)域內河流為鮮水河支流。平均年降雨量700 ～920 mm。近10年降雨量較平穩(wěn)。區(qū)域內地質構造復雜，新近構造活動強烈（圖1）。歷史上遭受多次地震的影響，1973年爐霍縣鮮水河斷裂帶發(fā)生7.6級地震，2014年11月22日鮮水河斷裂帶的康定地區(qū)發(fā)生6.3級地震及多次余震。研究區(qū)基本地震動峰值加速度為0.3g，反應譜特征周期為0.4 s[4]。

圖1 研究區(qū)地震斷裂及歷史地震分布圖[4]Fig.1 Distribution map of seismic faults and historical earthquakes in the study area

研究區(qū)地層主要為三疊系上統(tǒng)雅江組上段（T3y3）含粉砂炭質絹云板巖和變質長石石英砂巖、第四系殘坡積層滑坡堆積層。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡基本概況

滑坡整體呈圈椅狀，滑坡后緣以寺廟（馬居廟）外側圍墻前拉張裂縫為界，前緣以俄覺龍日溝溝床為界，左側和右側以水溝為界，滑坡面積4.6×104m2，厚10～13 m，體積60×104m3，屬中型土質滑坡?；轮骰较驗?00°，整體坡度約30°，呈前陡后緩的趨勢，前緣坡度約35°～40°，后緣坡度約20°～25°。

2.2 變形特征

根據(jù)滑坡的變形破壞特征將該滑坡劃分為2個變形區(qū)，其中Ⅰ區(qū)為寺廟及下方坡體，Ⅱ區(qū)為寺廟外北側區(qū)域。變形Ⅰ區(qū)主要變形特征有：前緣溝床侵蝕垮塌下錯臺坎，橫向拉張裂縫，后緣拉裂縫、寺廟房屋裂縫等。變形Ⅱ區(qū)主要變形特征有：后緣拉裂縫、地面開裂、電桿歪斜、前緣多級下錯陡坎群等。

調查表明，該滑坡區(qū)在2015年以前未出現(xiàn)可見變形，受2014年11月康定地震及余震影響，該區(qū)震感明顯，2015年雨季時滑坡前緣陸續(xù)變形，以后每年雨季滑坡體變形呈現(xiàn)出了逐年加劇的趨勢，滑坡體后緣也陸續(xù)出現(xiàn)了變形，2020年發(fā)生了一次短歷時強降雨，雨強約為50年一遇降雨，誘發(fā)了俄覺龍日溝泥石流，對坡腳沖刷淘蝕，滑坡前緣出現(xiàn)了大規(guī)模的滑坡變形，并進一步牽引后緣變形加劇。

2.3 坡體結構特征

滑體主要由第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層組成。厚度為10～13 m，主要成份為含黏碎石土，所充填黏性土褐黃色，稍濕，無搖振反應，干強度較高，切面較光滑，碎石成分主要為變質砂質、板巖，常見鈣質膠結，粒徑一般2～10 cm，含量大于50%?；瑤挥诨w或基覆界面，含水量較大，地下水活動痕跡明顯?；矠槿B系上統(tǒng)雅江組上段含粉砂炭質絹云板巖（T3y3）和變質長石石英砂巖互層（表1）?；聟^(qū)工程地質平面圖見圖2，滑坡體結構特征見圖3。

圖2 馬居滑坡工程地質平面圖Fig.2 Engineering geological plane map of Maju landslide

圖3 2-2′剖面圖Fig.3 Section 2-2′ of landslide area

表1 滑坡區(qū)主要巖土參數(shù)表Table 1 Geotechnical parameters of landslide area

3 滑坡變形破壞機理分析

馬居滑坡是位于地震區(qū)的一堆積體滑坡，勘查表明，該滑坡坡度較陡，滑坡體結構為含黏碎石土層。下覆基巖為含粉砂炭質絹云板巖具有較好的隔水性，基覆界面地下水活動較強。受2014年地震作用滑坡體結構完整性和穩(wěn)定性變差，隨后受降雨和坡腳下切作用坡體變形持續(xù)加大，滑坡體處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)。

該滑坡變形過程及所受影響因素明確，但總體來說，該滑坡地質環(huán)境條件復雜多變，誘發(fā)因素和作用方式多變，通過對滑坡變形特征及變形歷史分析，基本理清了近期滑坡變形的時空關系，為更好地查清該滑坡變形破壞機理，更好地指導滑坡防治方案的制定，這里對滑坡三個重要的影響因素進行數(shù)值分析。選取的分析剖面為滑坡主滑方向的2-2′剖面，模型水平方向左右采用位移約束，模型的底部采用豎向位移約束。共劃分14 070個結點，6 811個單元。參數(shù)見表1。

3.1 地震作用下坡體變形機理分析

對馬居滑坡變形歷史調查表明，2014年發(fā)生在鮮水河斷裂帶上的康定地震，對該滑坡穩(wěn)定性影響大，為了進一步查明地震對該滑坡具體影響程度，這里選取該地區(qū)多遇地震加速度及特征周期人工合成地震波進行時程分析[5]。人工合成的地震波見圖4。

圖4 多遇地震條件下人工合成地震波時程曲線Fig.4 Synthetic seismic wave time history curve under frequent earthquakes

時程分析獲得了斜坡在地震作用下坡體的塑性區(qū)分布圖及最大剪應變增量云圖[6]（圖5、圖6）。

圖5 多遇地震條件下斜坡塑性區(qū)發(fā)育分布圖Fig.5 Development distribution of slope plastic zone under frequent earthquake conditions

圖6 多遇地震條件下斜坡最大剪應變增量云圖Fig.6 Cloud map of maximum shear strain increment of slope under frequent Earthquake

模擬結果表明地震作用對斜坡穩(wěn)定性影響大，斜坡體內塑性區(qū)基本上成片相連，特別是斜坡頂部出現(xiàn)了大面積的塑性區(qū)，該區(qū)域也是地表裂縫發(fā)現(xiàn)最多的區(qū)域，剪應變云圖表明在基覆界面處剪應變增量最大，且出現(xiàn)了兩個較大的區(qū)域，特別是溝道向上約10～30 m的位置，勘查表明該區(qū)裂縫發(fā)育密集。在地震荷載作用下，坡體穩(wěn)定性下降，斜坡土體結構遭到破壞，地震后不久，在坡體緩坡平臺前緣部分相繼出現(xiàn)開裂，該點隨即納入監(jiān)控。

3.2 坡腳溝道下切誘發(fā)坡體變形破壞分析

2020年7月該區(qū)域暴發(fā)了短歷時強降雨，俄覺龍日溝暴發(fā)了50年一遇泥石流，坡腳溝道淘蝕嚴重，滑坡體前緣變形加劇。為了查明溝道下切對滑坡穩(wěn)定性影響，以本次勘查溝道內的基覆界面作為最大沖刷深度進行數(shù)值分析，采用參數(shù)折減法進行穩(wěn)定系數(shù)計算。獲得下切后穩(wěn)定系數(shù)為1.00，最大剪應變區(qū)域延伸至溝道底部，表明溝道下切后牽引作用明顯，直接導致坡體變形加?。▓D7）。

圖7 坡腳下切后斜坡最大剪應變增量云圖Fig.7 Cloud map of maximum shear stress increment of slope after slope toe undercutting

3.3 不同降雨頻率條件下穩(wěn)定性分析

鋒深度Zw可采用以下公式計算：

該滑坡不但受到短歷時強降雨沖刷坡腳的影響，變形歷史表明，長歷時降雨也對滑坡的穩(wěn)定性影響較大。研究表明[7?19]，滑坡體采用Mein-Larson降雨入滲模型能較好地模擬出降雨對坡體含水率影響，可計算出不同時刻坡體濕潤鋒深度，降雨結束后，再采用滲透模型計算各時刻地下水的分布特征，對于特征時間結點采用強度折減法計算出各時刻滑坡穩(wěn)定系數(shù)，以此評價降雨全歷時滑坡的穩(wěn)定性變化?；麦w的飽和滲透系數(shù)為0.42 m/h，100年一遇降雨強度為0.034 m/h,50年一遇降雨強度為0.031 m/h，20年一遇降雨強度為0.026 m/h，10年一遇降雨強度為0.023 m/h，常年降雨強度為0.015 m/h，滑坡體的飽和滲透系數(shù)大于小時降雨強度，則垂直濕潤

式中：M——飽和含水率與初始含水率的差值（本次取0.1）；

p——降雨強度m/h；

t——降雨歷時/h。

本次降雨歷時綜合近年來該地區(qū)長歷時強降雨并綜合類似文獻[6]后綜合確定計算時長為10 d。強降雨入滲坡體后采用地下水滲透模型進行模擬分析，地表及溝道表明設置為透水邊界，其余設置為不透水邊界條件。

分析結果可以看出強降雨的雨強越大對滑坡的穩(wěn)定性影響越大，強降雨在降雨過程中坡體淺表飽和，濕潤鋒下移，但是滑坡穩(wěn)定下降不明顯，隨著濕潤鋒向坡體轉移過中滑坡體的穩(wěn)定性有較大幅度的下降，隨后隨著地下水沿著隔水界面活動時，滑坡穩(wěn)定性長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，待滑坡體內的地下水基本被疏干后滑坡體整體穩(wěn)定性逐漸恢復到初始狀態(tài)。說明滑坡風險管控中不但要關注降雨時刻會誘發(fā)滑坡災害，在降雨過后較長時間（可能5 d左右）內照樣會出現(xiàn)滑坡災害（圖8）。

圖8 距離240 m處強降雨歷時全過程飽和土體厚度變化情況（2-2′剖面）Fig.8 Variation of saturated soil thickness in the whole process of heavy rainfall atx=240 m (2-2′ section)

本次對于降雨入滲研究表明厚層堆積體滑坡的穩(wěn)定性較降雨條件下淺表層滑坡穩(wěn)定性的變化在降雨階段有所不同，主要體現(xiàn)在淺表層無限邊坡和巖質邊坡[20]的穩(wěn)定性在降雨期間下降很快[6]，而厚層堆積體滑坡的整體穩(wěn)定性雖有向下的趨勢，但是整體穩(wěn)定性下降不大（圖9）。

圖9 滑坡體在強降雨入滲條件下穩(wěn)定系數(shù)變化情況Fig.9 Variation of stability coefficient of landslide under heavy rainfall infiltration

3.4 滑坡變形破壞機理小結

文中對馬居滑培的機理分析遵循該滑坡變形歷史過程進行模擬，力求獲得該滑坡地震、坡腳下切、強降雨入滲等因素的影響。分析結果表明：馬居滑坡先是地震作用對坡體損傷作用明顯，促使坡體裂隙發(fā)育，位于基覆界面的滑面基本形成，滑坡體整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，后期隨著降雨入滲的影響，滑坡體處于緩慢變形，2020年的短歷時強降雨誘發(fā)泥石流沖刷下切坡腳，誘發(fā)前緣大規(guī)模滑坡，牽引作用使得滑面進一步貫通，變形加劇，坡體整體穩(wěn)定性進一步下降。模擬結果很好地擬合了滑坡變形破壞過程，進一步揭示了滑坡變形破壞機理，這為工程防治和風險管控打下了基礎。

4 滑坡防治方案分析

4.1 防治方案

馬居滑坡坡體上常住人口多，周邊斜坡失穩(wěn)后將直接威脅寺廟安全，其后果嚴重，屬大型地質災害。該滑坡地質環(huán)境條件復雜，滑坡誘發(fā)因素多，地震、降雨等疊加后易形成特大型災害。

滑坡體及周邊地形坡度大，從寺廟至溝道斜坡基本上不具備設置抗滑支擋的工程施工條件，但該段斜坡穩(wěn)定性最差，在天然狀態(tài)下其穩(wěn)定系數(shù)介于1.03～1.05，溝道下切后坡體的穩(wěn)定性將下降到1.0附近，若繼續(xù)沖刷將整體失穩(wěn)。寺廟建在緩坡平臺上，寺廟前緣有一較緩坡平臺，可作為抗滑樁施工場地，若在此設置抗滑樁將直接針寺廟建筑物進行保護。

所以，在綜合考慮滑坡變形破壞機理和施工條件的基礎上，確定了本滑坡治理方案：在滑坡體中部（寺廟前緣）抗滑支擋，坡腳溝道固床防止下切。

4.2 坡腳防護

坡腳溝道下切持續(xù)牽引坡體整體變形，坡腳溝道的防護措施是必要的。坡腳防護有兩種方案，一種是溝道固床，保持現(xiàn)有狀態(tài)，溝道不繼續(xù)下切，前緣坡體在自然條件下逐步穩(wěn)定。另外一種方案就是回淤壓腳，提高滑坡前緣穩(wěn)定性。后一種方案屬于主動防治方案，這里選取回淤高度2 m、4 m、6 m、8 m、10 m進行回淤壓腳效果分析，分析采用參數(shù)折減法。

分析結果表明，不同回淤高度的壓腳提升滑坡穩(wěn)定性差距較大，回淤高度8 m以內對滑坡前緣穩(wěn)定性基本上無明顯改善，只有當回淤高度超過8 m時才有較大幅度的提高。通過對滑坡前緣非穩(wěn)定狀態(tài)下的最大剪應變云圖分析，滑坡前緣最不利滑面的剪出口距溝底的高度大于8 m，若回淤高度小于8 m，對穩(wěn)定性的貢獻基本上很小，所以穩(wěn)定系數(shù)一直處于徘徊于1.03附近，若要大幅度提高滑坡整體穩(wěn)定性，回淤壓腳的高度至少要大于10 m，考慮到該滑坡體坡腳溝道縱坡較陡、溝道較長，必須采用多道高壩才能達到治理的效果（圖10）。

圖10 不同回淤高度滑坡前緣穩(wěn)定系數(shù)變化情況Fig.10 Variation of stability coefficient of landslide front at different siltation heights

4.3 極端條件下防治方案安全性評價

滑坡區(qū)地處中國最活躍的地震斷裂帶上，發(fā)生地震可能性大，對在地震工況及強降雨條件下防治方案的安全性進行評價是必要的[21?22]。本次考慮到在極端條件下，如地震和長歷時強降雨來襲后，滑坡前緣失穩(wěn)，或者在坡腳淘蝕作用長期作用下滑坡前緣坡體累進破壞導致前緣整體失穩(wěn)，使抗滑樁前緣失去支擋，在這種條件下對上部抗滑樁方案的安全性進行評價。滑坡區(qū)基本地震動峰值加速度為0.3g，多遇地震動峰值加速度為0.1g，罕遇地震0.57g[4]（通過數(shù)值分析獲得了各工況條件下滑坡穩(wěn)定性分區(qū)云圖圖11?圖15）。

圖11 溝道現(xiàn)狀條件下滑坡前緣最大剪應變增量云圖Fig.11 Cloud map of maximum shear strain increment at the front edge of landslide under the current condition of gully

圖12 失去支擋后天然工況下滑坡穩(wěn)定性分區(qū)云圖Fig.12 Cloud map of landslide stability zoning under natural conditions after loss of support at the front edge

圖13 失去支擋后多遇地震工況下滑坡穩(wěn)定性分區(qū)云圖Fig.13 Cloud map of landslide stability zoning under frequent earthquake conditions after loss of support at the front edge

圖14 失去支擋后基本地震工況下滑坡穩(wěn)定性分區(qū)云圖Fig.14 Cloud map of landslide stability under basic seismic conditions after loss of support at the front edge

圖15 失去支擋后罕遇地震工況下滑坡穩(wěn)定性分區(qū)云圖Fig.15 Cloud map of landslide stability zoning under rare earthquake conditions after loss of support at the front edge

數(shù)值分析表明前緣失去支擋后，抗滑樁方案對上部保護對象能有效的保護，穩(wěn)定性差的部分就是上部滑體及后緣陡坡部分，天然工況及三種地震工況下穩(wěn)定系數(shù)依次降低，分別為1.4，1.3，1.2，1.0。數(shù)值分析結果說明在極端情況發(fā)生后，上部滑坡不會隨著前緣失去支擋后隨即破壞且還具有一定安全余度，但是該斜坡坡度陡，易在余震和強降雨作用下再次發(fā)生變形破壞，故在極端情況發(fā)生后，抗滑樁方案能夠為斜坡上的居民贏得撤離時間，提高抗風險的能力。

5 結論

通過對馬居堆積體滑坡變形破壞機理及防治方案研究，得到如下結論：

(1)馬居滑坡受地震作用和降雨作用雙重影響下，地震作用下坡體結構損傷嚴重，滑坡體穩(wěn)定性下降，后期降雨作用下滑坡變形進一步加劇，滑坡目前處于欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)對降雨入滲坡體的研究表明，短歷時降雨對滑坡的穩(wěn)定性影響較小，長歷時降雨在土體的濕潤鋒到達一定深度后滑坡的穩(wěn)定性才有較大幅度的下降，若降雨歷時較短，對滑坡的穩(wěn)定性影響有限，這相對于無限斜坡整體穩(wěn)定性要好。

(3)短歷時強降雨能形成較強的地表徑流，形成洪水或泥石流沖刷和淘蝕滑坡坡腳，對滑坡的穩(wěn)定性的影響較大，易形成牽引式滑坡，進而堵塞溝道形成泥石流的堵潰點。

(4)推薦采用抗滑樁加固床防治方案，固床回淤高度應綜合考慮滑坡剪出口位置，抗滑支檔方案在極端情況下有一定抗風險能力。