王 偉，王 衛(wèi)，戴雄輝

（1.四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川 成都 610017；2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院, 四川 成都 610059；3.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院, 重慶 401120）

0 引言

受地質(zhì)構(gòu)造及其活動(dòng)特征影響，老滑坡主要分布在山區(qū)河谷[1?2]，大型老滑坡把岸坡地貌改造為相對(duì)開闊平緩的斜坡，通常處于穩(wěn)定狀態(tài)，常為鐵路、公路、廠房、水電開發(fā)等山區(qū)建設(shè)和開發(fā)規(guī)劃所利用。但工程建設(shè)、降雨、地震等易引起老滑坡復(fù)活[3?6]，老滑坡的復(fù)活又影響工程建設(shè)及其安全運(yùn)營(yíng)，這些是工程建設(shè)需要關(guān)注的主要問題[7?8]。

針對(duì)老滑坡復(fù)活的機(jī)理、變形破壞特征、數(shù)值模型等方面的研究，前人進(jìn)行了較多的研究。殷躍平等[9]以藕塘滑坡為例認(rèn)為庫(kù)水位的升降以及降雨因素是促使滑坡復(fù)活變形的主要因素；黃潤(rùn)秋[10]、王恭先等[11]、殷志強(qiáng)[12]對(duì)滑坡在加載與降雨的條件下其穩(wěn)定性因素及成因機(jī)制進(jìn)行了分析研究；魏昌利等[3]、杜飛等[13]通過數(shù)值模擬方法認(rèn)為地震、降雨等對(duì)滑坡的復(fù)活起到促進(jìn)作用。

滑坡監(jiān)測(cè)工作是了解和掌握滑坡體的變形動(dòng)態(tài)特征，對(duì)滑坡正確分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及治理工程等提供可靠資料和科學(xué)依據(jù)的重要手段。同時(shí)，監(jiān)測(cè)結(jié)果也是檢驗(yàn)滑坡分析評(píng)價(jià)及滑坡防治工程效果的尺度[14]?；诖耍闹幸悦拦美R阿覺滑坡為例，通過采用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)并結(jié)合數(shù)值模擬等方法，詳細(xì)分析了滑坡復(fù)活變形特征與影響因素分析，并對(duì)滑坡治理工程的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為同類工程防治提供借鑒。

1 滑坡概況

老滑坡位于四川省美姑縣拉馬阿覺鄉(xiāng)瓦尼村，美姑河右岸，省道307從復(fù)活體中前部橫向穿過，滑坡全景照見圖1。復(fù)活體上建有四川美姑河水電開發(fā)有限公司營(yíng)地與220 kV 聯(lián)合開關(guān)站,居住有營(yíng)地工作人員及瓦尼村村民，其余為耕地。拉馬阿覺老滑坡沿河寬3.0～3.6 km，縱向長(zhǎng)6.0～6.5 km，前緣直達(dá)美姑河岸，后緣一直到后側(cè)基巖陡壁[15]。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，局部復(fù)活滑坡位于老滑坡西側(cè)前緣，長(zhǎng)約355 m，寬約360 m，平面上呈方形，滑體厚度20～30 m，滑坡蠕滑變形的體積約為255.6×104m3[16]（圖2）。

圖1 滑坡全貌Fig.1 Overall perspective of the landslide

滑坡區(qū)屬侵蝕構(gòu)造單斜低中山地貌，地勢(shì)為階梯狀斜坡，總體上是南高北低，老滑坡相對(duì)高差約680 m，整體地形平緩，坡角一般為8°～20°。老滑坡體上沖溝發(fā)育，西側(cè)發(fā)育一常年流水沖溝，為復(fù)活體西側(cè)邊界；東側(cè)發(fā)育一季節(jié)性沖溝，于20世紀(jì)70年代復(fù)活滑坡后緣以下沖溝被人為填埋形成耕地，為復(fù)活體東側(cè)邊界。

滑坡體為第四系松散層覆蓋，第四系由滑坡堆積、殘坡積、崩積物組成，主要為紫紅色、棕紅色含碎塊石粉質(zhì)黏土、黃灰色含角礫粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、紅褐色粉質(zhì)黏土及碎塊石組成?；聟^(qū)出露基巖為三疊系下統(tǒng)銅街子組（T1t），巖性為灰綠色泥巖、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、黃灰色泥巖、灰色細(xì)砂巖、粉砂巖及灰綠色白云巖，，鐵鋁質(zhì)或鈣質(zhì)填充, 裂隙較發(fā)育，其中細(xì)砂巖為基巖裂隙水含水層，其透水性中等；泥巖為隔水層，透水性差，也是滑坡的滑床，產(chǎn)狀：348°～350°∠12°～15°?；?-1'工程地質(zhì)剖面見圖3。

圖3 滑坡1-1'工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 1-1' engineering geological profile of landslide

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

2.1 滑坡前、后期治理工程措施與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1.1 滑坡前期治理工程措施與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

滑坡前期治理于2008年1月開始實(shí)施，至2008年6月施工完成。滑坡前期治理措施主要為在滑坡前緣實(shí)施了鋼筋石籠護(hù)坡（D1—D11）、滑坡中部59根抗滑樁、集水井（J1—J8）、截水溝等措施。

前期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括5個(gè)滑體深部位移監(jiān)測(cè)孔（JK01—JK03、JK05、JK07）、5個(gè)地下水位監(jiān)測(cè)孔（JK01—JK03、JK05、JK07）、樁身內(nèi)力（鋼筋計(jì)）（17#、32#、57#）（圖2），經(jīng)歷了施工期、營(yíng)運(yùn)期監(jiān)測(cè)[17?19]。

圖2 滑坡工程地質(zhì)平面圖及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置圖Fig.2 Landslide engineering geological plan and the monitoring system layout

2.1.2 滑坡后期治理工程措施與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)開關(guān)站及其擴(kuò)建工程的范圍，治理工程于2012年7月開始實(shí)施，至2013年2月施工完成。治理措施主要在開關(guān)站下側(cè)實(shí)施了39根抗滑樁（第二級(jí)支擋）樁頂用冠梁相連，開關(guān)站擴(kuò)建工程外圍修復(fù)截水溝的綜合治理措施。

主要針對(duì)開關(guān)站擴(kuò)建工程范圍，開展了施工期監(jiān)測(cè)[17，20?21]，布設(shè)了5個(gè)滑坡體深部位移監(jiān)測(cè)孔（CX01—CX05）、樁身內(nèi)力（鋼筋計(jì)）（H9、H18、H25、H38）、5個(gè)地下水位監(jiān)測(cè)孔（CX01—CX05）等（圖2）。

2.1.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)時(shí)間及施工情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況，文中選取3個(gè)代表性監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行分析，其各自的監(jiān)測(cè)時(shí)間及施工情況見表1。

表1 前、后期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)時(shí)間及施工時(shí)間表Table 1 Pre-and post-monitoring system monitoring time and construction schedule

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 深部位移監(jiān)測(cè)

滑體深部位移監(jiān)測(cè)是確定滑坡滑動(dòng)與否、活動(dòng)狀態(tài)及滑動(dòng)面（帶）層數(shù)、深度、厚度等最直接、最可靠的手段。因此，文中主要依據(jù)滑坡體深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析滑坡變形特征、對(duì)滑坡整治工程效果的檢驗(yàn)，以保證電力設(shè)施運(yùn)行安全。

（1）圖4為前期JK02監(jiān)測(cè)孔滑體深部位移曲線，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示孔口滑體累計(jì)位移達(dá)110 mm，滑面達(dá)80 mm?？够瑯兜戎卫砉こ淌┕て陂g，孔口滑體位移與滑面處位移幾乎相等呈豎向直線，滑體沿滑面呈現(xiàn)剛性滑動(dòng)，表現(xiàn)出單滑面及巖質(zhì)滑坡的特征，滑體變形隨時(shí)間持續(xù)增大，變形速率雖起伏變化較大，但整體呈增大趨勢(shì)，日均水平位移增量為1～3 mm；隨著抗滑樁等治理工程施工完成，抗滑樁發(fā)揮作用后，滑體變形自滑面至孔口逐漸增大，深部位移曲線由豎向直線轉(zhuǎn)變?yōu)樯洗笙滦⌒敝本€，同時(shí)滑體變形速率日漸減緩，直至滑體位移趨于穩(wěn)定，位移速率降低為0～0.3 mm/d。

圖4 JK02滑體深部位移曲線Fig.4 Deep displacement curve of JK02 sliding body

（2）圖5、圖6為后期CX02、CX05監(jiān)測(cè)孔滑體深部位移曲線，由圖分析可知，其位移主要發(fā)生在抗滑樁施工期間，孔口滑體累計(jì)35～45 mm，滑面累計(jì)位移33～57 mm，與前期相比實(shí)測(cè)的位移相對(duì)較小?？够瑯妒┕て陂g，其滑體位移曲線形態(tài)呈豎向直線，與前期監(jiān)測(cè)結(jié)果一致；但施工完成以后，其滑體位移曲線形態(tài)仍呈豎向直線，與前期監(jiān)測(cè)曲線形態(tài)存在差異，位移呈現(xiàn)沿滑帶整體滑移的特性，同時(shí)也表明了通過前期治理滑體穩(wěn)定性得到了明顯提高，但隨著施工活動(dòng)、加載、降雨入滲等外部因素的變化和影響，滑體內(nèi)部仍有變形的調(diào)整，隨著抗滑樁不斷發(fā)揮作用，滑體變形速率減小，滑坡體趨于穩(wěn)定。另外，離抗滑樁越近的CX02比離樁越遠(yuǎn)的CX05滑體位移收斂更快，且累計(jì)位移也較之更小，這說明了抗滑樁對(duì)距離樁較近的樁后滑體位移的限制作用比較遠(yuǎn)處的滑體顯著。

（3）由圖4、圖5、圖6可知，監(jiān)測(cè)曲線在某一深度處位移均發(fā)生突變，突變位置即滑動(dòng)面埋深，其中JK02、CX02、CX05滑動(dòng)面埋深分別為20～21.5 m、21.5～22.5 m、18.5～20.5 m，與現(xiàn)場(chǎng)勘察鉆孔巖芯所揭示的實(shí)際滑動(dòng)面基本一致，由此可以推斷該滑坡具有明顯的滑動(dòng)面，且滑動(dòng)面大體位于基覆界面位置。

圖5 CX02滑體深部位移曲線Fig.5 Deep displacement curve of CX02 sliding body

圖6 CX05滑體深部位移曲線Fig.6 Deep displacement curve of CX05 sliding body

2.2.2 地下水位監(jiān)測(cè)

圖7為2008年4月1日—2009年5月5日期間滑坡地下水位與降雨—時(shí)間關(guān)系曲線，由圖7可知，地下水位經(jīng)歷了持續(xù)下降到逐步回升，再到相對(duì)比較穩(wěn)定的過程，分別回升了5.65 m、4.58 m，分析其原因，主要是與抗滑樁施工及降雨量有關(guān)。

圖7 滑坡地下水位與降雨-時(shí)間關(guān)系曲線Fig.7 Curve between groundwater level and rainfall-reservior water level of landslide

3 老滑坡復(fù)活影響因素分析

3.1 降雨對(duì)老滑坡復(fù)活的影響

根據(jù)2008—2013年研究區(qū)降雨量統(tǒng)計(jì)顯示，降雨一般集中在每年6—9月，且其降雨量占全年降雨量80%以上。由以上分析可知，降雨入滲至滑坡體內(nèi)，滑坡體內(nèi)地下水位升高，巖土體由非飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為飽和狀態(tài)，同時(shí)降低滑帶土的抗剪強(qiáng)度，引起滑坡的下滑力增加、抗滑力下降，再加上地下水運(yùn)移使滑坡體內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)水壓力、浮托力等作用，加劇滑坡體變形，最終誘發(fā)老滑坡復(fù)活。

3.2 人類工程活動(dòng)對(duì)老滑坡復(fù)活的影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問，在老滑坡復(fù)活前，斜坡體上進(jìn)行了營(yíng)地及開關(guān)站大規(guī)模修建，由于大量開挖，使大量的地表水沿裂縫滲入到滑坡體中，改變滑坡體的滲流場(chǎng)，從而影響滑坡整體的穩(wěn)定性；另外，斜坡體上新建了多幢2～3層樓房及開關(guān)站相應(yīng)設(shè)施，位于滑坡中部，對(duì)滑坡滑動(dòng)有一定的促進(jìn)作用。據(jù)介紹，四川美姑河水電開發(fā)有限公司營(yíng)地自2004年7月人員駐進(jìn)以來發(fā)現(xiàn)局部地面開裂，職工活動(dòng)室及部分圍墻也出現(xiàn)裂縫，這說明受加載影響顯著。

4 三維數(shù)值模擬

FLAC3D軟件是一款連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析軟件，采用有限差分方程近似代替實(shí)際的微分方程組，然后進(jìn)行等效替代，將微分方程組化為代數(shù)方程來求解。因其計(jì)算速度快，數(shù)據(jù)占用空間小，可以模擬分析斜坡的受力狀態(tài)和穩(wěn)定性。除此之外，F(xiàn)LAC3D軟件在計(jì)算大變形的問題時(shí)，大變形值是通過各個(gè)時(shí)步的小變形疊加而得來的，用顯式時(shí)間差分來求解，這樣既節(jié)省了時(shí)間，也達(dá)到了解決多單元模型的目的。

4.1 參數(shù)選取

文中計(jì)算模型的本構(gòu)力學(xué)模型將采用摩爾-庫(kù)倫模型，模型的破壞包絡(luò)線和Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則（剪切屈服函數(shù)）以及拉破壞準(zhǔn)則(拉屈服函數(shù))相對(duì)應(yīng)，巖土體相關(guān)計(jì)算參數(shù)取值參考本項(xiàng)目的室內(nèi)試驗(yàn)、工程地質(zhì)類比法、參數(shù)反演分析及《巖石力學(xué)參數(shù)手冊(cè)》等進(jìn)行綜合取值，具體各巖土體物理力學(xué)取值見表2。

表2 數(shù)值計(jì)算參數(shù)取值Table 2 Numerical calculation parameter value

4.2 計(jì)算模型的建立

模型的邊界寬度取復(fù)活滑坡體寬度的十分之一時(shí)，滑坡的安全系數(shù)趨于穩(wěn)定，而且范圍取得越大影響越小，而滑帶以下基巖的深度對(duì)結(jié)果影響不大[22]。因此，根據(jù)滑坡明顯復(fù)活邊界條件及結(jié)合滑坡區(qū)域地形地貌特征確定FLAC3D的計(jì)算模型東西寬度（X方向）取480 m，兩邊超出滑坡側(cè)邊界60 m，模型底部取到高程1 225 m，比滑帶最低高程低80 m；模型南北向（Y方向）的長(zhǎng)度取765 m，北側(cè)邊界取至美姑河對(duì)岸，南側(cè)邊界超出后緣邊界40 m（圖8）。

圖8 三維計(jì)算模型網(wǎng)格圖Fig.8 Three-dimensional computational model grid diagram

模型材料分為3種，即滑床、滑帶及滑體，由于滑帶在各鉆孔的厚度不一，將滑帶的厚度統(tǒng)一簡(jiǎn)化為1.5 m，地表面形態(tài)根據(jù)地形線確定，而滑面根據(jù)鉆孔中滑面高程插值計(jì)算出滑面等值線。采用Ansys軟件的Solid45號(hào)單元（八節(jié)點(diǎn)六面體）對(duì)模型網(wǎng)格自由劃分，滑帶的網(wǎng)格稍密，考慮到設(shè)樁處的網(wǎng)格大小，對(duì)設(shè)樁處的網(wǎng)格沿樁身進(jìn)行加密處理，計(jì)算模型的單元總數(shù)為2 014 449個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為360 149個(gè)（圖9）。

圖9 樁結(jié)構(gòu)單元及網(wǎng)格圖Fig.9 Unit and grid diagram of pile structure

由圖10可知，抗滑樁設(shè)置后，加固效果明顯，對(duì)于滑床部分位移幾乎為零，滑體和滑帶有不同程度的變形；樁后一定范圍內(nèi)的位移值較剖面上其它位置的位移小，樁前滑體由于前面沒有支擋而自由向臨空面變形，位移較大，特別是前緣的位移更突出，表現(xiàn)為牽引式滑坡，與該滑坡機(jī)制相符合；樁前滑體位移等值線基本豎直，說明樁前滑體具有沿滑帶整體滑移的特性，樁后滑體的位移等值線較為凌亂，體現(xiàn)出樁后滑體內(nèi)部狀態(tài)仍有變形的調(diào)整；設(shè)樁位置的等值線向上凸，突出部分頂點(diǎn)的位移值較大，可說明靠近樁頂位移大，往深處位移變小。

圖10 滑坡體各剖面位移云圖Fig.10 Displacement nephogram in each section in landslide body

由圖11可知，同樣高度的滑體中，樁前滑體的正應(yīng)力明顯小于樁后滑體的正應(yīng)力，說明樁前滑體受到樁后滑坡推力較小，樁后滑體的應(yīng)力大部分傳給了抗滑樁，說明抗滑樁阻擋滑體的效果明顯。

圖11 滑坡體各剖面正應(yīng)力云圖Fig.11 Normal stress nephogram of each section in landslide body

4.3 對(duì)比分析

通過三維數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，由JK02監(jiān)測(cè)孔處數(shù)值計(jì)算的滑體深部位移曲線圖12可知，曲線在20.0～21.5 m發(fā)生突變，即為滑動(dòng)面位置，數(shù)值計(jì)算的孔口累計(jì)位移約109 mm，與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合；數(shù)值計(jì)算的滑體深部位移曲線形態(tài)整體上呈豎直的形態(tài)，與實(shí)測(cè)深部位移曲線形態(tài)不同，這是因?yàn)閿?shù)值計(jì)算采用的是同一參數(shù)，是一種均質(zhì)的材料，而滑體并不是一致均質(zhì)的巖土體。

圖12 數(shù)值計(jì)算的JK02位移曲線Fig.12 Numerically calculated JK02 displacement curve

設(shè)置抗滑樁后，抗滑樁與樁后滑體相互作用，滑體受抗滑樁阻擋，隨著抗滑樁逐步發(fā)揮作用，滑體變形趨于穩(wěn)定，滑體穩(wěn)定性得到明顯提高，抗滑樁阻擋滑體的效果明顯，且抗滑樁對(duì)離樁近的樁后滑體位移的限制作用比較遠(yuǎn)處的樁后滑體明顯。

5 結(jié)論

前后兩期監(jiān)測(cè)都經(jīng)歷了施工期、營(yíng)運(yùn)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)目的是為了獲得滑坡變形動(dòng)態(tài)特征，研究施工活動(dòng)、降雨對(duì)滑坡變形的影響，對(duì)滑坡治理后的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)，為整治工程設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，檢驗(yàn)滑坡治理工程的治理效果，并評(píng)價(jià)其對(duì)電站安全運(yùn)行的影響有重要意義[23?24]。得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)前后兩期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)曲線在某一深度處位移均發(fā)生突變，突變位置即滑動(dòng)面埋深，與現(xiàn)場(chǎng)勘察鉆孔巖芯所揭示的實(shí)際滑動(dòng)面基本一致，且滑動(dòng)面大體位于基覆界面位置。

（2）滑體呈剛性滑動(dòng)，表現(xiàn)出單滑面及巖質(zhì)滑坡的特征，降雨及人類工程活動(dòng)是誘發(fā)老滑坡復(fù)活的主要因素。

（3）前期抗滑樁治理以后，滑體穩(wěn)定性得到了明顯提高，但隨著施工活動(dòng)、加載、降雨入滲等外部因素的變化和影響，滑體內(nèi)部仍有變形的調(diào)整。

（4）經(jīng)過前后兩期治理，抗滑樁阻擋滑體的效果明顯，且抗滑樁對(duì)離樁近的樁后滑體位移的限制作用比較遠(yuǎn)處的樁后滑體明顯，隨著抗滑樁逐步發(fā)揮作用，滑體變形趨于穩(wěn)定，滑體穩(wěn)定性得到了明顯提高，目前滑體變形趨于穩(wěn)定，可以滿足電力設(shè)施正常工作的變形穩(wěn)定要求。