姚彥彪, 杜 亞, 季永新, 張 平

(1.貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴陽(yáng) 550006；2.中建四局工程技術(shù)研究院，廣州 510610)

0 引言

受特殊地形、地質(zhì)條件以及氣候的影響，貴州處于地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域，而滑坡作為主要的地質(zhì)災(zāi)害之一，其主要依附于其內(nèi)部在軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)的地表斜坡巖土體，在自然地質(zhì)作用和人類活動(dòng)作用下，失去原有平衡條件而產(chǎn)生以水平移位為主的整體移動(dòng)事件[1-2]。

2020年貴陽(yáng)某公司的高填方邊坡發(fā)生垮塌，滑坡體沖入場(chǎng)區(qū)造成數(shù)人傷亡。 為了調(diào)查清楚滑坡發(fā)生的原因，我們對(duì)滑坡區(qū)域主要采用了物探(高密度電法)[3-5]手段，同時(shí)綜合了鉆探、坑探以及建模驗(yàn)算等手段，最終查明了滑坡體的原因。本次滑坡產(chǎn)生的滑床成分主要為碎石等粗粒土[6]，局部區(qū)域碎石內(nèi)部孔隙較大，導(dǎo)致局部區(qū)域接地電阻較大[7]，后對(duì)其通過(guò)和正演模型對(duì)比，以及鉆探驗(yàn)證等手段發(fā)現(xiàn)該異常就是本次滑坡主要的誘因，以透鏡體形式存在的軟弱夾層。高密度電法在本工程中取得了較好的成果，希望能為類似工程提供一定的指導(dǎo)及參考價(jià)值。

1 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)情況

根據(jù)搜集的區(qū)域地質(zhì)圖，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，滑坡場(chǎng)區(qū)地層位于三疊系下統(tǒng)大冶組和三疊系下統(tǒng)安順組地層交界區(qū)域。下伏基巖主要為三疊系下統(tǒng)安順組(T1a)白云巖?；聢?chǎng)區(qū)東側(cè)約300 m，南側(cè)約400 m均有斷層通過(guò)，斷層為逆斷層。受斷層構(gòu)造作用的影響，場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，局部小范圍的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖層產(chǎn)狀較亂較雜亂。

滑坡區(qū)所在場(chǎng)地的原始地貌為中山溶蝕丘陵地貌，2009年至2014年被開(kāi)采形成人工斜坡及沖溝地形，2015年10月開(kāi)始堆放碎石土且初具規(guī)模，直至發(fā)生滑坡止均陸續(xù)被填放碎石土。整體北高南低，地形高差大，最大高差約80 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)查，開(kāi)挖完后，又分臺(tái)階進(jìn)行回填土的填筑，大致分為3個(gè)臺(tái)階，第一臺(tái)階標(biāo)高約為1 285 m，第二臺(tái)階標(biāo)高約為1 257 m，第三臺(tái)階標(biāo)高約為1 211 m(相對(duì)標(biāo)高)。產(chǎn)生滑坡的區(qū)域位于原始地形斜坡中下部第二臺(tái)階和第三臺(tái)階之間(圖1)。斜坡巖土構(gòu)成為回填土，整個(gè)場(chǎng)地為“圈椅”形，大氣降雨大部分匯入圈椅之中。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)照片(1 230 m及1 219 m這兩個(gè)臺(tái)階為滑塌后形成)Fig.1 Site photos(there were two steps at 1 230 m and 1 219 m formed after slumping)

形斜坡中下部第二臺(tái)階和第三臺(tái)階之間。斜坡巖土構(gòu)成為回填土，整個(gè)場(chǎng)地為“圈椅”形，大氣降雨大部分匯入圈椅之中。

2 滑坡要素分析

對(duì)本次滑坡的后緣拉裂縫、后緣壁、滑床、滑帶(面)、主滑體、剪出口、滑移帶、滑覆帶、前緣區(qū)域等滑坡要素進(jìn)行分析,滑坡要素見(jiàn)圖2。

圖2 滑坡要素Fig.2 Landslide elements

1)后緣拉裂縫距離滑坡后緣壁為30 m～36 m，裂縫寬度為1 cm～5 cm為主，局部超過(guò)10 cm，裂縫左右無(wú)明顯上下錯(cuò)位(圖3)。

圖3 后緣拉裂縫Fig.3 Trailing edge tensile crack(a)后緣拉裂縫cad圖;(b)后緣拉裂縫實(shí)際圖

2)后緣壁長(zhǎng)度約60 m，為以碎石等粗顆粒為主的填土(A類回填土)，粗顆粒含量超過(guò)90%，含水率約為4%，摩擦痕跡明顯。

3)滑床是以碎石等粗顆粒為主的填土(A類回填土)。

4)根據(jù)后面的鉆探、槽探以及模型參數(shù)反演，判斷滑面為以粘土回填為主的一層回填土(B類回填土)，局部含少量毛石、塊石等硬顆粒，粘土含量約70%～90%。

5)剪出口為回填坡體中B類回填土厚度區(qū)域。

6)滑體以A類回填土為主，夾B類回填土，A類回填土的占比70%～80%。

3 野外數(shù)據(jù)采集

為查明滑坡體結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)以及下伏基巖埋深情況，我們使用勞雷公司的AGI R8高密度電法儀對(duì)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行了探測(cè)，采用了偶極的裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最小二乘法迭代 5次以上，電極距為4 m，共布設(shè)了3條高密度電法測(cè)線，均平行于滑坡面布設(shè)，測(cè)線示意圖如圖4所示。

圖4 測(cè)線布置圖(注明測(cè)線或測(cè)試方向)Fig.4 Line layout

4 成果解釋

該高填方邊坡主要由碎石等粗顆粒為主的填土構(gòu)成，粗顆粒含量超過(guò)90%，根據(jù)粒徑篩分，粒徑主要在1 mm～40 mm之間，滑坡體表面也主要分布有粗顆粒填土，因此表層視電阻率相對(duì)較高，局部區(qū)域表層被紅黏土覆蓋，視電阻率相對(duì)較低。具體如圖5所示。

圖5 L1測(cè)線高密度電法反演成果圖Fig.5 High density electrical inversion result map of L1 line

1)L1測(cè)線破碎巖質(zhì)邊坡高密度電法的整體電阻率以高阻為主，其電阻率范圍在6 Ω·m～5 000 Ω·m，剖面淺部表現(xiàn)為低阻異常，深部表現(xiàn)為相對(duì)高阻異常[9]。

在剖面0 m至50 m，淺部存在低阻異常，電阻率范圍在100 Ω·m～1 500 Ω·m，厚度約為18 m～32 m，推斷為第一級(jí)滑坡體，其成分主要為A類回填土，局部高阻為塊徑較大、空隙較大的碎塊石[5]；其深部有相對(duì)高阻異常，推斷為滑床，高阻主要有石灰?guī)r引起，其電阻率約1 000 Ω·m～5 000 Ω·m[8]。

在剖面45 m至162 m，淺部存在低阻異常，電阻率范圍在6 Ω·m～200 Ω·m，厚度約為18 m～27 m，推斷為第二級(jí)滑坡體，主要為A類回填土，局部高阻為塊徑較大、空隙較大的碎塊石；其深部有相對(duì)高阻異常，推斷為滑床，高阻主要有石灰?guī)r引起，其電阻率約1 000 Ω·m～5 000 Ω·m。

在剖面160 m至204 m，淺部存在低阻異常，電阻率范圍在6 Ω·m～180 Ω·m，厚度約為8 m～13 m，推斷為第三級(jí)滑坡體，主要為A類回填土；其深部有相對(duì)高阻異常，推斷為滑床，高阻主要有石灰?guī)r引起，其電阻率約1 000 Ω·m～5 000 Ω·m。

L1測(cè)線旁側(cè)鉆孔ZK-4、ZK-5揭露如下：①表層0 m～3.4 m均為A類回填土；②3.4 m～15.1 m以及3.4 m～16.5 m存在B類回填土；③15.1 m～24 m以及16.5 m～29 m為A類粗粒回填土，24 m以及29 m見(jiàn)基巖，鉆探成果與物探成果吻合性較好。

2)L2測(cè)線破碎巖質(zhì)邊坡高密度電法的整體電阻率以高阻為主，其電阻率范圍在20 Ω·m～2 000 Ω·m，剖面淺部表現(xiàn)為低阻異常，深部表現(xiàn)為相對(duì)高阻異常(圖6)。

圖6 L2測(cè)線高密度電法反演成果圖Fig.6 Inversion result map of high density electrical method for L2 line

整條剖面淺部低阻異常明顯，電阻率約20 Ω·m～150 Ω·m，厚度約10 m～26 m，局部高阻為塊徑較大、空隙較大的碎塊石，推斷為滑坡體，其成分主要為A類回填土。

在剖面0 m至86 m，淺部以低阻電阻率為主，其成分主要為A類回填土，局部高阻異常有局部塊體特征，主要由滑坡體含有碎石塊引起；深部以高電阻率為主，其電阻約300 Ω·m～2 000 Ω·m，推斷為滑床，高阻主要由石灰?guī)r引起。

L2測(cè)線旁側(cè)鉆孔ZK-3、ZK-4揭露如下：①表層0 m～8.5 m以及0 m～11.3 m為A類回填土；②下部8.5 m～18 m以及11.3 m～17.9 m存在B類回填土;③18 m～29 m以及17.9 m～32 m為A類粗?；靥钔粒虎?9 m以及32 m為基巖，鉆探成果與物探成果吻合性較好。

3)L3測(cè)線破碎巖質(zhì)邊坡高密度電法的整體電阻率以中至高阻為主，其電阻率范圍在12 Ω·m～2 943 Ω·m，剖面淺部表現(xiàn)為低阻異常，深部表現(xiàn)為相對(duì)高阻異常(圖7)。

圖7 L3測(cè)線高密度電法反演成果圖Fig.7 Inversion results of high density electrical method for L3 line

整條剖面淺部低阻異常明顯，電阻率約20 Ω·m～150 Ω·m，厚度約10 m～26 m，局部高阻為塊徑較大、空隙較大的碎塊石，推斷為滑坡體，其成分主要為A類回填土。深部以高電阻率為主，其電阻約300 Ω·m～2 000 Ω·m，推斷為滑床，高阻主要有石灰?guī)r引起。

結(jié)合L1、L2以及L3三條高密度成果圖，推斷此次滑坡類型為回填土邊坡沿填土內(nèi)部滑面滑動(dòng)產(chǎn)生的牽引式滑坡，滑坡體及其附屬整體以A類粗粒類回填土為主，坡體回填堆積時(shí)未經(jīng)有效處理，堆積坡率接近自然休止角，坡體整體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)；滑坡坡體前緣中下部存在以透鏡狀、一定規(guī)模分布的B類細(xì)粒類回填土，B類細(xì)粒類回填土相較A類粗粒類回填土力學(xué)性能差，導(dǎo)致前緣邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。

5 驗(yàn)證

5.1 探槽

開(kāi)挖探槽，直觀定性了解填土性狀，共開(kāi)挖1個(gè)大探槽TC-1(長(zhǎng)約15 m，寬約3 m，深度約9 m)，用于直觀的對(duì)回填土進(jìn)行鑒別同時(shí)測(cè)量水位(圖8(a))；2個(gè)較小的探槽(長(zhǎng)約2m，寬約1.5m，深度約2.5m)，用于進(jìn)行回填土野外鑒別，直觀了解填土性狀(圖8(b)、圖8(c))。

圖8 探槽Fig.8 Trenching(a)TC-1;(b)TC-2;(c)TC-3

開(kāi)挖的3個(gè)探槽，地質(zhì)情況基本一致，均為新近回填，由塊石、碎石、粗砂及粘土組成，自穩(wěn)能力較差；0 m～1.0 m主要為塊石回填，塊石含量為90%，塊石粒徑為1 mm～40 mm；1.0 m～3.0 m主要為碎石及粗砂回填，碎石含量為80%，碎石粒徑在1 mm～40 mm之間；3.0 m～9 m為相對(duì)較均勻的粉質(zhì)粘土回填，呈可塑～軟塑狀態(tài)。

5.2 鉆探

為了查清楚高密度電法的正確性，在滑移面周邊布設(shè)了鉆孔，其鉆探成果如下。

1)A類回填土。以碎石等粗顆粒為主的填土，粗顆粒含量超過(guò)90%，含水率約為4%，根據(jù)粒徑篩分，粒徑主要在1 mm～40 mm之間，屬于碎石土。

2)B類回填土。以粘土回填為主，局部含少量毛石、塊石等硬顆粒，粘土含量約70%～90%，呈可塑～軟塑狀態(tài)。

3)基巖。下伏基巖為三疊系下統(tǒng)大冶組(Td2)石灰?guī)r，中風(fēng)化，硬質(zhì)巖石，厚層，未見(jiàn)軟弱結(jié)構(gòu)面，受周邊斷層影響，巖體較破碎，局部微小地質(zhì)構(gòu)造較多，產(chǎn)狀較雜亂。鉆探巖芯多成碎塊狀、短柱狀、柱狀。

6 建模計(jì)算

結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巖土進(jìn)行采樣實(shí)驗(yàn)分析，最終采用的參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 B類回填土主要剪切指標(biāo)

1)A類填土層：γ=20.5 kN/m3，φs=39°

2)B類填土層：γ=17.7 kN/m3

3)中風(fēng)化石灰?guī)r：γ=27.0 kN/m3，Ck=450 kPa，φk=45°

建立模型如圖9所示。

圖9 推測(cè)原始剖面與反演計(jì)算模型Fig.9 The original section is speculated and the inversion calculation model is established

在此建立了三個(gè)滑動(dòng)類型，分別為：

1)不考慮B類回填土，按A類填土內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算參數(shù)取A類回填土抗剪指標(biāo)。

2)滑坡前整個(gè)回填堆積體中下部存在一層(分析應(yīng)以透鏡體的形式存在)厚度較厚，以可塑～軟塑狀態(tài)粘性土(破壞時(shí))為主的回填土層，本次計(jì)算按圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行驗(yàn)算，上緣剪出口限定在滑坡體現(xiàn)狀后緣位置，下緣剪出口采用自動(dòng)搜集結(jié)果。計(jì)算參數(shù)同時(shí)考慮A類、B類回填土抗剪指標(biāo)，B類回填土抗剪指標(biāo)采用峰值強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度分別進(jìn)行驗(yàn)算。

3)滑坡前整個(gè)回填堆積體中下部存在一層(分析應(yīng)以透鏡體的形式存在)厚度較厚，以可塑～軟塑狀態(tài)粘性土(破壞時(shí))為主的回填土層，本次計(jì)算按圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行驗(yàn)算，最不利滑面采用自動(dòng)搜集結(jié)果，計(jì)算參數(shù)同時(shí)考慮A類、B類回填土抗剪指標(biāo)，B類回填土抗剪指標(biāo)采用峰值強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度分別進(jìn)行驗(yàn)算。其結(jié)果均為整個(gè)坡體未滑動(dòng)以前，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。產(chǎn)生滑動(dòng)以后，滑面抗剪指標(biāo)降低，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié)論

滑坡體所在場(chǎng)地為回填土場(chǎng)地，滑坡體及其附屬整體以碎石土為主要成份，密實(shí)程度評(píng)價(jià)為松散；坡體回填堆積時(shí)未經(jīng)有效處理，堆積坡率接近自然休止角，滑坡前坡體整體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)?；虑捌麦w堆積高度約43 m～46 m，自重過(guò)大，整個(gè)回填堆積體中下部存在一層(分析應(yīng)以透鏡體的形式存在)厚度較厚，以可塑～軟塑狀態(tài)粘性土(破壞時(shí))為主的回填土層(B類回填土)，該部分回填土若作為上部回填土層(A類回填土)的地基持力層，存在軟基座問(wèn)題。坡體軟基座由于承載力不足產(chǎn)生鼓脹擠出，牽引上部坡體產(chǎn)生整體失穩(wěn)破壞。

高密度電法在結(jié)合了地質(zhì)調(diào)查、鉆探、建模計(jì)算等手段后能有效地為邊坡滑坡成因分析提供有力的依據(jù)，其具有工作效率高，數(shù)據(jù)采集密度大，解釋精度高的特點(diǎn)。但是也存在一定的局限性，比如受地形因素的影響較大、在巖質(zhì)地區(qū)進(jìn)行探測(cè)的時(shí)候電極與地面不能很好地耦合，從而影響其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。