关于陕西南部堆积层滑坡的几点新认识

2015-03-01李勇张新宇滕宏泉何意平杨渊

地质灾害与环境保护 2015年3期

李勇，张新宇，滕宏泉，何意平，杨渊

（陕西省地质环境监测总站，西安 710054）

1 前言

堆积层滑坡广泛分布于秦巴山区地区，山地构造复杂，各深断裂发育，岩体风化不均，岩性呈现多元性和陈杂性，节理裂隙发育，堆积层滑坡遍布。堆积层滑坡多由山前堆积物组成，还有沟谷侧壁堆积物、山坡坡脚堆积物等，由碎石土、耕植土、粘性土等组成，表层多有树木或者人类耕地。由于多为常年蠕动堆积，滑动面大都在岩体与土体接触面，由于土体内聚力形成一定厚度的滑动带。堆积层滑坡的规模通常都不大，多为中小型滑坡，其分布广、数量多、活动性强，是川陕秦巴山区灾害中威胁人口最多、最主要的灾害隐患类型之一。历次详查均显示，堆积层滑坡具有持续性、缓变性和累加性等特性。由于内部运动远比前人防治采用的静态模型复杂，导致一些针对堆积层滑坡的治理工程频频失效。

2 堆积层滑坡形成机制和运动特征

堆积层滑坡包括碎石土和含砾粘性土，区分主要在于土体颗粒和碎石粒径，此两项因素成为控制滑坡滑动特征和方式的主要因素。

2.1 形成机制

堆积层滑坡形成机理上多为山坡或者沟谷壁类的凸凹斜坡在日积月累的风化及剥离搬运过程中缓变而来。大都在山脚、坡脚下堆积，形成暂时或永久平衡（图1）。滑坡堆积物往往由于重力效应上层砾石含量较少而向下逐渐增多，在相对分界的薄弱地带被降雨下渗和地面人类灌溉下渗透水共同作用形成滑动带。地下水渗透紊流逐渐卸下并带走相对轻的细粒的砂土颗粒而留下较粗的砾石颗粒，造成蚁穴效应，滑动面（带）附近的土体组织结构强度被降低，整个滑动面（带）的阻滑力（边界土体抗剪强度）减小，形成滑坡逐渐失稳下滑。此外，人类活动是加剧该类滑坡失稳的一个重要因素，包括工程增负、削坡建设及土地耕种灌溉等，主要因为增大了滑动力或者减小了阻滑力从而导致平衡被打破，破坏滑坡的稳定或者增大其失稳程度（图2）。

图1 堆积层滑坡形成示意图

图2 人类工程活动对堆积层滑坡影响示意图

2.2 运动特征

2.2.1 持续性

堆积层滑坡是长久以来形成的地质体，其形成过程就是自身的创造过程，滑动本身对于在千万年的地质演化中逐渐形成的地质体来说，是一种正常的地质现象，不会停止，动静相对只是间隔时间长短的问题。

2.2.2 缓变性

堆积层滑坡所具有的一个非常重要的性质，也是往往在静态力学计算中被忽略的一个性质。这种持续地质现象的出现是日积月累的，而非突发性的，每一次移动都会改变甚至重置土体内部的应力平衡状态。期间降水及灌溉渗流对滑动带造成的蚁穴效应是渐进的而非跨越式的。其鲜有突然发生的崩溃式滑动，而其变形量大部主要建立在多次少量累进式前进的基础上。即使发生坍塌，也是部分坡度较陡，在多次推移式上部位移累进到极限时的小规模应力释放。人类工程活动也会诱发滑坡的突然失稳滑动，因为人类为土地肥美的堆积层土壤吸引，往往居住并耕种于滑坡体之上，山地工程活动经常削坡建设，其往往直接或间接的破坏阻滑区土体结构，造成累进式缓变蓄能的突然释放，使部分或者整个滑坡体在强降水或者灌溉紊流渗透的作用下瞬间失衡，造成滑坡灾害。

图3 镇安县二中滑坡缓变示意简图

2.2.3 累进性

累进是堆积层一个不可逆的过程，其每次强降水渗流都会造成或多或少的蚁穴效应，水体冲刷造成的失衡会被立即出现的轻微下挫弥补，因此堆积层滑坡大都出现大雨相对大滑，小雨相对小滑或者不滑的累进现象。其构成的土体压缩量大于土体弹性形变极限时造成永久累积形变，这种不可逆累积形变对土体力学及工程地质性质产生单向的累进影响。且此种小幅累进位移如若被人为阻挡，累进效应造成的下滑力在时间的推移下会迅速增大，其长期工程治理难度非常之大。以镇安县二中为例，前期进行的滑坡挡墙设计完全符合当时的力学安全系数，但是后来连年降雨灌溉造成的累进效应，使得当初的静力学计算的土体力学结构现状被打破，墙体附近土体被压缩，土体各种性质随着被挤密压实发生变化，土体的弹性区随着自身相对位移的不断变化，其下滑分量逐渐增大而随着渗流掏蚀，阻滑力却在不断减小。这种变化自下而上积累，使得最前方挡墙面处主动土压力迅速增大且重新分布，逐渐超过墙体承载能力，在挡墙自身结构较脆弱处发生破坏（图3）。

3 影响堆积层滑坡的几点因素

堆积层滑坡是在滑动力与阻滑力共同作用结果下运动的，因此对前后两者作用力产生影响的因素均可对其稳定状态造成影响。另外，堆积层滑坡是一个松散体，其内聚力相对较低，土体间抗压强度远大于抗拉强度，因此，滑坡体在整体运动的前提下，有时伴随着局部滑体的分离运动出现相对母体的部分滑动现象。

3.1 坡度

滑坡下滑力是重力沿滑床（或滑动面）方向的分力，坡度的增大直接下滑力增加，其直接减小滑坡的稳定系数，使滑坡更容易滑动。

图4 地下水作用于滑动带的影响

3.2 地下水

地下水在堆积层滑坡中往往以接近滑床（不透水面）的孔隙水和岩体内部裂隙水存在［2]，孔隙水在滑动带或者滑动面附近渗透流动，其在土体颗粒间隙产生紊流圈（图4），致使土体较小颗粒松动脱落并最终被渗流带走，逐渐掏空滑带土，破坏其结构，渐渐降低其阻滑强度，最终降低最大阻滑力，使滑坡稳定性降低，滑动几率增加。地下水渗流强度在相同的土体渗流系数下，取决于其水头差与水源供给。而水头差已为坡度因素决定，水源供给则主要来自降水下渗和灌溉下渗，在坡面无良好导水通道的情况下，降雨与灌溉水在松散堆积层上会迅速下渗。所以降雨和灌溉是直接影响滑坡稳定的重要因素之一。

3.3 土体分选

即土体粒径级配和所含砾石粒径，其直接决定了滑带土的天然阻滑力，而且土体分选也代表着滑带土在地下水渗流时对其破坏的抵抗程度，孔隙水渗流时同等条件下携带沙粒能力一致。所以有一定粗粒径和大部分细粒径充填其中的土体相对咬合力较高，其抵抗地下孔隙水渗流的破坏的能力也较强，反之较弱。

3.4 基底岩层现状

堆积层滑坡不少是沿岩土接触面滑动，其接触面岩石产状及风化程度对滑坡阻滑力的影响非常巨大，反向滑床和风化较弱的接触面阻滑力相对较大，反之较小。

3.5 人类工程活动

人类工程活动是引发突发性滑坡的最常见因素［3]。堆积层滑坡土地肥沃，地势较基岩高山平缓且易于施工，人类往往选择居住并耕种于其上。近期修路破梁也日趋增多。修建与滑坡体上的工程往往增加负荷，加大滑动力；而大部房屋等工程活动集中于坡脚，其削坡行为直接破坏阻滑区，减弱最大阻滑力。在大规模降雨的前提下往往导致滑坡突然失稳，瞬间滑动的突发性灾害。

4 结论

4.1 特性总结

堆积层滑坡除了前人已有的结论，其运动特征还具有持续性、缓变性和累进性。在冗长岁月里处在动静反复的过程中，堆积层滑坡三个特性本身也是其形成的原因和过程。

4.2 影响因素总结

堆积层滑坡三个特性的产生原因是其内部和外部共同作用的结果，内因主要为坡度、土体分选、基底岩层现状；而外因则为具有可变属性的地下水和人类工程活动因素，其中地下水又受降雨和人类灌溉活动的共同影响。其中坡度、土体分选和基底岩层现状为地质不可变天然属性，是前提决定因素。而降雨和灌溉所能影响到的地下水和人类工程属性则应归为可变非天然属性，成为诱发因素。