某高陡型牵引式滑坡群形成机理及治理效果评价

张会仙 左双英 李洪建 徐伟

摘 要：为进一步研究高陡型牵引式滑坡群形成机理及治理效果，以贵州某高陡型牵引式滑坡群為例，通过野外地质调查，分析其形成机理主要为：（1）地形地貌高陡，为滑坡形成提供了有利地形条件;（2）松散坡积物与岩层组成的脆弱岩土结构，为滑坡形成奠定了物源基础;（3）坡脚关键阻滑块体缺失使得坡脚临空，为滑坡提供了变形空间，控制牵引式滑坡的形成;（4）水与岩土体相互作用弱化岩土体物理力学性能，是滑坡形成的主要诱因。对该高陡型牵引式滑坡群进行稳定性分析和分区治理，并利用有限元进行治理效果评价，结果充分证明抗滑桩能有效控制牵引式滑坡的位移和应变。其成果对此类高陡型牵引式滑坡群治理具有指导意义。

关键词：牵引式滑坡群;形成机理;抗滑桩;治理效果评价;有限元

中图分类号：P642

文献标识码： A

贵州滑坡灾害极为频繁，其中大型和巨型滑坡占有突出地位，多以滑坡群形式出现，具有规模大、机制复杂、易形成灾害链等特点，且有人类居住和工程活动的山岭地区，基本上都发生过滑坡灾害，成为各种地质灾害中最频繁、损失最严重的地质灾害类型[1-2]。研究滑坡及滑坡群形成机理及有效治理措具有重要工程意义，并受到国内外学者关注。黄润秋[3]通过多个滑坡对比总结，总结出20世纪80年代以来我国大型滑坡及其发生机制。CROSTA G B、BRCKL E P等[4-5]研究表明大型滑坡及滑坡群变形失稳影响范围广，储蓄的巨大势能往往在脱离母岩后形成高速、远程“崩-滑-流”式毁灭性灾害链。崔芳鹏等[6]通过现场勘查、室内试验和相关论证，对青海八大山滑坡群的基本特征和形成机制进行分析，并进行稳定性评价，结果表明影响滑坡群稳定性的最敏感因素是滑体内摩擦角。项伟等[7]通过地质构造，结合地层产状、水文气象等深入分析了洞坪库区瞿家湾滑坡群地质演化。徐卫平等[8]基于现场详细勘察资料，通过分析其运动特点、破坏形式，得出冰碛松散覆盖层与砂岩组成的脆弱地质结构、地质构造活动以及水与岩土体相互作用三者耦合是沙贡特大古滑坡群形成的主要原因。宋东日等[9]通过地质调查、变形迹象分析及数值模拟等方法，得出牵引式滑坡的破坏机制为坡脚开挖、水对岩土体物理力学性能的改造以及滑体变形不协调导致后缘拉裂缝不断扩展。上述研究成果为此类大型滑坡及滑坡群形成机制分析奠定理论基础，也为其治理提供一定理论依据，但高陡型牵引式滑坡群作为大型滑坡及滑坡群的一种，具有突发性、诱发因素多、难预测、形成机制复杂、危害影响严重等特点，上述研究成果尚不能完全解决复杂工程地质条件下的此类滑坡问题，对此类滑坡全面研究及其治理措施选取等方面还有待深入。

在前人已有成果的基础上，本文通过野外地质调查和室内试验方法，从以下四个方面分析高陡型牵引式滑坡群的形成机制，主要概括为：（1）地形地貌高陡;（2）岩土力学性能较差，结构脆弱;（3）坡脚开挖导致关键阻滑块体缺失;（4）水与岩土体相互作用诱发滑坡。对牵引式滑坡群进行分区治理，并用有限元计算结果验证治理效果，可为此类滑坡群的形成、发展及防治提供重要的理论指导。

1 滑坡群概况

该高陡型牵引式滑坡群由7个滑坡组成（HP1-HP7，图1），沿山坡呈带状分布，滑坡变形迹象明显，险情等级为特大型，危害等级为一级。

1.1 工程地质条件

滑坡区为侵蚀、剥蚀型低中山地貌，地势总体东高西低。地层从新到老为：①第四系（Q）：为松散岩类岩组，由残坡积粘土、碎石土组成，呈褐黄、灰黄色，可塑-硬塑状，稍湿，稍密-密实，其结构松散、孔隙度大，透水性强，力学强度较低，底部夹杂有少量未完全风化的硅质灰岩残块，为易滑岩组，滑体由该岩组形成;②二叠系上统吴家坪组（P3w）：主要为薄层状粘土岩、灰色中厚至厚层硅质灰岩、燧石灰岩，为硬质岩类岩组，厚54～179 m，力学性能指标较高，岩石抗风化能力较强（图2）。滑坡区处于川黔南北向褶皱构造体系苗岭山脉中段，褶皱较为发育，岩层呈单斜构造，产状270°∠33°，节理裂隙发育，主要发育两组节理，分别为JL1：347°∠85°，JL2：80°∠45°，地震烈度为Ⅵ度，属稳定区域。区内地下水为孔隙水和裂隙水，主要补给来源为大气降水，排泄于就近地势低洼地带。

1.2 滑坡群特征

滑坡群各滑坡体后缘到前缘地形均呈陡-缓变化，地形坡度40°～55°，山体上大范围埋置光缆及校园内部道路隧道的施工对整个坡体岩土体扰动较大，人类工程活动强烈。

滑坡群各滑坡形态大致呈舌型，均属浅层土质牵引式小型滑坡，滑坡中下部被浮土不同程度覆盖，前缘冲沟明显，滑坡壁明显，滑坡处于欠稳定停滑阶段，发生二次滑坡的可能性较大。其中，HP1、HP2中下部形成变形体，HP4右缘见沿主滑方向长约5 m、宽约3 cm、可见深度1～2 cm的拉裂缝，HP3-HP5边界土体松散，前缘堆积区已延伸至实验楼后方堡坎，HP5后缘及中部分别见走向200°、长约25 m、宽3～5 cm、可见深度1～2 cm的拉裂缝，HP7（图3）产生时坡体表面浮土已滑至学校食堂后方，为滑坡群中最危险的一个，滑坡后缘见走向125°、长约21 m、宽6～15 cm、可见深度2～3 cm的拉裂缝，左缘见沿主滑方向长约8 m、宽3～8 cm、下错高度1～2 cm滑壁，前缘临空条件好，发生向上塑源的再次滑坡可能性大，滑坡群形态特征见表1。

2 滑坡群形成机理

牵引式滑坡一般经历坡脚冲蚀[10-11]或开挖[12]导致前缘失稳并逐渐向后扩展，后缘由于支撑减弱或临空而随之变形失稳，通常被拉裂缝分为多级不稳定斜坡，最终贯通形成大规模滑坡，本文所写高陡型牵引式滑坡群的形成主要从以下四个方面阐述。

2.1 高陡地形利于滑坡形成

滑坡区地形地貌变化较大，属侵蚀、剥蚀型低中山地貌，从微地貌单元看，滑坡位于山体中上部，地形陡峭，坡度大于40°，相对高差183.59 m，土层结构松散，校园建设等工程活动开挖坡脚，在滑坡前缘产生较高临空面，有利于斜坡上松散滑体的滑动变形[13]，是诱发滑坡的先天条件。

2.2 松散坡积物与岩层组成的脆弱岩土结构

滑体岩土结构松散[14]，易形成裂隙、孔隙及落水洞，提供了地表水下滲通道。不同特性的岩土体储水能力有所差异，上部第四系残坡积粘土及碎石土透水性强，地下水多集中于中下部，上层岩土体的自重增加，同时促进水与岩土体的相互作用，致使岩土体强度降低因而形成软弱结构面，最终演变成为潜在的滑动面。松散坡积物与岩层组成的脆弱岩土结构，成为形成滑坡群的控制因素[8]。

2.3 坡脚关键阻滑块体缺失控制滑坡的形成

校园建设切割坡脚形成高而陡的边坡，前缘临空面增大，坡脚关键阻滑块体缺失，抗滑力减小，坡脚应力场发生改变，沿开挖面形成一个应力释放面，坡脚开挖引起卸荷回弹。另外，校园内工程活动对整个坡体岩土体扰动较大，使得坡脚首先出现追踪边坡岩体原有软弱结构面的不利组合，发生剪切变形，然后逐渐往斜坡深部扩展，原有的少数结构面扩展其长度和开度，造成内应力调整和应力集中。最后形成主要沿软弱结构面、部分切断岩桥的渐进破坏面[15]，从而形成了牵引式滑坡。在这种情况下，假若滑坡前缘进一步破坏，则滑坡将可能往更深更后部发展，形成规模更大的滑坡[9]。

2.4 水与岩土体相互作用是滑坡形成的主要诱因

目前坡体没有合理的排水系统，部分雨水沿地势低洼处径流排泄，其余地表水透过松散土层入渗至密实的粘土岩及硅质灰岩时，岩体阻碍了水体排泄通道，致使大量水体在此聚集，不能够迅速渗透，从而使该处的动水压力和静水压力增大，有效应力减小，滑体的地下水位升高，增加了岩土体自重和渗流力的同时，软化了岩土接触带的粘粒及岩石，其力学指标急剧降低。由于长时间持续降雨，在地下水软化及渗透压力作用下，下滑力增大，坡体稳定性降低，加之坡脚关键阻滑[16]块体缺失，坡脚首先产生滑移，牵引中上部第四系崩坡积松散堆积体沿岩土分界面下滑。

3 滑坡群稳定性评价

通过确定滑坡群地质模型和破坏模式，采用折线滑动法对该高陡型牵引式滑坡群分区进行稳定性评价。结合室内试验和实际情况，经过参数反演计算得滑带岩土体的c、φ值（表2）。仅考虑饱水时滑体重度和滑带土抗剪强度的折减，选取以下2种荷载组合及工况进行稳定性计算：工况Ⅰ：自重，模拟天然状态;工况Ⅱ：自重+暴雨，模拟饱水状态。根据规范[17]，该滑坡群防治工程设计安全等级划分为：HP7按Ⅰ级考虑，HP3、HP4、HP5按Ⅱ级考虑，HP1、HP2、HP6按Ⅲ级考虑，Ⅰ级防治工程的计算工况Ⅰ：Ks=1.35、工况II：Ks=1.30;Ⅱ级防治工程的计算工况Ⅰ：Ks=1.25、工况II：Ks=1.20;III级防治工程的计算工况Ⅰ：Ks=1.15、工况II：Ks=1.10。采用反演所得c、φ值进行滑坡群稳定性计算，计算模型见图4，计算结果见表3：

5 结论

（1）该高陡型牵引式滑坡群的形成机理主要受高陡地形、脆弱岩土体、人类工程活动、降雨及地下水的控制，其滑面为岩土分界面，此类土质滑坡应引起重视。

（2）牵引式滑坡群的治理应坚持分区治理，不同的滑坡可采用不同的治理措施，同个滑坡不同部位采取不同治理措施，使治理效果达到最优。

（3）牵引式滑坡治理的关键在于补偿由于前缘开挖缺失的阻滑关键块体，同时控制后缘的位移。采用有限元分析滑坡治理前后的位移、应力和应变，结果证明抗滑桩能有效控制牵引式滑坡的位移和应变，起到阻滑关键块体作用。

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（责任编辑：于慧梅）