河水与降雨诱发某堆积层滑坡的破坏模式与防治方案

2020-04-07尹晓萌王晓娟卫佩瑶

山东化工 2020年5期

侯倩，尹晓萌，王晓娟，卫佩瑶

(信阳师范学院建筑与土木工程学院，河南信阳 464000)

滑坡是最常见的一类地质灾害，在总的地质灾害点的占比可达50%以上[1]。滑坡的产生与水密切相关[2]，降雨一直是诱发滑坡的最主要因素[3]，对于库区、河流两岸的斜坡体，也常受库水、河水冲刷侵蚀与水位升降等影响，发生变形甚至破坏现象[4-6]。这些外界因素不仅影响着坡体的变形破坏特征，而且与滑坡破坏模式有密切关联，诱发因素的变化，甚至会导致滑坡破坏模式的根本差异。研究这些外界因素作用下的滑坡破坏模式，是地质灾害防治的基础与关键工作之一，可以为滑坡防治设计提供有力依据。

猫子山滑坡是分布于河流一岸的大型堆积层滑坡，滑坡于1980年8月暴雨之后发生大规模滑移，共计20户100人，60间房、150亩农田受灾，目前滑坡仍有变形破坏迹象，一旦发生大规模失稳，将会堵塞河道，摧毁农田土地。因此，有必要开展有效的防治工作。通过现场调查、数值模拟、理论计算等，分析滑坡变形特征、探讨破坏模式、评价滑坡稳定性，在此基础上有针对性地提出滑坡防治方案。

1 滑坡形态与物质组成

猫子山滑坡地处恩施市龙马镇猫子山村。滑坡区整体地形为北高南低。滑坡发育标高在528～750 m区间，微地貌上大致呈两脊相夹的“筲箕”状(图1)。滑体纵向坡面形态较为顺直，坡形舒缓，一般在15～20°左右，滑坡前缘临河坡度较陡，坡角35～45°左右。

滑坡周界主要主要受微地貌控制， 1980年8月3日滑坡变形形成明显的外围弧形拉裂缝带，左右两侧分别受南东、南西向倾覆的山脊控制，前缘剪出口受涂家河河谷地形控制(图1)。滑坡主滑方向为167°，滑体主滑线长约550 m，平均宽约145 m，面积约9.75×104m2，中部滑体厚约30 m，前缘堆积区滑体厚约35～40 m，后缘滑移段滑体厚约1.0～10 m，总体积约260.3×104m3。

图1 滑坡全貌

滑体物质组成以源于志留系纱帽组(S2s)灰绿色泥岩、粉砂岩碎块石土为主，夹少量灰黄色与灰绿色石英砂岩碎块石土，结构较为松散，表部见有少量灰黄色粉质粘土。滑带主要沿岩土接触带发育，剖面形态呈弧线型(图2)。滑床为志留系中统纱帽组(S2s)灰绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，局部夹石英砂岩。岩层产状130°∠32°。

图2 滑坡主剖面图

猫子山滑坡地表水系主要有滑坡前缘流经的涂家河及滑坡两侧发育的浅切冲沟。涂家河自北西向南东从滑坡前缘经过，常年流水。滑坡两侧浅切冲沟发源于猫子山滑坡中下部高程600 m一带，冲沟断面呈“V”型，为滑坡区内地表水的主要排泄通道。地下水主要赋存于碎石土层中，该层结构松散，透水性强。滑体在发生剧烈变形作用后，产生了大量垂直贯穿裂缝，裂缝的形成导致了地表水迳流渠道的改变，地表水主要通过裂缝迅速补给下部含水层，顺岩土接触面及其附近岩层节理裂隙结构面向下运移，最终排泄于涂家河。

2 破坏模式与稳定性分析

据调查访问，该滑坡于1980年8月暴雨之后发生大规模变形，共计20户100人，60间房、150亩农田受灾。1997年滑坡又发生滑移堵塞前缘涂家河7天，淹没农田200亩。目前变形主要表现为前缘坍滑，由于涂家河水流冲刷淘蚀，前缘坡体渐陡，在降水入渗与地表水侵蚀作用下岸坡不断坍滑并牵引上部坡体拉裂下座。

滑坡前后沿高差约222 m，有较好的临空条件。其滑坡左右两侧受山脊控制，地形内凹，使得滑坡区易接受地表水和降雨补给。滑体透水性强，地表水易下渗，地下水自上而下向涂家河河谷径流，不利于滑体稳定。加之前缘受涂家河侵蚀切割、河水冲蚀，易引起滑坡变形破坏。因此，降雨和河水是诱发滑坡的外界因素。降雨易诱发坡体大规模滑移，而河水作用区集中于滑坡前缘，降雨造成河水水位抬升，对滑坡局部稳定性亦会造成不利影响，因此造成滑坡变形破坏的最危险因素为降雨。

根据滑坡形态与物质结构，近期变形特点等综合分析，猫子山滑坡系由涂家河下切，坡体前缘临空，在河水侧蚀冲刷与大气降水入渗的迭加作用产生的顺层滑移所致。目前滑坡处于基本稳定状态，由于前缘临近涂家河具良好的滑移临空面，滑体的安全裕度不大。在地表水流冲刷淘蚀与上部水位入渗的综合作用下，坡体仍存在整体失稳的可能。此外滑坡前缘岸坡高陡，渐趋坍滑，使上部坡体稳定程度降低，可能牵引上部坡体产生渐次滑移。鉴于此，有必要对滑坡进行局部稳定性与整体稳定分析，确定局部失稳时的潜在滑移面，以此为滑坡防治提供可靠依据。

采用Geoslope软件自动搜索在天然与暴雨工况下的滑坡前缘的最危险滑移面，分析对应条件下的局部稳定性。由图3可知，天然工况下，前缘坡体最危险滑移面位于距滑坡剪出口约60 m的范围内，这部分滑体的稳定系数约1.1，表明非降雨环境，滑坡前缘因坡体临空面较陡，在自身重力作用下，发生缓慢蠕滑。暴雨工况下，降雨入渗，地下水位大幅度抬升，滑坡前缘地下水形成水力坡降，提供指向临空方向的动水压力，会很大程度上降低该部位滑体的稳定性，引起前缘局部失稳，此时最危险滑移面在中部的埋深相对天然工况有所增加。

图3 滑坡前部最危险滑动面搜索

将整个滑体划分成若干条块，采用传递系数法计算两种工况下滑坡稳定系数与滑块剩余下滑力。可得，天然与暴雨工况，滑坡整体稳定系数分别为1.163与1.069，根据相关规范[7]，两种工况下，滑坡分别处于稳定与基本稳定状态，滑坡在暴雨工况下，整体安全裕度不大。滑体剩余下滑力曲线如图4，可见，从滑坡后缘边界起始，至平距470 m处，各滑块剩余下滑力逐渐增加，其中270～470 m范围，曲线具有较大斜率，指示该范围为滑坡主滑区。470～550 m区间内，曲线逐渐下降，表明该范围为滑坡阻滑区。暴雨期间，河水位上涨，淹没阻滑带，会引起滑坡整体稳定性降低，因此有必要采取措施拦挡河水，降低其对滑坡前缘的影响。根据剩余推力曲线形态，可考虑在滑坡470～550 m范围内布设抗滑桩，以有效利用前部滑体的阻滑力，同时须注意桩体应与河水保持足够的安全距离，避免在地表水的长期作用下发生结构失稳。

图4 滑体剩余下滑力曲线

3 滑坡防治方案

猫子山滑坡是主要由降雨、河水外因引起的牵引式渐进破坏型滑坡，并且在暴雨工况下有整体滑动的可能，针对此破坏模式和外界影响因素，考虑采用如下两种方案进行防治。

防治方案一：抗滑桩(两排)+挡土墙+截排水。具体工程布置及防治作用分述如下：

1)抗滑桩：采用抗滑桩工程对滑坡体进行支护，猫子山滑坡规模大，滑体厚，剩余下滑力较大，考虑在滑坡前缘及中部各设置一排抗滑桩，一方面防治前缘局部堆积体牵引破坏，另一方面消除在暴雨工况下的整体滑移趋势。2)挡土墙：为消除河水对前缘的不利作用，宜在前缘设置隔水挡墙，隔离地表河水的冲刷、弱化作用。3)截排水：在后缘及两侧的坡体之外设置截水沟，截排滑坡外地表水，防止其向滑坡范围汇入，同时在滑坡体内设置排水沟，及时排除坡体地表水。

防治方案二：采用削方+抗滑桩+挡土墙+截排水工程进行综合防治。具体工程布置及防治作用分述如下：

1)削方：滑体前部堆积体厚度较大，在滑坡前部、中前部削减部分堆积体，除减小后续支护工程的工程量外，也为防护工程的施工提供了便利的地形，同时，削减方量后，有助于消除滑坡前部局部变形破坏的趋势。2)抗滑桩：在滑坡前缘阻滑段，设置一排抗滑桩，提高滑坡整体稳定性。3)挡土墙：挡土墙的布设位置和作用同方案一。4)截排水：截排水沟的布设位置和作用同方案一。

根据剩余推力曲线，合理设置抗滑桩的位置。两种方案在主剖面的布设位置如图5。具体采用哪一种方案，尚需考虑工程经济成本，比选确定。