阿勒泰一干渠滑坡形成机质与处理浅析

茹永生

(阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆 阿勒泰 836500)

1 基本情况

一干渠灌区是隶属于阿勒泰地区水利局管辖的大型灌区，2018年一干渠防渗改造六期(桩号10+208—15+208段)开工后，左岸坡发生多起滑坡，严重影响施工进度。渠道沿额尔齐斯河左岸Ⅱ级阶地与Ⅲ级阶地之间的半坡地带布置，Ⅱ级阶地为河谷堆积阶地，Ⅲ级为新近系(N)砂、泥岩构成的基座阶地，阶面地势开阔，表层砂卵砾石覆盖，有灌区布置。老渠道为土渠，设计加大流量、全防渗拓宽改造，设计渠道梯形断面，底宽9.5m，渠深4.40m，内坡1∶2.0，外坡1∶1.75，右侧渠顶宽4.0m，左侧渠顶宽2.50m。渠道右岸填方，左岸挖方。渠道左岸坡高4～8m，坡度15°～30°，渠底至坡顶整个为砂、泥岩互层沉积，分层厚度3～8m不等，受额尔齐斯凹陷带、富蕴-锡伯镀断裂影响，岩层产状：290°～310°NE∠3°～15°，产状面存在起伏变化，总体倾向坡下河谷。一干渠开发前，坡面干涸无地下水，顶部灌区形成后，现状坡面渗水明显。

出现滑坡问题是由于渠道坡脚施工开挖后，左岸渠顶多处出现裂口，一条或平行两条，长10～30m，较长的50～60m，数小时或几天内，裂口地段部分逐渐发展成滑坡。滑坡体舌状，高2.5～3m，宽一般8～30m，部分宽达45m，坡高4.5～6m，滑距10～20m，滑坡体滑入渠道后即刻终止。滑坡体的组成以风化泥岩为主，松软含水量高，部分滑移面与产状面一致，光亮有压痕。在5km的渠道施工沿线，沿半坡地段，滑坡间断发育，累计十余处，严重制约着工程的进度。

2 滑坡的形成机制分析

通过沿线勘察与分析，发现滑坡有如下形成机质：

(1)强风化泥岩体多开裂、结构松弛，地下水侵入后，容易产生滑坡

现场调查对比发现，坡体顶部的泥岩体比砂岩体更容易产生滑坡。通过对两种岩石物理力学性质的对比，原因分析如下：

泥岩含蒙脱石、伊利石等强亲水性矿物，在干旱的气候环境下，地表易发生龟裂[4]，在准格尔盆地西北部第三系泥岩地层区较为多见。干湿变化的不同，造成表层泥岩的开裂规模各异，深度小到几十厘米大到数米不等，裂开宽度几厘米到几十厘米不等，延伸长几米到几十米不等，平面呈现不规则网格状。在水流、风的侵蚀作用下，裂口内充填砂土或腐殖质后，形成锥形砂楔。砂楔中等透水，一般K=3～5m/d，滑坡工程地质剖面示意图如图1所示。灌区形成后，坡面有灌溉水排泄，通过砂楔，地下水可垂直入渗至泥岩层深部。在龟裂、膨胀、冻融、植物根胀的共同风化作用下，泥岩体的开裂现象较普遍，在深度3～4m处仍可见到芦苇根系，泥岩体处于多裂缝的松弛结构状态。众多学者普遍认为，多裂缝是影响膨胀土边坡不稳定的关键因素[3]。

图1 滑坡工程地质剖面示意图

地下水沿裂缝逐渐渗入形成饱和，泥岩单个孔隙较细，地下水浸泡后，孔隙水难以流动[2]，岩体排水性差，岩石遇水崩解、软化、泥化后[4]，抗剪强度大大降低，见表1。可见，处在坡顶的泥岩体为宜滑岩组，在人为等外界条件影响下，比较容易形成滑坡。

相比泥岩体、如果坡体上部为砂岩体，砂岩是以石英颗粒为主、弱胶结构成的岩体，强风化层为中等透水，边坡地带，进入岩体的地下水排泄速度相对快，加上砂岩遇水后抗剪强度变化不大，见表1，在砂岩体中形成滑坡，缺少必要的条件。

这就是渠道沿线的滑坡均为泥岩体的原因。引用“阿勒泰一干渠工程地质勘察报告”中试验成果，将砂、泥岩不同状态的物理力学参数列表对比见表1。

(2)地下水导致下滑力与阻滑力发生变化，是滑坡形成的主要因素

坡顶为Ⅲ级阶地面，地形平缓，有灌区布置，总体地形向坡下缓倾。表层为砂卵砾石覆盖，厚度1～3m，灌区形成的孔隙潜水通过砂卵砾石层向坡下径流。受地形高低起伏的控制，在沿线坡头、坡面各段，地下水渗流量不一。坡头对应的沟谷地段会出现集中径流，形成的滑坡较多，而突兀地带坡面渗水则较少，滑坡发生的少。地下水的丰富程度对坡体稳定影响很大[6]，在施工现场发现，坡顶开裂的情况下，有地下水渗入裂缝的，滑坡产生的概率大，裂口渗入水量越多，滑坡产生速度越快。根据泥岩的水理性质，分析如下：①地下水不断渗入裂口后，在多裂缝泥岩坡体内充满了裂隙水，浸泡周围的泥岩。泥岩自身排水不畅，浸水后增大了泥岩颗粒间的孔隙水压力[3]，发生崩解后抗剪强度降低。随地下水渗透，多裂缝泥岩体应力场发生了变化，在滑带内部形成超孔隙水压力，随时间的演化近似太沙基单向固结理论[5]。地下水不但增加坡体自重，裂缝内水位雍高还形成了静水压力[1]，随着入渗水量的增加，下滑力不断增大，阻滑力不断减小，直至滑坡发生。②而坡头渗流较少、或干燥地段，在坡脚开挖、坡顶出现开裂的情况下，裂缝中入渗水量有限，坡体自重与动水压力变化不大，坡体蠕变缓慢，发生滑坡的时间会很长或出现只开裂、不滑坡的现象。

从坡体的力学分析入手，对地下水在滑坡中作用评价如下：①地下水入渗坡体，岩体自重增大，下滑力增大；②裂缝内水位不断雍高，静水压力导致下滑力增大；③地下水入渗滑移面后，浮托力增大，摩擦阻力变少；④泥岩遇水软化、泥化，粘聚力减小，阻滑力减少。可见地下水侵入坡体后，出现了四种滑坡形成的不利力学条件，促成了滑坡的形成。所以对强风化泥岩来讲，除坡体头部荷重的变化、坡脚角度的变化因素之外，坡顶地下水的入侵强度会导致下滑力与阻滑力发生变化，是滑坡形成的主要因素[10]。

表1 砂、泥岩物理力学参数一览表

(3)人为施工影响导致了滑坡的启动

渠道停水后，渠道边坡处在平衡状态。施工中，坡脚开挖、坡顶弃土导致坡顶开裂，在地下水影响下出现滑坡，判定滑坡是人为施工启动的。

人为因素对滑坡的影响程度评价：施工中的坡脚开挖、坡顶弃土的现象，形成了上陡、中缓、下陡的最不利边坡稳定的坡形[8]。

从力学分析入手，对坡体变化作用评价：①坡体坡脚变陡、坡度变陡，阻滑段变短，阻滑力减小而下滑力增大。②坡顶弃土坡头荷重增加，下滑力增大。所以说人为影响导致了滑坡的启动，进入了滑坡的进程。

3 滑坡的属性与滑动机理的分析

本工程滑坡属于小型、浅层、牵引式滑坡[9]，发生在强风化泥岩层中。泥岩层中存在砂质泥岩、泥岩等沉积韵律，各层抗剪强度存在一些差异，滑狐面在泥岩层中呈不明显的折线滑面，主滑段可分出陡倾角压剪段和缓倾角张剪段(顺产状)，总体看滑狐外形类似于均质体的圆弧形滑动。滑狐分为上部牵引段、中部主滑段、前缘抗滑段三段[7]，滑坡工程地质剖面示意图如图1所示。滑坡的形成过程是一个动态的过程，总体可分为主体蠕滑、顶部拉裂、应力积累、抗滑失效4个阶段，对滑坡发生、发展的过程分析如下：

(1)主体蠕滑。在坡脚抗滑力被削弱或坡头下滑力加载情况下，当集中在坡脚的剪应力大于抗剪强度时，坡脚首先失稳，随即相邻的主滑段泥岩发生剪切破坏。

(2)顶部拉裂。主滑段位移后，牵引段发生近垂直的张剪破坏，属于主动土压力破坏，坡顶被拉裂。

(3)应力积累。地下水不断渗入开裂岩体，伴随坡体自重和静水压力的逐渐增大，下滑力不断增大，而泥岩软化，阻滑力在减弱，开裂岩体渐渐被平推挤出。

(4)抗滑失效。主滑段、牵引段向坡下不断偏移，一同推挤抗滑段，最终下滑力>抗滑力，抗滑段发生被动土压力破坏。坡体发生剧烈滑动，随重心的降低，滑坡完成。

4 滑坡的稳定性分析评价

利用GB/T 32864—2016《滑坡防治工程勘察规范》，将不同地质条件组合下，滑坡稳定状态计算结果划分如下，见表2。

表2 滑坡稳定状态划分表

表2中，当坡脚开挖成同一坡度条件下，强风化泥岩体出现四种滑坡状态：

(1)坡脚开挖，坡头弃土(或有)，坡体开裂、裂缝灌水较多，滑坡产生。

(2)坡脚开挖，坡顶开裂，上部渗水少，滑坡处于不断积累应力的欠稳定状态。

(3)坡脚开挖，岩体含水较少，坡体即使开裂，也不发展，坡体基本稳定。

(4)坡脚开挖，但坡体岩性变为砂岩体，排水条件好，坡体稳定。

可见，坡体含水量、坡顶的下渗水量，对强风化泥岩体形成滑坡的影响至关重要，而坡头弃土，坡脚开挖程度，人为可控制。

5 滑坡的解决方案

发生滑坡后，经过现场勘察与研究，采取以下处理方案使滑坡得以控制，工程顺利进行。

(1)对坡顶地下水丰富地段，提前实施截潜拦截，集中排泄，减少对坡体的影响。

(2)严禁渠道坡顶弃土，对渠道左岸的拓宽清废弃土采用渠底倒运的方案。

(3)坡面施工，采用从上至下的开挖方案，保护坡体稳定。

(4)采用分段施工方案，坡脚开挖与回填同时进行，大石护脚，挤密压室，及时控制住坡体的变形体量。

6 结论

摸清滑坡的发生机制，有针对性地展开预防，总结经验如下：

(1)前期判断。通过勘察手段，从研究滑坡形成的机制入手，摸清坡体的组成、软弱面的构成、水文地质的边界条件、滑坡产生的工况等，可了解滑坡体的构成；通过试验确定好岩土、结构面的各项参数，通过计算可以判断滑坡发生可能性，从而加强预防。

(2)预防措施。首先摸清地下水对滑坡的影响力，及早制定排水方案。其次，除削头压脚控制滑坡外，还可以利用滑坡变形的时间差，采取分段施工、及时回填等措施，减少工程投入。再次，对控制难度较大的滑坡地段，根据料场分布情况，可以采用钢板滑坡桩、重力堆积等护坡措施，降低滑坡发生的几率。

本文研究分析了强风化泥岩的滑坡形成机制，在滑动面的分析与计算方面尚有欠缺，可利用现场试验的成果，反复模拟，深入研究。