碎石土滑坡工程的地质特性及防治方案分析

2021-08-27樊友良

资源信息与工程 2021年4期

樊友良

（福建省地质工程勘察院，福建福州 350000）

碎石土滑坡是一种结构较为松散的堆积体滑坡类型，其滑坡主体包括填土、残积、崩塌体、坚硬岩石风化物等，它严重影响公路道路工程建设。由于碎石土滑坡受岩石结构作用与人类工程活动影响，其内外诱因形成条件较为复杂，需要对碎石土滑坡工程地质条件进行勘探，形成具体的山体滑坡防治措施。

1 碎石土滑坡工程地质条件

碎石土滑坡的形成过程复杂，主要受滑坡工程地质特征与外部地质环境因素的影响。碎石土滑坡的地质特征主要体现在地质条件上，包括滑坡产生的地形条件、地貌单元、水文条件、气象条件、地质构造等方面，加之人类活动、地下水位变化、融冻风化等外部作用，滑坡出现变形，进而引发严重的碎石土滑坡灾害。

（1）地形条件。碎石土滑坡大多发育于20°～40°的斜坡上，由强度降水、地表水渗透、人类工程施工等变化诱发产生，往往伴随着多种碎石土物质滑落，不利于山体的整体稳定性，对人类活动产生威胁。

（2）地貌单元。大部分碎石土滑坡平面上均呈现出低于周边原始斜坡的状态，前缘微微隆起呈缓坡状态向坡外延伸，后缘多为陡崖形成滑坡后壁，两侧边界处发育为深度不同的冲击沟，出现“双沟同源”现象，同时前缘与后缘之间滑坡堆积体相互作用，纵断面上形成陡峭或平缓的台地，总体上呈交错纵横式分布。

（3）土质结构。碎石土滑坡大多沿基覆界面或斜坡断裂带成群分布，滑床基岩层面向河谷或公路等方向，极易形成不同规模的顺层碎石土滑坡层。

（4）地层岩性。碎石土滑坡主要组成物质形态、类型复杂，由多种物质组成的碎石层与黏土层接触，在风化作用下形成滑带，造成滑带土质黏性强，风化岩屑物质居多。

（5）水文条件。碎石土滑坡主要分布区域内地下水类型以松散孔隙水与基岩裂隙水为主，滑体后缘地下水以大气降水与农业生产用水为主，动态波动变化较小，长期自然环境作用下形成负沟槽地貌，地下水在降水天气会大量汇集至地下区域，雨季会沿滑体前缘以下降形式溢出。此外，碎石土滑坡发育的次要水文条件还包括气象水文因素，多以降雨量充沛的南方地区为主要发源地，由于地下水活跃程度较高，江河两岸区域分布众多斜坡区，地下水在物理、化学、力学等综合作用下，对滑体产生影响，极大降低滑带土层的抗剪强度，直接引发碎石土变形，进而导致滑坡灾害的发生［1］。

2 碎石土滑坡物质组成

2.1 主要滑体

滑坡物质的组成包括滑坡堆积体，主要滑体的产生与物理力学作用、滑体渗透性两方面有直接关系，主要以含碎石的黏土为主要组成物质，其间夹杂不同成分、不同形状的岩块以及粉质黏土、粗砂等，具有明显的松散性、透水性特征。

（1）滑体的力学特征。碎石土是颗粒直径大于2 mm土体的总称，其基本性质介于岩体与土体之间，是滑体物质的重要组成部分，由于不同区域碎石土滑坡灾害中岩土体物理力学性质存在较大差距，对滑坡程度及造成后果产生影响。笔者选取部分碎石土进行研究，并对其物理力学性质及基本特征进行分析，具体数据分析结果详见表1。

表1 常见碎石土物理性质及力学特征

（2）滑体渗透性。由于天然状态下细粒土结构受到环境影响，改变原有滑体流动通道形状、大小、结构，滑体分布情况也随之变化，一般情况下，碎石土中土粒越粗糙，大小越均匀，形状也近似于圆形，平整度较好，在滑体中渗透强度越高，反之渗透系数则越小。不同土粒中碎土含量与碎石土渗透系数之间存在很大的关联性，根据相关研究结果分析，对碎石土渗透性影响最大的是以碎石为主的粗粒土和以黏粒为主的细粒土结构，实际渗透性受砂粒直径、大小等问题影响较大［2］。

2.2 滑坡带

碎石土滑坡带由压密土、岩粉、滑带泥等物质组成，其抗剪强度较低且透水性差，通常作为隔水介质材料使用，研究人员结合碎石土滑坡滑带土层结构对地质条件进行分析，选用类似泥化夹层将滑坡带进行固定，受滑坡带泥化程度影响，土层结构中含泥量较高，具有含水量高、强度低的基本特征。滑坡带主要由细粒土、碎石、碎屑等物质混合而成，在连续泥化镜面的作用下，形成以黏土为主的细粒土滑带和以碎石为主的粗碎屑滑带。

（1）滑带土化学成分。滑带土主要矿物成分以蒙脱石、伊利石、高岭石与微生物等矿物为主，以含量较高的黏土矿物形式分布，有效增强了滑带土的吸附性与亲水性，其中黏土矿物及有机质微生物含量增加，滑带土抗剪强度会随之降低，

（2）滑带土渗透性质。碎石土中的滑带土结构渗透性较差，大部分碎石土滑坡灾害中滑带土结构渗透性均在标准土层渗透率以下，具有明显的隔水性，同时随着碎石土堆积体的不断滑落，滑带土的渗透性能会逐渐减弱。

3 碎石土滑坡地质模型

3.1 工程地质模型

碎石土滑坡的主要原因在于内部环境变化及外部力学作用，斜坡岩土体沿两侧的连通区域向中心位置进行破坏作用，针对临空方向发生的滑动现象，滑体下滑力与滑面的抗滑阻力在共同作用下，力量逐渐失衡，成为碎石土滑坡灾害发生的重要推手。碎石土滑体在发生位移期间，与滑坡形成统一应力场，由滑面终端向地表剪出口滑脱，构成不同形态的主滑段、牵引段和抗滑段，其平面结构剖面图如图1所示。

图1 滑坡平面及剖面受力状态示意图

3.2 水文地质模型

碎石土滑坡的主要组成物质与其地质结构特征决定了碎石土滑坡剖面自上而下的分层结构，即滑体、滑带、滑带影响带、滑床基岩。碎石土滑坡结构从水文地质角度而言，主要由透水性强的岩层与透水性弱的岩层共同构成，岩层之间相互作用、相互影响，最终形成透水层与隔水层。

4 碎石土滑坡具体防治方案

4.1 总体设计与分析

碎石土滑坡稳定性受内部和外部两方面影响，为实现良好的碎石土滑坡防治效果，需对碎石土滑坡成因、形成过程，后果与影响等方面进行深入研究。结合实际情况，对不同区域碎石土滑坡带进行防治设计与分析，从而形成有针对性的滑坡防治方案。一方面研究人员要关注碎石土滑坡灾害发生的内部和外部因素，包括地质结构、环境因素、风化作用、人类活动等方面；另一方面要针对影响碎石土滑坡稳定性的主次因素及变形破坏机理进行总结，将排水工程、削方减载、支挡工程、锚固工程相结合，形成具有现代防灾减灾意识的综合型碎石土滑坡灾害治理方案［3］。

4.2 健全碎石土滑坡防治机制

碎石土滑坡防治工作是减少或避免因滑坡造成人员伤亡、财物损失的关键，滑坡防治方案的形成要基于相关制度、机制的稳定运行，相关部门在针对碎石土滑坡灾害开展具体防治工作期间，首要任务是要建立健全的碎石土滑坡灾害防治机制，贯彻落实“以人为本、预防为主、安全第一”的滑坡灾害防治理念，为碎石土滑坡防治工作的顺利开展奠定理论基础。

首先，相关部门要加强碎石土滑坡相关知识的宣传与教育，在全社会范围内进行自然灾害相关信息的传播工作，提升民众安全防护意识，强化防灾、避难、抗灾、自救等灾害防治能力，实现灾前预防与灾中自救的高度统一；其次，要全面推行和落实防灾责任制度，将防灾减灾责任具体落到相关责任人身上，加大碎石土滑坡灾害巡查监测力度，在各部门之间形成有效的灾情监测联动机制，加强对边缘地区或强降水地区山体的管理与监测，采用现代化技术，逐步提升异常气象预报、水土监测预警能力和水平，制定灾情应急措施，为防灾减灾赢取黄金救援时间；最后，公路、道路工程施工团队要对部分区域内的工程活动进行规范和管理，在工程设计阶段，了解周边地质条件、岩层结构、气候特点及水文状况等信息。针对碎石土集中施工区域进行地下岩层勘探，采用现代工程施工技术工艺，将碎石土或碎石堆积物进行集中处理，保证道路工程施工安全。

4.3 碎石土滑坡防治措施

（1）排水工程。碎石土滑坡的形成与水有密切联系，为缓解强降水或地下水对碎石土滑体产生的不良影响，有关部门积极开展排水工程。排水工程主要包括两方面，一是地表排水工程，二是地下排水工程。地表排水采用开挖地表截水沟、排水沟、种植植被等方法，采取锚喷、灌浆、跌水等技术措施，将地表水及时排出，避免地表水汇集并深入土体中造成碎石土滑坡事故。针对地下水问题，采用综合治理的方式，通过对地下水进行拦截与排水，将地下水水量控制在标准地下水位以下，同时采取水平钻孔、开挖集水井、搭建排水隧道等措施，降低地下水位，提高斜坡的稳定性。

（2）削方减载。为防治碎石土滑坡，技术人员通过削减碎石土滑坡主滑段岩土体的几何形态达到削减岩土体重力的效果，从而实现岩体斜面重力减轻，增加碎石土抗滑段的抗滑能力，避免碎石土土体滑坡。具体工程措施包括顺方减载和反压加载，改变碎石土滑坡土体结构，增强岩层结构的整体稳定性，适用于滑面深埋类的碎石土滑坡防治工程。

（3）支挡结构。为缓解碎石土土体下滑压力，技术人员采用支挡结构对碎石土进行下滑阻挡，通过建设抗滑挡土墙、锚拉墙、被动桩等措施，增强碎石土滑坡滑床基岩的稳定程度，要重点关注支挡结构的应用范围，根据碎石土滑面情况选择适当的支挡结构，充分发挥支挡结构在防滑方面的作用。

（4）锚固工程。锚固工程是碎石土滑坡防治工程中的重点项目，主要通过抗滑桩、抗滑键。锚杆（索）、锚拉桩等设施对碎石土区域进行锚固，利用锚固设施提高碎石土滑坡的抗滑能力，将碎石土滑坡稳定系数控制在安全范围内，在当前碎石土滑坡防治工程中应用较为广泛［4］。

4.4 实例分析

以某公路碎石土滑坡工程灾害防治为例，该地区斜坡众多且滑体物质组成多为残坡积、含黏性土的碎石以及全风化类基岩，加之其地下水位高，降水量充沛，属于较为典型的碎石土滑坡类型。为实现对该地区滑坡灾害的有效防治，技术人员将防治方案中的关键性措施围绕排水工程展开，在斜坡地下土层结构左侧，设置长约450 m的地下排水隧洞，将隧洞具体位置确定在滑面影响带下方的基岩内部，洞内布置排水纵坡，在与洞顶间隔2 m处钻取垂直排水孔，同时在滑坡前缘设置水平向排水孔，在滑坡后缘与滑体面上设置排水沟，在降水充足的雨季来临时，利用上述排水设施，将斜坡地下、地表积水排出，防止地表水下渗形成滑带富集，有效阻断水源对滑带土的弱化效应，增强了碎石土滑坡整体稳定性。