福建尤溪县城关公山滑坡成因分析及治理对策

黄建明

1 中化地质矿山总局福建地质勘查院，福建 福州 350013 2 中化明达（福建）地质勘测有限公司，福建 福州 350013

公山滑坡区位于福建尤溪县城关镇水南居民聚集地及尤溪第七中学学生宿舍楼东南侧，直线距离约300m。2014年9月26日～9月28日，受强降雨影响，尤溪县降雨量约达100mm，10月4日上午9时，受持续强降雨作用，滑坡体坡面出现多处裂缝、坡脚地面出现鼓胀等变形迹象，潜在滑坡体土石方量约13.65万m3，滑坡前缘下方为尤溪第七中学学生宿舍及城关居民聚集地，在降雨等外界条件作用下将加剧滑坡失稳，严重威胁尤溪第七中学近2400名在校师生及城关镇水南居民的生命财产安全，威胁资产超1000万元以上，因此，对该滑坡的形成机理和治理方案研究迫在眉睫，经过分析和研究，及时对滑坡采取应急处置措施，避免了滑坡的产生。

1 滑坡概况

1.1 滑坡区基本情况

滑坡点位于尤溪县公山公园景观大道，滑坡区原始地形为一南北向山脊，原始山坡坡度约25°～35°，坡向约345°，微地貌形态呈“S”型（图1，图2），地表植被较发育，主要为松树、杉木及灌木等。

图1 滑坡区地形图 Fig.1 Topographic map of landslide area

图2 滑坡区地貌 Fig.2 Landforms of landslide area

景观大道修建时对该滑坡点山坡切坡开挖形成坡高15～20m、坡度约55°的高陡人工边坡，分为两级，自上而下第一级边坡高约8～12m， 马道平台宽度约1.5m，坡面见明显滑带擦痕（图3），景观大道处地面高程约293m。坡脚景观大道宽度约8m，临沟一侧形成填土边坡高约10m，并于冲沟处进行填方筑路，建设填方路基挡墙，采用片石混凝土挡墙支护，未设置排水孔。滑坡区发育一北北西向冲沟，景观大道以上冲沟段纵向平均坡度约30°～35°，冲沟宽约5～15m；景观大道以下冲沟段纵向平均坡度约15°～20°，冲沟宽约15～30m，冲沟下游为尤溪县第七中学及尤溪县城关镇水南居民聚集地。滑坡灾害出现变形迹象后，当地政府立即采取相应应急方案，及时对滑坡体进行削坡卸载，减小下滑力，改变滑坡体的形态特征，并对填方路基挡墙打设泄水孔。滑坡经削坡减载形成6个平台（图4），每个平台高约10m，宽约1～3m，平台边坡坡度约25°～45°，且边坡坡面采取了塑料膜覆盖，防止雨水入渗坡体。

图3 滑带擦痕 Fig.3 Scratch marks in the landslide zone

图4 削坡减载后现状 Fig.4 Current shape of Slope Reduction and Load Reduction

1.2 滑坡体形态及主要变形破坏特征

原有斜坡自然坡度25°～35°，滑坡后缘高程约363m，坡脚高程约293m，相对高差约70m，景观大道建设对该滑坡点山坡切坡开挖，加剧了斜坡的变形，滑坡体中部标高315m、330m、338m处产生多条拉张裂缝，裂缝延伸长约25m、走向约265°，宽度2～10cm，裂缝可见深度0.2～0.8m；滑坡体后缘受牵引，于标高363m处出现拉张裂缝，延伸长约25m、宽约3～10cm，可见深度约1～2m，走向约272°；滑坡体两侧剪切裂缝发育，延伸长约30m、裂缝宽约0.5～3cm，可见深度0.2～0.8m，走向约191°，滑坡体沿软弱结构面产生滑动，滑带土见明显擦痕，软弱结构面产状330°∠40°，坡脚前缘临沟一侧片石混凝土挡墙已开裂变形（剪出口），地面见沿软弱结构面走向隆起，隆起高度约3～7cm，主滑方向约345°，滑坡体主轴长130m，宽70m，滑体厚度约15m，体积约13.65万m3。

滑坡体的主要变形迹象有：中部拉张裂缝→坡脚挤出、地面隆起、填方路基挡墙开裂错动→后缘拉张裂缝、两侧剪切裂缝→滑坡体沿软弱结构面滑动→剪切冲沟发生转动。应急卸载后滑坡体经削坡卸载后形成六个平台，各级平台之间高约10m，平台宽约1～3m，各级边坡坡度约25°～45°，应急卸载土石方量约3.5万m3。

1.3 滑坡类型分析

根据滑坡的物质组成、厚度、体积、成因属性及运移方式等[1-2]，对滑坡类型分析，从而为滑坡的治理提供依据。

根据滑坡区的岩土工程勘察资料[3]，岩土体自上而下为①素填土、②坡残积含碎石粘性土、③全风化凝灰岩、④强风化凝灰岩（砂土状）、④强风化凝灰岩（碎块状）、⑤中风化凝灰岩，按滑坡体的组成物质划分属岩质滑坡。本滑坡沿软弱结构面产生滑动，为折线型滑坡；滑坡体平均厚度约15m，按其滑体厚度划分属中层滑坡；滑坡体体积约13.65万m3，按滑体体积划分属于中型滑坡。

1.4 滑坡破坏模式

坡脚景观道路建设开挖，前缘形成高陡临空面，坡脚填方路基片石混凝土挡墙未设置排水孔，在持续的强降雨作用下，雨水通过松散岩土体孔隙、裂隙径流至坡体，修建的挡墙阻碍了地下水的排泄通道，使地下水水位不断抬升，使软弱结构面浸润，软弱结构面（主要为黏土矿物）吸水浸润饱和，抗剪强度降低而产生蠕滑。在上述水-岩相互作用效应下，坡体顺软弱结构面下滑，坡体中部出现裂缝，随着塑性区逐渐扩大，局部坡体向下挤压，由于挡墙的支撑力导致地面隆起，但支撑力不足从而引起挡墙顺坡向产生裂缝等变形迹象，且滑坡体剪切北北西冲沟，滑坡体局部发生旋转，使临近冲沟一侧滑坡体出现脱落、鼓胀现象，随着坡脚应力集中，滑体未得到及时卸载，致使坡体后缘出现拉张裂缝，前缘出现滑带土擦痕及地面隆起现象，侧边出现剪切裂缝，滑动面全部贯通，滑坡产生，从运动型式上看其破坏方式为牵引式。

2 滑坡成因机制分析

滑坡的产生受多种因素综合影响[4-6]，本滑坡产生的主要因素包括以下几方面：地形地质环境因素、降雨与地下水作用、人为因素、地质构造影响等。

2.1 地形地质环境因素

滑坡体所在斜坡微地貌形态呈“S”型（图1），总体坡度约20°～35°，易于雨水下渗，山坡发育一软弱结构面，于强风化凝灰岩层内，该结构面宽度5～30cm，浅黄色、红色，为黏土矿物、泥质填充，亲水性较强，填充物饱和，呈软塑状，结构面岩土体抗剪强度低，结构面上盘岩土体沿该结构面产生滑动。软弱结构面的存在是该滑坡发生的内在因素。

2.2 降雨与地下水作用

大气降雨是影响斜坡稳定性及诱发斜坡失稳的最主要外界条件之一。根据岩土勘察报告[3]中提供的降雨资料可知，尤溪县2014年8月～9月降雨量较大，8月降雨量达249.2mm，9月降雨量达181.5mm，9月27日当天降雨量高达57.4mm，斜坡10月4日出现变形迹象，据此推断9月27日降雨量57.4mm已达到产生滑坡的临界降雨量。降雨形成较大瞬时坡面汇流对坡面进行冲刷，雨水入渗坡体且大气降雨形成的坡面流易沿斜坡中部地段较缓处下渗进入坡体中，使软弱结构面土体浸润饱和，降低其抗剪强度，增大了下滑力，诱发坡体失稳，导致坡体顺软弱结构面下滑。

结合岩土勘察报告[3]中的监测资料，通过几个监测点的变形和降雨的映射关系（图5），基本可以看出[7-8]，降雨量较大时期会加剧滑坡的变形速率，并且与降雨有一定的滞后关系，这进一步说明了本次滑坡主要诱发因素为地下水的作用。

图5 降雨与滑坡变形映射对比图 Fig.5 Comparison map of rainfall and landslide deformation

2.3 人为因素

景观大道建设开挖形成高约15～22m、坡度50°～65°的高陡人工边坡，对山坡表面构成一定破坏，导致表面土体疏松，地表水容易下渗。同时为滑坡的形成提供了较好的临空面，破坏了山体平衡；后填方路基下方片石混凝土挡墙未布设泄水孔，阻碍坡体地下水排出，使地下水水位抬高，人工修建片石混凝土挡墙未设置排水孔使地下水不能及时排出，是导致滑坡产生的外在因素。

2.4 地质构造影响

本区内火山凝灰岩呈厚层块状结构，整体稳定性较好，但受地质构造作用影响，区内见有一小断裂，断裂受挤压破坏形成软弱结构面，为黏粒含量相对较高的软岩，结构面产状为330°∠40°，与坡面小角度相交，根据赤平投影分析（图6），结构面为顺坡向，且倾角小于坡面角，对边坡稳定性不利，易产生顺坡滑塌。

图6 赤平投影分析 Fig.6 Stereographic projection analysis

3 滑坡稳定性分析

3.1 滑坡稳定性的定性分析

该滑坡受强降雨、坡脚临空面及软弱结构面的影响，滑坡变形加剧，前缘出现地面隆起，并牵引山体后缘及中部发育多处拉张裂缝、两侧发育剪切裂缝，其中最上部一条裂缝位于斜坡标高约363m处，与坡脚高差约70m，延伸长约25m，宽3～10cm，可见深度约1～2m；滑坡体两侧剪切裂缝延伸长约30m、宽约0.5～3cm，可见深度0.2～0.8m；滑坡体中部于标高315m、330m、338m处产生多条拉张裂缝，延伸长约10～20m，宽度2～10cm，可见深度0.2～0.8m。综上所述，滑坡体周界已基本形成，坡脚存在较大临空面，且由于虹吸作用，雨水易于在滑带土附近富集，因此，在强降雨的诱发下，将产生整体或局部滑动。

3.2 滑坡稳定性定量计算

选择与滑坡主方向基本一致的1-1’、2-2’、3-3’典型纵剖面[3]作为稳定性分析的计算剖面，图2所示为典型的2-2’工程地质剖面图。

受地质构造作用影响，滑坡体存在软弱结构面，以及道路修建开挖形成较大的临空面且填方路基挡墙排水不畅，在强降雨条件影响下，软弱结构面（主要为黏土矿物）吸水浸润饱和导致坡体顺软弱结构面下滑，后缘出现拉张裂隙，前缘出现地面隆起现象，且侧边剪切裂缝亦已形成，整个滑坡周界已形成，综合分析判断该滑坡处于强变形阶段，滑坡整体稳定性处于欠稳定状态。

根据滑坡变形特征、滑坡周边环境及滑坡区未来可能发生的情况[9-11]，考虑到滑坡已发生，滑动面的抗剪强度己降为残余值，其室内土工试验结果见表1。结合当地工程经验，假设土的抗剪强度指标参数c值取18kpa，根据理正岩土软件6.5PB4版进行反算φ值，在软件中采用暴雨工况下反算滑坡的滑面参数，取极限平衡状态下安全系数为1.0进行调参计算，反算得到滑带土的抗剪强度指标参数φ值（表1）。从反算结果可以看出，与室内土工试验饱和快剪指标基本吻合，说明室内土工试验数据较为可靠，可用于滑坡的典型剖面整体稳定性计算。

表1 滑带岩土体力学参数 Table 1 Mechanical parameters of rock and soil in the slip zone

从现场和岩土工程勘察等资料综合分析判断，本滑坡是一个滑动面为折线型的滑坡。因此，滑坡安全系数可按折线形滑坡进行计算。本次取典型滑坡剖面2-2’原始地面线进行整体稳定性计算，滑带土的抗剪强度指标参数c、φ值采用室内土工试验的饱和快剪指标（表1）。

受前缘临空牵引的影响，中部及后缘出现拉张裂缝，且滑动面已贯通，整个滑坡基本形成。由2-2’典型工程地质剖面图可知，滑面及裂缝将整个滑坡体分割成4个滑坡块体（图7），根据各滑坡块体进行滑坡整体稳定性计算，公式采用《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)（2009年版）5.2.8条文说明的折线滑动法计算，其公式如下：

图7 2-2’典型工程地质剖面 Fig.7 Typical engineering geological profiles

式中：KS-边坡稳定性系数；ψi-第i块段滑体的剩余下滑力传递至第i+1块段滑体时的传递系数；Ri、Rn-作用于第i、n块段滑体的抗滑力（kN/m）；Ti、Tn-作用于第i、n块段滑动面上的滑动分力（kN/m）；θi-第i块段滑动面与水平面的夹角（°）；φi+1-第i+1块段土的内摩擦角（°）。

根据上述计算公式，并考虑暴雨条件下（饱和工况）的滑坡整体稳定性计算，其结果见表2。

表2 滑坡整体稳定性计算结果 Table 2 Calculation results of overall stability of landslide

从表2计算结果可以看出，滑坡在天然工况下处于欠稳定状态，稳定安全系数不高，在暴雨等外界不利因素的影响下，滑坡处于不稳定状态，可能产生失稳滑动破坏，危及滑坡下方学校以及居民的人身安全，危险性、危害性均较大。

从上述稳定状态定性分析和定量评价计算结果可以看出，二者的评价结论是基本一致的，也说明了该滑坡的参数选取较合理，滑坡稳定性分析计算的结论可靠程度较高。

4 滑坡治理方案

针对本滑坡的特征及其成因分析[12-14]，从安全性、经济性考虑，采用了以削坡减载为主、坡脚设置抗滑挡土墙，并结合地表、地下排水，坡面防护及监测的综合治理方案。

4.1 削坡减载

削方减载的目的是减少滑坡体的体积，从而减小滑坡的下滑推力，改变滑体的坡面形态，降低滑坡的重心。在滑坡发生后，当地部门紧急采用了分台阶开挖，遏制了滑坡的继续发展，取得了良好的效果，治理方案采用坡高约10m，坡率为1∶1.5～1∶1.25，马道为6～10m的削坡方案。

4.2 抗滑挡土墙支挡

在滑坡前缘采用浆砌块石重力式抗滑挡墙，挡墙高为10m，并对已发生变形的挡墙进行加固，挡墙均应设置泄水孔。

4.3 地表及地下排水

水是导致山体滑坡的重要因素，必须做好滑坡体地表及地下排水系统，采取了上部堵源截流，在滑坡体外围设计环截水沟，旁引滑坡范围外的地表水，在滑坡体上在各级马道上均设置排水沟以拦截和减少地表水的下渗。此外，在各级边坡设置深层地下排水孔。

4.4 坡面防护

坡体分级削坡后，开挖后的第2级～第5级坡面采用锚杆或锚索框架支护；第6级级边坡采用骨架护坡，考虑在地表水流作用下表层土体易产生水土流失，进一步引发坡体失稳，对该级边坡采用骨架内植草护坡措施。

4.5 边坡监测

对滑坡采取长期监测，在平台上设置水平位移和垂直位移长期观测点，观测坡体动态变化，在雨季期间加密监测周期，可对滑坡失稳作出预警并及时采取处置措施。

5 结论

公山滑坡属岩质中层牵引式中型滑坡，其形成原因是斜坡前缘人工开挖形成高陡临空面，且受地质构造作用影响，滑坡体存在软弱结构面，在持续强降雨影响下，软弱结构面吸水浸润饱和，滑体顺软弱结构面下滑，且坡脚路基挡墙排水不畅，致使后缘出现拉张裂缝，前缘地面隆起及侧边出现剪切破坏，进而整个滑动面贯通，滑坡周界形成，其破坏方式为牵引式。

在连续强降雨或暴雨时，该滑坡整体超过临界稳定状态而处于不稳定状态，随时有发生滑坡地质灾害的危险。建议采取“削坡减载+挡土墙+地表及地下排水+坡面防护+边坡监测”的综合治理措施。后期通过监测结果可知，滑坡体经治理后的最大水平位移小于3mm，边坡整体趋于稳定状态。