碎石土滑坡变形特征及支护措施

[摘  要]：碎石土边坡滑塌后的变形破坏特征深入研究相对较少。基于此，文章以雅江县木绒乡安贵村碎石土滑坡为例，采用资料收集、现场工程地质调查和数值模拟等手段开展研究工作，获得此类滑坡变形破坏机制、灾后防护治理的建议。该滑坡滑体、滑带均是粒径2～10 cm碎石土，在坡脚开挖+降雨渗流不畅情况下，滑坡前缘出现局部滑塌，中前、后部出现多条张拉及剪切裂缝，逐渐形成浅层推移式土质滑坡。根据滑坡区基本特征及地形地貌，滑坡防治措施建议滑坡前缘桩板墙联合裂缝填充。治理后边坡的稳定性安全系数为1.32，效果较好。

[关键词]： 碎石土; 滑坡; 变形特征; 支护措施

P642.22A

四川是全国地质灾害最为严重的省份之一。受“5·12”汶川特大地震和“4·20”芦山强烈地震叠加效应，以及近年来持续强降雨过程深层次影响，四川省触发各种类型地质灾害隐患达4万余处，其中不同类型的滑坡占比超5成。滑坡失稳破坏是一个极其复杂的过程，受滑坡内部结构[1]、滑坡岩土体物质组成[2]等内因和地震[3]、降雨[4]等外因的耦合作用，其破坏特点和破坏模型存在差异。其中，降雨尤其是强降雨更易于触发碎石土滑坡发生发展。如：杭州富阳大溪村村中姚宅的房屋后方南侧山体滑坡[5]、国道212线广元南山隧道工程公路填方滑坡[6]、成都白鹤小区B区6#楼东侧滑坡[7]、下季节海上行2.6 km处公路内侧滑坡[8]等均是在暴雨或持续降雨等不利因素作用下发生的。郑颖人[9]、徐建聪[10-11]、彭建兵等[12]学者采用室内模拟、数值模拟等手段在此方面做过相对较多的研究，取得了一些有意的成果。碎石土边坡滑塌后的变形破坏特征是获得此类滑坡变形破坏机制、灾后防护治理的有效而重要的信息之一，但深入研究相对较少。随着四川省地质灾害全域综合整治三年行动计划和“十四五”地质灾害防治规划，重大地质灾害治理体系的深入研究势在必行。

本文以雅江县木绒乡安贵村学校后山滑坡治理工程为依托，结合资料收集、现场工程地质调查和数值模拟的相关成果，获得碎石土滑坡的变形破坏特征，为提出针对性的支挡防护措施提供可资借鉴的信息。

1 研究区工程地质条件

研究区边坡位于雅江县木绒乡安贵村，地貌上属受长期剥蚀作用形成的高山峡谷地貌。整体地势南高北低，坡脚高程约3 372 m，后缘高程3 455～3 461 m，相对高差约90 m，整体呈“陡-缓”之势，斜坡自然坡度30°～40°，局部因修建乡道和房屋形成陡坎或陡坡，坡度60°左右，局部近直立，覆盖层较薄，局部基岩出露，场地地形见图1。

区域内地层出露较齐全，除缺失寒武系、侏罗系、白垩系、第三系外，其它各系地层均有出露。研究区上部覆盖层由第四系人工填土（Q4ml） 、第四系全新统崩坡冲积层碎石土（Q4col+dl）组成;下伏基岩主要为上三叠系上统瓦多组中段（T3w2）板岩，属浅变质岩系组成的叠加变质变形发育区。其中，碎石土广泛分布于坡体上，深灰色-灰黑色，松散-稍密，稍湿-饱和。碎石土中碎石含量约50%，局部达到70%，粒径主要集中在2～10 cm，含少量块石，最大粒径80 cm。见图2所。

另外，雅江地区降水量少，降雨量时间主要集中于5—9月，占全年降水量的86.4%。但雅江县是甘孜州暴雨易发区，暴雨年平均日数是甘孜州的2倍。据统计，雅江县最多年降9次暴雨，最少年降6次。研究区1/6 h、1 h、6 h、24 h多年最大暴雨量平均值分别为13 mm、22 mm、34 mm、73 mm[13]。

岩土工程与地下工程李雪梅： 碎石土滑坡变形特征及支护措施

2 邊坡变形破坏特征

2.1 滑坡区整体形态特征

从平面形态上看，滑坡呈不规则的“圈椅”状（图3），滑坡后缘以最上一级地面拉张裂缝为界，分布高程为3 416.0～3 417.0 m;前缘以公路内侧修建公路开挖形成的陡坎坡脚为界，分布高程为3 385.0～3 386.0 m，相对最大高差近30 m;左侧以左侧冲沟及前缘基岩出露点为界;右侧以右侧冲沟、前缘基岩出露点及坡体上发育的剪切裂缝以外一定距离为界。

滑坡中后部整体为一斜坡地貌，坡度一般为25°～30°，前缘为修建公路形成的陡坎，坎高1.5～3.0 m，坡度40°～50°;滑坡主滑方向为20°。横向平均宽度65 m，滑坡纵向平均长度为60 m，滑坡体平面范围为0.4×104 m2，滑坡体的厚度在横向和纵向上呈两端薄中间厚，厚度3.0～6.0 m，体积2.0×104 m3。根据DZ/T0218-2006《滑坡防治工程勘查规范》[14]，该滑坡为小型浅层推移式土质滑坡。滑坡前缘两侧可见基岩出露，岩层产状为135°∠51°。

2.2 滑坡局部变形特征

滑坡前缘出现局部滑塌，中前部变形明显，出现多条张拉及剪切裂缝，后缘亦出现张拉裂缝，并存在一定的下错，滑坡变形迹象明显。

2.2.1 滑坡后缘

滑坡后缘中部存在一条裂缝LF01，形成于调查年暴雨期间，为前缘坡体变形后牵引形成，裂缝延伸长度约20 m，裂缝宽度5～10 cm，下错2～5 cm，裂缝走向与坡向近垂直，充填粉质黏土和植物落叶，为拉张裂缝。见图4（a）。

2.2.2 滑坡中部

滑坡中部存在2条裂缝和一个错台。其中：

裂缝LF02：位于滑坡后缘中上部右侧，为前缘坡体变形后牵引形成，裂缝延伸长度34 m，裂缝宽度5～10 cm，下错2～20 cm，裂缝走向与坡向近垂直，充填粉质黏土和植物落叶，为拉张裂缝。见图4（b）。

裂缝LF03：该裂缝位于滑坡后缘中部右侧，为前缘坡体变形后牵引形成，裂缝延伸长度30 m，裂缝宽度2～5 cm，下错5～10 cm，裂缝走向与坡向近垂直，充填粉质黏土和植物落叶，为拉张裂缝。见图4（c）。

错台CT01：该错台位于滑坡中前部左侧，为中前部浅表滑塌形成，错台延伸长度47 m，下错高度10～40 cm，为浅表滑塌形成的拉张和剪切裂缝。见图4（d）。

2.2.3 滑坡前缘

滑坡前缘存在2处错台。其中：

错台CT02：该错台位于滑坡前缘右侧，前缘局部滑塌形成，错台延伸长度20 m，下错高度30～130 cm，为浅表滑塌形成的拉张和剪切裂缝，见图4（e）。

错台CT03：该错台位于滑坡前缘中部，为前缘浅表滑塌形成，错台延伸长度30 m，下错高度10～30 cm，为浅表滑塌形成的拉张和剪切裂缝。见图4（f）。

2.3 滑坡物质结构特征

该滑坡为发育于第四系全新统崩坡积层（Q4col+dl）内的土质滑坡，下伏基岩主要为上三叠系上统瓦多组中段（T3w2）板岩（表1）。

滑体：为深灰色-灰黑色碎石土，滑体中后缘厚度2.0～3.0 m，中前部厚度达4.0～6.0 m，平均厚度约5.0 m，松散-稍密，稍湿。碎石母岩成份为浅深灰色-灰黑色板岩，风化程度为强风化-中风化，块径一般2～20 cm，滑体中夹少量孤石，根据勘探揭露，孤石最大粒径约0.8 m，见图5（a）。

滑带：主要为碎石土，深灰色-灰黑色，含水率高，黏粒含量较上部土体高，潮湿，厚约15～35 cm，其下即为基岩，见图5（b）。

滑床：沿基覆界面滑动，滑床为上三叠系上统瓦多组中段板岩，深灰-灰黑色，成分以粉砂質、钙质和少量炭质板岩为主，间夹少量钙质石英砂岩或绢云母岩;强风化-中风化，岩心破碎，呈短柱状，见图5（c）。

3 滑坡变形破坏机制

该滑坡区原始地貌为一比较平缓的斜坡，坡体物质组成主要是崩坡积碎石土，从地形上看该滑坡所在斜坡后缘高，前缘低，两侧高，中间低，斜坡左、右两侧均有一小型冲沟发育，为一明显负地形，利于地表水的汇集。区域内的地表水主要是接受大气降水补给，以坡面散流方式向地势低洼处汇集，最终向坡脚处排泄，部分地表水通过下渗方式进入坡体内部，而进入坡体内部的水，同样是从地势较高处向地势较低洼处汇集，从而导致地下水大量汇集于滑坡区域的前缘部分，使得该区域长期处于饱水状态，土体重度较大，物理力学参数较低;加之修建道路，对坡脚进行开挖，导致坡脚出现临空面，改变了坡体的应力状态和地下水的渗流场，开挖坡脚后正值雨季，在降雨和坡脚开挖的综合作用下坡体前部土体即发生小规模滑动，进而导致坡体中部土体前部被动土压力减小，相当于形成潜在的临空面，中部土体随即产生牵引式破坏，产生蠕动变形;坡体后缘在牵引作用下出现裂缝，雨季地表水通过裂缝进入坡体内部，在土体内部下伏基岩接触带受阻隔，从而形成上层滞水或于阻隔带径流，使该处的土体饱水、软化，土体抗剪强度降低，形成软弱面，当该软弱面发展到坡体前缘饱水区域时，就形成了贯通坡体的软弱结构面，从而诱发斜坡失稳，形成滑坡。综合分析该滑坡属于由坡脚开挖和降雨综合作用下发展成的牵引式滑坡。

参照DZ/T 0219-2006《滑坡防治工程设计与施工技术规范》[14]进一步分析了稳定性系数K与碎石土粘聚力c和内摩擦角φ关系，见图6。可见土体饱水、软化对边坡稳定性极为不利。同时可见，稳定性系数对内摩擦角比内聚力敏感得多，即内摩擦角每增加1°，稳定性系数增加0.041，而内聚力需每增加1 kPa，稳定系数才增加0.025。

4 滑坡防治措施建议

4.1 防治措施建议

根据滑坡区基本特征及地形地貌，桩板墙分五种型式布设于滑坡前缘，桩板墙分5种型式布设于滑坡前缘，其中A型桩板墙抗滑桩共布设3根，B型桩板墙抗滑桩共布设2根，C型桩板墙抗滑桩共布设2根，桩长均为7.0 m，桩径为1.0 m×1.2 m，桩间距6.0 m，锚固段长3.5 m;D型桩板墙抗滑桩共布设1根，E型桩板墙抗滑桩共布设1根，桩长均为5.0 m，桩径为1.0 m×1.2 m，桩间距6.0 m，锚固段长2.5 m;桩间板设置于抗滑桩中间，其中A、B、C型桩桩间板高4.0 m，板厚0.25 m，D、E型桩桩间板高3.0 m，板厚0.25 m，抗滑桩采用C30混凝土浇筑，桩间板均采用C30混凝土浇筑;待桩板墙强度达到设计值的80%以上后方可进行板后反压夯填，回填密实度不小于85%。

板身在高出地面以上不小于50 cm设置泄水孔，其水平间距为2.0 m，在施工时预埋50 mmPVC管，泄水孔坡度5%，在板后应回填砂砾或卵石土（最大粒径不超过8 cm）等透水性材料，在泄水孔进口处应设置反滤包，不得使积水渗入基底;桩板墙前布置排水沟，排水沟长56 m，排水沟底宽0.4 m，深0.5 m，采用C20混凝土浇筑，一般浇筑厚度0.2 m，桩间板段近板侧设置防冲刷层，坡度10%，浇筑厚度0.2 m。坡防治措施布设示意见图7。

同时，对滑坡上所有裂缝进行充填夯实。裂缝充填之前先清理裂缝区域，施工时沿裂缝走向开挖成宽0.5～1 m、深0.3～0.4 m的梯形浅槽，尽量到达延伸深度，填物质采用黏土，铺设厚度0.3～0.4 m，并夯填密实。

4.2 防治措施效果简析

根据研究区滑坡的基本情况，采用PLAXIS3D有限元数值模拟软件[15]，以勘察钻孔揭露地层为依托建立计算模型，该模型的宽450 m（Y）、长700 m（X）、高200 m，所建立的模型见图8。对X、Y方向设置水平向的约束，对Z方向的底部设置固定约束。

边坡三维模型共划分网格单元111 459个，节点165 726个。模型从上到下地层分别为滑体碎石土（黄色）、滑面碎石土（绿色）、滑床基岩（蓝色）。模型种粉色为桩板墙。岩土体计算参数如表1所示。

基于有限元强度折减法计算得到该边坡的稳定性安全系数为1.32，边坡整体处于稳定状态。

5 结论

本文以雅江县木绒乡安贵村学校后山滑坡治理工程为依托，结合资料收集、现场工程地质调查和室内土工试验的相关成果，展开碎石土滑坡的变形破坏特征及支护措施的研究，研究结果表明：

（1）滑坡中碎石土中碎石含量约50%，局部达到70%，粒径主要集中在2～10 cm，是滑体、滑带的主要组成物质。

（2）滑坡为浅层推移式土质滑坡。主滑方向为20°。滑坡体的厚度在横向和纵向上呈两端薄中间厚。

（3）滑坡前缘出现局部滑塌，中前部变形明显，出现多条张拉及剪切裂缝，后缘亦出现张拉裂缝，并存在一定的下错现象;成因机制为坡脚开挖+降雨渗流不畅所致。

（4）根据滑坡区基本特征及地形地貌，滑坡防治措施建议滑坡前缘桩板墙联合裂缝填充。治理后边坡的稳定性安全系数為1.32，效果较好。

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