四川美姑拉马阿觉滑坡复活特征与影响因素分析

2022-08-30戴雄辉

中国地质灾害与防治学报 2022年4期

王伟，王卫，戴雄辉

（1.四川省交通勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610017；2.成都理工大学环境与土木工程学院, 四川成都 610059；3.重庆地质矿产研究院, 重庆 401120）

0 引言

受地质构造及其活动特征影响，老滑坡主要分布在山区河谷[1−2]，大型老滑坡把岸坡地貌改造为相对开阔平缓的斜坡，通常处于稳定状态，常为铁路、公路、厂房、水电开发等山区建设和开发规划所利用。但工程建设、降雨、地震等易引起老滑坡复活[3−6]，老滑坡的复活又影响工程建设及其安全运营，这些是工程建设需要关注的主要问题[7−8]。

针对老滑坡复活的机理、变形破坏特征、数值模型等方面的研究，前人进行了较多的研究。殷跃平等[9]以藕塘滑坡为例认为库水位的升降以及降雨因素是促使滑坡复活变形的主要因素；黄润秋[10]、王恭先等[11]、殷志强[12]对滑坡在加载与降雨的条件下其稳定性因素及成因机制进行了分析研究；魏昌利等[3]、杜飞等[13]通过数值模拟方法认为地震、降雨等对滑坡的复活起到促进作用。

滑坡监测工作是了解和掌握滑坡体的变形动态特征，对滑坡正确分析、评价、预测、预报及治理工程等提供可靠资料和科学依据的重要手段。同时，监测结果也是检验滑坡分析评价及滑坡防治工程效果的尺度[14]。基于此，文中以美姑拉马阿觉滑坡为例，通过采用现场地质调绘、现场监测并结合数值模拟等方法，详细分析了滑坡复活变形特征与影响因素分析，并对滑坡治理工程的效果进行评价，以期为同类工程防治提供借鉴。

1 滑坡概况

老滑坡位于四川省美姑县拉马阿觉乡瓦尼村，美姑河右岸，省道307从复活体中前部横向穿过，滑坡全景照见图1。复活体上建有四川美姑河水电开发有限公司营地与220 kV 联合开关站,居住有营地工作人员及瓦尼村村民，其余为耕地。拉马阿觉老滑坡沿河宽3.0～3.6 km，纵向长6.0～6.5 km，前缘直达美姑河岸，后缘一直到后侧基岩陡壁[15]。据现场调查，局部复活滑坡位于老滑坡西侧前缘，长约355 m，宽约360 m，平面上呈方形，滑体厚度20～30 m，滑坡蠕滑变形的体积约为255.6×104m3[16]（图2）。

图1 滑坡全貌Fig.1 Overall perspective of the landslide

滑坡区属侵蚀构造单斜低中山地貌，地势为阶梯状斜坡，总体上是南高北低，老滑坡相对高差约680 m，整体地形平缓，坡角一般为8°～20°。老滑坡体上冲沟发育，西侧发育一常年流水冲沟，为复活体西侧边界；东侧发育一季节性冲沟，于20世纪70年代复活滑坡后缘以下冲沟被人为填埋形成耕地，为复活体东侧边界。

滑坡体为第四系松散层覆盖，第四系由滑坡堆积、残坡积、崩积物组成，主要为紫红色、棕红色含碎块石粉质黏土、黄灰色含角砾粉质黏土、粉质黏土、红褐色粉质黏土及碎块石组成。滑坡区出露基岩为三叠系下统铜街子组（T1t），岩性为灰绿色泥岩、紫红色粉砂质泥岩、黄灰色泥岩、灰色细砂岩、粉砂岩及灰绿色白云岩，，铁铝质或钙质填充, 裂隙较发育，其中细砂岩为基岩裂隙水含水层，其透水性中等；泥岩为隔水层，透水性差，也是滑坡的滑床，产状：348°～350°∠12°～15°。滑坡1-1'工程地质剖面见图3。

图3 滑坡1-1'工程地质剖面图Fig.3 1-1' engineering geological profile of landslide

2 现场监测

2.1 滑坡前、后期治理工程措施与监测系统

2.1.1 滑坡前期治理工程措施与监测系统

滑坡前期治理于2008年1月开始实施，至2008年6月施工完成。滑坡前期治理措施主要为在滑坡前缘实施了钢筋石笼护坡（D1—D11）、滑坡中部59根抗滑桩、集水井（J1—J8）、截水沟等措施。

前期监测系统包括5个滑体深部位移监测孔（JK01—JK03、JK05、JK07）、5个地下水位监测孔（JK01—JK03、JK05、JK07）、桩身内力（钢筋计）（17#、32#、57#）（图2），经历了施工期、营运期监测[17−19]。

图2 滑坡工程地质平面图及其监测系统布置图Fig.2 Landslide engineering geological plan and the monitoring system layout

2.1.2 滑坡后期治理工程措施与监测系统

根据开关站及其扩建工程的范围，治理工程于2012年7月开始实施，至2013年2月施工完成。治理措施主要在开关站下侧实施了39根抗滑桩（第二级支挡）桩顶用冠梁相连，开关站扩建工程外围修复截水沟的综合治理措施。

主要针对开关站扩建工程范围，开展了施工期监测[17，20−21]，布设了5个滑坡体深部位移监测孔（CX01—CX05）、桩身内力（钢筋计）（H9、H18、H25、H38）、5个地下水位监测孔（CX01—CX05）等（图2）。

2.1.3 监测系统监测时间及施工情况

根据现场监测情况，文中选取3个代表性监测孔进行分析，其各自的监测时间及施工情况见表1。

表1 前、后期监测系统监测时间及施工时间表Table 1 Pre-and post-monitoring system monitoring time and construction schedule

2.2 监测数据分析

2.2.1 深部位移监测

滑体深部位移监测是确定滑坡滑动与否、活动状态及滑动面（带）层数、深度、厚度等最直接、最可靠的手段。因此，文中主要依据滑坡体深部位移监测数据分析滑坡变形特征、对滑坡整治工程效果的检验，以保证电力设施运行安全。

（1）图4为前期JK02监测孔滑体深部位移曲线，监测数据显示孔口滑体累计位移达110 mm，滑面达80 mm。抗滑桩等治理工程施工期间，孔口滑体位移与滑面处位移几乎相等呈竖向直线，滑体沿滑面呈现刚性滑动，表现出单滑面及岩质滑坡的特征，滑体变形随时间持续增大，变形速率虽起伏变化较大，但整体呈增大趋势，日均水平位移增量为1～3 mm；随着抗滑桩等治理工程施工完成，抗滑桩发挥作用后，滑体变形自滑面至孔口逐渐增大，深部位移曲线由竖向直线转变为上大下小斜直线，同时滑体变形速率日渐减缓，直至滑体位移趋于稳定，位移速率降低为0～0.3 mm/d。

图4 JK02滑体深部位移曲线Fig.4 Deep displacement curve of JK02 sliding body

（2）图5、图6为后期CX02、CX05监测孔滑体深部位移曲线，由图分析可知，其位移主要发生在抗滑桩施工期间，孔口滑体累计35～45 mm，滑面累计位移33～57 mm，与前期相比实测的位移相对较小。抗滑桩施工期间，其滑体位移曲线形态呈竖向直线，与前期监测结果一致；但施工完成以后，其滑体位移曲线形态仍呈竖向直线，与前期监测曲线形态存在差异，位移呈现沿滑带整体滑移的特性，同时也表明了通过前期治理滑体稳定性得到了明显提高，但随着施工活动、加载、降雨入渗等外部因素的变化和影响，滑体内部仍有变形的调整，随着抗滑桩不断发挥作用，滑体变形速率减小，滑坡体趋于稳定。另外，离抗滑桩越近的CX02比离桩越远的CX05滑体位移收敛更快，且累计位移也较之更小，这说明了抗滑桩对距离桩较近的桩后滑体位移的限制作用比较远处的滑体显著。

（3）由图4、图5、图6可知，监测曲线在某一深度处位移均发生突变，突变位置即滑动面埋深，其中JK02、CX02、CX05滑动面埋深分别为20～21.5 m、21.5～22.5 m、18.5～20.5 m，与现场勘察钻孔岩芯所揭示的实际滑动面基本一致，由此可以推断该滑坡具有明显的滑动面，且滑动面大体位于基覆界面位置。

图5 CX02滑体深部位移曲线Fig.5 Deep displacement curve of CX02 sliding body

图6 CX05滑体深部位移曲线Fig.6 Deep displacement curve of CX05 sliding body

2.2.2 地下水位监测

图7为2008年4月1日—2009年5月5日期间滑坡地下水位与降雨—时间关系曲线，由图7可知，地下水位经历了持续下降到逐步回升，再到相对比较稳定的过程，分别回升了5.65 m、4.58 m，分析其原因，主要是与抗滑桩施工及降雨量有关。

图7 滑坡地下水位与降雨-时间关系曲线Fig.7 Curve between groundwater level and rainfall-reservior water level of landslide

3 老滑坡复活影响因素分析

3.1 降雨对老滑坡复活的影响

根据2008—2013年研究区降雨量统计显示，降雨一般集中在每年6—9月，且其降雨量占全年降雨量80%以上。由以上分析可知，降雨入渗至滑坡体内，滑坡体内地下水位升高，岩土体由非饱和状态转为饱和状态，同时降低滑带土的抗剪强度，引起滑坡的下滑力增加、抗滑力下降，再加上地下水运移使滑坡体内产生动水压力、浮托力等作用，加剧滑坡体变形，最终诱发老滑坡复活。

3.2 人类工程活动对老滑坡复活的影响

根据现场调查访问，在老滑坡复活前，斜坡体上进行了营地及开关站大规模修建，由于大量开挖，使大量的地表水沿裂缝渗入到滑坡体中，改变滑坡体的渗流场，从而影响滑坡整体的稳定性；另外，斜坡体上新建了多幢2～3层楼房及开关站相应设施，位于滑坡中部，对滑坡滑动有一定的促进作用。据介绍，四川美姑河水电开发有限公司营地自2004年7月人员驻进以来发现局部地面开裂，职工活动室及部分围墙也出现裂缝，这说明受加载影响显著。

4 三维数值模拟

FLAC3D软件是一款连续介质力学分析软件，采用有限差分方程近似代替实际的微分方程组，然后进行等效替代，将微分方程组化为代数方程来求解。因其计算速度快，数据占用空间小，可以模拟分析斜坡的受力状态和稳定性。除此之外，FLAC3D软件在计算大变形的问题时，大变形值是通过各个时步的小变形叠加而得来的，用显式时间差分来求解，这样既节省了时间，也达到了解决多单元模型的目的。

4.1 参数选取

文中计算模型的本构力学模型将采用摩尔-库伦模型，模型的破坏包络线和Mohr-Coulomb强度准则（剪切屈服函数）以及拉破坏准则(拉屈服函数)相对应，岩土体相关计算参数取值参考本项目的室内试验、工程地质类比法、参数反演分析及《岩石力学参数手册》等进行综合取值，具体各岩土体物理力学取值见表2。

表2 数值计算参数取值Table 2 Numerical calculation parameter value

4.2 计算模型的建立

模型的边界宽度取复活滑坡体宽度的十分之一时，滑坡的安全系数趋于稳定，而且范围取得越大影响越小，而滑带以下基岩的深度对结果影响不大[22]。因此，根据滑坡明显复活边界条件及结合滑坡区域地形地貌特征确定FLAC3D的计算模型东西宽度（X方向）取480 m，两边超出滑坡侧边界60 m，模型底部取到高程1 225 m，比滑带最低高程低80 m；模型南北向（Y方向）的长度取765 m，北侧边界取至美姑河对岸，南侧边界超出后缘边界40 m（图8）。

图8 三维计算模型网格图Fig.8 Three-dimensional computational model grid diagram

模型材料分为3种，即滑床、滑带及滑体，由于滑带在各钻孔的厚度不一，将滑带的厚度统一简化为1.5 m，地表面形态根据地形线确定，而滑面根据钻孔中滑面高程插值计算出滑面等值线。采用Ansys软件的Solid45号单元（八节点六面体）对模型网格自由划分，滑带的网格稍密，考虑到设桩处的网格大小，对设桩处的网格沿桩身进行加密处理，计算模型的单元总数为2 014 449个，节点总数为360 149个（图9）。

图9 桩结构单元及网格图Fig.9 Unit and grid diagram of pile structure

由图10可知，抗滑桩设置后，加固效果明显，对于滑床部分位移几乎为零，滑体和滑带有不同程度的变形；桩后一定范围内的位移值较剖面上其它位置的位移小，桩前滑体由于前面没有支挡而自由向临空面变形，位移较大，特别是前缘的位移更突出，表现为牵引式滑坡，与该滑坡机制相符合；桩前滑体位移等值线基本竖直，说明桩前滑体具有沿滑带整体滑移的特性，桩后滑体的位移等值线较为凌乱，体现出桩后滑体内部状态仍有变形的调整；设桩位置的等值线向上凸，突出部分顶点的位移值较大，可说明靠近桩顶位移大，往深处位移变小。

图10 滑坡体各剖面位移云图Fig.10 Displacement nephogram in each section in landslide body

由图11可知，同样高度的滑体中，桩前滑体的正应力明显小于桩后滑体的正应力，说明桩前滑体受到桩后滑坡推力较小，桩后滑体的应力大部分传给了抗滑桩，说明抗滑桩阻挡滑体的效果明显。

图11 滑坡体各剖面正应力云图Fig.11 Normal stress nephogram of each section in landslide body

4.3 对比分析

通过三维数值模拟与现场监测数据对比分析，由JK02监测孔处数值计算的滑体深部位移曲线图12可知，曲线在20.0～21.5 m发生突变，即为滑动面位置，数值计算的孔口累计位移约109 mm，与实际监测数据吻合；数值计算的滑体深部位移曲线形态整体上呈竖直的形态，与实测深部位移曲线形态不同，这是因为数值计算采用的是同一参数，是一种均质的材料，而滑体并不是一致均质的岩土体。