佛山市顺德区飞鹅山Ⅲ号滑坡形成机理与防治技术

陶 波，李 锋，马 威，刘建雄，易守勇

（1. 广东省地质局第十地质大队，广东 中山 528427；2. 广东省佛山地质局，广东 佛山 528000）

佛山市是珠三角洲经济发达城市之一，城市建设规模不断扩大，人类工程活动日益增多。公路的改扩建频繁，村民修房筑屋切坡削坡现象普遍，造成大量削坡形成的人工陡坡；人工陡坡往往放坡不规范，坡面植被遭受破坏，多数未采取任何支挡或护坡措施，岩土体直接裸露地表。而华南地区雨量十分充沛（王馨陆，2019），加之独特的地质环境条件，雨季时极易发生滑坡地质灾害（林泽雨等，2019；刘飞，2020；唐成敏等，2020）。近年来，局地突发性强降水和台风等极端气候事件增多（陈申鹏，2019），地震趋于活跃，强降雨过程和地震引发滑坡地质灾害发生的概率加大（殷志强，2008；史培军等，2020），滑坡地质灾害的总体发生形势可能更加严重，未来数年内仍是滑坡地质灾害的高发期。

滑坡是指斜坡岩土体或土体在自然地质作用或人类工程活动影响下失去原有的稳定状态，在重力作用下沿着斜坡内软弱面或软弱带整体向下滑动的现象（盛刚，2016）。在长期的渗流作用下，边坡岩土体被软化呈软-硬塑状的黏性土，滑体一般沿着松散覆盖层与下伏基岩接触面、强风化与弱风化接触带、强透水层与相对弱透水层接触带等软弱面发生滑动（潘攀，2017）。另外，山地的开发会形成高大填土边坡，填土边坡距离人类生活活动区域较近，一旦失稳滑动，往往可能会造成人员伤亡及经济损失（张鹏等，2016）。如2015-12-20 深圳光明新区渣土填埋滑坡导致百余人死亡（Yin et al.,2016）。目前，国内外对滑坡有较成熟的防治技术（郭红东，2016；温陈坤，2017），主要包括：避让、搬迁、抗滑桩、挡土墙、格构梁、预应力锚杆（索）、主（被）动防护网、截排水、绿化及监测。岩性为白垩世百足山组的斜坡发生滑坡地质灾害在广东省特别是珠三角洲地区较为常见，但关于该类型滑坡的研究还不够深入，特别是佛山市顺德区飞鹅山Ⅲ号滑坡兼有顺层、双滑面、规模大及社会影响较大等诸多特点。与一般滑坡相比，双层滑面滑坡形成机理更为复杂，防治难度更大（李振超等，2020），其往往具有规模大、危害性高、治理效果不理想等特点（吴维义，2016），因此，对其开展深入研究具有重要的学术价值及现实意义。

鉴于此，本文在对佛山市顺德区飞鹅山Ⅲ号滑坡进行实地调查、钻探、井探、槽探、综合物探及监测的基础上，着重对飞鹅山Ⅲ号滑坡的形成机理及防治技术进行探讨，以期为滑坡的治理提供参考。

1 研究区概况与地质环境条件

研究区范围为飞鹅山西南坡中段边坡，以飞鹅山III 号滑坡及周边为重点研究区域，总面积约0.26km2。研究区有2种地貌类型——低缓丘陵（飞鹅山）和三角洲平原（山前厂区）。飞鹅山呈北西走向，东北面山坡开辟为永久墓园，植被较稀疏；西南面山坡大部分为原始地形，原始坡体植被比较发育，乔木、灌木和植被兼有，但局部山脚被人工挖掘，最高海拔高程101.15 m，平均坡度约30°。研究区地处北回归线以南，属南亚热带海洋性季风气候，全年气候温和湿暖，夏长冬短，雨量充沛，日照充足，干湿分明，年均温为21～24 ℃，全年总雨量为1 400～2 200 mm。研究区地表无长年性水流及其他地表水体，仅在暴雨时期发现有少量湿地及山脚泉点等地下水出露点。坡脚埋有中石油输油管线及通讯电缆，距离坡脚20～50 m 即为工厂围墙或厂房，主要涉及到的建筑物有万家乐电缆厂、华丰不锈钢钢管厂、志庆自行车零配件厂和南顺电器厂等工厂。

地层岩性方面，滑坡在大地构造位置上处于粤中拗陷带之珠江三角洲沉陷区。据现场调查，飞鹅山III号滑坡附近一带大部分为第四系，出露地表的基岩主要是早白垩世百足山组（K1b）泥岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩。飞鹅山III号滑坡所在边坡岩土体由素填土（Qml）、粉质黏土（Qmc）、残坡积层（Qedl）和早白垩世百足山组（K1b）组成，地层较简单。其中，坡体表层的残坡积层，土质较松散，物理力学性质较差，遇水易崩解、软化；岩石节理裂隙发育，强度较低，遇水易软化，均为坡体的不利土层。

地质构造方面，研究区内发现一条北西向断裂，且岩层中节理、裂隙较发育。滑坡区内主要发育3 组节理：第一组，倾向北西280°～320°，倾角60°～80°；第二组，倾向东北20°～55°，倾角20°～86°；第三组，倾向南东105°～160°，倾角60°～85°。第一组节理裂隙发育相对较弱，第二、三组发育比较密集，倾角均较大，在一定程度上分割岩体，使岩体极破碎，雨水较易渗入，加速风化，降低岩体强度；同时，在雨水的渗入软化下，容易形成由节理裂隙和层面裂隙共同形成的锯齿状的近似弧形软弱面（带），影响坡体的稳定性。

2 研究方法

以飞鹅山III号滑坡及周边为重点研究区域，总面积约0.26 km2，采用地形测量、野外调查、水文地质调查、钻探、岩土体物理力学性质测试、综合物探（地震横波反射法、面波法、管波测井）、槽探、井探和监测（地表位移监测、深部位移监测、地下水水位监测）等多种手段相结合的方法进行研究。在综合分析研究区的气象水文、地形地貌、地层岩性、地层厚度、岩土体力学性质、地质构造、不良地质现象、地质灾害发育情况、地下水补径排条件、含水层和隔水层的埋藏条件、地下水类型、地下水位及其动态变化、地下水对建筑材料的腐蚀性、滑动面埋深及滑坡变形特征等环境地质条件的基础上，确定滑坡的形态、范围、深度和规模等，分析出滑坡的成因机制和发展趋势，最后提出合理的地质灾害防治方案。

3 工程地质特征

飞鹅山滑坡属于新形成的深层中型牵引式滑坡，在平面上呈圈椅状。该滑坡以深层滑面构成的中型深层滑坡为主（主滑面），在深层滑坡体上又发育一个中型中层滑坡（图1）。

飞鹅山Ⅲ号滑坡体地层为百足山组（K1b）泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和粉砂岩等，地层较简单。其中，土层土质较松散，物理力学性质较差，尤其是坡体表层的残坡积层，遇水易崩解、软化，为坡体的不利土层；岩层风化强烈，节理裂隙发育，强度较低，遇水易软化，也属于不利岩层；微风化岩上部节理发育，岩体较破碎，力学性质较差，但下部岩体比较完整，强度高，属稳定岩层。坡体的滑移主要与其中的残坡积土、全、强和中风化岩体有关。整体坡向230°，天然坡度一般＜30°，人为开挖形成的阶梯陡坎坡度为50°～80°。地层产状较平缓，呈舒缓波状，倾向南西210°～230°，倾角12°～17°，总体倾向坡外，构成顺层边坡。滑坡区内发育一条北西向断裂，且岩层中节理、裂隙较发育。区域地壳稳定性为基本稳定。地表无长流性水流及其他地表水体，野外地质调查仅在暴雨时期发现少量湿地及山脚泉点等地下水出露点，为雨水渗入坡体后，沿软弱带或节理层理裂隙向下流动，最终从坡脚或剪出口排出。滑坡区地质条件复杂程度为中等。

岩土体承载力根据有关规范及地区经验确定，各岩土体物理力学性质见表1所示。

表1 岩土体力学性质指标建议值Table 1 Suggested values of geotechnical physical property indexes

据野外调查发现，主滑坡在平面上的形状为圈椅状，其后缘滑壁呈抛物线型，以坡体最高一条拉张裂缝为界（该滑坡发育9条规模较大的张拉裂缝，并且在削坡应急抢险过程中，张拉裂缝持续发展）。地表发育一近似弧形的曲折拉张裂缝，长约120 m，裂缝张开宽度0～13 cm，裂缝两侧高差（破裂壁）0～0.2 m，后壁较新鲜（图2），并与北西侧剪切裂缝断开遥望，共同形成近似弧形的滑坡后壁和西侧周界；南东侧处于沟谷，剪切裂缝不明显，推测该滑坡以沟谷为界；滑坡前缘发育鼓丘，附近建筑物出现明显变形破坏，其最外缘的连线形成滑坡前缘。滑坡后壁、两侧侧壁和滑坡前缘共同形成滑坡的周界，后壁和前缘最大高差约85 m，滑体纵向（南西向）最大长度约220 m，横向（北西向）最大长度约230 m，总面积约3.5万m2，滑坡体最大厚度约32 m，滑坡体积约67 万m3，为中型深层滑坡。滑坡前缘地面隆起并开裂，最大隆起高度约1.7 m，建构筑物开裂（图3），已有排水渠错断，钢架棚屋倾斜发出“吱吱”异响。坡脚下埋设的中石化输油管线发生严重扭曲变形，坡脚发育有异常泉眼。

通过地表调查及监测发现，次滑坡后缘滑壁也呈近似抛物线型，裂缝位于斜坡中下部，距离第一滑坡壁约40 m；地表特征为一近似弧形的曲折拉张裂缝，从山脊顶部向西北一直延伸到坡脚附近，长约180 m，裂缝张开宽度0～10 cm，裂缝两侧高差（破裂壁）0～1.3 m，后壁较新鲜，为新近形成，属于滑坡后壁和西北侧壁的组合（见图2）。与主滑坡相似，次滑坡南东侧壁则处于沟谷，剪切裂缝不明显；滑坡前缘为坡脚陡坎处岩体剪出口，从西北部的32 m高程处逐渐过渡到东南部的6 m高程处。次滑坡后壁、两侧侧壁和滑坡前缘共同形成滑坡的周界，后壁和前缘最大高差约70 m，滑体纵向（南西向）最大长度约120 m，横向（北西向）最大长度约220 m，总面积约1.7 万m2，滑坡体最大厚度约15.5 m，滑坡体积约26万m3，为中型中层滑坡。次滑坡主滑动方向与岩层倾一致，为顺层滑坡，滑动面产状为230°∠12°～17°。由于坡脚陡立，次滑坡的剪出口发育较好（图4），并伴有擦痕，擦痕方向即为次滑坡主滑方向。

主次滑坡滑壁裂缝西北侧断续向下延伸，有汇合的趋势，形成西北部边界，而东南部止于微地貌沟谷地段；但受滑坡滑动影响，沟谷东南侧坡体有局部拉张裂缝出现，如顶部裂缝顺沟谷向南东斜坡延伸约40 m。因此，推测其东南边界沿沟谷附近顺山势而下，两侧边界和后壁共同组成滑坡周界。

通过钻探、槽探及井探方法探明主次滑动面的空间分布情况。其中，钻探按相关规范及设计要求实施钻探详查工作；槽探在滑坡后壁裂缝处沿主轴线开挖进行，采用勾机开挖形式，现场编录与拍照，并取一定的土工样，以分析残坡积土岩土力学性质；井探在滑坡顶部稳定山坡处开挖进行，采用人工开挖形式，现场编录与拍照，主要揭露残坡积层厚度和附近岩土体是否发生变形破坏。图5为揭露滑动带的部分钻孔岩心照片。其中，ZK42 埋深7.8 m 处发育软弱夹层，厚20 cm，稍湿，呈可塑状，有剪切变形迹象；ZK43 埋深16.7 m 处岩心呈碎石土状，厚约0.7 m；ZK2 埋深23.3 m 处发育0.15 m 厚风化强烈破碎带；ZK45 埋深19.5 m 处发育1 m厚风化强烈破碎带（图5）。钻探岩心较好地揭露滑动带工程地质性质。滑动带岩体破碎，强度较低，具有明显的剪切变形迹象。钻探成果为准确确定滑动面位置及弹塑性物理力学参数及滑坡的稳定性评价奠定基础。

通过瞬态面波法和管波测井法相结合探测滑坡区坡体岩土体性质，找出软弱夹层（滑动面）。并根据面波解释成果及管波解释成果，推断滑坡区存在2 个滑动面（带）——主滑动面（深层滑动面）和次滑动面（中层滑动面）。

综合钻探、槽探及物探（面波及管波测井）成果，推断主滑动面（深层滑动面）和次滑动面（中层滑动面）的空间分布情况（图6）。滑面的最大埋深为32 m，次滑面的最大埋深为15.5 m。

4 形成机理

4.1 影响因素

一般来说，软弱的岩土体及节理裂隙是滑坡产生的内因，较陡地形是外因，而充足的降雨和人类工程活动是激发因素。

1）较软的岩土体

坡体岩土体以较易风化的泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩等为主，风化后的岩体物理力学性质较差，在长时间雨水作用下容易形成较软弱的滑裂面。本文滑坡的次级滑坡剪出口发育于强风化泥岩层面中。

2）发育的节理裂隙

坡体岩层产状较平缓，总体倾向坡外，南西约220°，局部倾向南东120°，倾角12°～17°，有利于形成顺层滑坡。岩层中节理裂隙发育，2 组近似直立的节理裂隙将岩体切割得很破碎，岩体强度大为降低；同时雨水较易渗入，增大了静水压力及渗流力对坡体稳定性的不利影响。

3）较陡的地形

滑坡所在区域人类工程活动较为频繁，因建设厂房的需要，多年前在滑坡脚进行人工开挖，从而在III号滑坡区前沿7～35 m高程处形成5级台阶状边坡，陡坎坡度为50°～80°。人类活动严重改变了山体的微地貌，形成有利于滑坡产生的陡峭临空面。

4）充足的降雨

持续的暴雨使土体软化，强度减弱，同时在水压力、渗流等作用下，加速了边坡的失稳。2008年6 月之后，该区出现连续暴雨，最大日降雨量达311.7 mm（2008-06-25），月总降雨量达891.1 mm。在6月上中旬长期暴雨的作用下，飞鹅山滑坡体及周边建筑物于2008-06-14前后开始出现不同程度的变形与破坏；6月14—17日，飞鹅山西南侧万家乐电缆厂坡脚围墙先后出现3次倒塌，厂房地面逐渐隆起，墙体开始出现裂缝。

5）人类工程活动

人工开挖坡脚取土，形成陡峭的临空面，使坡脚荷载减小，边坡的抗滑力减小，在雨水的渗入、软化和水压力的共同作用下，形成了沿岩层面或节理面的软弱带，最终形成滑坡。

4.2 滑坡形成过程

飞鹅山滑坡的形成与较软的岩土体、发育的节理裂隙、较陡的地形和充足的降雨以及人工开挖等因素有关，是众多因素综合作用的结果，其形成机制为：

该区雨季长、降雨量大，暴雨期间降雨充沛，给地下水渗入补给提供了充足的来源；同时由于III号滑坡区坡段表层为松散的残坡积土层，下部基岩节理裂隙非常发育，使得雨水能顺利渗入坡体较深部位；而人工开挖边坡形成陡峭的临空面，减小了坡脚的荷载，即降低了坡体抗滑力。在长期、周而复始的渗流作用下，主要渗流路径附近的岩土体被软化，呈软-硬塑状的黏性土，形成以节理和层理相混合的软弱带。无雨时期，该软弱带处于硬塑状态，强度较大，因而坡体较稳定；一旦遇上长期的暴雨作用，软弱带被浸泡，处于软塑状态，强度大大降低。同时，由于水压力的增加，间接增大了下滑力，使得软弱带有效抗滑移力大大降低，因而发生滑坡（图7）。滑坡发生后，已滑后壁、滑面和滑坡体交界处的裂缝都是天然的渗水渠道，雨水沿原滑坡面渗出时，不但软化了该处的岩土体，还润滑了接触面，减小了滑面摩擦抗滑力，加剧边坡的失稳。

深层滑坡先于中层滑坡发生蠕变，首先发育后缘裂隙，长约120 m，裂缝张开宽度0～13 cm；裂缝两侧高差（破裂壁）0～0.2 m，裂隙面不新鲜，因而发育时间不详；在滑动过程中，浅层滑坡首先形成连续滑动面，且滑动速率略大于深层滑坡，因而中层滑坡从前缘陡坎首先剪出（见图4）；在中层滑坡的剪切作用下，深层滑坡发育竖向裂缝，雨水沿裂缝下渗，进一步润滑深层滑动面，从而导致滑坡前缘出现鼓丘及裂缝；此时，深层滑坡形成连续滑动面，整个滑坡进入匀速变形阶段，由于应急抢险工作及时，滑坡变形破坏被阻止，滑坡未进入加速变形阶段就已停止。

5 防治技术

飞鹅山Ⅲ号滑坡产生后采取了应急治理措施，取得了一些效果，坡体处于暂时稳定状态。但上述措施只是临时性的应急措施，能维持稳定时间较短，尚未从根本上解决坡体失衡的危险，若再遇连续暴雨等不利情况，坡体可能再次出现滑动。由于该滑坡区紧靠顺德工业区，若滑坡灾害再次发生，将威胁到坡脚埋设的中石油输油管线和通讯电缆，以及万家乐电缆厂、华丰不锈钢钢管厂和志庆自行车零配件厂等6 间工厂，700 多名人员的安全，受威胁固定财产达上亿元。

飞鹅山Ⅲ滑坡的形成，主要因素是大气降水入渗对滑体岩土物质的软化，使其强度极大地降低，并增加了滑体容重和地下水的渗流力，导致下滑力增大而抗滑力减小，从而发生滑坡。因此，对滑坡的治理，可通过地表及地下截排水，减少地表水渗入；通过削方减载、支挡及护坡等方法来减小下滑力、增大抗滑力。飞鹅山滑坡发育有中、深层2条滑移面，滑面最深分别为15.5和32 m，其中以深层滑坡下滑力最大，为主要治理对象。针对飞鹅山滑坡的特征和引起滑坡的因素，同时兼顾经济和效益，共设计了2种治理方案：

方案一：坡面小削坡+锚杆（索）+格构梁+双排预应力锚拉抗滑桩+三维网植草绿化+截排水+毛石挡墙方案。主要是在坡面采取分级削坡措施，分级设置平台，共8级，平台碾压后种植灌木绿化处理；在坡体中部、底部各设置1排锚拉抗滑桩；坡面设置格构梁+锚杆（索）；坡顶沿支护面设置1条截水沟，每级坡坡脚各设置1条排水沟，并从坡面向坡体内插导水管以引排坡内地下水；坡面采用挂三维网喷播植草绿化。

方案二：坡面大削坡+锚杆（索）+格构梁+单排预应力锚拉抗滑桩+三维网植草绿化+截排水+毛石挡墙方案。主要是采用大削方的方式减少坡体下滑力，在坡脚设置1排抗滑桩，配合锚拉作用承担下部滑体的下滑力，坡体同样采用锚杆（索）+格构梁支护，坡面采用挂三维网喷播植草绿化，并设置截排水沟等措施。

这2种方案均是基于该滑坡变形破坏机制而提出的，均为目前地质灾害治理较为成熟的支护方法，其特点都是以减压卸荷、抗滑锚拉为主。所不同的是，方案一多设1 排抗滑桩来减小削土方量，方案二则是以大削土方量来减少1排抗滑桩的设置。经计算，2 个方案均可满足稳定性要求，均可到达相同预期的经济效益和社会效益；但在同等工况条件下，相较于方案二，方案一的计算稳定性系数略高，造价较低，施工难度较小，且与周边环境协调性好。因此采用方案一对该滑坡进行治理。治理后的监测结果表明，飞鹅山滑坡已取得有效治理，目前尚未发现明显变形破坏特征。

6 结论

通过分析佛山市顺德区飞鹅山Ⅲ号滑坡的地质环境条件及形成原因，发现该滑坡的形成与软弱松散的岩土体、发育的节理裂隙、较陡的地形和充足的降雨以及人工开挖等因素有关，是众多因素综合作用的结果。人工开挖坡脚形成局部陡峭的临空面、节理裂隙及软弱的岩土体等是形成飞鹅山Ⅲ号滑坡主导因素，为滑坡的形成提供了物质来源，气象水文及人工削坡为激发因素。

在充分研究飞鹅山Ⅲ号滑坡形成机理的基础上提出小削坡+锚杆（索）+格构梁+双排预应力锚拉抗滑桩+三维网植草绿化+截排水+毛石挡墙的综合治理措施，效果良好，保障了人民的生命财产安全。

飞鹅山Ⅲ号滑坡的下滑力较大，若设置单排抗滑桩，滑坡稳定性难以满足现行相关技术规范要求。设置双排抗滑桩后，滑坡稳定性系数得到较大程度提高。另外，在稳定性分析过程中发现，地下水位的高低对滑坡的稳定性影响较大。因此，在整治下滑力较大的滑坡地质灾害时，应选择适合滑坡工程地质特点的支挡工程，不同的支挡工程对不同工程地质性质的滑坡所起支挡效果差异较大；应高度重视截排水工程的重要性，截排水工程造价一般较低，但取得的治理工程效果明显。

目前，国内外大多采用单排抗滑桩进行滑坡地质灾害防治，因此现行的基于刚体极限平衡理论研发的稳定性分析软件不能对双排抗滑桩、抗滑桩与多排锚杆（索）组合进行结构设计。在飞鹅山Ⅲ号滑坡地质灾害治理工程设计过程中，项目组克服了这一难题，这对于今后滑坡稳定性分析软件的更新完善具有较好的借鉴意义。