滑坡破壞機制及穩(wěn)定性評價

孫樹珩

(遼寧水文地質工程地質勘察院，遼寧 大連 116037)

邊坡穩(wěn)定問題在交通工程、水利水電工程、工業(yè)民用建筑工程中普遍存在，而且在一定程度上是決定工程成敗的關鍵。目前，對于邊坡破壞機制及穩(wěn)定性評價方法，學者們進行了多方面的研究［1-4］。明顯存在潛在滑動面的碎石土滑坡形式，其破壞的力學機制主要以水壓力驅動型為主［5-6］，即邊坡在天然應力狀態(tài)下可以保持暫時穩(wěn)定狀態(tài)，但在降雨或地下水位升高等因素作用下，水對邊坡具有侵蝕溶蝕、軟化、物理化學作用及力學作用等諸多不利影響。在地下水作用下，巖土體性質下降，滑動面抗剪強度降低，導致坡體失穩(wěn)，形成滑坡。

位于大森數(shù)控公司的滑坡因其存在明顯的碎石土層與下伏巖層接觸面，構成滑坡體潛在滑動面，且上部滑體后緣存在拉張裂縫，為降雨提供了流通渠道，因此屬于典型的水壓力驅動型滑坡。

1 滑坡體工程地質條件

1.1 地形地貌

滑坡體地貌類型為構造剝蝕低丘陵區(qū)，丘頂為渾圓狀，丘坡起伏不平，地勢較為陡峻，地形總體坡度為22°～35°，植被發(fā)育，局部地面基巖裸露，主要由震旦系橋頭組厚層石英巖夾板巖組成，總體地勢呈西高東低，地形起伏較大，地面高程為87.56～157.81 m，地面高差70.25 m。圖1為滑坡體前緣松散堆積物照片。

1.2 地質構造

滑坡體周圍未見大的褶皺和斷裂構造，在滑坡體下部見有板巖，坡體上部為人工堆填的雜填土和碎石混土，土巖接觸帶與坡面平行延伸，起伏較小，坡頂出露石英巖，石英巖產(chǎn)狀260°∠20°，巖體內(nèi)還發(fā)育一些小的巖層錯動現(xiàn)象。

1.3 氣象及水文條件

滑坡體所在區(qū)域屬暖溫帶濕潤半濕潤海洋性氣候，年平均氣溫10.6℃左右。多年平均降水量662.0 mm，境內(nèi)10 min內(nèi)最大降水量為20.5 mm，1 h最大降水量為68 mm，任意24 h內(nèi)的最大降水量為149.4 mm，1日最大降水量為144.4 mm，一次連續(xù)最大降水量為178.6 mm。多年平均蒸發(fā)量1 647.2 mm。最大凍土深度0.93 m。區(qū)內(nèi)無地表河流和水體，僅在大森數(shù)控公司圍墻外有一條近南北向的截洪溝。院內(nèi)滑坡體上有一小型蓄水池，坡體后緣蓄水池傾斜變形。

1.4 地下水

工程地質勘察期間，在滑坡體范圍及深度內(nèi)，地下水埋深3.6～4.3 m。根據(jù)本次地面調查資料，邊坡地段地下水類型主要為基巖裂隙水，地下水賦存于板巖風化裂隙中，具有季節(jié)性。雨季，坡段中部巖石呈濕潤狀態(tài)，有少量水從基巖裂隙中向外滴滲，滲出量一般＜0.001 m3/s。旱季，一般干枯無水。本次勘察過程中，由于正遇大連市區(qū)降雨，降水量達50 mm以上，坡體坡腳地下水沿崩落土體孔隙呈溪流狀流出。鉆探過程中，鉆孔漏水嚴重，同時坡下部坡體滲出水量加大，表明坡體內(nèi)部地下水連通性好，滑坡體上部區(qū)域匯水面積0.34 km2。圖2所示為滑坡平面圖。

圖2 滑坡平面示意

2 滑坡巖土體特征

2.1 滑坡巖土體類型及結構

滑坡巖土體主要由第四紀雜填土及碎石土、震旦紀強風化～中風化板巖組成。其中，雜填土(Qml4)呈褐色、灰褐色及黑褐色，松散，主要由碎石、塊石、黏性土組成。粉質黏土含量30% ～50%;碎石、塊石含量可達50%～70%，形態(tài)為棱角狀至次棱角狀，粒徑一般為3.0～10.0 cm，部分粒徑 ＞30 cm，最大可達200 cm。碎石、塊石巖性主要為石英巖。該層由人工堆積回填形成，大部分分布于坡上部的表層。

碎石土(Qdpl4)呈褐色，松散 ～稍密，主要由碎石、黏性土組成。粉質黏土含量30% ～60%;碎石含量可達40%～70%，形態(tài)為棱角狀至次棱角狀，顆粒一般為0.5～2.0 cm，部分＞10 cm。碎石巖性主要為石英巖。該層普遍分布于坡上部的表層。

強風化板巖(Z2c)呈黃褐色、灰黃色，碎裂與散體結構，層理明顯，節(jié)理裂隙發(fā)育，破碎程度高，多表現(xiàn)為碎塊狀，表層少部分呈碎屑狀，場地大部分鉆孔、探坑、探孔均有揭露。

中風化板巖(Z2c)呈褐色、灰黃色等，層狀結構，層理明顯，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯較破碎，局部呈塊狀和短圓柱狀，結構面結合差。巖石基本質量等級為Ⅳ級，在場地局部有揭露。該層揭露厚度1.5 m。

2.2 滑坡巖土體物理力學性質

經(jīng)現(xiàn)場大面積剪切試驗、野外現(xiàn)場測試試驗，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021)，分別對巖土體黏聚力、內(nèi)摩擦角和重度等指標進行統(tǒng)計分析，對巖土物理力學指標的初始數(shù)據(jù)進行野外鑒別和對比，剔除異常的初始數(shù)據(jù)后進行修正，確定其平均值、標準值和特征值，由統(tǒng)計結果最終確定邊坡的力學參數(shù)標準值。表1為巖土體主要物理力學參數(shù)。

表1 坡體主要物理力學參數(shù)

3 滑坡破壞機制分析

3.1 滑坡成災原因

大森數(shù)控滑坡在地貌上屬于低丘陵坡麓，斜坡巖性為板巖。坡體上覆第四系人工填土和碎石混土，處在松散狀態(tài)，厚度為2.0～7.5 m，經(jīng)鉆探、坑探、槽探、物探等技術手段確定坡體內(nèi)發(fā)育順向主控制結構面，結構面上部發(fā)育在土與破碎強風化巖體接觸面處，下部受地形條件控制大部分在土與強風化巖體接觸帶中，局部厚度約1.0 m左右，總體呈折線狀。在2007年8月13日到17日強降雨情況下，坡面截排水系統(tǒng)只排泄了少部分地表水，大量地表水則下滲補給地下水，由于坡腳處擋土墻泄水孔泄水不暢，且坡頂匯水面積大，大量地下水匯集于坡體內(nèi)。長時間的雨水浸泡，使巖土體達到飽和狀態(tài)，既增加了坡體自重，又降低了巖土體的強度(黏聚力和內(nèi)摩擦角)，導致坡面上覆第四系松散土層與下部強風化板巖之間折線狀結合面的分離，加上雨水對土巖結合面的潤滑作用，使坡面上覆巖土體在自身的重力作用下向下滑移，導致發(fā)生了此次滑坡。

3.2 滑坡啟動機制

滑坡啟動機制屬動水壓力驅動型，在雨季大雨或暴雨時，坡體中的地下水水力梯度驟然加大，坡體中地下水排泄受阻。這時，坡體巖土體孔隙與裂縫充水，在靜水壓力加之動水壓力沿滑移面產(chǎn)生的孔隙水壓力的聯(lián)合作用下，滑移變形加劇，同時，坡體巖土體受水的浸泡導致強度降低，進而失去平衡，發(fā)生滑坡。

4 滑坡體穩(wěn)定性分析

4.1 坡體主控結構面與裂縫分析

為分析危險斜坡巖土體中主控制結構面和坡面的力學關系，首先對勘察中勘測的坡體內(nèi)結構面進行分析。通過前文對坡體內(nèi)主控制結構面類型、形態(tài)的分析，針對坡體中發(fā)育的結構面與坡向的關系，分別用赤平投影法進行分析。該坡段見有大型的滑移結構面，坡體頂部為土巖接觸面，受原地形限制，下部在土體與強風化板巖接觸帶中，坡體內(nèi)主控滑結構面總體呈折線狀，傾向 120°，傾角在 20°～45°之間，坡面(擋土墻面)產(chǎn)狀為 120°∠80°，主控滑結構面與坡面走向平行，并且結構面傾角小于斜坡坡面傾角，屬于同向外傾結構面，是危險結構面，不穩(wěn)定，整體滑動導致坡體前緣地面弧狀隆起，滑體沿隆起變形處向上存在破裂角，形成易滑動的巖土體。這是該段坡的主要不穩(wěn)定因素，見圖3。

圖3 坡體結構赤平投影圖

4.2 滑坡體穩(wěn)定性計算

通過對坡體的外形特征、滑面、滑帶土特征，以及巖土體物理力學參數(shù)分析研究，對坡體穩(wěn)定系數(shù)進行計算，分析坡體的水文地質、巖土工程地質條件和巖土體結構特征及坡體變形破壞趨勢可知，坡體可能產(chǎn)生滑動，具備折線滑移條件，所以對其可采用折線滑動法公式計算。計算剖面見圖4。

圖4 滑坡體剖面示意

各項參數(shù)的取值以實測為主，部分為計算獲得或經(jīng)驗數(shù)值。通過計算，坡段穩(wěn)定系數(shù)為0.615，依據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》，邊坡穩(wěn)定系數(shù) ＜1，判定坡體為不穩(wěn)定斜坡，需要進行工程治理。

5 結論

1)位于大森數(shù)控公司的滑坡巖土體由第四紀雜填土、碎石土及下伏板巖組成，屬于松散堆積層沿其與基巖接觸面滑動的類型。

2)滑坡體滑動面抗剪強度低，且結合程度差，不利于坡體本身的穩(wěn)定。

3)滑坡體屬于水壓力驅動型滑坡，在降雨作用下，滑坡巖土體強度顯著降低，極易發(fā)生滑動。

4)從坡體主控結構面與裂縫產(chǎn)狀組合形式上，坡體自穩(wěn)能力差。通過計算，滑坡體穩(wěn)定系數(shù)為0.615，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須進行工程治理。

［1］劉才華，陳從新，馮夏庭.庫水位上升誘發(fā)邊坡失穩(wěn)機理研究［J］.巖土力學，2005，26(5):769-773.

［2］朱向東，尚岳全.碎石土邊坡破壞機理的敏感性分析［J］.防災減災工程學報，2007，27(1):86-90.

［3］全鳳文.碎裂結構巖質邊坡滑動機理與防治［J］.公路，2004(6):8-12.

［4］霍宇翔，黃潤秋，巨能攀，等.碎裂結構邊坡變形機理及治理對策研究［J］.工程地質學報，2009，17(3):317-321.

［5］楊海巍，馮水.庫水位下降對庫岸滑坡穩(wěn)定性的影響［J］.鐵道建筑，2007(8):74-76.

［6］張大鵬，劉翠容，孔德惠，等.渠道水位變化對路塹邊坡穩(wěn)定的影響［J］.鐵道建筑，2008(6):65-67.