關(guān)于陜西南部堆積層滑坡的幾點新認(rèn)識

李勇，張新宇，滕宏泉，何意平，楊淵

（陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054）

1 前言

堆積層滑坡廣泛分布于秦巴山區(qū)地區(qū)，山地構(gòu)造復(fù)雜，各深斷裂發(fā)育，巖體風(fēng)化不均，巖性呈現(xiàn)多元性和陳雜性，節(jié)理裂隙發(fā)育，堆積層滑坡遍布。堆積層滑坡多由山前堆積物組成，還有溝谷側(cè)壁堆積物、山坡坡腳堆積物等，由碎石土、耕植土、粘性土等組成，表層多有樹木或者人類耕地。由于多為常年蠕動堆積，滑動面大都在巖體與土體接觸面，由于土體內(nèi)聚力形成一定厚度的滑動帶。堆積層滑坡的規(guī)模通常都不大，多為中小型滑坡，其分布廣、數(shù)量多、活動性強(qiáng)，是川陜秦巴山區(qū)災(zāi)害中威脅人口最多、最主要的災(zāi)害隱患類型之一。歷次詳查均顯示，堆積層滑坡具有持續(xù)性、緩變性和累加性等特性。由于內(nèi)部運動遠(yuǎn)比前人防治采用的靜態(tài)模型復(fù)雜，導(dǎo)致一些針對堆積層滑坡的治理工程頻頻失效。

2 堆積層滑坡形成機(jī)制和運動特征

堆積層滑坡包括碎石土和含礫粘性土，區(qū)分主要在于土體顆粒和碎石粒徑，此兩項因素成為控制滑坡滑動特征和方式的主要因素。

2.1 形成機(jī)制

堆積層滑坡形成機(jī)理上多為山坡或者溝谷壁類的凸凹斜坡在日積月累的風(fēng)化及剝離搬運過程中緩變而來。大都在山腳、坡腳下堆積，形成暫時或永久平衡（圖1）。滑坡堆積物往往由于重力效應(yīng)上層礫石含量較少而向下逐漸增多，在相對分界的薄弱地帶被降雨下滲和地面人類灌溉下滲透水共同作用形成滑動帶。地下水滲透紊流逐漸卸下并帶走相對輕的細(xì)粒的砂土顆粒而留下較粗的礫石顆粒，造成蟻穴效應(yīng)，滑動面（帶）附近的土體組織結(jié)構(gòu)強(qiáng)度被降低，整個滑動面（帶）的阻滑力（邊界土體抗剪強(qiáng)度）減小，形成滑坡逐漸失穩(wěn)下滑。此外，人類活動是加劇該類滑坡失穩(wěn)的一個重要因素，包括工程增負(fù)、削坡建設(shè)及土地耕種灌溉等，主要因為增大了滑動力或者減小了阻滑力從而導(dǎo)致平衡被打破，破壞滑坡的穩(wěn)定或者增大其失穩(wěn)程度（圖2）。

圖1 堆積層滑坡形成示意圖

圖2 人類工程活動對堆積層滑坡影響示意圖

2.2 運動特征

2.2.1 持續(xù)性

堆積層滑坡是長久以來形成的地質(zhì)體，其形成過程就是自身的創(chuàng)造過程，滑動本身對于在千萬年的地質(zhì)演化中逐漸形成的地質(zhì)體來說，是一種正常的地質(zhì)現(xiàn)象，不會停止，動靜相對只是間隔時間長短的問題。

2.2.2 緩變性

堆積層滑坡所具有的一個非常重要的性質(zhì)，也是往往在靜態(tài)力學(xué)計算中被忽略的一個性質(zhì)。這種持續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象的出現(xiàn)是日積月累的，而非突發(fā)性的，每一次移動都會改變甚至重置土體內(nèi)部的應(yīng)力平衡狀態(tài)。期間降水及灌溉滲流對滑動帶造成的蟻穴效應(yīng)是漸進(jìn)的而非跨越式的。其鮮有突然發(fā)生的崩潰式滑動，而其變形量大部主要建立在多次少量累進(jìn)式前進(jìn)的基礎(chǔ)上。即使發(fā)生坍塌，也是部分坡度較陡，在多次推移式上部位移累進(jìn)到極限時的小規(guī)模應(yīng)力釋放。人類工程活動也會誘發(fā)滑坡的突然失穩(wěn)滑動，因為人類為土地肥美的堆積層土壤吸引，往往居住并耕種于滑坡體之上，山地工程活動經(jīng)常削坡建設(shè)，其往往直接或間接的破壞阻滑區(qū)土體結(jié)構(gòu)，造成累進(jìn)式緩變蓄能的突然釋放，使部分或者整個滑坡體在強(qiáng)降水或者灌溉紊流滲透的作用下瞬間失衡，造成滑坡災(zāi)害。

圖3 鎮(zhèn)安縣二中滑坡緩變示意簡圖

2.2.3 累進(jìn)性

累進(jìn)是堆積層一個不可逆的過程，其每次強(qiáng)降水滲流都會造成或多或少的蟻穴效應(yīng)，水體沖刷造成的失衡會被立即出現(xiàn)的輕微下挫彌補(bǔ)，因此堆積層滑坡大都出現(xiàn)大雨相對大滑，小雨相對小滑或者不滑的累進(jìn)現(xiàn)象。其構(gòu)成的土體壓縮量大于土體彈性形變極限時造成永久累積形變，這種不可逆累積形變對土體力學(xué)及工程地質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生單向的累進(jìn)影響。且此種小幅累進(jìn)位移如若被人為阻擋，累進(jìn)效應(yīng)造成的下滑力在時間的推移下會迅速增大，其長期工程治理難度非常之大。以鎮(zhèn)安縣二中為例，前期進(jìn)行的滑坡?lián)鯄υO(shè)計完全符合當(dāng)時的力學(xué)安全系數(shù)，但是后來連年降雨灌溉造成的累進(jìn)效應(yīng)，使得當(dāng)初的靜力學(xué)計算的土體力學(xué)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀被打破，墻體附近土體被壓縮，土體各種性質(zhì)隨著被擠密壓實發(fā)生變化，土體的彈性區(qū)隨著自身相對位移的不斷變化，其下滑分量逐漸增大而隨著滲流掏蝕，阻滑力卻在不斷減小。這種變化自下而上積累，使得最前方擋墻面處主動土壓力迅速增大且重新分布，逐漸超過墻體承載能力，在擋墻自身結(jié)構(gòu)較脆弱處發(fā)生破壞（圖3）。

3 影響堆積層滑坡的幾點因素

堆積層滑坡是在滑動力與阻滑力共同作用結(jié)果下運動的，因此對前后兩者作用力產(chǎn)生影響的因素均可對其穩(wěn)定狀態(tài)造成影響。另外，堆積層滑坡是一個松散體，其內(nèi)聚力相對較低，土體間抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此，滑坡體在整體運動的前提下，有時伴隨著局部滑體的分離運動出現(xiàn)相對母體的部分滑動現(xiàn)象。

3.1 坡度

滑坡下滑力是重力沿滑床（或滑動面）方向的分力，坡度的增大直接下滑力增加，其直接減小滑坡的穩(wěn)定系數(shù)，使滑坡更容易滑動。

圖4 地下水作用于滑動帶的影響

3.2 地下水

地下水在堆積層滑坡中往往以接近滑床（不透水面）的孔隙水和巖體內(nèi)部裂隙水存在［2]，孔隙水在滑動帶或者滑動面附近滲透流動，其在土體顆粒間隙產(chǎn)生紊流圈（圖4），致使土體較小顆粒松動脫落并最終被滲流帶走，逐漸掏空滑帶土，破壞其結(jié)構(gòu)，漸漸降低其阻滑強(qiáng)度，最終降低最大阻滑力，使滑坡穩(wěn)定性降低，滑動幾率增加。地下水滲流強(qiáng)度在相同的土體滲流系數(shù)下，取決于其水頭差與水源供給。而水頭差已為坡度因素決定，水源供給則主要來自降水下滲和灌溉下滲，在坡面無良好導(dǎo)水通道的情況下，降雨與灌溉水在松散堆積層上會迅速下滲。所以降雨和灌溉是直接影響滑坡穩(wěn)定的重要因素之一。

3.3 土體分選

即土體粒徑級配和所含礫石粒徑，其直接決定了滑帶土的天然阻滑力，而且土體分選也代表著滑帶土在地下水滲流時對其破壞的抵抗程度，孔隙水滲流時同等條件下攜帶沙粒能力一致。所以有一定粗粒徑和大部分細(xì)粒徑充填其中的土體相對咬合力較高，其抵抗地下孔隙水滲流的破壞的能力也較強(qiáng)，反之較弱。

3.4 基底巖層現(xiàn)狀

堆積層滑坡不少是沿巖土接觸面滑動，其接觸面巖石產(chǎn)狀及風(fēng)化程度對滑坡阻滑力的影響非常巨大，反向滑床和風(fēng)化較弱的接觸面阻滑力相對較大，反之較小。

3.5 人類工程活動

人類工程活動是引發(fā)突發(fā)性滑坡的最常見因素［3]。堆積層滑坡土地肥沃，地勢較基巖高山平緩且易于施工，人類往往選擇居住并耕種于其上。近期修路破梁也日趨增多。修建與滑坡體上的工程往往增加負(fù)荷，加大滑動力；而大部房屋等工程活動集中于坡腳，其削坡行為直接破壞阻滑區(qū)，減弱最大阻滑力。在大規(guī)模降雨的前提下往往導(dǎo)致滑坡突然失穩(wěn)，瞬間滑動的突發(fā)性災(zāi)害。

4 結(jié)論

4.1 特性總結(jié)

堆積層滑坡除了前人已有的結(jié)論，其運動特征還具有持續(xù)性、緩變性和累進(jìn)性。在冗長歲月里處在動靜反復(fù)的過程中，堆積層滑坡三個特性本身也是其形成的原因和過程。

4.2 影響因素總結(jié)

堆積層滑坡三個特性的產(chǎn)生原因是其內(nèi)部和外部共同作用的結(jié)果，內(nèi)因主要為坡度、土體分選、基底巖層現(xiàn)狀；而外因則為具有可變屬性的地下水和人類工程活動因素，其中地下水又受降雨和人類灌溉活動的共同影響。其中坡度、土體分選和基底巖層現(xiàn)狀為地質(zhì)不可變天然屬性，是前提決定因素。而降雨和灌溉所能影響到的地下水和人類工程屬性則應(yīng)歸為可變非天然屬性，成為誘發(fā)因素。

4.3 存在問題及建議

4.3.1 存在問題

目前陜西南部7 450處地質(zhì)災(zāi)害各大災(zāi)種中，滑坡占到60%以上，其中大部分為堆積層滑坡。堆積層滑坡目前主要的防治手段是群測群防、搬遷避讓和工程治理。

（1）由于堆積層滑坡的持續(xù)性而導(dǎo)致滑坡數(shù)量不斷增加，出現(xiàn)“逢山腳必有滑坡”，其在冊數(shù)量增加速度大于消除隱患的速度，造成在冊滑坡數(shù)量擁積，基層管理難度變大；而堆積層滑坡又適合耕種，搬遷后常有村民秘密返回耕種，造成二次威脅，削弱了滑坡的群測群防管理和搬遷的效力。

（2）堆積層滑坡的漸變性漸變性和累進(jìn)性加大了工程治理的難度，以往采取的靜力計算結(jié)果在數(shù)次蠕變后會被削弱甚至失效，造成治理工程隨時間推移被緩緩破壞損毀，使投入巨資進(jìn)行治理的防治工程僅僅幾年就遭到破壞甚至失效，嚴(yán)重打擊了政府對災(zāi)害治理的信心。

4.3.2 建議

完善、加強(qiáng)管理、重建堆積層滑坡模型和計算方法。

（1）對于堆積層滑坡群測群防網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步完善，是建立滑坡準(zhǔn)入準(zhǔn)出制度，合理的對堆積層滑坡進(jìn)行分類管理，減小基層管理壓力，保證群測群防網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)效果，對已搬遷滑坡體上的房屋予以拆除或者設(shè)立警示牌，避免村民回遷。

（2）對工程治理的堆積層滑坡探索多次蠕滑模擬推演進(jìn)行動態(tài)計算（即蠕滑過程中的多次靜力計算），以此加入治理工程的時效性屬性，加入動態(tài)安全系數(shù)機(jī)制，即增加此工程有效期限。

［1]地質(zhì)礦產(chǎn)部，等.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治［M].地質(zhì)出版社，1991.

［2]漲至潔，韓寶平，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.

［3]林年豐.環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)［M].地質(zhì)出版社，1990.