碎石土滑坡變形特征及支護(hù)措施

[摘? 要]：碎石土邊坡滑塌后的變形破壞特征深入研究相對較少?；诖?，文章以雅江縣木絨鄉(xiāng)安貴村碎石土滑坡為例，采用資料收集、現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和數(shù)值模擬等手段開展研究工作，獲得此類滑坡變形破壞機(jī)制、災(zāi)后防護(hù)治理的建議。該滑坡滑體、滑帶均是粒徑2～10 cm碎石土，在坡腳開挖+降雨滲流不暢情況下，滑坡前緣出現(xiàn)局部滑塌，中前、后部出現(xiàn)多條張拉及剪切裂縫，逐漸形成淺層推移式土質(zhì)滑坡。根據(jù)滑坡區(qū)基本特征及地形地貌，滑坡防治措施建議滑坡前緣樁板墻聯(lián)合裂縫填充。治理后邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.32，效果較好。

[關(guān)鍵詞]： 碎石土; 滑坡; 變形特征; 支護(hù)措施

P642.22A

四川是全國地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的省份之一。受“5·12”汶川特大地震和“4·20”蘆山強(qiáng)烈地震疊加效應(yīng)，以及近年來持續(xù)強(qiáng)降雨過程深層次影響，四川省觸發(fā)各種類型地質(zhì)災(zāi)害隱患達(dá)4萬余處，其中不同類型的滑坡占比超5成?；率Х€(wěn)破壞是一個極其復(fù)雜的過程，受滑坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]、滑坡巖土體物質(zhì)組成[2]等內(nèi)因和地震[3]、降雨[4]等外因的耦合作用，其破壞特點和破壞模型存在差異。其中，降雨尤其是強(qiáng)降雨更易于觸發(fā)碎石土滑坡發(fā)生發(fā)展。如：杭州富陽大溪村村中姚宅的房屋后方南側(cè)山體滑坡[5]、國道212線廣元南山隧道工程公路填方滑坡[6]、成都白鶴小區(qū)B區(qū)6#樓東側(cè)滑坡[7]、下季節(jié)海上行2.6 km處公路內(nèi)側(cè)滑坡[8]等均是在暴雨或持續(xù)降雨等不利因素作用下發(fā)生的。鄭穎人[9]、徐建聰[10-11]、彭建兵等[12]學(xué)者采用室內(nèi)模擬、數(shù)值模擬等手段在此方面做過相對較多的研究，取得了一些有意的成果。碎石土邊坡滑塌后的變形破壞特征是獲得此類滑坡變形破壞機(jī)制、災(zāi)后防護(hù)治理的有效而重要的信息之一，但深入研究相對較少。隨著四川省地質(zhì)災(zāi)害全域綜合整治三年行動計劃和“十四五”地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃，重大地質(zhì)災(zāi)害治理體系的深入研究勢在必行。

本文以雅江縣木絨鄉(xiāng)安貴村學(xué)校后山滑坡治理工程為依托，結(jié)合資料收集、現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和數(shù)值模擬的相關(guān)成果，獲得碎石土滑坡的變形破壞特征，為提出針對性的支擋防護(hù)措施提供可資借鑒的信息。

1 研究區(qū)工程地質(zhì)條件

研究區(qū)邊坡位于雅江縣木絨鄉(xiāng)安貴村，地貌上屬受長期剝蝕作用形成的高山峽谷地貌。整體地勢南高北低，坡腳高程約3 372 m，后緣高程3 455～3 461 m，相對高差約90 m，整體呈“陡-緩”之勢，斜坡自然坡度30°～40°，局部因修建鄉(xiāng)道和房屋形成陡坎或陡坡，坡度60°左右，局部近直立，覆蓋層較薄，局部基巖出露，場地地形見圖1。

區(qū)域內(nèi)地層出露較齊全，除缺失寒武系、侏羅系、白堊系、第三系外，其它各系地層均有出露。研究區(qū)上部覆蓋層由第四系人工填土（Q4ml） 、第四系全新統(tǒng)崩坡沖積層碎石土（Q4col+dl）組成;下伏基巖主要為上三疊系上統(tǒng)瓦多組中段（T3w2）板巖，屬淺變質(zhì)巖系組成的疊加變質(zhì)變形發(fā)育區(qū)。其中，碎石土廣泛分布于坡體上，深灰色-灰黑色，松散-稍密，稍濕-飽和。碎石土中碎石含量約50%，局部達(dá)到70%，粒徑主要集中在2～10 cm，含少量塊石，最大粒徑80 cm。見圖2所。

另外，雅江地區(qū)降水量少，降雨量時間主要集中于5—9月，占全年降水量的86.4%。但雅江縣是甘孜州暴雨易發(fā)區(qū)，暴雨年平均日數(shù)是甘孜州的2倍。據(jù)統(tǒng)計，雅江縣最多年降9次暴雨，最少年降6次。研究區(qū)1/6 h、1 h、6 h、24 h多年最大暴雨量平均值分別為13 mm、22 mm、34 mm、73 mm[13]。

巖土工程與地下工程李雪梅： 碎石土滑坡變形特征及支護(hù)措施

2 邊坡變形破壞特征

2.1 滑坡區(qū)整體形態(tài)特征

從平面形態(tài)上看，滑坡呈不規(guī)則的“圈椅”狀（圖3），滑坡后緣以最上一級地面拉張裂縫為界，分布高程為3 416.0～3 417.0 m;前緣以公路內(nèi)側(cè)修建公路開挖形成的陡坎坡腳為界，分布高程為3 385.0～3 386.0 m，相對最大高差近30 m;左側(cè)以左側(cè)沖溝及前緣基巖出露點為界;右側(cè)以右側(cè)沖溝、前緣基巖出露點及坡體上發(fā)育的剪切裂縫以外一定距離為界。

滑坡中后部整體為一斜坡地貌，坡度一般為25°～30°，前緣為修建公路形成的陡坎，坎高1.5～3.0 m，坡度40°～50°;滑坡主滑方向為20°。橫向平均寬度65 m，滑坡縱向平均長度為60 m，滑坡體平面范圍為0.4×104 m2，滑坡體的厚度在橫向和縱向上呈兩端薄中間厚，厚度3.0～6.0 m，體積2.0×104 m3。根據(jù)DZ/T0218-2006《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[14]，該滑坡為小型淺層推移式土質(zhì)滑坡。滑坡前緣兩側(cè)可見基巖出露，巖層產(chǎn)狀為135°∠51°。

2.2 滑坡局部變形特征

滑坡前緣出現(xiàn)局部滑塌，中前部變形明顯，出現(xiàn)多條張拉及剪切裂縫，后緣亦出現(xiàn)張拉裂縫，并存在一定的下錯，滑坡變形跡象明顯。

2.2.1 滑坡后緣

滑坡后緣中部存在一條裂縫LF01，形成于調(diào)查年暴雨期間，為前緣坡體變形后牽引形成，裂縫延伸長度約20 m，裂縫寬度5～10 cm，下錯2～5 cm，裂縫走向與坡向近垂直，充填粉質(zhì)黏土和植物落葉，為拉張裂縫。見圖4（a）。

2.2.2 滑坡中部

滑坡中部存在2條裂縫和一個錯臺。其中：

裂縫LF02：位于滑坡后緣中上部右側(cè)，為前緣坡體變形后牽引形成，裂縫延伸長度34 m，裂縫寬度5～10 cm，下錯2～20 cm，裂縫走向與坡向近垂直，充填粉質(zhì)黏土和植物落葉，為拉張裂縫。見圖4（b）。

裂縫LF03：該裂縫位于滑坡后緣中部右側(cè)，為前緣坡體變形后牽引形成，裂縫延伸長度30 m，裂縫寬度2～5 cm，下錯5～10 cm，裂縫走向與坡向近垂直，充填粉質(zhì)黏土和植物落葉，為拉張裂縫。見圖4（c）。

錯臺CT01：該錯臺位于滑坡中前部左側(cè)，為中前部淺表滑塌形成，錯臺延伸長度47 m，下錯高度10～40 cm，為淺表滑塌形成的拉張和剪切裂縫。見圖4（d）。

2.2.3 滑坡前緣

滑坡前緣存在2處錯臺。其中：

錯臺CT02：該錯臺位于滑坡前緣右側(cè)，前緣局部滑塌形成，錯臺延伸長度20 m，下錯高度30～130 cm，為淺表滑塌形成的拉張和剪切裂縫，見圖4（e）。

錯臺CT03：該錯臺位于滑坡前緣中部，為前緣淺表滑塌形成，錯臺延伸長度30 m，下錯高度10～30 cm，為淺表滑塌形成的拉張和剪切裂縫。見圖4（f）。

2.3 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

該滑坡為發(fā)育于第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Q4col+dl）內(nèi)的土質(zhì)滑坡，下伏基巖主要為上三疊系上統(tǒng)瓦多組中段（T3w2）板巖（表1）。

滑體：為深灰色-灰黑色碎石土，滑體中后緣厚度2.0～3.0 m，中前部厚度達(dá)4.0～6.0 m，平均厚度約5.0 m，松散-稍密，稍濕。碎石母巖成份為淺深灰色-灰黑色板巖，風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，塊徑一般2～20 cm，滑體中夾少量孤石，根據(jù)勘探揭露，孤石最大粒徑約0.8 m，見圖5（a）。

滑帶：主要為碎石土，深灰色-灰黑色，含水率高，黏粒含量較上部土體高，潮濕，厚約15～35 cm，其下即為基巖，見圖5（b）。

滑床：沿基覆界面滑動，滑床為上三疊系上統(tǒng)瓦多組中段板巖，深灰-灰黑色，成分以粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)和少量炭質(zhì)板巖為主，間夾少量鈣質(zhì)石英砂巖或絹云母巖;強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，巖心破碎，呈短柱狀，見圖5（c）。

3 滑坡變形破壞機(jī)制

該滑坡區(qū)原始地貌為一比較平緩的斜坡，坡體物質(zhì)組成主要是崩坡積碎石土，從地形上看該滑坡所在斜坡后緣高，前緣低，兩側(cè)高，中間低，斜坡左、右兩側(cè)均有一小型沖溝發(fā)育，為一明顯負(fù)地形，利于地表水的匯集。區(qū)域內(nèi)的地表水主要是接受大氣降水補(bǔ)給，以坡面散流方式向地勢低洼處匯集，最終向坡腳處排泄，部分地表水通過下滲方式進(jìn)入坡體內(nèi)部，而進(jìn)入坡體內(nèi)部的水，同樣是從地勢較高處向地勢較低洼處匯集，從而導(dǎo)致地下水大量匯集于滑坡區(qū)域的前緣部分，使得該區(qū)域長期處于飽水狀態(tài)，土體重度較大，物理力學(xué)參數(shù)較低;加之修建道路，對坡腳進(jìn)行開挖，導(dǎo)致坡腳出現(xiàn)臨空面，改變了坡體的應(yīng)力狀態(tài)和地下水的滲流場，開挖坡腳后正值雨季，在降雨和坡腳開挖的綜合作用下坡體前部土體即發(fā)生小規(guī)模滑動，進(jìn)而導(dǎo)致坡體中部土體前部被動土壓力減小，相當(dāng)于形成潛在的臨空面，中部土體隨即產(chǎn)生牽引式破壞，產(chǎn)生蠕動變形;坡體后緣在牽引作用下出現(xiàn)裂縫，雨季地表水通過裂縫進(jìn)入坡體內(nèi)部，在土體內(nèi)部下伏基巖接觸帶受阻隔，從而形成上層滯水或于阻隔帶徑流，使該處的土體飽水、軟化，土體抗剪強(qiáng)度降低，形成軟弱面，當(dāng)該軟弱面發(fā)展到坡體前緣飽水區(qū)域時，就形成了貫通坡體的軟弱結(jié)構(gòu)面，從而誘發(fā)斜坡失穩(wěn)，形成滑坡。綜合分析該滑坡屬于由坡腳開挖和降雨綜合作用下發(fā)展成的牽引式滑坡。

參照DZ/T 0219-2006《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》[14]進(jìn)一步分析了穩(wěn)定性系數(shù)K與碎石土粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ關(guān)系，見圖6?？梢娡馏w飽水、軟化對邊坡穩(wěn)定性極為不利。同時可見，穩(wěn)定性系數(shù)對內(nèi)摩擦角比內(nèi)聚力敏感得多，即內(nèi)摩擦角每增加1°，穩(wěn)定性系數(shù)增加0.041，而內(nèi)聚力需每增加1 kPa，穩(wěn)定系數(shù)才增加0.025。

4 滑坡防治措施建議

4.1 防治措施建議

根據(jù)滑坡區(qū)基本特征及地形地貌，樁板墻分五種型式布設(shè)于滑坡前緣，樁板墻分5種型式布設(shè)于滑坡前緣，其中A型樁板墻抗滑樁共布設(shè)3根，B型樁板墻抗滑樁共布設(shè)2根，C型樁板墻抗滑樁共布設(shè)2根，樁長均為7.0 m，樁徑為1.0 m×1.2 m，樁間距6.0 m，錨固段長3.5 m;D型樁板墻抗滑樁共布設(shè)1根，E型樁板墻抗滑樁共布設(shè)1根，樁長均為5.0 m，樁徑為1.0 m×1.2 m，樁間距6.0 m，錨固段長2.5 m;樁間板設(shè)置于抗滑樁中間，其中A、B、C型樁樁間板高4.0 m，板厚0.25 m，D、E型樁樁間板高3.0 m，板厚0.25 m，抗滑樁采用C30混凝土澆筑，樁間板均采用C30混凝土澆筑;待樁板墻強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的80%以上后方可進(jìn)行板后反壓夯填，回填密實度不小于85%。

板身在高出地面以上不小于50 cm設(shè)置泄水孔，其水平間距為2.0 m，在施工時預(yù)埋50 mmPVC管，泄水孔坡度5%，在板后應(yīng)回填砂礫或卵石土（最大粒徑不超過8 cm）等透水性材料，在泄水孔進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置反濾包，不得使積水滲入基底;樁板墻前布置排水溝，排水溝長56 m，排水溝底寬0.4 m，深0.5 m，采用C20混凝土澆筑，一般澆筑厚度0.2 m，樁間板段近板側(cè)設(shè)置防沖刷層，坡度10%，澆筑厚度0.2 m。坡防治措施布設(shè)示意見圖7。

同時，對滑坡上所有裂縫進(jìn)行充填夯實。裂縫充填之前先清理裂縫區(qū)域，施工時沿裂縫走向開挖成寬0.5～1 m、深0.3～0.4 m的梯形淺槽，盡量到達(dá)延伸深度，填物質(zhì)采用黏土，鋪設(shè)厚度0.3～0.4 m，并夯填密實。

4.2 防治措施效果簡析

根據(jù)研究區(qū)滑坡的基本情況，采用PLAXIS3D有限元數(shù)值模擬軟件[15]，以勘察鉆孔揭露地層為依托建立計算模型，該模型的寬450 m（Y）、長700 m（X）、高200 m，所建立的模型見圖8。對X、Y方向設(shè)置水平向的約束，對Z方向的底部設(shè)置固定約束。

邊坡三維模型共劃分網(wǎng)格單元111 459個，節(jié)點165 726個。模型從上到下地層分別為滑體碎石土（黃色）、滑面碎石土（綠色）、滑床基巖（藍(lán)色）。模型種粉色為樁板墻。巖土體計算參數(shù)如表1所示。

基于有限元強(qiáng)度折減法計算得到該邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.32，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文以雅江縣木絨鄉(xiāng)安貴村學(xué)校后山滑坡治理工程為依托，結(jié)合資料收集、現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)土工試驗的相關(guān)成果，展開碎石土滑坡的變形破壞特征及支護(hù)措施的研究，研究結(jié)果表明：

（1）滑坡中碎石土中碎石含量約50%，局部達(dá)到70%，粒徑主要集中在2～10 cm，是滑體、滑帶的主要組成物質(zhì)。

（2）滑坡為淺層推移式土質(zhì)滑坡。主滑方向為20°?；麦w的厚度在橫向和縱向上呈兩端薄中間厚。

（3）滑坡前緣出現(xiàn)局部滑塌，中前部變形明顯，出現(xiàn)多條張拉及剪切裂縫，后緣亦出現(xiàn)張拉裂縫，并存在一定的下錯現(xiàn)象;成因機(jī)制為坡腳開挖+降雨滲流不暢所致。

（4）根據(jù)滑坡區(qū)基本特征及地形地貌，滑坡防治措施建議滑坡前緣樁板墻聯(lián)合裂縫填充。治理后邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.32，效果較好。

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