福建闽侯龙江滑坡变形破坏机制分析
时间：2023-01-22 10:00:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
吴道荣
(核工业西南勘察设计研究院有限公司，福州，350002)
地质灾害的发生不仅受自然因素的影响，还有很大一部分是人为因素造成的。随着城镇化建设迅速发展，受极端天气、人类工程活动影响，山地丘陵区滑坡地质灾害总体呈多发、频发态势，地质灾害防治形势非常严峻[1]。在我国众多城镇农村周边、矿区采场、填埋场等区域普遍存在大量堆填土不稳定斜坡体，其稳定性差，在强降雨、人为切坡开挖等触发因素影响下极易发生失稳滑动破坏。斜坡弃土堆载、坡顶兴建房屋或构筑物等人类工程活动是诱发滑坡的主因之一[2]。闽侯龙江滑坡是一起典型的人工弃土堆载诱发的推移式滑坡。滑坡总体平面上略呈长簸箕形，平均宽度55 m，主轴长约160 m,滑坡面积约8 800 m2，平均厚度14 m，土方量约12万m3，主滑方向北东52°。
1.1 地形(地貌)
场地区域上属侵剥蚀低山地貌，西南侧山顶高程为550.6 m。场地处低山斜坡中下部，西南侧鞍部因高速公路及国道316线切坡穿过，滑坡所在山体呈孤立丘陵状，坡顶高程约77 m，原始山坡为凸形坡，原始坡度为10°～25°，坡上植被发育一般，当地村民在山坡上种植果树经济作物。滑坡后缘为居民建住楼，前缘地势平坦开阔，标高为17.8 m，山坡最大高差为60 m。
1.2 地层岩性
滑坡区地层简单，后缘分布厚度较大的第四纪全新世人工素填土，山坡表层主要分布第四纪更新世残坡积砂质黏性土，下伏基岩主要为晚白垩世花岗闪长岩。
场地岩土体自上而下可分为：①素填土，主要成分以黏性土为主，分布于场地后缘，厚度为2.0～15.4 m；
②坡积黏性土，厚度为1.8～13.3 m；
③残积黏性土，厚度为1.8～14.7 m；
④全风化花岗闪长岩，厚度为1.5～15.8 m；
⑤砂土状强风化花岗闪长岩，厚度为1.8～12.6 m；
⑥碎块状强风化花岗闪长岩，厚度为0.7～5.5 m；
⑦中风化花岗闪长岩未揭穿。
1.3 气象与水文
场区属亚热带海洋性季风气候，暖和湿润，该场地年平均降雨量为1 433 mm，降雨量主要集中在5—9月份，占全年总降雨量的55%～60%。其中5—6月份为梅雨季节，7—9月份为台风季节，台风暴雨往往造成局部高强度降雨，容易诱发滑波、崩塌等地质灾害。
场地丘陵斜坡从微地貌上看，滑坡左侧为一小山脊，形成分水岭，右侧地势较低，由小冲沟阻断，降雨时两侧地表径流无法汇至滑坡体。滑坡有效汇水面积主要来自滑坡体自身，平面面积约12 000 m2，降雨地表径流由南向北侧低洼处排泄。
场地地下水主要为松散岩类孔隙潜水和基岩孔隙裂隙水2种。前者贮存于素填土中，渗透性较大，各向差异大，水量较贫乏，其补给来源主要为大气降水渗透、侧向补给，排泄方式主要为蒸发，地下水位和水量随季节变化较大。后者贮存于花岗闪长岩风化岩孔隙及基岩裂隙中，接受邻区含水层地下水侧向补给，向场地北侧低洼处排泄。场地坡脚区域为闽江淤积区，该区域地下水埋深浅，水位标高为17.90 m，土体呈强富水性，多呈饱和状态。
2.1 滑坡变形特征
滑坡后缘处废弃人工填土道路内侧发育有拉张裂缝，裂缝宽一般为2～3 cm，下错5～15 cm，呈线性延伸约50 m。滑坡中前部裂缝宽为20～30 cm，呈线性延伸约20 m，裂缝以上至标高45.0 m处区域坡面膨胀裂隙发育。滑坡前缘地势平缓，由于滑坡蠕动挤压，中前部变形较严重，地面开裂、膨胀裂隙发育。
野外可查明的滑坡左翼裂缝长约60 m，宽为20～40 cm，稍有下错。未发现侧翼裂缝有伴生裂缝。滑坡右侧为小冲沟，野外调查未发现滑坡右侧翼裂缝。
2.2 滑面与滑带
据滑坡中上部探井揭露，探井开挖至9.0 m位置时揭露次级滑坡壁，滑坡壁陡直，表面光滑，见明显擦痕，滑坡壁两侧土体见黄褐色、锈色浸染物。开挖至14.5 m处，揭露滑面位于花岗闪长岩残积黏性土与全风化花岗闪长岩交界处，滑动面光滑，见明显擦痕，滑带平均深度14 m，附近土体经过扰动重组，结构凌乱，呈软塑状态。另外，从深部位移测斜孔监测数据及后期抗滑挖孔桩揭露的滑带土体的结构、性状、滑动面附着物等综合判定，该滑坡滑面贯通，且已形成渗流通道。
2.3 滑床
滑床指滑坡体滑动时所依附的下伏不动的岩、土体。该滑坡滑体主要由素填土、残坡积黏性土组成。滑床上部残坡积土层厚度大，导致残积黏性土中的切层破坏，中下部滑面位于残积黏性土与全风化花岗闪长岩交界处。
2.4 滑坡破坏机制
滑坡常见的破坏模式是张倬元等[3]提出的蠕滑-拉裂、滑移-压致拉裂、滑移-拉裂、滑移-弯曲、弯曲-拉裂、塑流-拉裂6 种模式及其转化的复合型式。龙江滑坡发育初期由于后缘填土堆载作用诱发，主要表现为垂向压缩变形，堆载量增大后边坡变形逐渐变为以向临空面的挤出变形为主；
滑面贯通后，坡脚膨胀变形后膨胀剪出。松散堆积体边坡上的堆载在引起坡体局部破坏的同时，还导致地下水渗透系统的破坏和入渗条件的改变，最终导致滑坡的发生[4]。滑坡总体表现为中上部蠕滑速度快、中下部速度慢的不对等的非连续性堆载-蠕滑-拉裂-挤压型破坏模式，属于堆载诱发推动式滑坡(图1)。
(1)岩土体厚度大，强度低。滑坡覆盖层残坡积黏性土层厚度大，滑体中部该层厚度为13.5～22.9 m，多夹球状风化岩体，土体抗剪强度低，岩土体界面易成为地下水渗透通道，自西北往东南侧逐渐变厚，其下为花岗闪长岩风化层。
(2)后缘填土堆载，斜坡出现拉张裂缝。因建筑施工在滑坡后缘堆弃大量的填土，人为增加了荷载，破坏了山体的自然平衡，坡顶产生垂直方向的竖向压力，并使坡体向临空方向产生一定的挤出变形，滑体下滑力增加产生后缘拉张裂缝。
(3)坡体变形向下部及深部发展，产生蠕滑。坡顶压缩变形和挤出变形进一步向坡体下部发展，应力集中向裂缝下部转移形成残坡积层与风化岩界面的潜在滑移面，剪应力在潜在滑移面进一步集中直至发生剪切蠕滑。
(4)地下水渗透系统的改变，土体力学性质进一步下降。2011年05月11日—2011年05月15日持续发生强降雨，过程雨量达156 mm，连续的强降雨产生大量的雨水渗入坡体，导致填土和残积土含水量进一步提升直至饱和。雨水堆填变形导致地下水渗透系统的破坏和入渗条件的改变，促使山坡土体吸水后物理力学性质进一步下降，尤其表现为粘聚力、内摩擦角的下降，下滑力增大的同时抗滑力急剧下降，因滑面光滑、透水性差，孔隙水压力急剧升高，加剧滑面的贯通和滑体剪切滑移。
(5)抗滑段受阻膨胀，滑坡处于临界破坏状态。滑坡中下部呈现类似于抗滑支挡结构，滑移受阻，产生弯曲鼓胀，形成压应力集中变形带，应力集中带挤压消散时对临近中下部土体拉裂，形成挤压和拉裂并存的变形迹象，表现出明显的推动式滑坡的特点。目前滑坡处于中部剪切滑移面强度与应力积累大致平衡阶段。
由于滑坡体已形成，目前拉张裂缝仍处于缓慢下沉的状态，滑坡滑面已经贯通，中前部膨胀现象明显。表明该滑坡目前处于蠕动挤压阶段，在上部堆载、强降雨等不利因素的作用下，滑坡将可能出现进一步下滑。
结合该滑坡体致灾机理及破坏模式，滑坡滑动面主要位于残坡积层与风化岩界面处，滑动面类型为折线形，采用传递系数法[5]进行滑坡稳定性分析计算。
式中：FS为稳定系数；
Wi为第i条块的重量(kN/m);Ci为第i条块的粘聚力(kPa);ψi为第i条块的内摩擦角(°);Li为第i条块的滑面长度(m);αi为第i条块的滑面倾角(°);A为地震加速度(g)；
Rn为第n计算条块滑动面上的抗力(kN/m)；
Tn为第n计算条块滑体在滑动面切线上的反力(kN/m).
3.1 物理力学参数的选取
依据滑坡室内土工试验指标统计，结合与该区地质条件类似的邻区相似资料类比，计算机模拟反复验算反算，提供岩土体物理力学参数值(表1)。
表1 岩土体计算参数Table 1 Calculation parameters of the rock and soil mass
3.2 计算结果
根据现场滑坡体形变特征、汇水渗透形式，选取典型主剖面1—1′和2—2′的天然工况(自重) 、暴雨工况(自重+暴雨)及地震工况(自重+地震)3种工况进行滑坡稳定性分析计算(表2)。基于Geo-Slope 软件分析确定最危险滑动面及其最小安全系数，分析结果与现场勘查情况一致，该滑坡天然工况(自重)下整体稳定系数为1.087～1.135，滑坡处于基本稳定-欠稳定状态；
在暴雨工况(自重+暴雨)下整体稳定系数为0.941～0.973，地震工况(自重+地震)下整体稳定系数为0.897～0.916，滑坡均都处于不稳定状态。
表2 安全系数计算Table 2 Safety factor calculation
(1)滑坡的变形破坏模式特点，对该滑坡进行削坡减载、抗滑桩、锚索、截排水的综合治理措施。
(2)削坡减载，主要清理滑坡体后缘人工填土，减少下滑力。
(3)抗滑桩+锚索在滑坡体中下部设置两排抗滑桩，人工挖孔桩φ2000 mm，长25 m，桩间距5.5 m，桩上设置6根预应力锚索。
(4)截排水施工在滑坡后缘外侧设置截水沟，防止后侧山坡地表水汇入；
滑体上设置排水沟排出地表水。
对闽侯龙江滑坡变形特征、破坏机制及其稳定性进行了分析，滑坡属弃土堆载作用诱发推移式中型土质滑坡；
提出采取以抗滑桩、锚索为主的综合治理方案。
滑坡治理结束后，经受住二次特大暴雨的考验，各监测孔的累计位移量均小于20 mm，监测结果也显示滑坡趋于稳定状态，治理效果良好。
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