超孔隙水壓誘發(fā)特大型近水平崩坡積層滑坡破壞研究*

周云濤 陳洪凱 張 勇 蔡 強(qiáng) 程英建 梁 炯

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超孔隙水壓誘發(fā)特大型近水平崩坡積層滑坡破壞研究*

周云濤①②陳洪凱③張 勇①②蔡 強(qiáng)①②程英建①②梁 炯①②

特大型近水平崩坡積層滑坡廣泛發(fā)育于三峽庫(kù)區(qū)重慶段萬(wàn)州城區(qū)及云陽(yáng)地區(qū)?；谌f(wàn)州城區(qū)太白巖古滑坡以及云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡兩個(gè)典型特大型近水平崩坡積層滑坡，分析了其結(jié)構(gòu)特征及破壞特點(diǎn)； 建立了強(qiáng)降雨作用下特大型近水平崩坡積層滑坡破壞的力學(xué)模型，解譯了此類滑坡的破壞過程，并提出了滑帶(面)超孔隙水壓力是此類滑坡破壞的誘因。基于孔隙水壓力與土體所處的應(yīng)力狀態(tài)的內(nèi)在關(guān)系，推導(dǎo)了滑面處每個(gè)土條的孔隙水壓力及水壓力公式，并得出了考慮超孔隙水壓力的滑坡穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式。云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡算例表明，若將老藥鋪滑坡按zk5分為兩個(gè)滑坡，兩個(gè)滑坡的中心段是孔隙水壓力值較高的區(qū)域； 本文的孔隙水壓力計(jì)算值略大于鉆孔量測(cè)值，計(jì)算誤差為5.8%～10%，原因在于滑面超孔隙水壓力的消散； 暴雨工況(含超孔隙水壓力)下老藥鋪滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.862，滑坡處于非穩(wěn)定狀態(tài)，并已發(fā)生破壞，驗(yàn)證了超孔隙水壓力對(duì)滑坡體破壞的誘發(fā)作用； 建議滑坡治理工程中應(yīng)在按zk5分成的兩個(gè)滑坡中間段打設(shè)排水孔，消除或降低滑面處的超孔隙水壓力值，并結(jié)合滑坡周圍及坡面的截排水工程以及封填裂隙治理老藥鋪滑坡。

工程地質(zhì) 超孔隙水壓力 穩(wěn)定系數(shù) 特大型近水平崩坡積層滑坡

0 引 言

三峽庫(kù)區(qū)重慶段萬(wàn)州城區(qū)和云陽(yáng)地區(qū)廣泛發(fā)育河流侵蝕堆積形成的多級(jí)階地地貌，地層主要為侏羅紀(jì)砂泥巖互層，受強(qiáng)弱風(fēng)化作用，多形成陡崖，陡崖下發(fā)育大型特大型崩坡積層，經(jīng)歷地質(zhì)歷史遷移，逐漸演化成特大型近水平崩坡積層滑坡。目前，萬(wàn)州和云陽(yáng)地區(qū)已查明的滑坡100余個(gè)，如安樂寺滑坡、太白巖滑坡、草街子滑坡、枇杷坪滑坡、駙馬古滑坡等。此類滑坡往往受雨季影響而發(fā)生破壞，破壞后將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難隱患。針對(duì)萬(wàn)州城區(qū)和云陽(yáng)地區(qū)的特大型近水平崩坡積滑坡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，解譯其誘發(fā)因素和破壞機(jī)制，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)減災(zāi)及此類滑坡的基礎(chǔ)研究具有指導(dǎo)意義。

特大型近水平崩坡積層滑坡破壞集中在降雨后，強(qiáng)降雨是滑坡破壞的直接誘因，降雨對(duì)滑坡破壞的作用目前研究廣泛，如孫建平等(2008)采用有限元方法和極限平衡方法建立了邊坡滲流與穩(wěn)定性分析耦合模型，得出當(dāng)降雨入滲引起坡體滲流場(chǎng)顯著變化，特別是引起大范圍的孔隙水壓力升高時(shí)，最容易導(dǎo)致深層滑坡失穩(wěn)； 陳善雄等(2005)提出了基于總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法的可考慮滲透力的傳遞系數(shù)法； 張群等(2014)研究強(qiáng)降雨條件下低緩淺土質(zhì)滑坡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土層越厚，基覆界面處累積的孔隙水壓力越大，斜坡穩(wěn)定系數(shù)越??； 董時(shí)俊(2014)對(duì)降雨條件下滑坡天然狀態(tài)與飽和狀態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變的力學(xué)行為進(jìn)行比較分析，得出滑坡失穩(wěn)、破壞與滑移的力學(xué)機(jī)制； 汪發(fā)武(2001)發(fā)現(xiàn)在不排水剪切試驗(yàn)中，產(chǎn)生粒子破壞的土體形成了較高的超孔隙水壓力，而且孔隙水壓力產(chǎn)生的各階段與排水試驗(yàn)中的體積變化階段具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 王衛(wèi)(2015)認(rèn)為降雨增加了滑坡體重度的同時(shí)降低了滑坡堆積層與基巖接觸面的抗滑能力，上部堆積層在自重作用下發(fā)生蠕滑，并從滑坡前緣擠壓剪出； 嚴(yán)紹軍等(2007)建立了能考慮滑帶內(nèi)存在任意孔隙水壓分布情況的穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式； 趙國(guó)宣等(2015)解譯了大型平緩堆積層滑坡形成機(jī)理，認(rèn)為強(qiáng)降雨是必要誘發(fā)因素； 王智磊等(2013)給出了降雨過程中滑體非飽和滯水量計(jì)算方法； 高連通等(2014)模擬了重慶市西泉街滑坡在強(qiáng)降雨作用下變形破壞規(guī)律，滑坡前緣首先產(chǎn)生鼓脹變形破壞牽引滑坡后緣產(chǎn)生拉張變形破壞； 張明等(2014)研究發(fā)現(xiàn)緩傾紅層滑坡破壞是坡體內(nèi)靜水壓力和滑帶土抗剪強(qiáng)度降低共同作用的結(jié)果； 吳火珍等(2010)認(rèn)為降雨條件下，雨水沿堆積體表面裂縫入滲，在土-巖接觸面上匯流貫通，形成滯水，降低了滑面土體的力學(xué)性質(zhì)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)浮托力； 秦剛等(2006)提出改建公路超挖深切坡腳和持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間降雨導(dǎo)致的孔隙水壓力作用是邊坡發(fā)生滑動(dòng)破壞的主要因素?？梢钥闯?，目前針對(duì)特大型近水平崩坡積層在強(qiáng)降雨作用下的破壞主要著眼于滑體重度增大、滑面抗剪強(qiáng)度降低、后緣裂隙靜水壓力以及滑面浮托力，而對(duì)滑坡快速變形在滑面形成的超孔隙水壓尚未涉及。

本文基于萬(wàn)州城區(qū)太白巖古滑坡以及云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡兩個(gè)典型特大型近水平崩坡積層滑坡，建立了其力學(xué)模型，認(rèn)為滑坡蠕變形成的超孔隙水壓是致使特大型近水平崩坡積破壞的誘因，同時(shí)推導(dǎo)了滑帶(面)的超孔隙水壓力計(jì)算公式，給出了考慮超孔隙水壓力的穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式，結(jié)合云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡驗(yàn)證其適用性。研究成果對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)減災(zāi)及此類滑坡的防治具有積極指導(dǎo)意義。

圖1 太白巖古滑坡地質(zhì)剖面圖

1 特大型近水平崩坡積層滑坡特征分析

特大型近水平崩坡積層滑坡廣泛發(fā)育于三峽庫(kù)區(qū)重慶段萬(wàn)州城區(qū)及云陽(yáng)地區(qū)。萬(wàn)州城區(qū)、云陽(yáng)地區(qū)位于長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)中上游地帶，總體屬于構(gòu)造-侵蝕、剝蝕低山丘陵地貌，地貌形態(tài)整體呈臺(tái)階狀。階地地貌的形成一方面是由于侏羅紀(jì)砂泥巖互層的水平地層差異風(fēng)化； 另一方面是由于長(zhǎng)江及其支流侵蝕堆積形成河流階地地貌。此類地貌的形成為特大型近水平崩坡積層滑坡提供了物源和滑面。物源來(lái)自于上臺(tái)階(陡崖)的強(qiáng)風(fēng)化物，經(jīng)搬運(yùn)、堆積至下臺(tái)階，經(jīng)地質(zhì)歷史演變，在下臺(tái)階形成崩坡積層。崩坡積層與原始下臺(tái)階表面巖層接觸，由于崩坡積層后緣裂隙發(fā)育，長(zhǎng)期降雨水體進(jìn)入接觸面，劣化了接觸面巖土體力學(xué)參數(shù)，此接觸面逐漸成為特大型近水平崩坡積層滑坡的滑面。本文以萬(wàn)州城區(qū)太白巖古滑坡以及云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡兩個(gè)典型特大型近水平崩坡積滑坡為例，分析其滑坡體特征。

1.1 太白巖古滑坡

太白巖古滑坡位于重慶市萬(wàn)州區(qū)苧溪河右岸(圖1)，坡縱長(zhǎng)600m，寬1800m，地形坡度東緩(10°～15°)西陡(10°～25°)，呈橫長(zhǎng)式分布，面積1.17km2，體積約4236×104m3，后壁砂巖形成高約100m的陡壁，腳下斜坡地帶堆積崩塌塊石。

滑床為J2s3-5中上部地層，巖性為紫紅色黏土巖夾細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖及粉砂巖，地層產(chǎn)狀為150°∠3°～5°，近于水平?；嫫街保裆?0～60m，向北傾斜，傾角小于2°。滑帶土在鉆孔中揭露為褐紅色、灰白色黏土夾砂巖碎塊，少數(shù)鉆孔黏性較強(qiáng)，斷口光滑，厚度0.2～2.7m。

由于古滑坡在橫向上具有兩端高、中部低的特點(diǎn)，出現(xiàn)地表水匯集于中部向外排泄的現(xiàn)象。

圖2 老藥鋪滑坡全貌

1.2 老藥鋪滑坡

老藥鋪滑坡 (圖2)位于重慶市云陽(yáng)縣雙龍鎮(zhèn)竹坪村10、11組， 2014年9月1日，受強(qiáng)降雨影響，滑坡區(qū)出現(xiàn)了大面積滑塌變形，房屋遭到破壞，對(duì)滑坡內(nèi)的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅?；聟^(qū)屬構(gòu)造低山地貌，處于硐村背斜南翼，巖層產(chǎn)狀168°∠7°。該滑坡發(fā)育于斜坡地帶，滑坡區(qū)地形呈北高南低，滑坡橫寬約1700m，縱長(zhǎng)約550m，滑體厚度約10～30m，面積93.5×104m2，體積1500×104m3，滑坡后緣位于斜坡后部陡崖，后緣高程650m，滑坡前緣至八個(gè)田一帶，前緣高程538m，左右邊界至兩側(cè)沖溝處，滑坡主滑方向142°，地形坡角約16°～35°，屬于特大型滑坡。

滑坡主要分為3個(gè)區(qū)，強(qiáng)變形區(qū)、中等變形區(qū)及弱變形區(qū)。強(qiáng)變形區(qū)位于滑坡東側(cè)，橫寬約700m，長(zhǎng)約400m，土層厚度約20m，方量約560×104m3； 中等變形區(qū)位于滑坡中部，橫寬約600m，長(zhǎng)約500m，土層厚度約20m，方量約600×104m3； 弱變形區(qū)位于滑坡西側(cè)，橫寬約400m，長(zhǎng)約550m，土層厚度約15m，方量約340×104m3。

圖3 老藥鋪滑坡工程地質(zhì)剖面圖

經(jīng)總結(jié)，重慶萬(wàn)州城區(qū)太白巖古滑坡和云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡具有如下共同特征：

(1)滑坡體方量大，為特大型滑坡；

(2)坡體為崩坡積物；

(3)滑面平直，近于水平；

(4)坡體后緣裂縫發(fā)育，與陡崖相接；

(5)受強(qiáng)降雨影響顯著；

(6)滑坡運(yùn)移量較小。

2 特大型近水平崩坡積層滑坡模型

2.1 模型建立

如圖4 所示，特大型近水平崩坡積層滑坡在強(qiáng)降雨作用下，雨水滲入滑坡體崩坡積層以及后緣裂隙。由于降雨量較大，崩坡積層透水性良好，整個(gè)坡體迅速飽和，沿圓弧狀滑面移動(dòng)破壞，后緣形成拉張裂縫，前緣形成鼓脹裂縫。

圖4 強(qiáng)降雨作用下特大型近水平崩坡積層滑坡滑移示意圖

目前，對(duì)于萬(wàn)州城區(qū)和云陽(yáng)地區(qū)的特大型近水平崩坡積層滑坡的成因主要有兩種：一種認(rèn)為滑坡主要沿水平層面滑動(dòng)的基巖破壞； 另一種認(rèn)為滑坡主要為松散堆積體的滑動(dòng)(殷坤龍等， 2010)。兩種破壞成因都認(rèn)為滑坡破壞前存在蠕滑階段，致使后緣產(chǎn)生深長(zhǎng)的拉張裂縫，強(qiáng)降雨滲入拉張裂縫形成強(qiáng)大的后緣裂隙靜水壓力，致使滑坡作平推式滑動(dòng)破壞。由土力學(xué)理論可知，滑坡破壞必須提供足夠的下滑力或者降低阻滑力，在強(qiáng)降雨作用下的滑坡體，下滑力來(lái)源于滑坡體自身重力和后緣裂隙靜水壓力，阻滑力降低來(lái)源于滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的劣化。對(duì)于滑面的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，劣化是有限度的，滑坡體自重增加可通過飽和重度體現(xiàn)。然而，近水平崩坡積層滑坡自重在滑面剪切方向的分量卻少之又少，甚至在滑坡前緣出現(xiàn)阻滑段，因此，近水平崩坡積層滑坡的破壞著眼于后緣的裂隙靜水壓力，這一點(diǎn)是合理的，同時(shí)在一些滑坡中發(fā)現(xiàn)了超高的后緣靜水壓力，如關(guān)塘口滑坡。但超高的后緣靜水壓力并不是普遍現(xiàn)象，太白巖古滑坡、草街子古滑坡以及老藥鋪滑坡等多個(gè)滑坡勘探發(fā)現(xiàn)，后緣都存在較深的拉張裂縫，但裂縫與兩側(cè)完全貫通，強(qiáng)降雨作用下水流沿著裂縫向兩側(cè)迅速轉(zhuǎn)移，并沒有形成較高的后緣靜水壓力，并且經(jīng)多次滑坡穩(wěn)定性計(jì)算都不能得出穩(wěn)定系數(shù)小于1的現(xiàn)象，因此，后緣靜水壓力并不是特大型近水平崩坡積層滑坡破壞的唯一原因?；谔讕r古滑坡以及老藥鋪滑坡兩個(gè)特大型近水平崩坡積滑坡，提出了一種超孔隙水壓誘發(fā)滑坡破壞模型。

如圖5 所示，特大型崩坡積層滑坡在強(qiáng)降雨作用下模型建立如下：

圖5 特大型近水平崩坡積層滑坡力學(xué)模型

(1)滑坡破壞前存在蠕滑階段，并形成后緣拉張裂縫。在強(qiáng)降雨作用下，雨水滲入滑坡體，增大自重。滑坡后緣與陡崖相接，連接處為結(jié)構(gòu)接觸面，雨水易于滲入到滑面，致使滑帶(面)抗剪強(qiáng)度劣化降低，在強(qiáng)大的自重作用下滑坡沿滑面發(fā)生蠕滑，并形成后緣拉張裂縫。

(2)滑帶(面)是由土體骨架和隨機(jī)孔隙組成的斷續(xù)面，孔隙內(nèi)充滿水，并具有超孔隙水壓力p(kPa)。受強(qiáng)降雨作用，雨水從后緣拉張裂隙滲入滑帶，滑帶土體飽和。由于滑坡發(fā)生蠕滑，滑帶飽和土體會(huì)受到強(qiáng)大的剪切力而產(chǎn)生變形。在降雨量大、時(shí)間短的情況下，滑帶飽和土體內(nèi)的孔隙水難以排出，致使滑帶土形成超孔隙水壓力p(kPa)。為了更好地解釋超孔隙水壓力的作用，將滑面視為土體骨架和隨機(jī)孔隙組成的斷續(xù)面，隨機(jī)孔隙中水被擠壓形成超孔隙水壓力，作用于滑面，并與滑面方向垂直，降低下滑力，而孔隙水壓力的作用面積即孔隙所占據(jù)的面積。同時(shí)，超孔隙水壓力的上升會(huì)導(dǎo)致滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，加劇了滑坡的不穩(wěn)定性。隨著滑坡破壞，孔隙水壓力會(huì)慢慢消散排出土體，直至超孔隙水壓力消失。

(3)滑坡體受自重W(kN)、裂隙靜水壓力p(kPa)以及超孔隙水壓力q(kPa)作用。三者提供滑坡的下滑力，滑面抗剪強(qiáng)度提供阻滑力。

(4)滑坡沿圓弧狀滑帶(面)滑移破壞，圓弧弧度大，近于水平。滑坡由崩坡積物組成，滑移通常呈現(xiàn)為圓弧滑動(dòng)狀態(tài)，但受近水平地層的影響，滑面圓弧弧度較大，近于平直。

2.2 參數(shù)求解

2.2.1 超孔隙水壓力計(jì)算方法

強(qiáng)降雨作用下，雨水沿后緣裂隙迅速滲入滑帶(面)，滑帶土體飽和。對(duì)于特大型崩坡積層滑坡，經(jīng)雨水滲入后，滑體重度增大，導(dǎo)致滑坡重力增加。在強(qiáng)大的上覆重力作用下，滑帶處飽和土體的孔隙水一時(shí)難以排出，形成較大的超孔隙水壓力。同時(shí)，滑坡重力增加，導(dǎo)致滑面處切向力Ti和法向力Ni增加(圖6)。研究發(fā)現(xiàn)，飽和土體中的孔隙水壓力與土體所處的應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)(王鐵儒等， 1987； 錢壽易等， 1988)，對(duì)于滑帶土，第i個(gè)條塊底面所受的剪應(yīng)力τi和正應(yīng)力σi分別為：

(1)

(2)

其中，Ti=Wisinαi， Ni=Wicosαi，分別代入式(1)和式(2)得到：

(3)

(4)

以上式中，Wi為第i個(gè)土條的重力；αi為第i個(gè)土條的滑面傾角，其他物理意義同上。

如圖7所示，將第i個(gè)土條的滑面應(yīng)力等效為平面應(yīng)力狀態(tài)，即：

(5)

(6)

則式(5)和式(6)即為第i個(gè)土條滑面所處的應(yīng)力狀態(tài)。

圖6 第i個(gè)土條受力示意圖

圖7 滑面應(yīng)力等效

研究發(fā)現(xiàn)(王鐵儒等， 1987)，荷載增加形成的孔隙水壓力分為兩部分，一部分由平均正應(yīng)力增量引起，另一部分由剪應(yīng)力增量引起。同時(shí)，也對(duì)應(yīng)于土體的體積變形，由此得到土體的體積變形和應(yīng)力的關(guān)系可表示為(錢壽易等， 1988)：

(7)

式中，ΔV/V為土骨架的體積應(yīng)變； Δσm′為有效八面體正應(yīng)力增量； Δτm為八面體剪應(yīng)力增量；K為體積變形模量；Ks為剪脹模量。

設(shè)土體的孔隙率為n，用ΔV′/V表示單位土體的孔隙體積變形，cw為孔隙中介質(zhì)的體積壓縮系數(shù)，則在不排水情況下的孔隙水壓力增量為Δu時(shí)的土體孔隙體積應(yīng)變表達(dá)式為：

(8)

土力學(xué)原理表明，在低應(yīng)力或較高應(yīng)力條件下，土顆粒不會(huì)發(fā)生變形，則：

(9)

由有效應(yīng)力原理可知：

(10)

將式(7)～式(10)整理得到土體的孔隙水壓力公式為：

(11)

式中，Δσm是八面體總正應(yīng)力增量。

對(duì)于飽和土體，一般情況下水是不可壓縮的，即cw=0，則式(11)改寫成：

(12)

將式(12)改寫成含應(yīng)力分量的表達(dá)式：

(13)

式中，c0=K/9Ks。

在通常情況下，土力學(xué)理論認(rèn)為不排水條件下土體的側(cè)向壓力相同并為0，即Δσ2=Δσ3=0，同時(shí)認(rèn)為初始孔隙水壓力為0，則對(duì)于飽和土體的孔隙水壓力為：

(14)

式中，c=2c0。

將第i個(gè)土條的最大主應(yīng)力σ1i和最小主應(yīng)力σ3i，即式(5)和式(6)代入式(14)可得到第i個(gè)條塊滑面處的孔隙水壓力ui為：

(15)

由此可見，滑面處的孔隙水壓力與剪應(yīng)力大小非線性相關(guān)，而與正應(yīng)力無(wú)關(guān)。

將式(1)代入式(15)，則式(15)改寫為：

(16)

假定滑帶土：

(17)

水壓力pi方向垂直于滑面向上。

2.2.2 滑帶(面)抗剪強(qiáng)度參數(shù)確定方法

強(qiáng)降雨導(dǎo)致特大型近水平崩坡積層滑坡滑帶土體飽和，滑坡沿滑面發(fā)生蠕滑，由于降雨量大，滑帶內(nèi)水難以順利排出形成超孔隙水壓力，超孔隙水壓力增大，抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低(張明等， 2010)。因此，在計(jì)算特大型近水平崩坡積層滑坡受強(qiáng)降雨作用下的穩(wěn)定性時(shí)應(yīng)采用固結(jié)飽和不排水剪切試驗(yàn)，獲得滑帶土固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

圖8 老藥鋪滑坡土條劃分示意圖

2.3 滑坡穩(wěn)定系數(shù)

如圖5所示，滑坡沿圓弧狀滑面滑動(dòng)，半徑為R，圓心為O。取滑坡一個(gè)土條i進(jìn)行受力分析，如圖6 所示。對(duì)于圓弧狀滑動(dòng)滑坡體，工程設(shè)計(jì)時(shí)常假定土條兩側(cè)Hi、Pi的合力與Hi+1、Pi+1合力大小相同方向相反，且作用線重合。由土條的靜力平衡條件知Ti=Wisinαi且Ni=Wicosαi，則滑坡體的傾覆力矩為：

(18)

抗傾力矩為：

(19)

則滑坡的穩(wěn)定系數(shù)為：

(20)

若考慮滑面上的超孔隙水壓力，則滑坡的穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式改寫為：

(21)

(22)

3 實(shí)例分析

以1.2節(jié)重慶市云陽(yáng)縣老藥鋪滑坡為例，計(jì)算老藥鋪滑帶(面)的孔隙水壓力，并分別討論在不同工況下的滑坡穩(wěn)定系數(shù)?；赂魑锢砹W(xué)參數(shù)(表1)。

3.1 滑帶(面)孔隙水壓力變化規(guī)律分析

為了探討滑帶(面)孔隙水壓力變化規(guī)律，將老藥鋪滑坡分為22個(gè)土條(圖8)，并將表1中的老藥鋪滑坡物理力學(xué)參數(shù)代入式(16)計(jì)算各土條的孔隙水壓力值，繪制各土條對(duì)應(yīng)的平均孔隙水壓力曲線(圖9)。

圖9 滑帶(面)孔隙水壓力值曲線

表1 老藥鋪滑坡物理力學(xué)參數(shù)

Table1 Physical and mechanical parameters of Laoyaopu Landslide

滑體滑面天然重度/kN·m-3飽和重度/kN·m-3天然狀態(tài)飽和狀態(tài)(不排水)體積模量K/kPa剪脹模量Ks/kPa孔隙率n/%黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)19.8320.2522.3311.6619.449.911.67×1057.69×10444.4

從圖9 中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的土條，滑帶(面)的孔隙水壓力值是不同的?？蓪D9 中的孔隙水壓力曲線分為2段，第1段為土條1至土條13，第2段為土條13至土條22。第1段孔隙水壓力整體呈現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，土條2至土條11是孔隙水壓力值較高的集中區(qū)域； 第2段孔隙水壓力值波動(dòng)較大，土條13至土條18出現(xiàn)1個(gè)孔隙水壓力峰值，而土條18至土條22出現(xiàn)1個(gè)孔隙水壓力平臺(tái)，但整體可認(rèn)為孔隙水壓力也是中間大，兩側(cè)偏小。從圖8 中可以看出，孔隙水壓力值第1段和第2段同時(shí)也對(duì)應(yīng)于老藥鋪滑坡的兩段，分界點(diǎn)是zk5，此處滑面幾乎是水平的，傾角為0.92°。若將老藥鋪滑坡按zk5分為兩個(gè)滑坡，那么可知兩個(gè)滑坡的中心段是孔隙水壓力值較高的區(qū)域。

為了驗(yàn)證本文滑帶(面)孔隙水壓力計(jì)算方法的適用性，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔內(nèi)滑面土體進(jìn)行了孔隙水壓力量測(cè)。如圖9 所示，由于鉆孔數(shù)量有限，僅對(duì)zk3、zk4、zk5、zk6進(jìn)行了孔隙水壓力測(cè)量，并分別對(duì)應(yīng)于土條2、土條8、土條13以及土條18。量測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本文的孔隙水壓力計(jì)算值略大于鉆孔量測(cè)值，如土條2，本文計(jì)算值為1047.4kPa， zk3測(cè)量值為982.3kPa； 如土條13，本文計(jì)算值為553.2kPa， zk5測(cè)量值為523kPa，計(jì)算誤差為5.8%～10%。本文的孔隙水壓力計(jì)算值小于鉆孔內(nèi)測(cè)量值原因在于超孔隙水壓力的消散，鉆孔內(nèi)孔隙水壓力量測(cè)是在滑坡發(fā)生數(shù)天后進(jìn)行的，強(qiáng)降雨停止，形成的超孔隙水壓力得以釋放，滑坡內(nèi)水體逐漸排出坡外，造成滑坡滑面孔隙水壓力降低。

3.2 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)老藥鋪滑坡穩(wěn)定性狀況，分別考慮3種工況下的滑坡穩(wěn)定系數(shù)：

工況一：天然工況；

工況二：暴雨工況(無(wú)超孔隙水壓力)；

工況三：暴雨工況(含超孔隙水壓力)。

工況一和工況二采用傳統(tǒng)圓弧法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滑坡穩(wěn)定系數(shù)均大于1，工況一穩(wěn)定系數(shù)為1.7，工況二穩(wěn)定系數(shù)為1.43，均處于穩(wěn)定狀態(tài)，這與現(xiàn)場(chǎng)破壞的老藥鋪滑坡不符。工況3采用本文的式(22)進(jìn)行計(jì)算，得出穩(wěn)定系數(shù)為0.862，滑坡處于非穩(wěn)定狀態(tài)，并已發(fā)生破壞，從而驗(yàn)證了超孔隙水壓力對(duì)滑坡體破壞的誘發(fā)作用。

3.3 滑坡工程治理建議

從工況一和工況二計(jì)算得到的老藥鋪滑坡穩(wěn)定系數(shù)可以看出，在未有超孔隙水壓力情況下，特大型近水平崩坡積層滑坡是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，并且穩(wěn)定系數(shù)較高，無(wú)需進(jìn)行治理。對(duì)于特大型崩坡積層滑坡，往往剩余下滑力較大，治理工程困難，因此，對(duì)于老藥鋪滑坡，采用消除超孔隙水壓力或者降低超孔隙水壓力的辦法對(duì)滑坡進(jìn)行工程治理。由圖9 的滑面處的超孔隙水壓力曲線可知，土條2至土條10、土條17以及土條19至土條21超孔隙水壓力值較高，應(yīng)在此段打設(shè)排水孔，消除或降低滑面處的超孔隙水壓力值，同時(shí)，應(yīng)在滑坡周圍及坡面設(shè)置截排水工程，封填滑坡裂隙，防止雨水的進(jìn)一步滲入。

4 結(jié) 論

(1)分析了萬(wàn)州城區(qū)太白巖古滑坡以及云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡兩個(gè)典型特大型近水平崩坡積層滑坡結(jié)構(gòu)特征及破壞特點(diǎn)； 建立了強(qiáng)降雨作用下特大型近水平崩坡積層滑坡破壞的力學(xué)模型，解譯了此類滑坡的破壞過程，并提出了滑帶(面)超孔隙水壓力是此類滑坡破壞的誘因。

(2)基于孔隙水壓力與土體所處的應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系，推導(dǎo)了滑面處每個(gè)土條的孔隙水壓力及水壓力公式，并得出了考慮超孔隙水壓力的特大型近水平崩坡積層滑坡穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式。

(3)云陽(yáng)地區(qū)老藥鋪滑坡算例表明，若將老藥鋪滑坡按zk5分為兩個(gè)滑坡，兩個(gè)滑坡的中心段是孔隙水壓力值較高的區(qū)域； 本文的孔隙水壓力計(jì)算值略大于鉆孔量測(cè)值，計(jì)算誤差為5.8%～10%，原因在于滑面超孔隙水壓力的消散； 暴雨工況(含超孔隙水壓力)下老藥鋪滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.862，滑坡處于非穩(wěn)定狀態(tài)，并已發(fā)生破壞，從而驗(yàn)證了超孔隙水壓力對(duì)滑坡體破壞的誘發(fā)作用； 建議滑坡治理工程中應(yīng)在按zk5分成的兩個(gè)滑坡中間段打設(shè)排水孔，消除或降低滑面處的超孔隙水壓力值，同時(shí)，在滑坡周圍及坡面設(shè)置截排水工程，封填滑坡裂隙，防止水流的進(jìn)一步滲入。

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FAILURE OF SUPER-HUGE LANDSLIDE IN COLLAPSED DEBRIS DEPOSITS WITH NEARLY HORIZONTAL SLIDING SURFACE INDUCED BY EXCESS PORE WATER PRESSURE

ZHOU Yuntao①②CHEN Hongkai③ZHANG Yong①②CAI Qiang①②CHENG Yingjian①②LIANG Jiong①②

Super-huge landslides in collapsed debris deposits with nearly horizontal sliding surface widely develop in Wanzhou District and Yunyang District， Chongqing Municipality in the Three Gorges Reservoir Region. Based on the two typical landslides， Taibaiyan Ancient Landslide in Wanzhou District and Laoyaopu Landslide in Yunyang District， this paper analyzes their structures and failure characteristics， and establishes a mechanical model of failure for super-huge deposit landslides with nearly horizontal sliding surface under the condition of heavy rainfall. This paper explains the failure process for this kind of landslide. Therefore， the excess pore water pressure produced in sliding band(or sliding surface) is the cause of this kind of landslide failure. Taking into account of the internal relation of pore water pressure and soil stress state， this paper deduces expressions of pore water pressure and hydraulic pressure of each soil slip in sliding surface， and obtains landslide stability coefficient expression considering the pore water pressure. The case of Laoyaopu Landslide in Yunyang District indicates the follows. Laoyaopu Landslide can be divided into two landslides by the location of zk5. The higher pore water pressure is located in the center of two landslides. The value of the pore water pressure calculated by this paper is bigger than the measure value in borehole. Its calculation error is 5.8%～10%. The cause can be the dissipated pore water pressure. The stability coefficient of Laoyaopu Landslide was 0.862 under the condition of heavy rainfall(i.e. the condition of excess pore water pressure). This landslide was unstable and has failed， which verified the induced action of the pore water pressure to landslide failure. This paper suggests that drain hole should be hit in the center of two landslides divided by zk5 in landslide project of management， which can eliminate or decrease the pore water pressure in the sliding surface. Besides Laoyaopu Landslide is governed with interception and drain engineering around landslide and in landslide surface， filling cracks．

Engineering geology， Excess pore water pressure， Stability coefficient， Super-huge deposit landslide with nearly horizontal sliding surface

10.13544/j.cnki.jeg.2016.05.002

2016-05-27;

2016-07-20

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201511051)資助.

周云濤(1988-)，男，碩士，工程師，主要從事巖土與地質(zhì)工程減災(zāi)與防治研究. Email: zhouyuntao_13@sina.com

P642.22

A