貴州省馬達(dá)嶺滑坡崩滑形成機制及堆積體穩(wěn)定性分析

郭　將，曾　超，謝明宇，孟　云，張麗波，劉　曉

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)教育部長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心，湖北 武漢 430074;2.中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430056；3.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

近年來，隨著采礦活動的增加，采動滑坡[1]的數(shù)量呈遞增之勢，其危害重大。典型案例[2]如1980年鹽池河巖崩，摧毀礦山，死亡284人，損失約2 500萬元；1994年重慶武隆雞冠嶺巖崩，傷亡20余人；2009年的雞尾山滑坡,也造成80余人傷亡?？v觀這些滑坡，大部分位于我國的中西部地區(qū)，擁有獨特的地質(zhì)條件和采礦環(huán)境，崩滑堆積體也為孕育其他次生地質(zhì)災(zāi)害提供了物質(zhì)來源，如滑坡形成的泥石流或堰塞湖等。因此，深入探討滑坡崩滑的形成機制以及多種工況條件下崩滑堆積體的穩(wěn)定性具有重要意義。

馬達(dá)嶺滑坡是一個典型的采動觸發(fā)的緩傾巖層滑坡，分別于2003年、2006年和2007年發(fā)生了3次崩滑，形成了目前的崩滑堆積態(tài)勢。針對該滑坡，崔文博等[3]通過工程地質(zhì)條件及動力特征研究,探討了馬達(dá)嶺滑坡的發(fā)生機理與運動特征；王玉川[4]在室內(nèi)巖石力學(xué)試驗的基礎(chǔ)上，運用離散元法分析了馬達(dá)嶺滑坡的演化破壞機制；趙建軍等[5]針對采空區(qū)變形采用離散元法數(shù)值模擬，分析了滑坡的形成機制；肖建國[6]通過研究馬達(dá)嶺滑坡的形成與運動過程，運用工程地質(zhì)類比法預(yù)測了接娘坪的變形與運動過程；趙建軍等[7]采用物理模擬方法，研究了采動滑坡的變形過程，并總結(jié)了采動滑坡破壞的地質(zhì)力學(xué)模式；史文兵等[8]在分析斜坡破壞機制的基礎(chǔ)上，運用楔形塊體原理分析并計算了采動斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)。

為了研究馬達(dá)嶺滑坡崩滑堆積體穩(wěn)定性對在建都勻至香格里拉高速公路的影響，本文在前人研究[3-10]的基礎(chǔ)上，通過對滑坡區(qū)工程地質(zhì)特征和變形破壞特征的調(diào)查，從地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、軟弱夾層、地下水等方面分析了馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑形成的原因及其演化破壞機制，并采用GeoStudio軟件[11]包中SEEP/W滲流有限元和SLOPE/W極限平衡法聯(lián)合求解的方式，模擬計算了在自然狀態(tài)、降雨狀態(tài)、地震作用和降雨聯(lián)合地震作用4種工況條件下滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定性，分析了降雨強度、降雨持時和地震作用對滑坡崩滑堆積體穩(wěn)定性的影響。

1　馬達(dá)嶺滑坡的工程地質(zhì)特征

1. 1　滑坡的基本特征

馬達(dá)嶺滑坡位于貴州省都勻市江州鎮(zhèn)富溪村，所在地區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺黔南臺陷四級構(gòu)造單元貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)。根據(jù)斜坡變形破壞特征，將斜坡區(qū)域分為已滑滑坡HP1區(qū)域、HP1滑坡堆積體經(jīng)降雨搬運后的泥石流NSL1區(qū)域和滑坡隱患DY208-1區(qū)域三個部分，見圖1。據(jù)調(diào)查，2006年連續(xù)6天暴雨導(dǎo)致滑坡發(fā)生，滑體體積為1.39×106m3，考慮松方系數(shù)及下滑過程中對兩側(cè)的鏟刮作用，最終形成的堆積體體積約為2.1×106m3。

圖1　馬達(dá)嶺滑坡航拍圖[12]Fig.1　Aerial photo of Madaling landslide[12]

馬達(dá)嶺滑坡為一典型的平緩反傾斜橫向坡，上陡下緩似“靴狀”(上部坡度約36°、下部坡度約22°)，巖層走向近南北，緩傾向坡內(nèi)，呈軟硬互層結(jié)構(gòu)。坡內(nèi)煤層開采造成采空區(qū)頂板冒落地表塌陷，斜坡受力狀態(tài)改變，坡頂拉裂形成裂縫，導(dǎo)致斜坡變形破壞嚴(yán)重。

1. 2　滑坡的地層巖性組合

斜坡巖層具有上陡下緩、軟硬相間的多元結(jié)構(gòu)特征。斜坡上覆第四紀(jì)殘坡積土，陡崖下部分布有以砂巖、泥巖為主的崩坡積物，沖溝中為第四紀(jì)沖洪積層；斜坡基巖出露地層自上而下分別為細(xì)粒石英砂巖、黑色炭質(zhì)頁巖和煤層、灰色中厚層狀粗晶生物灰?guī)r夾細(xì)粒石英砂巖、細(xì)晶灰?guī)r和泥盆系上統(tǒng)高坡場組細(xì)晶白云巖。馬達(dá)嶺滑坡典型的地質(zhì)剖面見圖2。

圖2　馬達(dá)嶺HP1滑坡的地質(zhì)剖面圖Fig.2　Geological profile of Madaling HP1 landslide

斜坡巖體表面節(jié)理裂隙發(fā)育、風(fēng)化嚴(yán)重，表層的第四紀(jì)松散堆積物和裂隙的發(fā)育為地表水的入滲提供了良好的條件。石英砂巖為硬質(zhì)巖，其下部為典型的貴州煤系地層巖體，煤系地層中的煤層、炭質(zhì)頁巖為相對軟弱層，產(chǎn)狀為280°∠15°，具有巖性軟、孔隙比大、強度低、易變形的特點，遇水易軟化，在上覆砂巖的自重應(yīng)力下，易發(fā)生塑性破壞，對斜坡的穩(wěn)定性具有控制性作用。

1. 3　滑坡邊界及結(jié)構(gòu)面

HP1滑坡滑體邊界清晰，平面呈似圈椅狀，滑坡后壁下切約40 m，近垂直，砂巖中風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，可見有兩組陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育：一組為近EW向的近直立結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為205°～220°∠80°～86°，另一組為近SN向的陡傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為100°～115°∠76°～82°，受其影響，滑坡西側(cè)邊界走向為N22°E、后壁走向為N56°W，見圖3?；挛鱾?cè)邊界受滑坡下滑中鏟刮和沖擊作用，有明顯的擦痕；滑坡東側(cè)邊界受滑坡堆積體影響，邊界不清晰。

圖3　馬達(dá)嶺HP1滑坡后壁[12]Fig.3　Back scrap of Madaling HP1 landslide[12]

在斜坡北高南低的地形地貌條件下，由于大角度相交的兩組陡傾節(jié)理和巖層層面的切割，滑源區(qū)巖體被切割成碎裂狀塊體，在具備良好的臨空條件下，有向S向崩滑的趨勢。

1. 4　地下水及降雨

馬達(dá)嶺HP1滑坡被兩組陡傾且大角度相交的結(jié)構(gòu)面及沿含煤層的軟弱巖層切割，離散型較好，擁有良好的地下水補給、徑流和排泄條件。地下水類型主要為基巖裂隙水、碳酸鹽夾碎屑巖類巖溶水、純碳酸鹽巖類巖溶水，其次為松散巖類孔隙水。基巖裂隙水主要分布在石炭系下統(tǒng)祥擺組的石英砂巖和炭質(zhì)頁巖及煤層中，其中石英砂巖為含水層，炭質(zhì)頁巖和煤層為相對隔水層；碳酸鹽巖類巖溶水分布于石炭系下統(tǒng)湯粑溝組灰?guī)r和泥盆系灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖中，為強含水層。受地形條件影響，地下水主要以大氣降水、地表入滲的方式接受補給，在地勢低洼地段以泉的形式排泄。

作者認(rèn)為，連續(xù)降水是馬達(dá)嶺滑坡發(fā)生的觸發(fā)因素，也是主導(dǎo)因素。采動前，降雨沿裂隙垂直入滲和順層面滲透，弱化了巖體的完整性和堅固性，原生結(jié)構(gòu)裂隙擴大；隨著坡頂塌陷、后緣裂縫不斷延伸，在連續(xù)降雨條件下，坡頂沉陷區(qū)不斷積水，坡頂和坡面的孔隙水壓增大，非飽和區(qū)減少，加之固液耦合作用，坡腳處的最大剪應(yīng)力增大?？梢姡晁霛B和滑坡變形蠕滑之間產(chǎn)生“共生效應(yīng)”：地表水入滲對坡體產(chǎn)生的軟化作用、靜動水壓力和揚壓力，使軟弱層塑性變形加劇，推動坡體向臨空面蠕動，而滑面進一步貫通；而滑面的貫通，也促進了水的進一步入滲。

2　馬達(dá)嶺滑坡的演化破壞機制分析

馬達(dá)嶺HP1滑坡分別于2003年、2006年和2007年發(fā)生了3個期次的崩滑，其中2006年的滑動形成了目前的主要崩滑堆積狀態(tài)。本文結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查以及王玉川[4]、趙建軍等[5,7]、肖建國[6]的研究成果，將HP1滑坡的演化破壞過程概括為以下幾個階段：

(1) 自然演化階段：長期自然演化中，受重力控制，斜坡上覆硬質(zhì)石英砂巖下壓，下伏軟質(zhì)炭質(zhì)頁巖和煤層產(chǎn)生塑性變形，向臨空方向擠出卸荷；坡頂巖體形成拉應(yīng)力區(qū)，產(chǎn)生拉張裂隙，坡內(nèi)巖體在卸荷作用下產(chǎn)生卸荷裂隙，且大多追蹤構(gòu)造面發(fā)育；斜坡在開采前已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 采空塌陷階段：采動條件下，上覆巖體受擾動，斜坡內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力重分布；在重力和卸荷作用下，采空區(qū)頂板處于懸露狀態(tài)，生成豎向拉張裂隙和斜向剪切裂隙，開始發(fā)生彎曲和冒落，采空區(qū)邊界形成應(yīng)力集中區(qū)，產(chǎn)生張裂隙，在坡頂將表現(xiàn)為地表裂縫的發(fā)育，而在上覆巖層間由于受力和變形不均勻，產(chǎn)生離層裂隙，坡腳部位由于上覆巖層的彎曲擠壓作用，產(chǎn)生塑性變形和水平向剪切變形，向臨空面發(fā)生蠕滑塑性變形；隨著采空區(qū)范圍增大，上覆巖體進行應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，坡內(nèi)巖體在破裂—穩(wěn)定狀態(tài)間不斷進行循環(huán)，其直觀結(jié)果為坡體變形不斷增加、坡頂出現(xiàn)緩慢的沉陷變形、坡體后緣的拉裂縫也不斷向下延伸；坡體開裂變形逐漸增大，追蹤近東西向深大裂縫成為邊坡北側(cè)邊界；當(dāng)采空邊界及由采空頂板形成的板梁結(jié)構(gòu)受力達(dá)到臨界條件后，頂板裂隙快速發(fā)育，發(fā)生大面積冒落，應(yīng)力平衡拱形成，坡體再次達(dá)到暫穩(wěn)狀態(tài)。

(3) 蠕滑貫通階段：隨著采動區(qū)的穩(wěn)定，上覆巖體中的陡傾裂隙終止于斜坡中部軟弱巖層，與巖層面構(gòu)成階梯狀滑移面;階段狀滑移面、后緣深大裂縫和坡腳的剪切帶之間的巖層則成為潛在滑面的“關(guān)鍵鎖固段”,在降雨作用下，地表水沿后緣深大裂縫入滲，進一步弱化斜坡工程地質(zhì)條件，使斜坡前緣蠕滑;蠕滑作用使“關(guān)鍵鎖固段”應(yīng)力集中，達(dá)到臨界狀態(tài)后鎖固段剪斷，基本形成完整的滑面。

(4) 破壞失穩(wěn)階段：持續(xù)的降雨作用下，滑帶力學(xué)參數(shù)劣化，在坡內(nèi)水體的靜動水壓力和浮托力作用下，“關(guān)鍵鎖固段”剪斷，滑體以后緣張裂縫為后邊界，A7煤層為剪出口，整體下滑，形成滑坡。

3　馬達(dá)嶺滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定性及其對高速公路規(guī)劃線路的影響分析

在馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑的演化過程中，區(qū)域地表強烈改造，目前的崩滑堆積體剖面見圖2。由于都勻至香格里拉高速公路規(guī)劃線路距離滑坡前緣較近(見圖4)，因此該滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定與否將對規(guī)劃線路構(gòu)成潛在威脅，須定量評估其影響。

圖4　　　　馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑堆積體與都勻至香格里拉 高速公路規(guī)劃線路位置的關(guān)系Fig.4　　　　Relationship between the collapse accumulation body of Madaling landslide and the planning route of Duyun-Shangri-La highway

HP1滑坡崩滑堆積體的主要物質(zhì)成分為松散破碎、風(fēng)化強烈的砂巖、頁巖及煤層，故本文考慮采用非飽和土滲流模型模擬降雨入滲條件下崩滑堆積體的穩(wěn)定性。非飽和土基質(zhì)吸力的變化是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，基質(zhì)吸力的存在使土體的抗剪強度較高，當(dāng)降雨滲入土體或者地下水位升高時，基質(zhì)吸力會逐漸降低，導(dǎo)致土體抗剪強度降低，從而降低邊坡的穩(wěn)定性[13-15]。因此，在馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑堆積體穩(wěn)定性分析中，是否考慮其基質(zhì)吸力(或負(fù)孔隙水壓力)將對評估結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

本文以GeoStudio軟件為平臺，采用SEEP/W滲流有限元模塊與SLOPE/W極限平衡分析模塊聯(lián)合求解的方式，對馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定性進行了模擬計算與分析，并考慮到該滑坡的穩(wěn)定性與極端天氣和地震作用有關(guān)，在穩(wěn)定性模擬計算中將考慮自然狀態(tài)、降雨狀態(tài)、地震作用和降雨聯(lián)合地震作用4種工況條件。具體計算過程如下：先利用SEEP/W模塊對馬達(dá)嶺HP1滑坡進行建模，獲得自然狀態(tài)下HP1滑坡的穩(wěn)態(tài)滲流場;再將其滲流結(jié)果導(dǎo)入SLOPE/W模塊中進行自然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定性分析，并采用擬靜力法輸入地震加速度，進行滑坡穩(wěn)定性分析；再次在SEEP/W穩(wěn)態(tài)滲流場中添加降雨邊界條件，獲得瞬態(tài)滲流場并計算其穩(wěn)定性；最后將瞬態(tài)滲流結(jié)果導(dǎo)入SLOPE/W模塊中并輸入地震加速度，進行降雨和地震聯(lián)合作用下的滑坡穩(wěn)定性分析。

3. 1　滲流理論

邊坡的地下水位線一般為飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線，隨著降雨的進行，邊坡體內(nèi)的飽和區(qū)與非飽和區(qū)的范圍隨之變化。根據(jù)質(zhì)量守恒原理及達(dá)西定律，在等熱條件下，多維各向異性的非飽和區(qū)水分運動的基本方程[16-17]為

(1)

式中:h為全水頭；Kx、Ky、Kz為各方向的滲透系數(shù)；C(θ)為比水容重，物理意義為壓力變化所引起土中含水量的變化，其表達(dá)式為

(2)

其中，α、m、n為擬合參數(shù);θs為飽和含水量;θr為殘余體積含水量；Se為Van-Genuchen(1980)擬合的水-土特征曲線方程(SWCC)。

由此，滲透函數(shù)可表示為

(3)

邊界條件[18]如下：

水頭邊界為

(4)

流量邊界為

(5)

式中:r1、r2分別為水頭邊界和流量邊界。

3. 2　計算模型

根據(jù)邊坡的巖層組合特征及邊界條件，本文選取馬達(dá)嶺HP1滑坡主滑面作為計算剖面，采用GeoStudio中的SEEP/W滲流有限元模塊建立數(shù)值計算模型，考慮到各巖性互層及夾層對滑坡巖體強度的影響，將計算模型簡化為如圖5所示的結(jié)果。模型包含3 505節(jié)點、3 084個單元。

圖5　馬達(dá)嶺HP1滑坡的數(shù)值計算模型Fig.5　Numerical model of Madaling HP1 landslide

計算模型邊界條件約束具有不確定性。初始滲流場分析時邊界條件為：模型水頭邊界、初始斜坡表面零流量邊界、降雨入滲隨降雨強度不同的Neuman邊界。

3. 3　計算參數(shù)

降雨條件下的邊坡存在飽和區(qū)和非飽和區(qū)兩部分，非飽和區(qū)采用Van-Genuchten經(jīng)驗曲線[19]來模擬其滲流情況。本文根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及室內(nèi)試驗結(jié)果，參考已有巖體物理力學(xué)參數(shù)和類似工程經(jīng)驗，考慮巖體的風(fēng)化程度及結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況，將巖體物理力學(xué)參數(shù)采用折減后的參數(shù)，詳見表1。

表1　巖體物理力學(xué)參數(shù)的取值Table 1　Physico-mechanical parameters of rocks

3. 4　數(shù)值模擬計算

3.4.1自然狀態(tài)下滑坡的穩(wěn)定性計算

本文采用GeoStudio中的SEEP/W模塊進行自然狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場分析，并根據(jù)得到的孔隙水壓力導(dǎo)入SLOPE/W模塊，采用Morgenstern-Price極限平衡法計算得到該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.275。自然狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場特征見圖6。

圖6　自然狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場特征Fig.6　　　　Characteristics of seepage field of the Madaling HP1 landslide under natural state

3.4.2降雨狀態(tài)下滑坡的穩(wěn)定性計算

據(jù)文獻[10]所述，馬達(dá)嶺HP1滑坡所在地區(qū)降雨量為1 169 mm/a，夏季占降水總量的44%，且歷史最大日降雨量為170.5 mm，考慮降雨強度對坡體暫態(tài)和瞬態(tài)孔隙水壓的影響，現(xiàn)取一天的等強型暴雨降雨量2×10-6m/s(即172 mm/d)為基本值，分別以100 mm/d、120 mm/d，150 mm/d、172 mm/d、200 mm/d、220 mm/d的降雨量為變量，模擬計算了降雨強度和降雨持續(xù)時間(以下簡稱降雨時長)對馬達(dá)嶺HP1滑坡穩(wěn)定性的影響，其計算結(jié)果見圖7和圖8。

圖7　　　　不同降雨強度下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù) 變化曲線Fig.7　　　　Variation curves of the stability coefficient of Mada- ling HP1 landslide at different rainfall intensity

不同降雨強度下，坡體暫態(tài)孔隙水壓分布不同，從而對滑坡的穩(wěn)定性影響不同。

由圖7可見，隨著平均日降雨強度的增加，馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)總體呈減小的趨勢。當(dāng)降雨強度為100～150 mm時，該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)有增高的趨勢；當(dāng)降雨強度大于150 mm后，該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)降低。以上結(jié)果可以理解為：當(dāng)降雨強度較小，滑坡土體滲透系數(shù)較大時，雨水入滲較快，斜坡淺層難以達(dá)到飽和，因而土體基質(zhì)吸力較大；當(dāng)降雨強度大于滲透系數(shù)時，雨水垂直滲透慢，一部分在坡表形成積水或徑流，使斜坡淺層易達(dá)到飽和，土體基質(zhì)吸力降低，抗剪強度也減弱，導(dǎo)致該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)降低。

圖8　不同降雨持續(xù)時間下滑坡穩(wěn)定性變化曲線Fig.8　　　　Variation curves of the stability coefficient of Mada- ling HP1 landslide at different rainfall duration

由圖8可見，在降雨強度不變的情況下，隨著降雨持續(xù)時間的增加，馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)將不斷降低。在低降雨強度下，降雨時長超過2 d時，該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)將逐漸趨于穩(wěn)定；而在降雨強度大于172 mm/d時，降雨時長將會引起該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的顯著降低；當(dāng)降雨強度為220 mm/d、降雨時長超過5 d時，該滑坡將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此外，值得注意的是，當(dāng)降雨時長為1 d時，小于150 mm和大于172 mm的不同降雨強度下該滑坡穩(wěn)定性的差別較大；而降雨時長為2 d及以上時，不同降雨強度下該滑坡的穩(wěn)定性基本相差不大。分析認(rèn)為，表1中采用堆積碎石土的滲透系數(shù)介于150～172 mm/d之間，故降雨強度對該滑坡穩(wěn)定性的影響較大；隨著降雨時長的增加(超過2 d)，斜坡淺層基本達(dá)到飽和，故降雨強度與土體滲透系數(shù)的關(guān)系對該滑坡穩(wěn)定性的影響減小，不同降雨強度下該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的差別變小。

3.4.3地震作用下滑坡的穩(wěn)定性計算

依據(jù)規(guī)范[20-21]，將地震視為慣性力，并按是否考慮豎向地震力(Fv)為劃分依據(jù)，采用擬靜力法進行滑坡的穩(wěn)定性計算。據(jù)最新地震加速度區(qū)劃圖[22]，馬達(dá)嶺滑坡所在區(qū)域地震動峰值加速度為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ，采用附加地震水平加速度為0.05g，模擬計算考慮地震作用下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性，其計算結(jié)果見表2。

表2　多種工況下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)Table 2　　　　Stability factors of Madaling HP1 landslide under various conditions

注：1.Fh為水平向地震慣性力，即Fh=αhξWiαi/g(其中，αh為水平向設(shè)計的地震加速度;ξ為地震效應(yīng)折減系數(shù)，取0.25;Wi為質(zhì)點i的重力;αi為質(zhì)點的動態(tài)分布系數(shù);g為重力加速度)；Fv為豎向地震慣性力，在遇合系數(shù)設(shè)為1/2的條件下，取水平向地震慣性力的2/3，即Fv=Fh×1/2×2/3[23]。2.降雨狀態(tài)指降雨量為2×10-6m/s、降雨持續(xù)時間為24 h的情況。

3.4.4降雨聯(lián)合地震作用下滑坡的穩(wěn)定性計算

本文綜合實際情況，考慮降雨量為2×10-6m/s、降雨時長為24 h的情況下，擬合最大地震力進行滑坡的穩(wěn)定性計算，其瞬態(tài)滲流場見圖9，地震聯(lián)合降雨作用下的馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

通過對比自然狀態(tài)和降雨狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流特征(見圖6和圖9)可知，降雨狀態(tài)(指降雨強度為172 mm/d、降雨時長為24 h的情況)下，非飽和區(qū)將出現(xiàn)暫態(tài)飽和區(qū)，其分布在該滑坡堆積碎石土與邊坡巖體的接觸部分，且以地表徑流方式排泄，符合實際情況。分析認(rèn)為，由于堆積碎石土帶的飽和滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于邊坡巖性，而暫態(tài)飽和區(qū)的形成也由于滲透系數(shù)會有滯后效應(yīng)，所以暫態(tài)飽和區(qū)在24 h后的分布位置見圖9。

圖9　降雨狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場特征Fig.9　　　　Characteristics of seepage field of Madaling HP1 landslide under rainfall condition

由多種工況下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)對比分析可知，降雨聯(lián)合地震作用對該滑坡穩(wěn)定性的影響比其中任何單一因素對滑坡穩(wěn)定性的影響要大。此外，地震作用下，該滑坡的穩(wěn)定性處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在單一施加地震力情況下，只施加水平地震力和同時考慮豎向地震力對該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)基本沒有差別；而在降雨狀態(tài)下，考慮豎向地震力則對該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)(1.093)有輕微影響，但結(jié)果基本相當(dāng)，表明豎向地震力對該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)基本沒有影響。但需要注意的是，暴雨聯(lián)合地震作用的情形為該滑坡所面臨的最惡劣條件，計算得到的穩(wěn)定性系數(shù)對該滑坡的穩(wěn)定性評價具有一定的參考價值。

3. 5　馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性對高速公路規(guī)劃線路的影響

都勻至香格里拉高速公路原規(guī)劃線路為路橋方案，距離馬達(dá)嶺滑坡前緣較近，鑒于該滑坡的安全儲備不足，將對原規(guī)劃線路方案構(gòu)成較大的威脅，因此在后期施工圖設(shè)計階段，采取了積極規(guī)避的策略，最終選線在馬達(dá)嶺滑坡滑體以南2 km，并以山體隧道的方式穿越潛在影響區(qū)。

4　結(jié)論與建議

本文通過對馬達(dá)嶺滑坡的工程地質(zhì)條件、形成機理分析，并在GeoStudio軟件平臺考慮自然狀態(tài)、降雨狀態(tài)、地震作用、降雨聯(lián)合地震作用4種工況下模擬計算分析了馬達(dá)嶺滑坡的穩(wěn)定性，得出以下結(jié)論：

(1) 馬達(dá)嶺滑坡是典型的以采礦為誘發(fā)條件，降雨為直接觸發(fā)條件的具有時效變形特點的災(zāi)害型滑坡。滑動后的滑坡堆積體在自然狀態(tài)下較為穩(wěn)定，在強降雨條件下將處于基本穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 在降雨強度和降雨時長對馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬計算中，降雨強度和降雨時長都是導(dǎo)致馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性系數(shù)降低的重要因素。隨著降雨強度的升高，馬達(dá)嶺滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)總體呈減小趨勢，具體表現(xiàn)為穩(wěn)定性系數(shù)先升高后呈降低趨勢。此外，隨著降雨時長的增加，降雨強度與土體滲透系數(shù)的關(guān)系對馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性的影響減小，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)降低。

(3) 降雨聯(lián)合地震作用對馬達(dá)嶺滑坡的穩(wěn)定性影響比其中任何單一因素的影響要大，但豎向地震力對該滑坡穩(wěn)定性的影響遠(yuǎn)小于水平地震力。穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果顯示，馬達(dá)嶺滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(4) 本文在對降雨狀態(tài)影響滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的模擬計算中，考慮到降雨情況較為隨機，故未考慮降雨類型對滑坡穩(wěn)定性的影響，均假定降雨類型為等強度降雨；其次降雨強度與降雨時長可能存在一定的相關(guān)性，其對滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的影響是相互的，這是今后需要進一步研究的方向。

(5) 鑒于馬達(dá)嶺滑坡的安全儲備不足，都勻至香格里拉高速公路在馬達(dá)嶺滑坡區(qū)段采取積極規(guī)避的策略是合理的。

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