飛鳳山低中放固體廢物處置場高邊坡滑坡成因及整治措施

張盧明, 周 勇, 岳建國

(核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司，成都 610061)

飛鳳山低中放固體廢物處置場位于四川省廣元市三堆鎮(zhèn)，是中國西南地區(qū)唯一的低中放固體廢物處置場。處置場場平標高為606.0 m，場平后將在場址南側形成高邊坡。邊坡于2013 年初開挖，5月份邊坡即產生變形，形成了1#滑坡、2#滑坡。受7月18日強降雨的影響，1#滑坡、2#滑坡變形再次加劇，7月19日1#滑坡北東側發(fā)生滑動解體，坡體原有治理工程大部破壞，滑坡體積約30萬m3；7月21日2#滑坡北東側錨噴破壞，坡面發(fā)育大量拉裂縫，滑坡體積約48×104m3，原有支護措施多處失效(圖1)，一旦發(fā)生滑動造成的后果將極其嚴重。然而，對該滑坡的穩(wěn)定性評價及防治措施選取方面都面臨著更加復雜的難題，而研究滑坡變形的原因是徹底根治滑坡的關鍵。因此，在研究滑坡成因的基礎上提出合理的整治措施具有重要的意義。

①～⑦為富水帶

目前，中外滑坡成因的研究主要集中在以下3 個方面。

(1)地質成因[1-11]：主要指形成滑坡的工程地質和水文地質條件。如許強等[1]通過調查和遙感等手段，認為四川茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村滑坡的成因為活躍的構造部位、易滑的地層巖性和坡體結構；如易樹健等[5]通過數值分析認為滑坡底部剪切滑移鎖固段巖體在強震下無法抵抗上部巖體的推擠而觸發(fā)滑坡。

(2)環(huán)境成因[12-20]：主要指降雨或灌溉影響。如三峽庫區(qū)藕塘滑坡主要受庫水位周期變動及集中降雨影響[12]；陜西涇陽南塬蔣劉4#滑坡由引水灌溉引發(fā)[19]。

(3)人為成因[21]：主要指工程建設或人類活動引發(fā)。如曹春山等[21]指出工程切坡是滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素，由此觸發(fā)了土體一系列物理化學鏈鎖反應。

基于此，從滑坡基本特征出發(fā)，在野外詳細調查、勘查的基礎上，從其物質組成、地質構造、地層巖性、水文地質和人為因素等方面深入分析滑坡成因，在此基礎上進一步提出滑坡的綜合整治工程措施，為類似工程滑坡成因和整治研究提供一定的參考依據，同時對類似地層的滑坡勘查具有一定的指導意義。

1 研究區(qū)工程地質條件

1.1 降雨條件

研究區(qū)年平均降雨量為866.6 mm，年最大降雨量為1 500.5 mm，降雨期集中在每年7—9月。2007—2012年，日降雨量最大值分別為114.6、118.7、176.9、213.6、199.3、174.4 mm，一次連續(xù)降雨量最大值分別為215、252、227.6、414、246.4、287.2 mm，“5·12”地震后降雨量呈增加趨勢。

1.2 研究區(qū)工程地質條件

研究區(qū)原屬于低山緩坡地貌，整體坡度13°～21°，局部達40°。坡面沖溝發(fā)育，規(guī)模較大的有3條，溝谷切割呈“V”字形。邊坡開挖后目前局部形成了拉裂、錯臺、局部滑動等變形現象，研究區(qū)后緣仍保留原始地貌，坡度10°～15°，植被茂密，局部基巖裸露，地表有數條沖溝發(fā)育。

研究區(qū)目前地形呈臺階狀，一般每隔10 m設馬道，土質邊坡坡率1∶1.6，巖質邊坡坡率1∶1.25，整體坡度約30°，整體坡向傾向NW，坡高40～120 m。邊坡開挖后，區(qū)內原有沖溝大部分被挖掉，在坡頂處成為斷頭溝，并與已建截水溝相連。坡腳即為處置單元所在的606 m平臺，平臺東西寬約540 m，南北長約200 m。

研究區(qū)位于龍門山印支褶皺帶中的大茅山復背斜南東翼的南西側，其巖層產狀為310°∠72°。

2#滑坡附近發(fā)育一向斜，位于2#滑坡東側剪出口前緣，產狀210°∠88°，巖層產狀355°∠18°～25°，巖層緩傾坡外。研究區(qū)北側(處置單元以北)主要發(fā)育2條F1、F2斷層，均為非能動斷層，邊坡大部分處于F1斷層的下盤，區(qū)內存在三組優(yōu)勢節(jié)理，分別是：NE(0°～20°)、近EW向以及NW(20°～40°)。

研究區(qū)受構造作用影響，在裂隙密集帶、褶皺、斷層附近發(fā)育多處富水帶，富水帶在坡體表面出露，形成富水區(qū)。

研究區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

圖2 2#滑坡工程地質剖面圖(6-6′)

2 滑坡基本特征

限于篇幅以2#滑坡為例，2#滑坡具有三級滑動特點(圖2)：兩級淺層滑面為基覆界面，深層滑面為強風化軟弱破碎帶。

一級滑坡后緣高程714～735 m，前緣剪出口位于滑坡中后部，高程706～707 m?；w縱長約80 m，橫寬約160 m，主滑方向11°。

二級滑坡的后緣高程706～707 m，前緣剪出口位于滑坡前部，高程668～670 m，后緣相對較厚，前緣較??；滑體縱長約105 m，橫寬約165 m，主滑方向與前者相同。

深層滑坡的后緣高程714～735 m，前緣剪出口高程641～676 m，呈中部厚兩頭較薄的特點；滑體縱長約215 m，橫寬約160 m。

滑坡的西北側存在穩(wěn)定的已支護的巖石邊坡，邊坡基本未發(fā)生變形，由于2#滑坡東側前部發(fā)育一向斜，西北側和北東側產狀突變，在向斜軸部呈現向東偏轉的跡象，而西北側巖體的巖層產狀正常。由于滑坡主滑方向與坡向呈27°～29°斜交，深層滑體在變形過程中受西北側穩(wěn)定巖石邊坡的阻擋，致使滑體產生了一定的向東扭轉變形跡象，因此，滑坡在滑動方向受阻而發(fā)生一定程度的偏轉。

據現場勘察揭露， 2#滑坡淺層滑帶物質為含角礫粉質粘土，揉皺現象較為明顯。由于2#滑坡緊鄰向斜，受構造影響強烈，巖體破碎，層間錯動發(fā)育，開挖后原有結構面逐漸張開，強風化層面軟弱帶連接貫通，從而發(fā)展為深層滑帶。

圖3 2#滑坡變形特征

3 滑坡變形破壞特征分析

在2013年6月25日以前，基巖和覆蓋層分別采用1∶1.25和1∶1.6的坡率放坡開挖，坡面采用格構護坡，該邊坡坡體未出現任何變形跡象(圖3)。2013年6月份邊坡開挖至646 m平臺的過程中，局部出現小范圍的坍塌破壞，6月25日后位于坡頂的監(jiān)測點位移量及速度開始增大，至7月初迅速增加，9月低速度達到4.0 mm/h，水平方向主要向北北西移動，至10月底累計位移達到1 700 mm，后緣截水溝外圍發(fā)現數條拉張裂縫。

地表位移監(jiān)測顯示：滑坡總體向NNE方向移動，其中J21、J22、J25號點累計位移量超過7 mm，截止2014年11月19日共測得478個位移數據，其中J21累計位移量分別為12 mm，J22累計位移量7 mm，J25累計位移量16 mm。由此可見，2#滑坡上部局部變形較大(累積變形5～16 mm)。

4 滑坡變形機制分析

對于飛鳳山高邊坡工程滑坡而言，復雜的工程地質條件、開挖卸荷、設計方案不妥當及集中降雨時域分布是促使滑坡失穩(wěn)的主要環(huán)境誘發(fā)因素。

4.1 滑坡形成的控制因素——地質成因

4.1.1 工程地質條件

該滑坡受地下水的作用影響很大，主要發(fā)育第四系全新統(tǒng)人工填土、滑坡堆積層、崩坡積層，志留系下統(tǒng)龍馬溪組第四段(S1lm4)泥質頁巖、粉砂質頁巖。傳統(tǒng)認識認為四川盆地及周緣地區(qū)龍馬溪組頁巖水封閉條件好[24]，頁巖氣前景好，但本文顛覆了該地層不富水的傳統(tǒng)認識。受構造作用影響，在裂隙密集帶、褶皺、斷層附近發(fā)育多組富水帶(①～⑦)，富水帶在坡體表面出露，形成富水區(qū)(圖1)。

泥質頁巖強風化厚度達5～20 m，受六個期次構造運動，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體多為碎裂結構。現場壓水試驗表明強風化頁巖滲透系數為1.11×10-4～3.10×10-4cm/s，總體上為中等透水地層；中風化層滲透系數為1.42×10-5～8.32×10-5cm/s，總體為弱透水地層，這導致地下水易在強風化底面附近富集，從而使強風化層底部飽水軟化，導致其抗剪強度降低，最終形成深層滑動面。

4.1.2 地質構造

廠址位于龍門山斷裂帶北段中央斷裂(北川-映秀斷裂)和前山斷裂(馬角壩-羅家壩斷裂)之間，距中央斷裂約10 km，距離龍門山前山斷裂較近，約3 km，場地斷裂構造發(fā)育，按產狀進行分類，可分為NE-SW向、NW-SE向、近S-N向、近E-W向、層間錯動帶5 類，此外在1#滑坡前緣見重力滑動帶。場地內主要是近E-W向、近S-N向的陡立的小斷(F1)、NS向節(jié)理密集帶以及層間錯動帶(圖4)。

圖4 場地地質構造

4.2 滑坡變形的誘發(fā)因素——人為因素

前期勘察單位對復雜的邊坡工程地質、水文地質條件認識不足，勘察手段不足。主要原因如下。

(1)第一次勘察認為勘察場地內未發(fā)現斷裂和褶皺構造，存在的主要構造形態(tài)為層理和節(jié)理裂隙，勘察區(qū)域內無導致邊坡整體失穩(wěn)的軟弱結構面，在Ⅱ、Ⅲ區(qū)發(fā)現一向斜，其軸部位于兩區(qū)交界位置，同時，坡體還發(fā)育有小規(guī)模揉皺及裂隙密集帶(Ⅱ區(qū)西側)，原勘察單位提供的勘察成果資料及補充勘察成果中，均未提及上述特殊的地質現象并做出合理化建議。

(2)第一次勘察認為區(qū)內巖體以逆坡層理為主，巖層主要產狀有137°∠30°、137°∠25°、189°∠41°、150°∠52°，補充勘查認為層面產狀137°∠30°，反傾坡內，而本研究發(fā)現Ⅰ、Ⅱ區(qū)巖體層面傾向坡外，從而不利于邊坡的穩(wěn)定。

(3)前期勘察單位認為邊坡區(qū)內無富水裂隙密集帶，認為地下水不會對邊坡的開挖施工造成影響，且認為泥質頁巖為弱透水層。

(4)補充勘查階段勘查工作共布置勘探孔9個，探槽9個，地質剖面8條，勘探線上多數勘探孔利用原邊坡勘探孔投影所得，導致在補充勘察階段成果無法準確反映滑體厚度、滑面形態(tài)等滑坡要素，原勘查資料與研究結果對比如圖5所示。

由圖5可知，原勘查成果中認為基巖強風化厚度較淺，平均層厚5.8 m，分析認為該區(qū)強風化厚度較大，層厚約5～20 m，這導致在前期設計中，錨索錨固段未能進入中風化地層，導致錨索失效。

4.3 滑坡變形的誘發(fā)因素——環(huán)境因素

2014年4月對2#滑坡采用了錨索格構梁(局部采用系統(tǒng)錨桿加固)、截水溝、地表裂縫處理及滑坡體范圍內設置坡面和坡體排水系統(tǒng)的方式進行治理。

截至2014年7月18日，完成了2#滑坡全部錨索、錨桿、格構梁及噴射混凝土施工。2014年7月18～20日經歷了一輪強降雨(18日降雨量為33.7 mm，19日降雨量為11.8 mm，20日降雨量達到123.6 mm)，短歷時強降雨導致坡體發(fā)生上述變形和較大的位移。

5 滑坡綜合整治工程

由于前期工程僅布置了地表截排水溝，研究時加強了地表截排和地下水疏排，即整治工程采用了固腳、束腰、地表水截排和地下水疏排及溝道整治的綜合治理思路，即“抗滑樁+格構錨索(錨桿)+地表截排水溝+仰斜式排水孔+集水井和滲溝”的綜合治理措施(圖6)。

圖5 原勘查設計資料與研究結果對比(2#滑坡)

6 滑坡監(jiān)測效果分析

整治工程于2015年10月底竣工驗收，至今已經歷三個水文年，工程共布置地表位移監(jiān)測點43個，深部位移監(jiān)測點19個，支擋結構頂部位移監(jiān)測點45個，抗滑樁鋼筋應力監(jiān)測點85個，錨索應力監(jiān)測點152個，地下水位監(jiān)測點26個，雨量監(jiān)測2站。

以2016年監(jiān)測為例，得到主要結論如下。

(1)飛鳳山處置場地下水得到了有效的疏排，雖受降雨影響存在一定的起伏，但總體規(guī)律為地下水位穩(wěn)定，場地的水文工程減小了地下水對場地的影響，達到了預期的目標。特別是坡腳滲溝的排水效果較好，在暴雨的情況下，整個606 m平臺地下水位均低于高程601 m，滲溝基本截排了絕大部分邊坡地下水，使處置場基礎保持在干燥的地基上。所有監(jiān)測孔內地下水位溫度變化很小，變化幅度小于1 ℃。

(2)地表累計水平位移量在1.2～16.9 mm，水平位移變化速率在0～0.05 mm/d，分別小于30 mm和3 mm/d；深部位移監(jiān)測孔最大累計偏移量為20.8～43.8 mm，小于預警值50 mm；錨索應力監(jiān)測各期數據基本穩(wěn)定，無奇異點出現，未超過監(jiān)測報警值，雖在年初階段錨索應力出現緩慢松弛，但變幅很小，并最終穩(wěn)定在一基本值上下浮動，其整體表現符合監(jiān)測規(guī)律；抗滑樁鋼筋應力監(jiān)測基本正常，無奇異變化點，各期數據基本保持穩(wěn)定，樁位移監(jiān)測值遠低于監(jiān)測報警值，反映出邊坡支擋結構受力均處于正常狀態(tài)，整治工程效果良好。

7 結論

通過對飛鳳山處置場高邊坡滑坡基本特征、成因與整治工程措施的分析，得到以下結論。

(1)復雜的工程地質、水文地質條件和集中降雨是促使飛鳳山處置場高邊坡失穩(wěn)的主要環(huán)境誘發(fā)因素，龍馬溪第四段泥質頁巖富含地下水及工程富水區(qū)對滑坡穩(wěn)定性影響極大，顛覆了該地層不富水的傳統(tǒng)認識，對在該類地層開展地質工作有指導意義。

(2)前期勘察未充分查明工程區(qū)復雜的工程地質和水文地質條件，以及后續(xù)的一系列設計方案不妥當是誘發(fā)滑坡的人為因素。整治工程應與滑坡體結構特征緊密結合，這樣才能充分發(fā)揮地質體的自穩(wěn)能力。

(3)整治工程采用了固腳、束腰、地表水截排、地下水疏排及溝道整治的綜合治理思路，即采用抗滑樁+格構錨索(錨桿)+地表截排水溝+仰斜式排水孔+集水井和滲溝的綜合治理措施，工程監(jiān)測表明，整治工程效果良好，實現了對滑坡的徹底根治。

(4)對于地下水豐富、強風化較厚、巖體破碎的高邊坡病害處置應采用抗滑支擋、錨固、截排導流與地下水引排相結合的措施方能達到根治目的，對類似地層的滑坡整治有一定的指導意義。

(5)高邊坡勘察應重視現場工程地質調查工作，特別是區(qū)域地質環(huán)境及地下水對邊坡的約束作用。