漢中市鎮(zhèn)巴縣道子坎滑坡隱患地質(zhì)特征及穩(wěn)定性研究

強(qiáng) 帆 張暖宗

（陜西核工業(yè)工程勘察院有限公司，陜西 西安 710054）

道子坎滑坡隱患點(diǎn)位于鎮(zhèn)巴縣黎壩鎮(zhèn)長(zhǎng)柏村，該隱患點(diǎn)于2019 年7 月份，由于降水等因素，坡體上出現(xiàn)多條裂縫，裂縫最大寬度約3cm；至2020 年9 月初裂縫最大寬度已達(dá)1m，目前滑坡處于加速變形階段，部分坡體已有滑塌、沉降現(xiàn)象。該隱患點(diǎn)在極端降雨條件下，發(fā)生整體滑坡的可能性大，且滑坡體一旦失穩(wěn)，將危及到滑坡區(qū)內(nèi)17 戶71 人53 間房屋、1 個(gè)村衛(wèi)生室，威脅財(cái)產(chǎn)1000 萬(wàn)元，急需進(jìn)行治理，消除隱患[1-3]。

因此，本文擬通過(guò)對(duì)該滑坡的分析研究、模擬驗(yàn)算及結(jié)合工程實(shí)踐，進(jìn)一步總結(jié)提高對(duì)該類滑坡的認(rèn)知。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)地貌條件

研究區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)，大巴山坳褶帶，屬于低山區(qū)與河谷階地交匯處，山勢(shì)低緩，山坡坡度多在20°～40°。區(qū)域出露地層巖性主要有砂巖、泥巖及松散巖土。

1.2 水文地質(zhì)條件

滑坡隱患點(diǎn)及周邊地區(qū)地下水的類型有基巖裂隙水和松散層孔隙水兩類，大氣降水為主要補(bǔ)給源[1]。

基巖裂隙水：賦存于砂巖風(fēng)化裂隙帶中，含水性較差，由山坡或順節(jié)理裂隙帶向溝谷排泄，深部新鮮完整的巖石則為弱透水或相對(duì)不透水層。

松散層類孔隙水：呈帶狀分布于山谷兩側(cè)斜坡及溝谷松散層中，含水巖性為粉質(zhì)粘土，地下水位埋深較淺，以上層滯水為主，埋深約2.4～8.3m。以徑流排泄為主。

1.3 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

1.3.1 巖土體分布及特征

研究區(qū)內(nèi)各地層工程地質(zhì)特征，見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)地層工程地質(zhì)特征

1.3.2 人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)

隨著城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人類工程活動(dòng)對(duì)滑坡區(qū)的影響主要為：

（1）區(qū)內(nèi)修路、建房等切削山體形成的高陡邊坡，在降雨及重力影響下，加劇破壞了坡腳的原有應(yīng)力作用，更容易造成坡體的崩塌、滑坡等現(xiàn)象

（2）人類的開(kāi)荒種植，破壞了坡體的原有生態(tài)結(jié)構(gòu)，加劇了水土流失，破壞了坡體的穩(wěn)定性。

2 滑坡基本特征

2.1 形態(tài)

道子坎滑坡長(zhǎng)約125m，寬約100m，平面面積約1.25×104m2，滑向約40°，滑坡區(qū)相對(duì)高差約61m，滑坡體積10.5×104m3?；麦w變形跡象最早發(fā)生于前緣，滑坡整體邊界較為清晰，為一中型堆積層牽引式土質(zhì)滑坡[2]。

2.2 滑坡巖土體結(jié)構(gòu)特征

滑體：該滑體主要由粉質(zhì)粘土組成，厚3.0m～8.3m，濕度中等，可塑性中等，干強(qiáng)度中等，韌性中等。滑體土天然含水率在18.4～27.0%之間，平均值21.88%；天然重度18.7～20.5 kN/m3，平均值19.8 kN/m3；天然孔隙比0.58～0.81，平均值0.66，塑性指數(shù)10.7～15.5，平均值12.84，重型觸探試驗(yàn)平均值約16.2 擊，工程性能較差。

滑面：滑面呈上陡下緩狀，上部坡度約30°，下部坡度15～20°，滑面為土巖接觸面?；嫔喜康貙右院槭圪|(zhì)粘土為主，含水量較大，軟塑，可見(jiàn)擦痕。

滑床：滑床為含碎石粉質(zhì)粘土，頂部為泥巖。

2.3 變形特征

在滑坡隱患點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)多處裂縫，裂縫寬度約2～3cm，最大寬度約40cm，錯(cuò)臺(tái)高度最大約30cm，沿滑坡隱患點(diǎn)周界及后緣形成多條裂縫?；麦w前緣上山道路外側(cè)出現(xiàn)滑塌，滑塌段長(zhǎng)度約25m，滑塌后形成高約70cm的陡坎，滑塌造成道路部分地段下陷?；潞缶壍缆废孪菁s1m，下陷段長(zhǎng)度約30m。

該滑坡處于持續(xù)變形中，變形跡象明顯，在滑坡前緣漿砌石擋墻上發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫寬度約10～60cm，該段擋墻已被錯(cuò)斷，其余地段擋墻多處出現(xiàn)的裂縫、鼓包等，在降雨等因素作用下，發(fā)生垮塌的可能性較大[1-4]。

3 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.1 滑坡形成機(jī)制分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘查分析，該滑坡為中型土質(zhì)滑坡，形成條件為：

3.1.1 地形地貌

該區(qū)域位于低山區(qū)與河谷階地交匯處，山坡坡度多在20°～40°，該類型地貌特征為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了必要的條件。該滑坡體在底部和中部砌有擋石墻和臨時(shí)截排水工程，但均已遭到破壞。

3.1.2 地層特性

坡體地層結(jié)構(gòu)為含碎石粉質(zhì)粘土、含塊石粉質(zhì)粘土層和砂巖泥巖互層，水體滲入粉質(zhì)粘土層間富集，降低其抗剪強(qiáng)度，發(fā)展成滑動(dòng)面。

3.1.3 降雨作用

降雨作用是滑坡形成的關(guān)鍵性因素，一是增加坡體的自身重量，二是加快軟弱結(jié)構(gòu)面的形成和貫通，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及統(tǒng)計(jì)，滑坡在雨季的變形速率明顯高于旱季。

3.1.4 人類工程活動(dòng)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展人口不斷增長(zhǎng)，面臨居民用地緊張，道路修建導(dǎo)致坡體前緣開(kāi)挖，底部阻滑段不斷減少，坡面中上部居民墾荒，破壞了坡腳的原有應(yīng)力作用，使下滑力大于抗滑力，坡體向下滑動(dòng)形成滑坡。

3.2 滑坡破壞模式分析

滑坡向下滑動(dòng)，坡體前緣首先變形破壞形成裂縫，在暴雨條件下雨水沿裂隙進(jìn)入坡體使滑帶土軟化，前緣變形導(dǎo)致造成滑坡體后緣發(fā)生變形，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，造成坡體出現(xiàn)一定程度的剪切破壞進(jìn)而使滑面貫通，造成滑坡整體剪切破壞。該滑坡類型為牽引式滑坡[1-5]。

3.3 滑坡體物理力學(xué)特征

勘查過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)，對(duì)滑坡體參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，詳見(jiàn)表2、3。

表2 滑坡體物理力學(xué)性質(zhì)特征表

試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：滑體土天然含水率在18.4～27.0%之間，平均值21.88%；天然重度18.7～20.5 kN/m3，平均值19.8 kN/m3；天然孔隙比0.58～0.81，平均值0.66，塑性指數(shù)10.7～15.5，平均值12.84。

3.4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.4.1 公式選擇

按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864-2016）中滑坡臨界計(jì)算方法，采用表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，選擇傳遞系數(shù)法，計(jì)算公式如下[2-4]：

式中：

Ti——第i 條塊下滑力（kN/m）；

Ri——第i 條塊抗滑力（kN/m）；

Ψj——第i 條塊剩余下滑力傳遞至i+1 塊段時(shí)的傳遞系數(shù)（j=i 時(shí)）；

Wi——第i 條塊自重標(biāo)準(zhǔn)值與相應(yīng)附加荷載之和（kN/m）；

ci——第i 條塊滑面粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），；

φi——第i 條塊滑面內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）；

n——條塊數(shù)；

Fs——穩(wěn)定性系數(shù)。

3.4.2 計(jì)算方案選取

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該滑坡體滑面主要為含碎石粉質(zhì)粘土層與基巖接觸面處（圖1），穩(wěn)定性分析計(jì)算選擇傳遞系數(shù)法。經(jīng)上述公式計(jì)算，得到不同工況下的穩(wěn)定系數(shù)Fs 值見(jiàn)表3。

圖1 剖面圖

表3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

通常滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)Fs＜1.0 為滑移狀態(tài)；1.0≤Fs＜1.05 為欠穩(wěn)定狀態(tài)；1.05≤Fs＜1.15 為基本穩(wěn)定狀態(tài)；Fs>1.15 為穩(wěn)定狀態(tài)[4]。該滑坡體在自重狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.00～1.13，處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨條件下，穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.95～1.04，處于不穩(wěn)定狀態(tài)～欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.5 基于顆粒流的數(shù)值模擬

通過(guò)構(gòu)建道子坎滑坡顆粒流數(shù)值模型，可模擬坡體滑動(dòng)全過(guò)程[4-6]，滑體運(yùn)動(dòng)總持續(xù)100s，主滑時(shí)間約50s（圖2）?；掳l(fā)生時(shí)，坡下居民基本沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間，該滑坡需進(jìn)行及時(shí)治理。

圖2 道子坎滑坡模型圖

對(duì)模型數(shù)據(jù)分析，建立道子坎滑坡運(yùn)動(dòng)圖（圖3），將滑坡從失穩(wěn)滑移到停止運(yùn)動(dòng)分為四個(gè)階段。

圖3 道子坎滑坡運(yùn)動(dòng)圖（35s～100s）

第一階段：滑坡在運(yùn)動(dòng)前期，前緣出現(xiàn)了明顯位移，經(jīng)歷35s，滑坡從失穩(wěn)到整體下滑；

第二階段：滑坡在滑動(dòng)55s 后，由于抗滑力的增加，大部分堆積于坡腳停止運(yùn)動(dòng)；

第三階段：滑坡在滑動(dòng)75s 后，任有部分土體存在較小的運(yùn)動(dòng)速度，但在自身重力影響下逐步進(jìn)入穩(wěn)定壓密階段。

第四階段：滑坡在滑動(dòng)100s 后，逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡發(fā)展趨勢(shì)及工程防治

4.1 滑坡發(fā)展趨勢(shì)

4.1.1 滑坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

滑坡體在連續(xù)降雨作用條件下為不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生整體滑動(dòng)的可能性較大[5]。

4.1.2 滑坡變形發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果結(jié)合滑坡變形破壞特征，預(yù)測(cè)滑坡體在暴雨?duì)顟B(tài)下發(fā)生滑移的可能性大，一旦再次產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，對(duì)滑坡后緣起到牽引作用，裂縫增多，滑坡失穩(wěn)，威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?cái)產(chǎn)安全。

4.2 工程防治

根據(jù)滑坡現(xiàn)狀及治理經(jīng)費(fèi)實(shí)際情況，采用抗滑樁+擋墻+截、排水工程等進(jìn)行滑坡治理[2]。

4.2.1 抗滑樁

在對(duì)比考慮滑體土厚度、結(jié)合地形條件、滑坡剩余下滑力的基礎(chǔ)上，在滑坡前緣設(shè)置抗滑樁。

4.2.2 擋墻工程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在滑坡前緣替換原有坡腳破壞擋墻。

4.2.3 截、排水工程

通過(guò)疏排地表水，達(dá)到減少土體重量，提高滑體穩(wěn)定性的目的。

5 地質(zhì)災(zāi)害防治效益評(píng)估

5.1 社會(huì)效益

通過(guò)對(duì)滑坡的工程治理，將徹底消除滑坡災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全，使人民群眾生活于安全環(huán)境之中，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定[3]。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)對(duì)滑坡體進(jìn)行工程治理，一方面可消除地質(zhì)災(zāi)害造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡；另一方面可改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境，實(shí)現(xiàn)土地資源的合理、綜合利用，繁榮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，增加人民收入、增加地方財(cái)政稅收收入，對(duì)實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)巴縣經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

5.3 環(huán)境效益

通過(guò)滑坡的綜合治理，可最大限度的減少水土流失，美化人居環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步改善[4]。

6 結(jié)論

6.1 該滑坡體斜長(zhǎng)約125m，寬約100m，平均厚度約7m，為中型堆積層牽引式土質(zhì)滑坡?；峦{對(duì)象主要是坡體下方住戶共計(jì)17 戶71 人53 間房屋、1 個(gè)村衛(wèi)生室，威脅財(cái)產(chǎn)1000 萬(wàn)元，危險(xiǎn)性大。

6.2 該滑坡體的形成與該地區(qū)地形地貌、地層特性、降雨作用關(guān)系密切。在自重條件下，處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)～欠穩(wěn)定狀態(tài)。

6.3 通過(guò)構(gòu)建滑坡顆粒流數(shù)值模型，判斷該滑體運(yùn)動(dòng)總持續(xù)約100s，主滑時(shí)間約50s，滑坡發(fā)生時(shí)，坡下居民基本沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間，該滑坡需進(jìn)行及時(shí)治理。

6.4 根據(jù)該滑坡發(fā)生條件，建議對(duì)滑坡采取抗滑樁+擋墻+截、排水+監(jiān)測(cè)的綜合防治措施，防治后可產(chǎn)生較好的生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)效益。