某牽引式滑坡的形成機制與處治探究

■徐成光

（福建省交通規劃設計院，福州350004）

某牽引式滑坡的形成機制與處治探究

■徐成光

（福建省交通規劃設計院，福州350004）

以某工程實地發生的牽引式土質滑坡為例，從滑坡發展過程及變形破壞特征分析該牽引式土質滑坡的形成特性；從地質條件、地質特征、水文地質條件等方面分析該牽引式土質滑坡的成因機理，并進行了滑坡坡體的穩定性評價，提出了相應的處治建議。

牽引式滑坡因子分析處治措施

1 引言

牽引式滑坡往往是滑坡前緣因侵蝕或人工削坡等原因造成坡面變陡以致坡體失穩，在后緣引起裂縫，隨著變形的發展，后緣以后的斜坡體也產生變形失穩，出現新的滑動，從而導致滑坡體向后向上發展，最終形成一個面積較大且相對穩定的坡面。隨著高速公路的迅速發展，山區進行的高速公路挖方邊坡中會遇到大量的牽引式滑坡，本文以某工程的牽引式土質滑坡為例進行了滑坡成因分析。

2 滑坡概況

該斜坡位于山坡坡麓上，屬剝蝕低山丘陵地貌區，天然坡度約10°～25°，上陡下緩，山坡上植被較發育，坡體上多為人工種植果樹，山體較穩定。隨著高速公路建設，坡腳處開挖路基邊坡高度達25m,而開挖后的坡面未采取有效的防護措施，受連續降雨的影響，坡頂開始開裂，出現細微裂紋，寬度約在1cm；隨著降雨增加，坡積土層底部在開挖坡面上，出現了多個泉點，坡底水量增加，坡頂裂縫增大甚至局部出現滑塌；在尚未采取坡腳反壓施工等有效防護及當地持續強降雨的影響下，滑坡往后緣和兩側發展，滑坡平面規模明顯擴大，滑坡迅速發展擴大，整個坡面幾乎全部滑塌。從滑坡發生、發展過程看，該滑坡屬于典型的牽引式土質滑坡。其發展過程如圖1～圖4：

圖1 開挖后坡體穩定未見滑動

圖2 坡頂出現細微裂紋

圖3 局部出現滑塌

圖4 大面積滑坡

3 滑坡變形破壞特征

滑坡現場觀測到的坡體變形特征如下：

（1）坡體后緣（圖5）：裂縫普遍寬度約5～25cm，裂縫延伸范圍一般大于50m，裂縫落距明顯,約1.5m左右，現場存在錯斷面。

（2）坡面（圖6、7）：在坡體土體的飽水作用后，自重增加，加上高速公路開挖形成臨空面，坡體應力狀態改變，產生不穩定的變形，坡面產生滑塌。出現局部的錯斷，坡面可見較多的隆起裂縫，也給土體提供了臨空面及滲水途徑。

（3）坡腳前緣（圖8、9）：坡體前緣剪出破壞，剪出口產狀：45°∠12°，經回填反壓加固處理后，坡體暫時穩定。

（4）滑動面：坡體前緣破壞處可見滑動面滑痕（如圖10）。

(5)鉆孔巖芯：鉆孔顯示9.0～10.5m間巖芯為坡積粉質粘土，灰黃色、灰色，飽和，軟-可塑，以粘粉粒為主，粘性一般，手捏粘手，質軟，滑，濕時刀切面平整光滑，為滑動帶土。76g錐液限ωL=60.4%，為高液限土；反復直剪殘余強度標準值黏聚力c=18.9kPa、內摩擦角φ=10.5°（如圖11）。

圖5 后緣拉裂隙

圖6 坡體側壁裂縫

圖7 坡體后壁陡坎

圖8 坡體前緣剪出口

圖9 前緣反壓加固

圖10 滑動帶土滑痕

圖11 鉆孔9.0～10.5m間滑動帶土

3 滑坡成因分析

牽引式滑坡一般發生在斷裂帶、堆積層、風化帶及巖土體的軟弱夾層所組成的斜坡地帶，自下而上發展，規模不斷擴大。從總體上來看，影響該滑坡的成因有以下幾個因素：

3.1 地質構造因素

（1）火山作用與火山巖相

滑坡場址區處于多座火山中心附近，其正北方向約6km處有一火山口，為該火山的空落相區域；西南方向約2.5km處有一處火山噴發中心，為該火山的碎屑流相、空落相區域；南方約6km處有一破火山中心，為該火山的空落相區域；正東方向約1.7km處有一錐狀火山中心，火山通道相、噴溢相區域。多座火山交互作用形成了該區域火山灰、熔巖流交互沉積復雜的地質環境，場區內因火山灰形成的沉凝灰巖相對熔巖流沉積形成的熔結凝灰巖易風化。再經區域地質構造運動，使得場區內地層地質構造條件異常復雜

（2）斷裂構造作用

場區發現發育有F201A、F201B、F201C三條構造帶，對滑坡區域產生較大影響，其交互作用致使場區差異風化強烈，發育多條風化凹槽。風化凹槽內，地下水相對豐富，是誘發滑坡重要因素。

3.2 巖土結構特征［1］

按坡體至上而下、從外到內的巖土各結構層的構成進行分析:

（1）坡積含碎石粉質粘土：呈灰黑色、灰黃色等色雜，可塑-硬塑狀，很濕，以粘粉粒為主，粘性一般，表層50cm左右為耕植土，含多量植物根系，局部段落為坡積碎石土，碎石塊徑在3～7cm間，呈次棱角狀，母巖為凝灰巖、含礫凝灰巖，碎塊間充填物為粉質粘土，坡積成因，廣泛分布，厚度約0.7～14.0m間，層底埋深在0.7～14.0m間。

（2）殘積粘性土：灰黃色，可塑-硬塑狀，很濕，主要由粘性土組成，干強度中等，韌性中等，遇水易軟化，粘性一般，手捏易碎，其厚度約1.6～6.7m，層底埋深在2.9～13.4m間。

（3）全風化凝灰巖：灰黃色、灰黑色，原巖結構及構造尚可分辨，原巖礦物已風化成次生粘土礦物，巖芯呈粘土狀，含水量較大，手搓易散，遇水易軟化、崩解，相對于其它巖性的全、強風化巖層，該風化層強度相對較低，常呈夾層狀穿插于其他強風化層間。錨索摩阻力小，建議設計時予以注意。該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.05～16.9m間，層底埋深在0.8～33.3m間。

（4）砂土狀強風化凝灰巖：灰黃色、灰黑色，原巖結構及構造可分辨，原巖礦物已部分風化成次生粘土礦物，巖芯呈粘土狀，含水量較大，手搓易散，遇水易軟化、崩解，該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.5～12.9m間，層底埋深在6.5～38.0m間。

（5）全風化含礫凝灰巖：灰黃色、灰黑色，原巖結構及構造已破壞，原巖礦物已風化成次生粘土礦物，巖芯呈砂土狀夾礫石，手搓易散，遇水易軟化、崩解，局部見熔結凝灰巖塊石，為差異風化所致，其粒徑一般在2cm左右，個別大于8cm，多呈次棱角狀，該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.3～13.7m間，層底埋深在4.3～24.5m間。

（6）砂土狀強風化含礫凝灰巖：灰黃色、灰黑色，原巖結構及構造尚可分辨，原巖礦物已基本風化成次生粘土礦物，巖芯呈砂土狀夾礫石，手搓易散，遇水易軟化、崩解，局部見凝灰巖塊石，為差異風化所致，其粒徑在一般在2cm左右，個別達8cm，多呈次棱角狀，該層普遍分布，鉆孔揭示厚度在0.3～10.4m間，層底埋深在12～35.6m間。

（7）碎塊狀強風化熔結凝灰巖：灰黃色、褐黃色夾青色，熔結凝灰結構，塊狀構造，風化裂隙發育，巖體極破碎，風化不均，巖芯一般呈碎塊狀強風化局部夾砂包土狀及中-微風化巖塊，塊徑在3～9cm間為主，大部分碎塊手折可斷，暗色礦物風化強烈，斜長石及黑云母已部分粘土化，風化顯著，但有一定結構強度；該地層鉆探采取率較低約30%，利用合金鉆頭鉆進困難，改用金剛石鉆頭，鉆進過程中拔鉆聲明顯，鉆進較慢，局部段落偶見鉆進進尺稍有變快現象.該地層廣泛分布，鉆孔揭示厚度在0.5～24.6m間。

（8）中-微風化熔結凝灰巖：青灰色，巖質新鮮，巖芯一般呈柱狀，局部夾碎塊狀，塊徑在3～6cm間，巖質較硬，錘擊聲脆，回彈較強，不易擊碎，飽和抗壓強度大于30MPa，節理裂隙較發育，TCR=75%～95%，RQD=50%～85%，廣泛分布，鉆孔揭示厚度在15.0m以上。

坡積含碎石粉質粘土、殘積粘性土、全風化凝灰巖、含礫凝灰巖及砂土狀強風化凝灰巖、含礫凝灰巖等均為高液限土，土體飽和后抗剪強度迅速降低。其相應剪切實驗指標如下表。

表1 土層室內試驗成果表

3.3 水文地質條件

地下水主要為坡殘積層、風化層孔隙水，水位高度受降水影響大，2011～2015年期間穩定水位范圍在2.3～15.56m間。地下水主要沿地勢自然排泄，土石界面等排水隔水層面及連通裂隙面等處形成集中排泄通道。持續強降雨期間，雨水量較豐富，開挖后的邊坡坡腳附近泉眼有明顯的地下水滲出，地下水水位受地形影響，急速抬高，變化幅度大于8.0m。坡體上崩落的土體潮濕，降水過后，坡底處可見地下水溢出。

從鉆探成果和現場調查情況看，場地位于一小山坳中，有利于降水的入滲和地下水的相對匯集。坡積含碎石粉質粘土和強風化巖層透水性相對較好，降水后形成地下弱含水層，且山坡自然地形上陡下緩，邊坡開挖后地下水潛能作用強，水動力作用明顯。所以持續強降雨工況下，場地地下水不但使坡體巖土體飽水增重，軟化巖土強度，且地下水動力作用和潛能作用下，部分因不均勻風化作用形成的透鏡狀強風化巖體為承壓含水層，對上覆土體具浮托作用。毫無疑問，持續降雨下，地下水的作用是本路段滑坡形成的重要因素。

3.4 工程因素

邊坡開挖施工前山體及附近范圍均未有滑坡發生，局部因人工種植或建房開挖形成陡坎有小溜塌，天然邊坡整體穩定。施工開挖改變了原有山體的應力平衡。

3.5 大氣降水因素

持續集中降水使土體迅速飽水，導致土體自重增加，抗剪強度降低，誘發土體變形滑動。結合巖土結構分析，坡積土層下部大多含有30～50%碎石，透水性較好，而其下部的殘積土層和全風化巖層透水性明顯較差，導致降水后坡積土層底面滲流作用強，實際流速大，沖刷力強，動水壓力大。由于邊坡開挖，坡積土層直接暴露在開挖坡面上，持續降雨后，地下水徑流加快，流速增大，動水壓力增大，同時伴有接觸流土作用，坡積土層底面產生“水膜”效應，導致摩擦系數明顯降低，從而導致了近開挖坡面的坡積土層下滑，未采用防護措施前在已滑土體的牽引作用和持續降雨的作用下，滑坡往兩側和后緣發展。雖采取了回填反壓措施，因反壓方量有限，加之期間暴雨持續，滑坡體進一步擴大。

綜合以上五點不難發現，持續強降雨及坡體長期飽水使土體軟化是引起坡體變形的主控因子。

4 坡體穩定性評價

通過現場觀測、測繪，滑坡體所反應的宏觀變形跡象已明顯，坡體前緣裂縫及后緣拉張裂縫明顯，坡頂的裂縫未封閉及坡面的排水系統未完善，為地下水的入滲提供通道，前緣局部段落雖采取了回填反壓措施，但仍未能有效阻止坡體的下滑，可能會牽引后方發生更大規模滑塌，對高速公路建設會造成直接威脅。

5 處治措施的建議[3]

該滑坡體場區屬于丘陵坡地地貌，地層以殘坡積土及凝灰巖風化層為主，天然邊坡基本穩定。因工程施工需要開挖形成臨空面，并在多次降水影響下，逐步發展形成較大規模的土質順層牽引式滑坡。根據該坡體變形的原因，建議采取措施如下：

（1）該邊坡路段受構造作用、不均勻風化影響，地質條件變化大，建議采取動態設計、信息化施工的原則進行工程設計、施工；并根據滑坡體的分布，計算采用相應的加固治理措施。

（2）建議主要采取引排疏干地表水與地下水的措施（對坡面應整平夯實，粘土夯填裂縫，使地表水盡快歸溝，防止或減少地表水下滲；采用集水井與水平鉆孔聯合排水的方式進行深層排水）。

（3）現場需加強開挖坡面的巖土觀測，錨孔施工地質記錄和施工中抗滑樁樁側、樁底巖土觀測，并根據現場觀測的地質條件變化特征，及時調整開挖方式和設計支護加固措施。當采用錨固時，錨索宜進入碎塊狀強風化巖體中；當采用抗滑樁時，抗滑樁持力層應穿透軟弱風化層或斷裂帶，進入穩定完整的中、微風化巖層。

（4）施工中需加強邊坡變形監測（含地表和深部）和錨索、抗滑樁的內力監測，若監測結果顯示變形或內力超過規范允許值時，應調整邊坡支護措施。在施工期間和建成后對整個坡體進行長期人工及儀器的變形觀測，及時了解施工及雨水對坡體的影響和變形的發展趨勢，保證施工安全。

6 總結

牽引式滑坡是地質條件、地質構造、水文條件、人為因素及大氣降水等各種因素共同作用的結果，其中持續強降雨及坡體長期飽水使土體軟化是引起坡體變形的主控因子。對于地質條件較差、雨水豐富的地區，要加強前期地質勘察，認真分析與總結，開挖前及開挖過程中及時做好各項預防措施，有效避免或降低滑坡帶來的危害。

[1]GB 50021-2001，巖土工程勘察規范（2009版）[S].

[2]GB 50330-2013,建筑邊坡工程技術規范[S].

[3]DZ/T0219-2006,滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].