秦巴山区富水公路滑坡监测分析及工程效果研究

书书书ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ　　工程地质学报　　１００４－９６６５／２０１４／２２（１）００２４０６秦巴山区富水公路滑坡监测分析及工程效果研究赵　冬　蔡庆娥　刘卫民　尉学勇（中交第一公路勘察设计研究院有限公司　西安　７１００７５）摘　要　滑坡的形成和发展往往与地表水和地下水活动相关，本文深入分析了秦巴山区十天高速某富水滑坡的成因机理，预测了公路开挖后滑坡的变形破坏模式并制定了相应的治理方案；通过施工期间监测资料分析及工程效果研究，验证了其变形破坏模式并总结了治理工程实施过程中滑坡各阶段变形特点。提出对于地下水来源丰富的大型覆盖层滑坡，其蠕变特性与黏性土的流变性及自身的应力状态有关，滑体中黏粒含量越高、塑性指数越大、含水量越高，土的流变性越强，滑坡蠕动变形越明显；该类滑坡仅采取支挡和地表排水措施难以有效控制其变形发展，需辅以泄水隧洞等地下排水工程，改变地下水渗流场，提高滑带有效应力，方可稳定滑坡；大型深层覆盖层滑坡即使采用抗滑桩等支挡工程进行预加固，随着开挖的加深，坡体应变能释放，将形成新的塑性区，滑面的发展遵循“渐进破坏”理论，逐步向下发展，治理工程需兼顾多层滑面的影响。关键词　秦巴山区　富水滑坡　流变性　泄水隧洞　塑性区　渐进破坏中图分类号：Ｐ６４２　　文献标识码：Ａ书书书　收稿日期：２０１３－０５－２０；收到修改稿日期：２０１３－１０－１６．第一作者简介：赵冬，主要从事地质灾害防治及研究工作．Ｅｍａｉｌ：[e-mail]ＳＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＥＦＦＥＣＴＳＴＵＤＹＯＮＷＡＴＥＲＳＡＴＵＲＡＴＥＤＬＡＮＤＳＬＩＤＥＩＮＱＩＮ－ＢＡＭＯＵＮＴＡＩＮＡＲＥＡＺＨＡＯＤｏｎｇ　ＣＡＩＱｉｎｇ′ｅ　ＬＩＵＷｅｉｍｉｎ　ＹＵＸｕｅｙｏｎｇ（ＣＣＣＣＦｉｒｓｔＨｉｇｈｗａｙＣｏｎｓｕｌｔａｎｔｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ′ａｎ　７１００７５）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅａｒｅｏｆｔｅｎａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｗａｔｅｒｓａｔｕｒａｔｅｄｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｎｔｈｅＳｈｉｔｉａｎＨｉｇｈｗａｙｉｎＱｉｎｂａｍｏｕｎｔａｉｎａｒｅａ，ｐｒｅｄｉｃｔｓｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅａｆｔｅｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ａｎｄｆｏｒｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓａｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｇｅａｎｄｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｒｅｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅａｔｅａｃｈｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｇｅａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｌａｒｇｅｓｃａｌｅｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｌａｎｄｓｌｉｄｅｈａｓｐｌｅｎｔｉｆｕｌｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｃｒｅｅｐｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｓｏｆｃｏｈｅｓｉｖｅｓｏｉｌ．Ｈｉｇｈｅｒｃｌａｙｃｏｎｔｅｎｔ，ｌａｒｇｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｉｎｄｅｘａｎｄｈｉｇｈｅｒｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｌｉｄｉｎｇｍａｓｓｃａｕｓｅｓｔｒｏｎｇｅｒｒｈｅｏｌｏｇｙｏｆｓｏｉｌａｎｄｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｓｏｎｃｒｅｅｐｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｌａｎｄｓｌｉｄｅｂｏｄｙ．Ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｓａｔｕｒａｔｅｄｌａｎｄｓｌｉｄｅｏｎｌｙｔｏｔａｋｅｓｕｒｆａｃｅｄｒａｉｎａｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｄｒａｉｎａｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｕｃｈａｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｕｎｎｅｌｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｌｉｄｅｚｏｎｅｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｔｒｅｓｓｍｕｓｔｂｅｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｗｈｅｎｔｒｅａｔｉｎｇｔｈｅｗａｔｅｒｓａｔｕｒａｔｅｄｌａｎｄｓｌｉｄｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｅｐｅｎｉｎｇｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒａｉｎｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅｈａｓｂｅｅｎｒｅｌｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｎｅｗｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅｃａｎｂｅｆｏｒｍｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ，ｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｄｅｅｐｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｌａｎｄｓｌｉｄｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｗｉｔｈａｎｔｉｓｌｉｄｅｐｉｌｅｃａｎｂｅｅｎｈａｎｃｅｄ．Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｓｈｏｕｌｄｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓｕｒｆａｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＱｉｎＢａＭｏｕｎｔａｉｎａｒｅａ，Ｗａｔｅｒｓａｔｕｒａｔｅｄｌａｎｄｓｌｉｄｅ，Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｕｎｎｅｌ，Ｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅ，Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ１　引　言地下水是滑坡稳定性分析中的敏感因子，多数滑坡的形成和发展往往与地表水和地下水活动相关［１，２］。关于地下水对滑坡的作用国内外学者进行了广泛的研究，其影响方式和作用机理是多方面的，主要涉及以下两个方面：一是地下水对滑体的力学作用，主要表现在滑体裂隙静水压力和动水压力，其中静水压力又分为浮力、底面的浮托力和侧面的静水压力，静水压力、动水压力的存在减小了滑坡体的有效自重和作用面上的有效应力；二是地下水对滑体所产生的物理和化学作用，主要体现在润滑、软化滑带，降低滑动面抗剪强度，增大下滑力等方面［３～８］。因此对于大型富水滑坡，地下水的治理往往成为工程的重点，文章通过对该富水滑坡进行研究，对于全面认识富水滑坡灾害，研究山区干线公路滑坡处治措施具有重要意义。秦巴山区十天高速ＨＣ２８标滑坡为富水滑坡中较为典型的一例。该滑坡位于西秦岭与汉中盆地交接的狭长沟谷地带，坐落在一个大型老滑坡堆积体上，滑坡后部紧邻茶店—略阳断裂，断层为滑坡提供了丰富的地下水来源。高速公路的开挖致使古滑坡局部产生复活，由于公路尚未开挖到位，若继续开挖势必造成滑坡产生更大规模的变形滑动，对公路下方的村庄安全造成威胁。该滑坡设计、施工过程中均采用了全程地表和深层变形监测及地下水动态监测等手段，由于施工工序及地下水丰富等原因，在主体抗滑工程完工后滑坡仍持续蠕动变形，成为这一路段的瓶颈。为彻底整治滑坡，项目实施期间进行了多次变更，增加了泄水隧洞等地下排水措施，经过一年多的观测，滑坡变形收敛。本文通过对该富水滑坡变形特征及监测资料的分析，认识到：地下水在滑坡变形破坏中除软化滑带、降低抗剪强度及增加下滑力外，还将增加滑坡土体的流变性，致使富水滑坡在抗滑工程完工后仍能持续蠕动变形，滑坡的治理需辅以地下排水工程；大型覆盖层滑坡即使采用抗滑桩等支挡工程进行预加固，随着开挖的加深，滑面遵循“渐进破坏”理论，逐步向下发展，治理工程在考虑地下排水的同时需兼顾多层滑面的影响。２　滑坡特征十天高速ＨＣ２８标滑坡坐落在一个老滑坡体上，具有叠瓦型老滑坡地貌形态，从地形分析历史上曾发生过多次、多层、多级滑动。老滑坡分为上下两级，上级呈“圈椅”状，宽约１３５ｍ，长约１４５ｍ。滑体厚度１５～２１ｍ，体积约为３０×１０４ｍ３。下级呈“舌”形，宽１８０ｍ，长３２０ｍ，滑体厚度２６～３６ｍ，体积约为１５０×１０４ｍ３。老滑坡在漫长的地质历史时期经历了多次滑动，堆积层成分也复杂多变，大致可分为３层。滑体上部以灰色、灰褐色粉质黏土夹碎石为主，局部夹崩积灰岩块石；滑体中部为厚５～１５ｍ的棕红色、灰黄色黏土层；下部为灰黄色粉质黏土含碎石层。由于各层土体物理力学性质的差异，以及层间均存在黏性土隔水层，在工程开挖下易沿层面形成滑动。老滑坡滑床为全—强风化千枚岩，灰黑色，岩体倾向总体为南东，倾角６０°～７０°，主要矿物成分为绢云母和绿泥石，岩质较软，为易滑地层，工程性质差。高速公路在老滑坡中前部以挖方形式通过，原设计最大挖方高度３６ｍ，共４级边坡。２００９年１２月底高速公路开挖至二级边坡后出现变形开裂，引发了老滑坡的局部复活，形成新生滑坡。新生滑坡也分为上下两级，滑坡纵向长约２５０ｍ，宽约１００ｍ，监测变形厚度约１５ｍ，体积约为３０×１０４ｍ３。滑坡后缘发育多条拉张裂缝，最宽的一条长６０ｍ左右，宽０３～０６ｍ（书书书图１）。滑坡发生后，为查明滑坡性质，２０１０年１～３月勘察期间设置５个深层位移监测孔（书书书图１）。监测结果表明滑坡变形主要为浅层变形，深度介于５５～１６５ｍ，变形速率达１～３ｍｍ·ｄ－１，滑坡剪出口位于开挖二级边坡坡脚。深部的老滑动面未见变形。勘察期间滑坡地下水位深度介于６～１５ｍ，地下水在已开挖的三、四级边坡坡面呈串珠状出露向坡外排泄。典型钻孔变化监测曲线（图２），典型滑坡工程地质剖面图（图３）。５２２２（１）　赵　冬等：秦巴山区富水公路滑坡监测分析及工程效果研究图１　滑坡平面位置及监测点布置图Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅｌａｙｏｕｔｇｒａｐｈｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ３　滑坡形成机理及发展趋势分析３１　滑坡成因分析　　水是滑坡产生的重要因素。滑坡后部紧邻茶图２　监测钻孔变化量及位移—时间曲线Ｆｉｇ．２　Ｃｕｒｖｅｓｏｆｖａｒｉａｂｌｅｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｉｍｅ图３　滑坡工程地质剖面图Ｆｉｇ．３　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｙｓｅｃｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅ店—略阳断裂，具有丰富的地下水补给来源。滑坡后部山体为透水性良好的白云质灰岩，发育有大量的溶洞，滑坡区域岩性为不透水的炭质千枚岩，大量岩溶水沿两岩层界面直接排入滑坡体内。滑坡体后缘多处泉水出露，沿滑坡中部形成自然冲沟，枯水季节流量达２０ｍ３·ｈ－１，滑体常年处于饱水状态。高强度降雨是滑坡产生的原因之一。秦岭南坡是中国著名的暴雨区，滑坡所在略阳地区处于暴雨中心，年平均降雨量８２６ｍｍ，最大降雨量达１６７４ｍｍ，夏秋两季降水占全年的８０％。高强度的暴雨可能导致汇聚在滑坡体内的地下水不能及时排出，在内部形成“承压水盆”［９］。受断层补给地下水及高强度暴雨的影响，坡体被高水头压力“浮托”，从而摩阻力急剧降低，因此滑坡在地质历史时期经历了多次滑动，形成了叠瓦型的地貌形态，而多次的变形滑动，使滑坡体软弱层面发育，加之地下水丰富，在工程开挖下极易发生滑动。５·１２汶川大地震，滑坡所在的略阳地区是地震重灾区之一，地震烈度达Ⅷ度。地震改变了坡体的应力分布，造成坡体局部出现裂缝，稳定性降低。高速公路路基边坡开挖是导致滑坡发生的直接６２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ　工程地质学报　２０１４因素。路堑边坡开挖后，滑坡前缘失去支撑，边坡上部的土体向坡前临空方向发生剪切蠕变，其后缘发育自坡面向深部发展的拉裂。受公路开挖深度的影响，沿开挖边坡坡脚形成蠕滑—拉裂型［１０］滑坡。图４　工程布置典型断面图Ｆｉｇ．４　Ｔｙｐｉｃａｌｓｅｃｔｉｏｎｏｆｐｒｏｊｅｃｔｌａｙｏｕｔ３２　滑坡发展趋势分析老滑坡经过多次滑动，堆积层成分也复杂多变，滑体物质从上到下可划分为３层。而不同时期、不同成因的堆积层界面，由于成因不同可导致透水性差异，相对隔水层顶面均有可能形成滑动面。滑坡发生时公路路基尚未开挖至设计标高，随着路基继