华南地区低矮丘陵滑坡致灾机理分析及对策研究＊

时间：2024-07-06

王伟军，黄翔

（1.珠海市勘察设计研究院有限公司，广东珠海 200070；2.桂林理工大学，广西桂林 541004）

0 引言

我国华南地区分布有大量的土质丘陵，这些丘陵具有高度低矮、土质松软的特性，由于地处湿热的地质环境，丘陵原岩的风化程度较高，其覆盖层的厚度最深可达20 m，基岩埋深一般都较大。由于华南地区的丘陵具有土质松软、埋深大、山体相对高差小、坡度相对较缓等特征，十分适合作为工、农业用地及建筑用地，加之南方人口众多，因此该地区的丘陵山体及山麓已被很大程度地开发利用，分布了大量的经济作物或工业建筑及构筑物［1-2］。然而，华南地区的降雨量充沛，长期受坡面流水的侵蚀作用，使山体常年处于雨水的淋滤、切割及渗透作用中，导致丘陵山体的土体抗剪强度大幅衰减，土体重度趋于饱和，自重应力大幅上升，极大地提高了山体失稳滑坡的风险性。在漫长的地质历史中，该地区的丘陵逐渐趋于较为稳定的状态，通常不会发生较为严重的山体滑坡或溜方等地质灾害，但随着我国工业化及农业化的推进，华南地区的丘陵开发力度大幅提高，人为因素的改造必然导致原有的山体力学平衡被打破。因此，该类低矮丘陵的边坡灾害发生频率逐年增加［3-4］。

针对该类工程灾害，工程领域的专家及建设者开展了大量的研究与实践。在近几年的研究成果中，铁永波等［5］研究南方山地典型丘陵的孕灾机制，建立丘陵地区从县域到镇的典型灾害点的风险评估机制；何晶莹［6］基于室内试验等岩体物理力学参数，采用传统的圆弧滑动法对南方丘陵边坡体进行稳定性分析研究；刘继德［7］针对丘陵滑坡进行截排水沟及抗滑桩设计，建立以截排水沟的流量及抗滑桩应力值为依据的丘陵边坡稳定性分析模式；王伟等［8］从定性的角度，结合地形、地质，以及多种勘察手段和监测辅助，对丘陵坡体进行综合分析，确定滑坡周界等；李俊杰等［9］建立降水的阈值与丘陵滑坡灾害的统计关系，利用降水数据预测丘陵边坡的发生。这些对低矮丘陵山体稳定性的研究主要涵盖了定性与定量分析、降雨与丘陵滑坡灾害的统计关系分析以及降雨对丘陵山体稳定性的削弱研究，而对人类活动的后期改造对坡体造成的稳定性扰动的影响研究较少见。本文基于华南地区某山体土质丘陵的边坡失稳治理工程，深入开展地质勘察，对坡体进行实时监控，追踪坡体变形的发展并分析其成灾机制，据此提出治理措施。

1 工程概况

1.1 丘陵滑坡概况

工程项目位于华南的山地丘陵地区，是一个高级休闲山庄内的景观边坡，山庄由3栋养生馆大楼及山顶休闲平台等组成，其中的养生馆大楼位于山顶休闲平台的山麓。自2015年项目竣工以来，山顶休闲平台所在的山体（以下简称山体）一直保持相对稳定，没有发生明显的边坡体滑动及开裂现象。2022年1月初，养生馆一侧的山体边坡出现明显的开裂等边坡滑动迹象，坡顶处出现长21 m、宽30～55 mm 的张拉裂缝，丘陵坡体出现明显的滑动位移（如图1所示）。由于山体滑动后，其土方量及冲击载荷必然对3栋养生馆建筑大楼的安全构成严重威胁。为了防止滑坡进一步破坏，施工部门针对该工程病害及时开展工程勘探，采取对临时坡顶削坡减载、坡体覆盖隔离雨水的防水膜以及坡脚处反压等临时性抢救措施，使坡体的移动得到一定程度的控制，为后续的长效治理做好安全保障工作。

1.2 工程地质概况

工程场址位于我国华南地区，属于低矮的土质丘陵地貌，海拔高度为62 m，丘陵坡度较缓，倾角为10°～21°。工程勘察揭示场区内的主要地层包含杂填土、红黏土、粉砂岩、细砂岩夹页岩及花岗岩，局部夹少量的钙质粉砂岩及含锰灰岩，其中山体丘陵的地层岩性主要是黏土的覆盖层，基岩为花岗岩。依托工程勘察的结果并根据本次研究的需要，将场区的山体地层划分为杂填土、粉质黏土及花岗岩，各层的岩性分布见表1。

表1 丘陵山体地层岩性表

1.3 场地地质构造概况

边坡所在的大区域内存在5 条较大的断层（F1～F5），断层的基本走向都是NNE（东北偏北方向），活动性较差，该区域近60年内没有发生具有危害性的地壳活动记录，区域整体稳定性良好，该类一级结构面对场区的稳定性影响较小。场区内没有明显的破坏性断层通过，地层较完整，地质构造较稳定。工程场区内的地震峰值加速度取值为0.05 g，依据抗震相关规定及工程的具体情况，其反应谱周期取值为0.35 s，依据地震烈度的区划标准，定性为VI度。由此可见，地震作用对场区内的边坡工程影响甚微，因此本研究不予考量。

2 丘陵滑坡稳定性分析

2.1 丘陵边坡工程勘察分析

依据边坡的破坏特征，本次工程主要对滑坡体进行勘察，内容包括钻芯取样确定岩性特征、确定滑坡周界范围及确定滑体滑动面等。勘察孔设置9 个，从上往下设置3 排，第一排ZK01～ZK03，其连线形成1-1’剖面；第二排ZK04～ZK06，其连线形成2-2’剖面；第三排ZK07～ZK09，其连线形成3-3’剖面。本次研究主要对具有代表性的第一排ZK01～ZK03 的1-1’剖面（如图2所示）进行分析。此外，每个钻孔对典型土质取样进行基本的物理力学室内试验。

图2 边坡工程勘察1-1’剖面图

勘察结果显示，该边坡体的地层依次为杂填土、粉质黏土、淤泥质土、粉质黏土、风化壳及较完整的花岗岩。其中，粉质黏土层中有一层厚度为74～109 cm 的淤泥质土体，该土层淤泥质土的干抗剪强度不低，但饱和抗剪强度值出现较大幅度的降低，其根本原因是最近一个月的雨季有大量的雨水沿着坡体微裂缝不断渗入土层，虽然粉质黏土具有一定的隔水性能，可以在一定时期内保持稳定，但是在长期的渗透压力作用下，雨水不断渗入，加速软化了淤泥质土体。山体取样测试的抗剪强度结果（见表2）显示，淤泥质土体在浸水软化后，强度仅为8 kPa，与其上、下层的粉质黏土抗剪强度相比，存在较大的强度差。同时，勘察显示淤泥质土层处出现了含水量大幅增加的情况，这与滑坡剪切带的特征相符。由此，综合其他因素，可以初步推断滑坡的1-1’剖面的滑动面主要是沿着淤泥质土层的分布范围而发生的剪切性滑动破坏。

表2 丘陵山体取样抗剪强度

2.2 丘陵边坡位移监测结果及分析

在完成工程边坡滑动周界勘察工作后，在滑坡体ZK01～ZK09 钻孔上侧20 cm 处布置9 个位移监测点，编号为JC01～JC09（如图3所示）。位移监测点主要是对滑坡体的位移进行实时监测，获取监测点的水平及竖向位移。整理汇总测试结果后进行边坡变形趋势分析。

图3 边坡勘察钻孔及变形监测点分布图

滑坡各测点的竖向位移与时间的变形关系如图4所示。图4 汇总了边坡治理前（2022年1月5日至2022年1月31日）各测点位移的变化趋势。由图4 可以看出，边坡上竖向位移最大的位置发生在边坡的中部及下部，其最大累计位移达到23.4 mm，发生在JC08 监测点。滑坡体两侧由于受到周界土体的牵拉作用，位移相对较小；滑坡体中部由于缺少边界条件的约束作用，位移相对较大。此外，由于下部的坡体受到上部土体的推动作用，其累计的位移最大。值得关注的是，所有监测点累计位移增加的速度整体上呈现不断增大的趋势，变形的位移难以收敛，对边坡的稳定性产生了严重的威胁。据此，基于上述勘察中对边坡滑动面位置的初步确定，推断该边坡的失稳主要是由于雨水或地下水下渗，进入强度较低且受扰动敏感的淤泥质土层中，导致淤泥质土体饱水，使土体抗剪强度大幅衰减。此外，上覆土层同样受到雨水及地下水的浸泡作用，使土体饱水，自重应力增加，双重不利的因素削减了边坡的稳定性，从而触发边坡的失稳滑动。

3 丘陵滑坡治理对策及效果

依据上述分析结果，该丘陵滑坡的触发主要是由于雨水或地下水下渗，导致淤泥质土体的抗剪强度衰减，上覆土体的自重应力增加，最不利因素达到极限而触发坡体的破坏性滑动。因此，只要恢复或提高该软弱土层的抗剪强度，同时做好地下水体的排导工作，就可以解除该边坡的滑动隐患。根据该滑坡的实际情况，采取如下优化的应对措施。

（1）监测结果显示的滑坡移动虽然位移量不大，但是仍处于变形不收敛的状况，因此必须采取有效的变形收敛措施。在前期应急措施的基础上，在坡脚剪出口的位置采用沙袋反压，并且做好配套的坡体位移监测，实时监控坡体的位移情况并做好应对措施；同时，在反压沙袋的前部要做好排水措施，严防坡体的地下水在剪出口汇聚累积。

（2）为使坡体变形在短时间内收敛停止，应进行一定程度的坡顶削坡卸载，减少坡体的自重。同时，在坡顶、坡面修建截水、排水沟，保证雨水不再渗入坡体。对于当前存在的张拉裂缝，进行注浆填缝处理，封堵雨水及外部水体进入坡体。

（3）根据勘察确定的淤泥质土层的深度，对淤泥质土层进行注浆硬化处理，添加早强剂，使注浆能在短期内形成早期强度，提高淤泥质土层的抗剪强度。做好注浆土层强度抽检工作，保证淤泥质土层得到有效硬化。

（4）治理期间继续监测坡体，随时对监测到的不利工况进行施工调整，保证滑坡的稳定及注浆的有效性。