郧西县东方佳居滑坡启滑机制分析

　　摘要：郧西县东方佳居滑坡为单一滑面的缓倾角土质滑坡，传统的极限平衡理论难以解释其滑动机制。本文以土的流变理论为基础，采取该滑坡滑带土样，通过一系列室内常规土工试验及蠕变试验，比较研究其滑动机理，结果表明从土的蠕变特性考虑，可以解释该滑坡的滑动机理，这对相邻地区同类型滑坡防治具有借鉴意义。
　　关键词：郧西县，滑坡，蠕变，长期强度
　　
　　1前言
　　受多条河流汇流影响，郧西县城关镇广泛分布第四系冲、洪积堆积物，以河漫滩、阶地地貌为典型。近年来，随着工程建设的高速发展，大量切坡、挖方工程的实施，时有滑坡灾害发生。通过多起滑坡灾害调查与勘察，发现该县滑坡具有一些共性，即滑坡体多为山前阶地上的第四系堆积体，滑面多为第四系堆积体与基岩的接触面。其中，许多滑坡自然坡度平缓，滑面倾角小，滑前特征不明显，难以被及时发现，以致多起灾害事件发生，给人民生产生活带来较大损失。本文以郧西县拟建东方佳居小区附近2009年11月发生的一起滑坡为例，探讨该类滑坡的启滑机制，根据已有资料，尝试从滑坡蠕变角度解释该类滑坡的滑动机制，并与传统极限平衡法作对比，以期对邻近同类型滑坡的防治提供积极建议。
　　郧西县东方佳居滑坡位于郧西县四堰坪村路西侧，滑坡发生前，自然坡度11°左右。因坡体前缘为拟建工程场地，按设计需开挖10米深的基坑，工程设计方对该坡体（同时为基坑边坡）进行了支护设计，设计方时应用极限平衡理论中的圆弧滑动法，计算采用分层岩土快剪强度，采用悬臂桩支护方案，在抗滑桩达到设计强度后，开挖切坡形成近7米高的临空面时，即发生了滑坡事故，将中部8根桩整体剪断推倒。根据现场调查，该滑坡主滑方向近于正东向，滑坡后缘宽度约25米，前缘宽度约45米，平均宽度30米，滑坡长约55米，滑面深度3～10米，滑体体积0.7×104m3。根据钻探揭露，该滑坡为单一滑面的土质滑坡。滑床为白垩系上统泥岩；滑体为第四系冲、洪积堆积物，主要成分为粘性土，滑动面为土岩接触面的粉质粘土，具有明显的滑动擦痕，滑面倾角7°，为典型的缓倾角平面滑动破坏模式土质滑坡。
　　工程地质剖面图
　　2滑带土力学参数分析
　　为了深入研究滑坡启滑机制，滑坡发生后，采取滑体及滑坡前缘滑带土原状样作室内土工试验，其中滑体密度为1.94g/cm3，滑带土土工试验结果详见下表。

　　根据极限平衡理论，应用如下公式验算该滑坡的稳定性：
　　（1）
　　式中：为稳定性系数；L为滑面长度；为第i块滑体所受的重力；为滑面倾角。
　　经计算，=1.71，滑坡处于稳定状态，这与实际上滑坡灾害发生的结果迥异。说明按传统的极限平衡理论难以解释该滑坡的启滑机制。
　　应用文献[1]介绍的反演分析法，取滑动时=0.95，经反演计算滑带土力学参数为：C=12kPa，φ=6°。此参数比室内试验所得参数值相差较多，除了文献[1]分析的原因外，滑带土的特殊性质也值得探讨。
　　3滑带土蠕变试验方法
　　蠕变试验仪器是由应变式三轴剪切仪改装而成的三轴压缩流变仪。轴向偏应力由砝码通过杠杆施加，可以施加试验范围内任意轴向应力；轴向应变由百分表读取，精确度0.001mm。试样尺寸为φ60×120mm。考虑到滑带土渗透系数低，试验采用了不排水剪。试验过程如下：1、制样，本次试验采用原状样，按规定尺寸的环刀取样进行试验；2、固结，在一定的围压下排水固结，本次试验根据滑带土埋深选择了50kPa、100kPa、150kPa、200kPa的围压，对应的极限偏应力分别为62.6kPa、88.2kPa、113.8kPa、139.5kPa；3、加载，试验采用分级加载方法进行，分级加载可以避免土样的不均匀性，是陈宗基教授根据包尔茨曼（Boltzmam）叠加原理，在第四届国际岩石力学会议上推荐了一种简便方法。即在一个试样上施加恒定的法向应力（或围压应力），当试样固结稳定后，逐级施加剪切应力，直到试样剪坏。此方法只用一组试样（4-6件）进行试验，就可以求得滑带土极限长期强度指标C∞、φ∞，是目前试验人员乐于采用的加载方式[2]。
　　4长期强度指标的确定[3]
　　首先根据试验记录绘制同一试样在不同法向应力作用下蠕变过程的剪应变（γ）与时间（t）的关系曲线如图1所示。
　　
　　图1应变－时间关系曲线
　　由于每级剪切应力历时约7~11d，其应变基本稳定。因此，可以直线延长每级剪切应力作用下的剪应变－时间过程线。并应用包尔茨曼叠加原理进行叠加，叠加得到应变-时间过程曲线如图2所示。
　　
　　图2叠加后应变－时间关系曲线
　　根据图2，以不同时间为参数，可得到一簇剪应力－应变关系等时曲线，如图3所示，根据t≥0曲线的变化趋势，可求得τ∞，即极限长期强度。
　　
　　图3应力（τ）－应变（γ）关系图
　　将各试样的法向应力σv（围压应力）和极限长期强度τ∞对应地绘制在直角坐标系上，它们基本上呈线性关系，如图4所示，由此可求得滑带土的蠕变长期强度参数C∞、φ∞。
　　
　　
　　图4τ∞－σ∞关系曲线
　　此外根据图3可看出随着不同的时刻滑带土对应着相应的长期强度值，强度值是随着时间的增加而减少的趋势，即：瞬时强度最高、随时间的延长最终降低到极限长期强度值，如图5所示，由此，可以从图5上求得不同时刻t1、t2、t3…对应的长期抗剪强度。
　　
　　图5τt－t关系曲线图
　　根据上述步骤，完成了一组试验共4件试样，得到东方佳居滑坡滑带土长期抗剪强度指标：C∞=15kPa、φ∞=9°。
　　4滑坡启滑机制对比分析
　　以上用蠕变试验求得东方佳居滑坡滑带土的长期强度指标，比设计方采用的快剪试验值要小的多，但比较接近反演分析值。一般认为，反演法所得参数是最接近滑坡实际状态的，因此长期强度参数比快剪参数更有应用价值。而长期强度参数是基于土的蠕变理论。从宏观上讲，滑坡的发展过程(它的变形和破坏过程)是一个蠕变过程，变形随时间不断增加，滑带抗剪强度却随时间不断降低，这个过程的发展最终有两种结果：①变形虽在增加，但变形速率逐渐减小最终变形趋于稳定；②变形不断增加最终导致滑坡失稳破坏。这样的蠕变经历的时间过程或长或短，短时仅几天，长时可延续几年甚至几十年。它取决于很多因索，比如滑坡区的地质条件、应力状态、水文地质条件、降雨、地震及人类工程活动等等。也就是说，滑坡蠕变过程中，滑带可能以不同的抗剪强度进行很长时间，如果考虑时间因索，现在稳定的滑坡经过一定时间以后可能变成不稳定。
　　东方佳居滑坡体原始坡形平缓，下卧基岩倾角小，这类边坡往往不被重视，对软弱面的调查也不够详尽，支护设计时所采用的滑动模式和参数取值与实际相差甚远，导致滑坡灾害的发生。
　　5结论
　　(1)．分别应用反演分析法、室内快剪试验和蠕变试验取得滑带土力学参数，结果表明长期强度参数与反演分析所得参数值较接近。
　　(2)．在滑坡滑动前后通过对边坡的详细调查，认为该滑坡发生的内因是滑坡滑带土的蠕变特性，长期强度小于快剪强度，外因是对坡体不当开挖形成了较大临空面，改变了应力状态，加速滑坡蠕变过程，从而诱发了工程滑坡。
　　(3)．岩土蠕变试验耗时长，对试验条件要求较高，一般按工程进度要求，不容易求得长期强度参数，边坡开挖、支护设计时往往采用快剪试验指标。对明显具有流变特性的土或软弱夹层，参数取值时应将试验值经过一定的数学方法统计取舍或乘以小于1的系数，而不是直接利用，保证有一定的安全储备。
　　(4)．在边坡支护设计、开挖前应注重软弱面的调查，包括土岩接触面。
　　
　　参考文献
　　[1]邓超，成勇.十堰城区岩质顺层滑坡滑面力学参数分析[J].岩土工程界，2009，144（12)：55-57；
　　[2]王琛，胡德金，刘浩吾，许强，黄润秋.三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究[J].岩土力学，2003，24(6)：1007-1010；
　　[3]林宗元.岩土工程试验监测手册[M].辽宁科学技术出版社,沈阳,1994；[40]王世梅，刘德富，陈晶晶.某滑带土蠕变特性试验研究[J].人民长江，2005，36(7)：66-68；     论文