平推式滑坡研究現(xiàn)狀與進展

平推式滑坡研究現(xiàn)狀與進展

1平推式滑坡的防治方法與研究現(xiàn)狀平壩滑動是中國西南、庫庫和山區(qū)道路建設(shè)中常見的一種非常特殊的滑動災(zāi)害。這類滑坡的典型特征一般發(fā)育于近水平或緩傾坡外的砂、泥巖互層狀地層之中,巖層傾角一般不超過10°?？辈橘Y料顯示該類滑坡的滑帶土內(nèi)摩擦角往往大于滑面傾角。按照傳統(tǒng)的極限平衡理論,這種滑面近水平,甚至反傾的滑坡是很難發(fā)生的。近年來,該類滑坡的成因機制與減災(zāi)方法受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。只有弄清楚平推式滑坡的主要特征、誘發(fā)因素與變形破壞過程,才能科學(xué)地從根本上揭示該類滑坡的致災(zāi)機理,進而為該類滑坡的防治提供理論依據(jù)。已有文獻僅從單方面或兩方面對平推式滑坡進行闡述,導(dǎo)致很難在災(zāi)害發(fā)生前通過地質(zhì)條件和其他特征來系統(tǒng)地區(qū)分平推式滑坡與常規(guī)滑坡。為了更全面地認識平推式滑坡、更深入地分析其致災(zāi)機理、更合理地制定其防治方案,本文從平推式滑坡的主要特征、平推式滑坡的形成條件、平推式滑坡的致災(zāi)機理、平推式滑坡的啟動判據(jù)、平推式滑坡的防治措施5個方面對平推式滑坡的研究現(xiàn)狀進行了綜述;并指出了目前平推式滑坡災(zāi)害研究中存在的主要問題,分別從5個方面對平推式滑坡研究的發(fā)展趨勢進行了展望。2平推式滑動研究2.1平推式滑坡的成因平推式滑坡最早是由張倬元等于1985年正式提出的,是三峽庫區(qū)和四川盆地普遍存在的一類十分特殊的滑坡,這種類型的滑坡多發(fā)育于近水平地層的緩傾邊坡中。近來,不同學(xué)者從不同視角對平推式滑坡的主要特征進行了大量的研究,取得了豐富的成果。程強等通過對四川盆地近水平紅層公路建設(shè)中路塹邊坡開挖病害的調(diào)查分析,歸納出近水平紅層邊坡開挖引起的主要變形破壞形式是堆積層滑坡、順層座滑型滑坡、邊坡拉裂變形、邊坡巖體傾倒破壞。成國文等指出萬州近水平地層區(qū)堆積層滑坡變形破壞特征為:滑動多沿堆積層和基巖接觸面滑動,滑體存在多層剪切帶,并在不同位置的剪切帶其變形速率和累計變形量差別較大。吉隨旺等認為近水平軟硬互層巖層斜坡變形破壞首先發(fā)生于坡體中部硬巖層中,由拉應(yīng)力的集中造成拉破壞,形成張性節(jié)理裂隙,逐漸向坡體頂部擴展,直至貫通而出露地表。S.DanielAndrade等指出許多火山側(cè)翼的垮塌屬于火山體底下緩傾地層的破壞。Hutchinson對發(fā)生在1959年挪威的弗爾列地區(qū)一個緩傾角(3°~9°)滑坡做了詳細的描述,該滑坡沿靈敏度很高的黏土夾層發(fā)生,但不具備典型的后退式發(fā)育的性質(zhì),而是幾乎一下子就發(fā)生了主滑坡整體移動。Pasěk,J.指出,所有小傾角滑坡(通常不超過5°)都有一個共同特性就是具有富含黏土的下臥層,垂直方向剛性和塑性的地層相間排。鄖十高速公路K40+(575~645)段路基填筑施工至擋墻頂以上約6m時,填筑路堤頂面開裂,擋土墻及基底土層滑移擋土墻多段墻體及墻底地層出現(xiàn)不同程度外側(cè)平移,擋墻最大偏移量達120mm,擋墻外側(cè)地貌發(fā)生較強變形,出現(xiàn)弧形裂縫,見流水從裂縫滲出,滑移前緣距擋墻27m。孫云志等提出三峽庫區(qū)近水平地層滑坡沒有構(gòu)成多含水層系統(tǒng),地下水具有潛水的特征,計算滑坡地下水作用力時,應(yīng)取靜水壓力模型。黃潤秋等總結(jié)四川天臺鄉(xiāng)平推式滑坡具有以下典型特征:(1)滑面傾角很緩,僅7°~10°;(2)厚度不大,兩側(cè)10~20m,中部20~30m;(3)分塊特征很明顯;(4)變形和破裂過程較長,但下滑時間很短;(5)滑后原始地形坡度變化不大;(6)運動方式特殊,雖然總體方向具有一致性,但各塊的速度、方向差異性較別的滑坡更為明顯;(7)具有波浪式推進的特征。許強等提出一種新的平推式滑坡類型———板梁狀滑坡,板梁狀滑坡平面上呈扁長矩形,縱向長度遠小于橫向?qū)?剖面上呈薄板狀。崔杰等指出烏東德水電站壩址區(qū)下游古滑坡為平推式滑坡,該岸坡覆蓋層厚度巨大,物質(zhì)組分均由白云質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)密實,表部膠結(jié)良好,形成呈似角礫狀堆積體結(jié)構(gòu)特征。宋玉環(huán)認為平推式滑坡的滑面通常形成于軟硬巖接觸界面的軟巖之中,后緣表現(xiàn)出明顯的張裂塌落(陷)帶,滑體一般表現(xiàn)為分塊式解體,出現(xiàn)多個次級滑面,其中后部分碎裂塊體內(nèi)部保留較完整的原始地層層序。目前,平推式滑坡特征主要研究滑坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,其主要表現(xiàn)為滑坡多發(fā)育于軟硬互層的地層中,且滑面形成于軟硬巖(土)接觸面的軟巖(土)中,這方面國內(nèi)外學(xué)者已形成了較為一致的觀點。另外,針對平推式滑坡的裂隙擴展演化規(guī)律、變形破壞速率特征、地下水發(fā)育特征及變化情況均有涉及,但研究并不系統(tǒng),還有待進一步深化。2.2方面滑坡趙勇等指出平推式滑坡的產(chǎn)生是需要一定條件的。(1)巖體結(jié)構(gòu)特征:軟硬相間的巖層,巖層傾角較平緩,較軟弱巖層的厚度較薄,隔水條件較好。(2)滑動觸發(fā)因素:雨季特大暴雨或者持續(xù)暴雨條件。(3)一定的水力條件:當(dāng)后緣拉裂縫中的充水高度達到一定值且兩側(cè)排水條件不夠?qū)⑺懦?。HiromitsuYamagishi等采用GIS分析數(shù)據(jù)對比了暴雨誘發(fā)滑坡與地震誘發(fā)滑坡的分布特點。H.Yamagishi指出北海道西部除了少量滑坡由地震引起外,大部分滑坡發(fā)生于特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu),如黏性凝灰?guī)r互層的緩傾地層中,并由強降雨(或長時間降雨)導(dǎo)致的較高水壓力誘發(fā)形成。范宣梅等發(fā)現(xiàn)平推式滑坡的發(fā)生除與滑坡體本身的坡體結(jié)構(gòu)特征及良好的臨空條件有關(guān)外,暴雨是誘發(fā)該類滑坡的主要外部因素。1872年波希米亞北部的Mladotice山谷在暴雨時,長600m、寬400m、厚20~30m的巖層沿泥巖傾角8°軟弱層滑動,ZarubaQ認為,暴雨是觸發(fā)條件,而滑坡的平衡在暴雨以前己經(jīng)破壞。許強、李園等通過對3個板梁式滑坡典型實例查明形成板梁狀滑坡必須具備巖性條件、坡體結(jié)構(gòu)條件、裂縫儲水條件以及強降雨觸發(fā)條件。王建鋒等認為“平臺式”滑坡發(fā)生的條件多為滑體充滿地下水并受強震作用,滑帶液化所致。具有不規(guī)則二元結(jié)構(gòu)的上層黏土層與下伏碎塊石層交界面滑移條件成立時,遠距離開挖所導(dǎo)致的不均勻變形和近場開挖回彈變形,也可以耦合在一起形成地面以及滑動面極為平緩的“平臺式”滑坡。AurélienLacoste等指出新西蘭Waitawhiti地區(qū)的滑坡多發(fā)生于近水平地層,地層巖性主要為細粒度中新統(tǒng)砂巖和破碎粉砂巖。他們發(fā)現(xiàn)在滑體附近有熱氣體釋放,并認為河流的下切、構(gòu)造活動和強降雨是該區(qū)域邊坡失穩(wěn)的主要因素,而低滲透層的流體超壓降低其抗剪強度也是誘發(fā)該區(qū)域滑坡發(fā)生的一個重要因素。羅沖分析了萬州區(qū)滑坡裂隙水壓力推動水平滑坡的臨界水位,并認為存在于萬州近水平地層滑坡中的膨脹土軟弱夾層,是滑坡發(fā)生的關(guān)鍵因素之一。殷坤龍等以萬州區(qū)軟弱夾層特性、滑坡土體年齡測試等工作為基礎(chǔ),認為控制萬州區(qū)水平地層古滑坡的重要因素之一是富含蒙脫石的軟弱夾層具有一定的膨脹性。由此可見,平推式滑坡形成的最主要條件包括3個方面:一是軟硬互層巖體結(jié)構(gòu);二是軟弱層隔水條件好;三是特定的誘發(fā)因素(降雨或地震)。近年來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)滑帶膨脹性、邊坡的開挖等也是導(dǎo)致平推式滑坡發(fā)生不可忽視的因素。因此平推式滑坡的形成條件仍有待進一步探索和完善。2.3基巖結(jié)構(gòu)變形破壞研究認識平推式滑坡的致災(zāi)機理是開展此類災(zāi)害預(yù)測預(yù)報和進行防治的基礎(chǔ)。近20a來,不同學(xué)者分別采用數(shù)值計算、理論推導(dǎo)、統(tǒng)計調(diào)查及案例分析等方法研究了平推式滑坡的致災(zāi)機理。黃潤秋等以三峽庫區(qū)典型的近水平巖層岸坡為例,采用有限單元法和離散單元法,對這類岸坡的變形發(fā)育及其在高強孔隙水壓力作用下的運動過程進行了數(shù)值模擬研究,從而從理論上闡述和證明了這類岸坡大型滑坡的形成機制。蘇愛軍等從滑坡群在空間上的分布規(guī)律及與河流作用的關(guān)系、滑坡群中堆積物與河流沖積物的分布、剪切面(帶)空間幾何特點及礦化成分與微結(jié)構(gòu)、形成時間及過程等4個方面,詳細論述了近水平層狀滑坡群的主要特征及形成機制。朱益軍等采用AO技術(shù)把1∶2000地形圖直接轉(zhuǎn)化為直觀的三維數(shù)模地形圖,對滑坡體分布特征、性質(zhì)和極限平衡穩(wěn)定性進行了研究,并用有限差分法編制程序,對彈性抗滑樁進行分析。劉宏等總結(jié)出了4種變形破壞機制,即高陡的層狀緩傾內(nèi)邊坡主要發(fā)生傾倒-崩落或拉裂-崩落破壞;低矮的層狀緩傾內(nèi)邊坡則以小規(guī)?？逅鸀橹?緩傾外順層邊坡以滑移-拉裂型順層滑坡或塊狀滑坡為主;而復(fù)型邊坡多以滑移-拉裂和彎曲-拉裂組合形式發(fā)生破壞。王子忠等指出紅層巖體以其巖體結(jié)構(gòu)的軟硬相間及軟弱夾層發(fā)育而在邊坡穩(wěn)定方面表現(xiàn)為“易滑地層”。紅層斜坡巖體的變形破壞主要是巖體沿軟弱夾層的順層滑動,斜坡巖體的變形破壞以滑移-拉裂為主。王建鋒等以三峽庫區(qū)云陽塞壩滑坡為例,分析了層狀砂泥巖區(qū)緩坡平臺上崩滑堆積物中因開挖引起變形的機理。研究表明,崩滑堆積物呈蜂窩狀分布的富水含水層,因遠距離開挖失水而導(dǎo)致的不均勻變形,是地面出現(xiàn)拉裂的主要原因;平臺中的公路開挖所誘發(fā)的邊坡回彈變形僅限于局部范圍。黃潤秋認為平推式滑坡的產(chǎn)生,主要是由于特定類型的斜坡結(jié)構(gòu)具有間歇裂隙充水承壓型水動力特征(見圖1)。在特大暴雨條件下,巖體在裂隙中充水的靜水壓力和沿滑移面空隙水揚壓力的聯(lián)合作用下,坡體就有可能被平推滑出。舒中潘等認為暴雨是誘發(fā)平推式滑坡的重要因素,暴雨產(chǎn)生的后緣靜水壓力是平推式滑坡體可能啟動的關(guān)鍵因素。周應(yīng)華等認為對水平砂泥巖互層狀巖體在上覆巖層自重的作用下,由于水平方向變形不協(xié)調(diào),砂巖將受應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫容易產(chǎn)生平推式滑坡。吉隨旺等認為近水平軟硬互層斜坡暴雨期間在裂隙水和滲流水的揚壓力聯(lián)合作用下,產(chǎn)生滑移。呂美君等從巖性特點和外部誘發(fā)因素等方面分析了近水平巖層滑坡的形成機制,提出此類滑坡啟動的主要誘發(fā)因素是暴雨或持續(xù)降雨。許強等通過調(diào)查和分析解剖研究了板梁式滑坡的成因機制,指出在強降雨條件下,平行于坡面的張裂縫被快速充水至某一臨界高度后,強大的靜水壓力將外側(cè)巖體整體平推出去,形成平推式滑坡,而后隨著裂縫內(nèi)水頭的驟降,滑體很快會自行止動。趙權(quán)利等基于地質(zhì)調(diào)查分析,探討承壓水對平推式滑坡穩(wěn)定性的影響方式。根據(jù)承壓水一維穩(wěn)定滲流理論,推導(dǎo)出承壓水作用范圍的計算公式;同時計算分析承壓水作用范圍各影響因素的敏感性。在平推式滑坡的試驗研究方面,許多學(xué)者也進行了比較深入的探索。馮文凱利用物理模擬研究方法中的底摩擦試驗,認為巖層緩傾坡外時邊坡屬滑移-壓致拉裂型破壞,層間錯動明顯。柴波等通過礦物分析、崩解試驗、微觀掃描,分析紅層巖石雨水崩解、軟化和膨脹的水巖作用特性。認為富含親水膨脹性礦物是紅層巖土體具有特殊水巖作用特征的關(guān)鍵;紅層滑帶土在遇水后礦物間連接結(jié)構(gòu)被破壞,致使滑帶土強度極低;結(jié)合坡體后緣水壓力的推動作用使萬州區(qū)近水平地層滑坡形成。王志儉等為揭示三峽庫區(qū)近水平滑坡的形成機制,采用RLM-2000微機控制的巖石三軸蠕變試驗機,在恒溫條件下,對萬州二層巖滑坡的砂巖進行蠕變試驗,并對萬州區(qū)紅層軟弱夾層進行了排水蠕變試驗。日本Tsukidate滑坡由地震誘發(fā),滑面傾角平緩,大約10°。該滑坡體滑距約130m,最終停止在一個水平的稻田中,呈現(xiàn)出典型的快速流滑特征。HiroshiFukuoka等人通過現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)試驗研究了該類滑坡的形成機理。2.4基于力學(xué)分析的邊坡啟動判據(jù)研究平推式滑坡是一類特殊的斜坡失穩(wěn)模式,滑面傾角極緩甚至反傾坡內(nèi),其失穩(wěn)機理也與傳統(tǒng)的極限平衡理論相悖,因而此類滑坡的啟動判據(jù)是研究重點和關(guān)鍵。張倬元等最早提出的平推式滑坡啟動判據(jù)。按照圖2所示的啟動機制,以后緣拉裂縫(假定垂直)中充水臨界高度(hcr)作為起動判據(jù),后緣裂縫實際充水高度Hw大于hcr時,滑坡起動。在滑面緩傾外(或內(nèi))時,有式中:W為滑塊單寬質(zhì)量(t/m);α為滑移面順滑動方向傾角(傾向坡外為正值,反之為負);L為滑塊底面沿滑動方向長;φ為滑面內(nèi)摩擦角,不考慮黏聚力c;γw為水的重度。當(dāng)α=0時,式(1)可簡化為近年來,在平推式滑坡機理研究的基礎(chǔ)上,許多學(xué)者進一步研究了平推式滑坡的啟動判據(jù),取得了一定的進展。范宣梅等以四川省宣漢縣天臺鄉(xiāng)滑坡為地質(zhì)原型,通過物理模擬再現(xiàn)滑坡的變形破壞過程,進一步驗證平推式滑坡的啟動機制和張倬元等提出的啟動判據(jù)公式。呂美君等從力學(xué)角度討論了滑坡啟動的判別依據(jù),推導(dǎo)了滑坡啟動時的臨界水柱高度。研究表明,裂隙水對近水平巖層滑坡啟動的影響是有條件的,在滑體厚度d一定的情況下,當(dāng)滑面長度L小于安全長度LS時,滑坡就會啟動,否則裂隙水不足以引起滑坡的啟動。趙勇等在平推式滑坡形成條件及啟動過程分析基礎(chǔ)上,運用偏最小二乘法回歸分析已有滑坡數(shù)據(jù),獲得滑動時臨界水頭統(tǒng)計模型,進而與通過力學(xué)分析得到的啟動判據(jù)模型進行綜合對比?？姾２ǖ葘⒔降貙踊乱暈橐粋€系統(tǒng),在建立力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,運用勢函數(shù)突變模型,從理論上推導(dǎo)了滑坡系統(tǒng)失穩(wěn)的力學(xué)破壞判據(jù)和滑帶土的臨界變形位移。楊治林根據(jù)地下水作用下復(fù)合介質(zhì)邊坡巖體位移的分岔特征,給出了邊坡巖體在漸近性破壞過程中的位移計算公式及巖體突發(fā)失穩(wěn)的充分條件;建立了此類邊坡劇動式災(zāi)變的位移判據(jù)。張衡等建立了降雨補給下邊坡潛水滲流模型,分析邊坡內(nèi)地下水位與降雨時間的關(guān)系,基于暴雨對邊坡持續(xù)作用時長研究了平推式滑坡的啟動判據(jù)。劉才華等通過分析張裂隙充水高度和降雨強度的關(guān)系,提出了以臨界降雨強度作為水力驅(qū)動型邊坡順層滑移失穩(wěn)的判據(jù)。綜上所述,平推式滑坡的啟動判據(jù)可以歸納為3類。應(yīng)用最多的一類是張倬元教授提出的裂縫充水臨界高度;第二類是依據(jù)降雨條件與裂隙充水高度的關(guān)系提出的降雨判據(jù)(降雨強度和降雨時長);第三類是基于突變模型、分岔模型等非線性理論提出的平推式滑坡災(zāi)變的變形判據(jù)。傳統(tǒng)的啟動判據(jù)計算模型簡單、指標(biāo)單一、結(jié)果存在一定的誤差,因此確定準(zhǔn)確可靠的綜合性判據(jù)是值得深入研究的課題。2.5平推式滑坡治理滑坡防治的工程措施很多,針對平推式滑坡致災(zāi)機理和破壞模式,制定防災(zāi)減災(zāi)策略,并實施有效的工程措施是平推式滑坡研究的最終目的。從上述平推式滑坡的降雨誘發(fā)機理可以看出,合理的排水設(shè)計是確保該類滑坡成功治理的關(guān)鍵。馮學(xué)剛等指出緩傾角順層公路邊坡,采用削方減載、錨拉抗滑樁、短錨桿支護,結(jié)合完善截排水系統(tǒng)是好的綜合整治措施。張衡等認為邊坡內(nèi)地下水位達到起動判據(jù)的要求,平推式滑動破壞發(fā)生,建議實施坡面防護,阻斷水與邊坡巖體的相互作用,以保證邊坡的長期穩(wěn)定。范宣梅等在對平推式滑坡成因機理深入研究的基礎(chǔ)上,制定了相應(yīng)的地表和地下排水工程措施。許強等針對板梁狀滑坡的后續(xù)變形破壞模式,提出加強截排水,消除在裂縫內(nèi)形成高水頭的條件;在板梁外側(cè)根部采取短樁或抗滑鍵阻止板梁進一步向外滑動;頂部采用連梁或錨索約束其傾倒變形等有針對性的工程治理措施。王振偉等研究了沿賦存有水平順坡向或反坡向的緩傾軟弱巖層蠕滑形成滑坡,認為此類滑坡控制應(yīng)優(yōu)先采用上部減重、下部壓腳與邊坡防排水工程相結(jié)合的綜合治理方案。左昌虎針對萬州區(qū)平推式古滑坡群的成因機制,提出對古滑坡進行以地表和地下排水工程為主,局部復(fù)活體進行支擋,后緣危巖體常規(guī)治理的工程措施。程強指出近水平紅層軟巖開挖邊坡災(zāi)害的防治應(yīng)在充分掌握開挖邊坡坡體結(jié)構(gòu)、控制性結(jié)構(gòu)面及其力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上正確分析判斷其穩(wěn)定性,然后采取綜合防治措施,也就是采取合理的開挖邊坡防護與加固,預(yù)防開挖邊坡災(zāi)害的發(fā)生。3平