郭　將，曾　超，謝明宇，孟　云，張麗波，劉　曉

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)教育部長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心，湖北 武漢 430074;2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056；3.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

近年來(lái)，隨著采礦活動(dòng)的增加，采動(dòng)滑坡[1]的數(shù)量呈遞增之勢(shì)，其危害重大。典型案例[2]如1980年鹽池河巖崩，摧毀礦山，死亡284人，損失約2 500萬(wàn)元；1994年重慶武隆雞冠嶺巖崩，傷亡20余人；2009年的雞尾山滑坡,也造成80余人傷亡?？v觀這些滑坡，大部分位于我國(guó)的中西部地區(qū)，擁有獨(dú)特的地質(zhì)條件和采礦環(huán)境，崩滑堆積體也為孕育其他次生地質(zhì)災(zāi)害提供了物質(zhì)來(lái)源，如滑坡形成的泥石流或堰塞湖等。因此，深入探討滑坡崩滑的形成機(jī)制以及多種工況條件下崩滑堆積體的穩(wěn)定性具有重要意義。

馬達(dá)嶺滑坡是一個(gè)典型的采動(dòng)觸發(fā)的緩傾巖層滑坡，分別于2003年、2006年和2007年發(fā)生了3次崩滑，形成了目前的崩滑堆積態(tài)勢(shì)。針對(duì)該滑坡，崔文博等[3]通過(guò)工程地質(zhì)條件及動(dòng)力特征研究,探討了馬達(dá)嶺滑坡的發(fā)生機(jī)理與運(yùn)動(dòng)特征；王玉川[4]在室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用離散元法分析了馬達(dá)嶺滑坡的演化破壞機(jī)制；趙建軍等[5]針對(duì)采空區(qū)變形采用離散元法數(shù)值模擬，分析了滑坡的形成機(jī)制；肖建國(guó)[6]通過(guò)研究馬達(dá)嶺滑坡的形成與運(yùn)動(dòng)過(guò)程，運(yùn)用工程地質(zhì)類比法預(yù)測(cè)了接娘坪的變形與運(yùn)動(dòng)過(guò)程；趙建軍等[7]采用物理模擬方法，研究了采動(dòng)滑坡的變形過(guò)程，并總結(jié)了采動(dòng)滑坡破壞的地質(zhì)力學(xué)模式；史文兵等[8]在分析斜坡破壞機(jī)制的基礎(chǔ)上，運(yùn)用楔形塊體原理分析并計(jì)算了采動(dòng)斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)。

為了研究馬達(dá)嶺滑坡崩滑堆積體穩(wěn)定性對(duì)在建都勻至香格里拉高速公路的影響，本文在前人研究[3-10]的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)滑坡區(qū)工程地質(zhì)特征和變形破壞特征的調(diào)查，從地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、軟弱夾層、地下水等方面分析了馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑形成的原因及其演化破壞機(jī)制，并采用GeoStudio軟件[11]包中SEEP/W滲流有限元和SLOPE/W極限平衡法聯(lián)合求解的方式，模擬計(jì)算了在自然狀態(tài)、降雨?duì)顟B(tài)、地震作用和降雨聯(lián)合地震作用4種工況條件下滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定性，分析了降雨強(qiáng)度、降雨持時(shí)和地震作用對(duì)滑坡崩滑堆積體穩(wěn)定性的影響。

1　馬達(dá)嶺滑坡的工程地質(zhì)特征

1. 1　滑坡的基本特征

馬達(dá)嶺滑坡位于貴州省都勻市江州鎮(zhèn)富溪村，所在地區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔南臺(tái)陷四級(jí)構(gòu)造單元貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)。根據(jù)斜坡變形破壞特征，將斜坡區(qū)域分為已滑滑坡HP1區(qū)域、HP1滑坡堆積體經(jīng)降雨搬運(yùn)后的泥石流NSL1區(qū)域和滑坡隱患DY208-1區(qū)域三個(gè)部分，見圖1。據(jù)調(diào)查，2006年連續(xù)6天暴雨導(dǎo)致滑坡發(fā)生，滑體體積為1.39×106m3，考慮松方系數(shù)及下滑過(guò)程中對(duì)兩側(cè)的鏟刮作用，最終形成的堆積體體積約為2.1×106m3。

圖1　馬達(dá)嶺滑坡航拍圖[12]Fig.1　Aerial photo of Madaling landslide[12]

馬達(dá)嶺滑坡為一典型的平緩反傾斜橫向坡，上陡下緩似“靴狀”(上部坡度約36°、下部坡度約22°)，巖層走向近南北，緩傾向坡內(nèi)，呈軟硬互層結(jié)構(gòu)。坡內(nèi)煤層開采造成采空區(qū)頂板冒落地表塌陷，斜坡受力狀態(tài)改變，坡頂拉裂形成裂縫，導(dǎo)致斜坡變形破壞嚴(yán)重。

1. 2　滑坡的地層巖性組合

斜坡巖層具有上陡下緩、軟硬相間的多元結(jié)構(gòu)特征。斜坡上覆第四紀(jì)殘坡積土，陡崖下部分布有以砂巖、泥巖為主的崩坡積物，沖溝中為第四紀(jì)沖洪積層；斜坡基巖出露地層自上而下分別為細(xì)粒石英砂巖、黑色炭質(zhì)頁(yè)巖和煤層、灰色中厚層狀粗晶生物灰?guī)r夾細(xì)粒石英砂巖、細(xì)晶灰?guī)r和泥盆系上統(tǒng)高坡場(chǎng)組細(xì)晶白云巖。馬達(dá)嶺滑坡典型的地質(zhì)剖面見圖2。

圖2　馬達(dá)嶺HP1滑坡的地質(zhì)剖面圖Fig.2　Geological profile of Madaling HP1 landslide

斜坡巖體表面節(jié)理裂隙發(fā)育、風(fēng)化嚴(yán)重，表層的第四紀(jì)松散堆積物和裂隙的發(fā)育為地表水的入滲提供了良好的條件。石英砂巖為硬質(zhì)巖，其下部為典型的貴州煤系地層巖體，煤系地層中的煤層、炭質(zhì)頁(yè)巖為相對(duì)軟弱層，產(chǎn)狀為280°∠15°，具有巖性軟、孔隙比大、強(qiáng)度低、易變形的特點(diǎn)，遇水易軟化，在上覆砂巖的自重應(yīng)力下，易發(fā)生塑性破壞，對(duì)斜坡的穩(wěn)定性具有控制性作用。

1. 3　滑坡邊界及結(jié)構(gòu)面

HP1滑坡滑體邊界清晰，平面呈似圈椅狀，滑坡后壁下切約40 m，近垂直，砂巖中風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，可見有兩組陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育：一組為近EW向的近直立結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為205°～220°∠80°～86°，另一組為近SN向的陡傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為100°～115°∠76°～82°，受其影響，滑坡西側(cè)邊界走向?yàn)镹22°E、后壁走向?yàn)镹56°W，見圖3。滑坡西側(cè)邊界受滑坡下滑中鏟刮和沖擊作用，有明顯的擦痕；滑坡東側(cè)邊界受滑坡堆積體影響，邊界不清晰。

圖3　馬達(dá)嶺HP1滑坡后壁[12]Fig.3　Back scrap of Madaling HP1 landslide[12]

在斜坡北高南低的地形地貌條件下，由于大角度相交的兩組陡傾節(jié)理和巖層層面的切割，滑源區(qū)巖體被切割成碎裂狀塊體，在具備良好的臨空條件下，有向S向崩滑的趨勢(shì)。

1. 4　地下水及降雨

馬達(dá)嶺HP1滑坡被兩組陡傾且大角度相交的結(jié)構(gòu)面及沿含煤層的軟弱巖層切割，離散型較好，擁有良好的地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件。地下水類型主要為基巖裂隙水、碳酸鹽夾碎屑巖類巖溶水、純碳酸鹽巖類巖溶水，其次為松散巖類孔隙水?；鶐r裂隙水主要分布在石炭系下統(tǒng)祥擺組的石英砂巖和炭質(zhì)頁(yè)巖及煤層中，其中石英砂巖為含水層，炭質(zhì)頁(yè)巖和煤層為相對(duì)隔水層；碳酸鹽巖類巖溶水分布于石炭系下統(tǒng)湯粑溝組灰?guī)r和泥盆系灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖中，為強(qiáng)含水層。受地形條件影響，地下水主要以大氣降水、地表入滲的方式接受補(bǔ)給，在地勢(shì)低洼地段以泉的形式排泄。

作者認(rèn)為，連續(xù)降水是馬達(dá)嶺滑坡發(fā)生的觸發(fā)因素，也是主導(dǎo)因素。采動(dòng)前，降雨沿裂隙垂直入滲和順層面滲透，弱化了巖體的完整性和堅(jiān)固性，原生結(jié)構(gòu)裂隙擴(kuò)大；隨著坡頂塌陷、后緣裂縫不斷延伸，在連續(xù)降雨條件下，坡頂沉陷區(qū)不斷積水，坡頂和坡面的孔隙水壓增大，非飽和區(qū)減少，加之固液耦合作用，坡腳處的最大剪應(yīng)力增大?？梢?，雨水入滲和滑坡變形蠕滑之間產(chǎn)生“共生效應(yīng)”：地表水入滲對(duì)坡體產(chǎn)生的軟化作用、靜動(dòng)水壓力和揚(yáng)壓力，使軟弱層塑性變形加劇，推動(dòng)坡體向臨空面蠕動(dòng)，而滑面進(jìn)一步貫通；而滑面的貫通，也促進(jìn)了水的進(jìn)一步入滲。

2　馬達(dá)嶺滑坡的演化破壞機(jī)制分析

馬達(dá)嶺HP1滑坡分別于2003年、2006年和2007年發(fā)生了3個(gè)期次的崩滑，其中2006年的滑動(dòng)形成了目前的主要崩滑堆積狀態(tài)。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及王玉川[4]、趙建軍等[5,7]、肖建國(guó)[6]的研究成果，將HP1滑坡的演化破壞過(guò)程概括為以下幾個(gè)階段：

(1) 自然演化階段：長(zhǎng)期自然演化中，受重力控制，斜坡上覆硬質(zhì)石英砂巖下壓，下伏軟質(zhì)炭質(zhì)頁(yè)巖和煤層產(chǎn)生塑性變形，向臨空方向擠出卸荷；坡頂巖體形成拉應(yīng)力區(qū)，產(chǎn)生拉張裂隙，坡內(nèi)巖體在卸荷作用下產(chǎn)生卸荷裂隙，且大多追蹤構(gòu)造面發(fā)育；斜坡在開采前已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 采空塌陷階段：采動(dòng)條件下，上覆巖體受擾動(dòng)，斜坡內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力重分布；在重力和卸荷作用下，采空區(qū)頂板處于懸露狀態(tài)，生成豎向拉張裂隙和斜向剪切裂隙，開始發(fā)生彎曲和冒落，采空區(qū)邊界形成應(yīng)力集中區(qū)，產(chǎn)生張裂隙，在坡頂將表現(xiàn)為地表裂縫的發(fā)育，而在上覆巖層間由于受力和變形不均勻，產(chǎn)生離層裂隙，坡腳部位由于上覆巖層的彎曲擠壓作用，產(chǎn)生塑性變形和水平向剪切變形，向臨空面發(fā)生蠕滑塑性變形；隨著采空區(qū)范圍增大，上覆巖體進(jìn)行應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，坡內(nèi)巖體在破裂—穩(wěn)定狀態(tài)間不斷進(jìn)行循環(huán)，其直觀結(jié)果為坡體變形不斷增加、坡頂出現(xiàn)緩慢的沉陷變形、坡體后緣的拉裂縫也不斷向下延伸；坡體開裂變形逐漸增大，追蹤近東西向深大裂縫成為邊坡北側(cè)邊界；當(dāng)采空邊界及由采空頂板形成的板梁結(jié)構(gòu)受力達(dá)到臨界條件后，頂板裂隙快速發(fā)育，發(fā)生大面積冒落，應(yīng)力平衡拱形成，坡體再次達(dá)到暫穩(wěn)狀態(tài)。

(3) 蠕滑貫通階段：隨著采動(dòng)區(qū)的穩(wěn)定，上覆巖體中的陡傾裂隙終止于斜坡中部軟弱巖層，與巖層面構(gòu)成階梯狀滑移面;階段狀滑移面、后緣深大裂縫和坡腳的剪切帶之間的巖層則成為潛在滑面的“關(guān)鍵鎖固段”,在降雨作用下，地表水沿后緣深大裂縫入滲，進(jìn)一步弱化斜坡工程地質(zhì)條件，使斜坡前緣蠕滑;蠕滑作用使“關(guān)鍵鎖固段”應(yīng)力集中，達(dá)到臨界狀態(tài)后鎖固段剪斷，基本形成完整的滑面。

(4) 破壞失穩(wěn)階段：持續(xù)的降雨作用下，滑帶力學(xué)參數(shù)劣化，在坡內(nèi)水體的靜動(dòng)水壓力和浮托力作用下，“關(guān)鍵鎖固段”剪斷，滑體以后緣張裂縫為后邊界，A7煤層為剪出口，整體下滑，形成滑坡。

3　馬達(dá)嶺滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定性及其對(duì)高速公路規(guī)劃線路的影響分析

在馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑的演化過(guò)程中，區(qū)域地表強(qiáng)烈改造，目前的崩滑堆積體剖面見圖2。由于都勻至香格里拉高速公路規(guī)劃線路距離滑坡前緣較近(見圖4)，因此該滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定與否將對(duì)規(guī)劃線路構(gòu)成潛在威脅，須定量評(píng)估其影響。

圖4　　　　馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑堆積體與都勻至香格里拉 高速公路規(guī)劃線路位置的關(guān)系Fig.4　　　　Relationship between the collapse accumulation body of Madaling landslide and the planning route of Duyun-Shangri-La highway

HP1滑坡崩滑堆積體的主要物質(zhì)成分為松散破碎、風(fēng)化強(qiáng)烈的砂巖、頁(yè)巖及煤層，故本文考慮采用非飽和土滲流模型模擬降雨入滲條件下崩滑堆積體的穩(wěn)定性。非飽和土基質(zhì)吸力的變化是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，基質(zhì)吸力的存在使土體的抗剪強(qiáng)度較高，當(dāng)降雨滲入土體或者地下水位升高時(shí)，基質(zhì)吸力會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，從而降低邊坡的穩(wěn)定性[13-15]。因此，在馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑堆積體穩(wěn)定性分析中，是否考慮其基質(zhì)吸力(或負(fù)孔隙水壓力)將對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

本文以GeoStudio軟件為平臺(tái)，采用SEEP/W滲流有限元模塊與SLOPE/W極限平衡分析模塊聯(lián)合求解的方式，對(duì)馬達(dá)嶺HP1滑坡崩滑堆積體的穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬計(jì)算與分析，并考慮到該滑坡的穩(wěn)定性與極端天氣和地震作用有關(guān)，在穩(wěn)定性模擬計(jì)算中將考慮自然狀態(tài)、降雨?duì)顟B(tài)、地震作用和降雨聯(lián)合地震作用4種工況條件。具體計(jì)算過(guò)程如下：先利用SEEP/W模塊對(duì)馬達(dá)嶺HP1滑坡進(jìn)行建模，獲得自然狀態(tài)下HP1滑坡的穩(wěn)態(tài)滲流場(chǎng);再將其滲流結(jié)果導(dǎo)入SLOPE/W模塊中進(jìn)行自然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定性分析，并采用擬靜力法輸入地震加速度，進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析；再次在SEEP/W穩(wěn)態(tài)滲流場(chǎng)中添加降雨邊界條件，獲得瞬態(tài)滲流場(chǎng)并計(jì)算其穩(wěn)定性；最后將瞬態(tài)滲流結(jié)果導(dǎo)入SLOPE/W模塊中并輸入地震加速度，進(jìn)行降雨和地震聯(lián)合作用下的滑坡穩(wěn)定性分析。

3. 1　滲流理論

邊坡的地下水位線一般為飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線，隨著降雨的進(jìn)行，邊坡體內(nèi)的飽和區(qū)與非飽和區(qū)的范圍隨之變化。根據(jù)質(zhì)量守恒原理及達(dá)西定律，在等熱條件下，多維各向異性的非飽和區(qū)水分運(yùn)動(dòng)的基本方程[16-17]為

(1)

式中:h為全水頭；Kx、Ky、Kz為各方向的滲透系數(shù)；C(θ)為比水容重，物理意義為壓力變化所引起土中含水量的變化，其表達(dá)式為

(2)

其中，α、m、n為擬合參數(shù);θs為飽和含水量;θr為殘余體積含水量；Se為Van-Genuchen(1980)擬合的水-土特征曲線方程(SWCC)。

由此，滲透函數(shù)可表示為

(3)

邊界條件[18]如下：

水頭邊界為

(4)

流量邊界為

(5)

式中:r1、r2分別為水頭邊界和流量邊界。

3. 2　計(jì)算模型

根據(jù)邊坡的巖層組合特征及邊界條件，本文選取馬達(dá)嶺HP1滑坡主滑面作為計(jì)算剖面，采用GeoStudio中的SEEP/W滲流有限元模塊建立數(shù)值計(jì)算模型，考慮到各巖性互層及夾層對(duì)滑坡巖體強(qiáng)度的影響，將計(jì)算模型簡(jiǎn)化為如圖5所示的結(jié)果。模型包含3 505節(jié)點(diǎn)、3 084個(gè)單元。

圖5　馬達(dá)嶺HP1滑坡的數(shù)值計(jì)算模型Fig.5　Numerical model of Madaling HP1 landslide

計(jì)算模型邊界條件約束具有不確定性。初始滲流場(chǎng)分析時(shí)邊界條件為：模型水頭邊界、初始斜坡表面零流量邊界、降雨入滲隨降雨強(qiáng)度不同的Neuman邊界。

3. 3　計(jì)算參數(shù)

降雨條件下的邊坡存在飽和區(qū)和非飽和區(qū)兩部分，非飽和區(qū)采用Van-Genuchten經(jīng)驗(yàn)曲線[19]來(lái)模擬其滲流情況。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，參考已有巖體物理力學(xué)參數(shù)和類似工程經(jīng)驗(yàn)，考慮巖體的風(fēng)化程度及結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況，將巖體物理力學(xué)參數(shù)采用折減后的參數(shù)，詳見表1。

表1　巖體物理力學(xué)參數(shù)的取值Table 1　Physico-mechanical parameters of rocks

3. 4　數(shù)值模擬計(jì)算

3.4.1自然狀態(tài)下滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算

本文采用GeoStudio中的SEEP/W模塊進(jìn)行自然狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場(chǎng)分析，并根據(jù)得到的孔隙水壓力導(dǎo)入SLOPE/W模塊，采用Morgenstern-Price極限平衡法計(jì)算得到該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.275。自然狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場(chǎng)特征見圖6。

圖6　自然狀態(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場(chǎng)特征Fig.6　　　　Characteristics of seepage field of the Madaling HP1 landslide under natural state

3.4.2降雨?duì)顟B(tài)下滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算

據(jù)文獻(xiàn)[10]所述，馬達(dá)嶺HP1滑坡所在地區(qū)降雨量為1 169 mm/a，夏季占降水總量的44%，且歷史最大日降雨量為170.5 mm，考慮降雨強(qiáng)度對(duì)坡體暫態(tài)和瞬態(tài)孔隙水壓的影響，現(xiàn)取一天的等強(qiáng)型暴雨降雨量2×10-6m/s(即172 mm/d)為基本值，分別以100 mm/d、120 mm/d，150 mm/d、172 mm/d、200 mm/d、220 mm/d的降雨量為變量，模擬計(jì)算了降雨強(qiáng)度和降雨持續(xù)時(shí)間(以下簡(jiǎn)稱降雨時(shí)長(zhǎng))對(duì)馬達(dá)嶺HP1滑坡穩(wěn)定性的影響，其計(jì)算結(jié)果見圖7和圖8。

圖7　　　　不同降雨強(qiáng)度下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù) 變化曲線Fig.7　　　　Variation curves of the stability coefficient of Mada- ling HP1 landslide at different rainfall intensity

不同降雨強(qiáng)度下，坡體暫態(tài)孔隙水壓分布不同，從而對(duì)滑坡的穩(wěn)定性影響不同。

由圖7可見，隨著平均日降雨強(qiáng)度的增加，馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)總體呈減小的趨勢(shì)。當(dāng)降雨強(qiáng)度為100～150 mm時(shí)，該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)有增高的趨勢(shì)；當(dāng)降雨強(qiáng)度大于150 mm后，該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)降低。以上結(jié)果可以理解為：當(dāng)降雨強(qiáng)度較小，滑坡土體滲透系數(shù)較大時(shí)，雨水入滲較快，斜坡淺層難以達(dá)到飽和，因而土體基質(zhì)吸力較大；當(dāng)降雨強(qiáng)度大于滲透系數(shù)時(shí)，雨水垂直滲透慢，一部分在坡表形成積水或徑流，使斜坡淺層易達(dá)到飽和，土體基質(zhì)吸力降低，抗剪強(qiáng)度也減弱，導(dǎo)致該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)降低。

圖8　不同降雨持續(xù)時(shí)間下滑坡穩(wěn)定性變化曲線Fig.8　　　　Variation curves of the stability coefficient of Mada- ling HP1 landslide at different rainfall duration

由圖8可見，在降雨強(qiáng)度不變的情況下，隨著降雨持續(xù)時(shí)間的增加，馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)將不斷降低。在低降雨強(qiáng)度下，降雨時(shí)長(zhǎng)超過(guò)2 d時(shí)，該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)將逐漸趨于穩(wěn)定；而在降雨強(qiáng)度大于172 mm/d時(shí)，降雨時(shí)長(zhǎng)將會(huì)引起該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的顯著降低；當(dāng)降雨強(qiáng)度為220 mm/d、降雨時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5 d時(shí)，該滑坡將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此外，值得注意的是，當(dāng)降雨時(shí)長(zhǎng)為1 d時(shí)，小于150 mm和大于172 mm的不同降雨強(qiáng)度下該滑坡穩(wěn)定性的差別較大；而降雨時(shí)長(zhǎng)為2 d及以上時(shí)，不同降雨強(qiáng)度下該滑坡的穩(wěn)定性基本相差不大。分析認(rèn)為，表1中采用堆積碎石土的滲透系數(shù)介于150～172 mm/d之間，故降雨強(qiáng)度對(duì)該滑坡穩(wěn)定性的影響較大；隨著降雨時(shí)長(zhǎng)的增加(超過(guò)2 d)，斜坡淺層基本達(dá)到飽和，故降雨強(qiáng)度與土體滲透系數(shù)的關(guān)系對(duì)該滑坡穩(wěn)定性的影響減小，不同降雨強(qiáng)度下該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的差別變小。

3.4.3地震作用下滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算

依據(jù)規(guī)范[20-21]，將地震視為慣性力，并按是否考慮豎向地震力(Fv)為劃分依據(jù)，采用擬靜力法進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算。據(jù)最新地震加速度區(qū)劃圖[22]，馬達(dá)嶺滑坡所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ，采用附加地震水平加速度為0.05g，模擬計(jì)算考慮地震作用下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性，其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　多種工況下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)Table 2　　　　Stability factors of Madaling HP1 landslide under various conditions

注：1.Fh為水平向地震慣性力，即Fh=αhξWiαi/g(其中，αh為水平向設(shè)計(jì)的地震加速度;ξ為地震效應(yīng)折減系數(shù)，取0.25;Wi為質(zhì)點(diǎn)i的重力;αi為質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布系數(shù);g為重力加速度)；Fv為豎向地震慣性力，在遇合系數(shù)設(shè)為1/2的條件下，取水平向地震慣性力的2/3，即Fv=Fh×1/2×2/3[23]。2.降雨?duì)顟B(tài)指降雨量為2×10-6m/s、降雨持續(xù)時(shí)間為24 h的情況。

3.4.4降雨聯(lián)合地震作用下滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算

本文綜合實(shí)際情況，考慮降雨量為2×10-6m/s、降雨時(shí)長(zhǎng)為24 h的情況下，擬合最大地震力進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算，其瞬態(tài)滲流場(chǎng)見圖9，地震聯(lián)合降雨作用下的馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

通過(guò)對(duì)比自然狀態(tài)和降雨?duì)顟B(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流特征(見圖6和圖9)可知，降雨?duì)顟B(tài)(指降雨強(qiáng)度為172 mm/d、降雨時(shí)長(zhǎng)為24 h的情況)下，非飽和區(qū)將出現(xiàn)暫態(tài)飽和區(qū)，其分布在該滑坡堆積碎石土與邊坡巖體的接觸部分，且以地表徑流方式排泄，符合實(shí)際情況。分析認(rèn)為，由于堆積碎石土帶的飽和滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于邊坡巖性，而暫態(tài)飽和區(qū)的形成也由于滲透系數(shù)會(huì)有滯后效應(yīng)，所以暫態(tài)飽和區(qū)在24 h后的分布位置見圖9。

圖9　降雨?duì)顟B(tài)下馬達(dá)嶺HP1滑坡的滲流場(chǎng)特征Fig.9　　　　Characteristics of seepage field of Madaling HP1 landslide under rainfall condition

由多種工況下馬達(dá)嶺HP1滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)對(duì)比分析可知，降雨聯(lián)合地震作用對(duì)該滑坡穩(wěn)定性的影響比其中任何單一因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響要大。此外，地震作用下，該滑坡的穩(wěn)定性處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在單一施加地震力情況下，只施加水平地震力和同時(shí)考慮豎向地震力對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)基本沒(méi)有差別；而在降雨?duì)顟B(tài)下，考慮豎向地震力則對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)(1.093)有輕微影響，但結(jié)果基本相當(dāng)，表明豎向地震力對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)基本沒(méi)有影響。但需要注意的是，暴雨聯(lián)合地震作用的情形為該滑坡所面臨的最惡劣條件，計(jì)算得到的穩(wěn)定性系數(shù)對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。

3. 5　馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性對(duì)高速公路規(guī)劃線路的影響

都勻至香格里拉高速公路原規(guī)劃線路為路橋方案，距離馬達(dá)嶺滑坡前緣較近，鑒于該滑坡的安全儲(chǔ)備不足，將對(duì)原規(guī)劃線路方案構(gòu)成較大的威脅，因此在后期施工圖設(shè)計(jì)階段，采取了積極規(guī)避的策略，最終選線在馬達(dá)嶺滑坡滑體以南2 km，并以山體隧道的方式穿越潛在影響區(qū)。

4　結(jié)論與建議

本文通過(guò)對(duì)馬達(dá)嶺滑坡的工程地質(zhì)條件、形成機(jī)理分析，并在GeoStudio軟件平臺(tái)考慮自然狀態(tài)、降雨?duì)顟B(tài)、地震作用、降雨聯(lián)合地震作用4種工況下模擬計(jì)算分析了馬達(dá)嶺滑坡的穩(wěn)定性，得出以下結(jié)論：

(1) 馬達(dá)嶺滑坡是典型的以采礦為誘發(fā)條件，降雨為直接觸發(fā)條件的具有時(shí)效變形特點(diǎn)的災(zāi)害型滑坡。滑動(dòng)后的滑坡堆積體在自然狀態(tài)下較為穩(wěn)定，在強(qiáng)降雨條件下將處于基本穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 在降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)長(zhǎng)對(duì)馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬計(jì)算中，降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)長(zhǎng)都是導(dǎo)致馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性系數(shù)降低的重要因素。隨著降雨強(qiáng)度的升高，馬達(dá)嶺滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)總體呈減小趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為穩(wěn)定性系數(shù)先升高后呈降低趨勢(shì)。此外，隨著降雨時(shí)長(zhǎng)的增加，降雨強(qiáng)度與土體滲透系數(shù)的關(guān)系對(duì)馬達(dá)嶺滑坡穩(wěn)定性的影響減小，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)降低。

(3) 降雨聯(lián)合地震作用對(duì)馬達(dá)嶺滑坡的穩(wěn)定性影響比其中任何單一因素的影響要大，但豎向地震力對(duì)該滑坡穩(wěn)定性的影響遠(yuǎn)小于水平地震力。穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示，馬達(dá)嶺滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(4) 本文在對(duì)降雨?duì)顟B(tài)影響滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的模擬計(jì)算中，考慮到降雨情況較為隨機(jī)，故未考慮降雨類型對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響，均假定降雨類型為等強(qiáng)度降雨；其次降雨強(qiáng)度與降雨時(shí)長(zhǎng)可能存在一定的相關(guān)性，其對(duì)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的影響是相互的，這是今后需要進(jìn)一步研究的方向。

(5) 鑒于馬達(dá)嶺滑坡的安全儲(chǔ)備不足，都勻至香格里拉高速公路在馬達(dá)嶺滑坡區(qū)段采取積極規(guī)避的策略是合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湯伏全.采動(dòng)滑坡的機(jī)理分析[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),1989(3):32-36.

[2] 李騰飛,李曉,苑偉娜,等.地下采礦誘發(fā)山體崩滑地質(zhì)災(zāi)害研究現(xiàn)狀與展望[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2011,19(6):831-838.

[3] 崔文博,向喜瓊,王晗旭.貴州都勻馬達(dá)嶺滑坡運(yùn)動(dòng)特征研究[J].地下水,2013.35(3):145-147,153.

[4] 王玉川.緩傾煤層采空區(qū)上覆山體變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性研究[D].成都：成都理工大學(xué),2013.

[5] 趙建軍,肖建國(guó),向喜瓊,等.緩傾煤層采空區(qū)滑坡形成機(jī)制數(shù)值模擬研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(3)：424-429.

[6] 肖建國(guó).緩傾采空區(qū)斜坡變形破壞及運(yùn)動(dòng)特征研究[D].成都：成都理工大學(xué),2014.

[7] 趙建軍,馬運(yùn)韜,蘭志勇，等.平緩反傾采動(dòng)滑坡形成的地質(zhì)力學(xué)模式研究——以貴州省馬達(dá)嶺滑坡為例[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2016(11)：2217-2224.

[8] 史文兵,黃潤(rùn)秋,趙建軍.基于組合楔形體原理的采動(dòng)坡體穩(wěn)定性研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2014,22(6)：1168-1175.

[9] 蘭志勇.采動(dòng)滑坡變形破壞機(jī)制物理模擬試驗(yàn)研究——以貴州省青山煤礦為例[D].成都：成都理工大學(xué),2015.

[10]劉曉，張麗波，郭將，等.都勻至香格里拉高速公路(貴州境)都勻至安順段馬達(dá)嶺滑坡體對(duì)線路的影響評(píng)價(jià)[R].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2017.

[11]Krahn J.StabilityModelingwithSLOPE/W2007Version,FourthEdition:AnEngineeringMethodology[R].Alberta:Geo-slope International Ltd.,2007.

[12]貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.貴州省重點(diǎn)地區(qū)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患詳細(xì)調(diào)查——都勻市專題報(bào)告[R].貴州：貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2012.

[13]吳俊杰,王成華,李廣信.非飽和土基質(zhì)吸力對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響[J].巖土力學(xué),2004,25(5):732-736.

[14]李榮建,鄭文,王莉平,等.非飽和土邊坡穩(wěn)定性分析方法研究進(jìn)展[J].地震工程學(xué)報(bào),2011,33(S1):2-9.

[15]黃潤(rùn)秋,戚國(guó)慶.非飽和滲流基質(zhì)吸力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2002,10(4):343-348.

[16]李榮建.非飽和土邊坡穩(wěn)定性分析方法研究及工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2014.

[17]吳宏偉,陳守義,龐宇威.雨水入滲對(duì)非飽和土坡穩(wěn)定性影響的參數(shù)研究[J].巖土力學(xué),1999(1):2-15.

[18]徐遲,簡(jiǎn)文星,梅新宇,等.三峽庫(kù)區(qū)黃土坡滑坡庫(kù)水位與降雨聯(lián)合作用滲流應(yīng)力耦合的數(shù)值模擬[J].安全與環(huán)境工程,2017,24(3):20-26.

[19]楊矯,王宇,雷富宏,等.降雨入滲下殘坡積土邊坡的穩(wěn)定性模擬研究[J].安全與環(huán)境工程,2012,19(3):5-10.

[20]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組.水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范:SL386—2007[S].北京：中國(guó)水利水電出版社,2007.

[21]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組.水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:SL203—1997[S].北京：中國(guó)水利水電出版社,1997.

[22]陳國(guó)星,高孟潭,謝富仁,等.中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖:GB18306—2015[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2016.

[23]劉曉,唐輝明,熊承仁,等.考慮能量-時(shí)間分布的邊坡動(dòng)力可靠性分析新方法[J].巖土力學(xué),2015,36(5):1428-1443.