浅谈地质滑坡的机理和防治措施

浅谈地质滑坡的机理和防治措施

陈海军赵连杨志勇

陈海军赵连杨志勇（中国地质大学工程学院，武汉430074）

摘要：本文根据地质滑坡研究的最新成果，论述了地质滑坡的形成机理，并根据地质滑坡治理原则提出相应的工程防治对策。同时论文从安全管理的角度，结合地质灾害特点及形成原因提出了综合管理建议。

关键词：滑坡滑坡防护地质灾害

地质滑坡是一定自然条件下的斜坡，由于受河流冲刷、人工切坡、地下水活动或地震等因素的影响，使部分土体或岩体在重力作用下，沿着一定的软弱面或带，整体、间歇地以水平位移为主的变形现象。由于其灾难性大，产生的条件、作用因素、运动机理的多样性、多变性和复杂性，预测的困难，治理费用的昂贵，一直是世界各国研究的重要地质和工程问题之一。

1、滑坡的形态要素

滑坡的一个重要特征是在其运动过程中保持相对的完整性，往往表现出其特定的形态外貌。因此，在地质滑坡的研究中，充分认识滑坡时至关重要的。

(1)后缘环状拉裂缝(2)滑坡后壁(3)拉张裂隙及滑坡台阶(4)滑坡舌及鼓张裂(5)滑坡侧壁及羽状裂隙(6)滑坡体(7)滑坡床(8)滑动面

2、滑坡的形成机理

2.1产生滑坡的条件

产生滑坡的主要条件：一是地质条件与地貌条件；二是内外营力(动力)和人为作用的影响。

第一个条件与以下几个方面有关：

(1)岩土类型：岩土体是产生滑坡的物质基础。一般来说，结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、页岩、煤系地层、片岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。

(2)地质构造条件：组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。

(3)地形地貌条件：只有处于一定的地貌部位，具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。如江、河、湖(水库)、海、沟的斜坡，前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡等。

(4)水文地质条件：水对斜坡稳定性有显著影响。它的影响是多方面的，包括软化作用、冲刷作用、静水压力和动水压力作用，还有浮托力作用等。

就第二个条件而言，地壳运动的地区和人类工程活动的频繁地区是滑坡多发区，外界因素和作用，可以使产生滑坡的基本条件发生变化，从而诱发滑坡。主要的诱发因素有：地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷；不合理的人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄(泄)水、矿山开采等都可诱发滑坡。

2.2滑坡的特征

通常是较深层的破坏，滑移面深入到破体内部以至坡脚以下；质点位移矢量水平方向大于铅直方向；有依附面（滑动面）存在；滑移速度往往较慢，且具有“整体性”。

2.3滑坡的分类

迄今为止，国内外滑坡分类的方案很多。本文只根据滑坡的诱发因素来分类。触发滑坡的因素是多种多样的。降雨和地震是最常见的滑坡灾害的诱因，人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因，总结起来总共有四大类型：天然边坡、工程边坡、地质环境边坡和水环境边坡。

2.3.1天然边坡

在天然边坡中发生的山体滑移，通常没有人类活动、降雨、地震等明显的触发因素。此类滑坡多呈现渐进性破坏特征。触发天然边坡滑坡的主要因素为滑带土由峰值强度向残余强度的过渡。1983年3月17日17时45分发生于甘肃洒勒山的滑坡是一个典型的实例。在高山峻岭中通过的河道通常为滑坡提供了理想的临空面。因此在天然边坡的滑坡中，河道滑坡占了相当大的比例。。

2.3.2工程边坡

工程开挖和填筑是导致滑坡的两大主要原因。岩土体中存在各种各样的裂隙，一般来说，未被扰动前岩土体是稳定的。工程开挖导致原岩土体中应力平衡的破坏，从而使某一可能滑动面的抗滑力小于滑动力而滑动。而填筑边坡的失稳主要是由施工速率过快导致的。如果施工速率过快，则孔隙水压力无法及时消散，导致有效应力可能随荷载的增长而同步增长，因而诱发滑坡。

2.3.3地质环境边坡

将滑坡与工程地质环境直接有关的边坡称为地质环境边坡。包括地震诱发的滑坡和古滑坡体和堆积体边坡，另外还有由黄土、膨胀土等特殊土构成的特殊土边坡。

2.3.4水环境边坡

水是诱发滑坡的主要因素，大致可以分为暴雨触发的滑坡、水库水位骤降诱发的滑坡及泄洪雨雾引起的滑坡等。

2.4滑坡的机制

滑坡的机制是某一滑移面上剪应力超过了该面得抗剪强度所致。分析滑坡滑动机制的方法很多，本文只运用力学计算法在理论上对土质滑坡作定量评价。常用的力学计算法事刚体极限平衡法。采用这种方法的前提条件是：①只考虑破坏面上的极限平衡状态，而不考虑岩土体的变形，即视岩土体为刚体；②破坏面（滑动面）上的强度由凝聚力和摩擦力（C、Φ值）控制，即遵循库仑判据；③滑体中的应力，以正应力与剪应力的方式，集中作用于滑面上，即均为集中力；④以平面（二维）课题来处理。土质斜坡可分为无粘性土斜坡和粘性土斜坡，对这两种斜坡稳定性的计算方法是不同的。下面分别分析。

2.4.1无粘性土斜坡

无粘性土以粘性土为代表，由于砂类土不存在凝聚力，只依靠摩擦力维持自身的稳定。滑动面较平整。

2.4.2粘性土斜坡

由于粘性土具有凝聚力，滑动面一般为圆弧。

下面运用圆弧条分法分析，分析时不考虑土条间的作用力，则第i土条作用在滑弧面上的力有：

（1）由土条自重Wi在滑弧上引起的切向力为

Ti=Wi?sinαi=ρ?g?bi?hi?sinαi

式中：ρ为土的密度；g为重力加速度；bi为第i土条宽与圆弧法线间的夹角，顺坡向为正，逆坡向为负。

（2）由土条自重Wi在滑弧上引起的法向力所构成的抗滑力为

Ffi=Ni?tgΦ=Wi?cosαi?tgΦ=ρ?g?bi?hi?cosαi?tgΦ

式中：Φ为滑动面上的摩擦角。

（3）滑动面上的凝聚力形成的抗滑力为

Fci=C?Li

式中：C为滑动面上的凝聚力；Li为第i土条的弧长。

如果斜面滑动时，各土条围绕圆心O旋转，则斜坡的稳定系数即为该土条的总抗滑力矩与总滑动力矩之比，当K大于零时，斜坡即产生滑动，形成滑坡。

3滑坡的防治

地质滑坡防治指的是预防与治理两方面。预防是以勘察分析、预测预报、动态监测为基础，在滑坡灾害未产生以前，对其采取相应的措施加以防范，使滑坡损失降至最小程度。滑坡治理是一项对潜在不稳定或已发生的滑坡体采取有针对性的工程措施，从根本上消除隐患。

3.1滑坡的防治基本原则

滑坡防治的基本原则是以防为主，防治结合，以最少的投资，最短的工期，达到设计基准期内安全运行，并满足所有预定功能要求、安全性和耐久性要求及投资和工期的经济性要求。具体体现在以下几个方面：

（1）防治工程应与主体工程建设相协调，与周边环境相融洽，防治工程的有效性与主体工程使用寿命一致；

（2）工程措施应因地制宜、对症下药、简单易行，力求安全可靠；

（3）充分利用当地劳动力、材料、施工技术方面的资源优势，在做到技术上可行的原则下，尽量节省工程投资；

（4）按先后顺序考虑绕避、排水、减载压脚，支挡防护措施，同时体现综合治理的原则。

3.2滑坡防治工程措施

滑坡防治工程措施主要有：绕避、地下水排水工程、减重和反压工程、支挡工程、滑带土改良工程等几个方面。

3.2.1地下水排水

地下水排水主要采用平孔、渗水盲洞、支撑盲沟等工程，结合虹吸排水。其最大优点是可以自流排水，降低滑坡地下水位，目前已被广泛应用。

3.2.2减重和反压工程

减重和反压工程对于治理处于“头重脚轻”状态而在前方又没有可靠的抗滑地段的滑体是比较经济有效的防治滑坡的措施，其效果对厚度大的、主滑段和牵引段滑面较陡的滑坡更为明显，但前提是需准确判定主滑、牵引和抗滑段落。其主要作用是改善滑体外形、降低滑体重心，从而提高滑体稳定性。

3.2.3支挡工程

因失去支撑而滑动的滑坡或滑坡床陡、滑动可能较快的滑坡，采用修筑支挡工程的办法，可增加滑坡的重力平衡条件，使滑体迅速恢复稳定。支挡工程主要包括“一大、二锚、三小”，即大直径抗滑桩、锚索和微型桩。

3.2.4滑带土改良

滑带土改良目的在于提高滑带土的强度，增加滑坡自抗滑力。一般采用焙烧法、爆破灌浆法等物理化学方法对滑坡进行整治。同时，在滑坡治理工程竣工后还需要通过监测以检验治理效果。如发现治理效果未达到预期目标就需要修改设计或进行第二期治理工程论证。如治理工程达到预期目的仍需进行定期监测，以便判定是否某些工程失效而需加维护。

由于滑坡成因复杂，影响因素多，因此需要上述几种方法同时使用综合治理，方能达到目的。

4滑坡防治安全管理对策

由于我国地质灾害种类多、影响广、损失严重，人类活动又导致地质灾害持续加剧，使之具有比较严重的潜在危险性。因此，我国应对地质灾害应加强管理，积极采取有效管理措施，避免和减轻地质灾害造成的损失，维护人民生命和财产安全，促进经济和社会的可持续发展。滑坡防治的安全管理应做到如下四点：（1）加强地质灾害调查与规划；（2）加大地质灾害监测力度与预报强度；（3）加强地质灾害评估，减少人为诱发因素；（4）多渠道筹措地质灾害治理经费；（5）加强法制建设和依法行政。

5结语

我国地域辽阔，地质条件和地理环境十分复杂，山地、高原、丘陵占7O％左右，地质构造活动频繁，气象条件在时间、空间上的差异很大，这样的自然条件决定了我国是地质灾害多发国家，而且地质灾害种类多、分布广、危害大。随着社会经济的发展，建设规模的扩大，灾害损失也愈来愈大，特别是随着近年来铁路和高速公路以及水利等工程的大规模建设，形成了滑坡的一个高发期。有人估计我国每年因滑坡灾害损失约20-30亿元。因此，加强对滑坡的认识，了解滑坡的形成机理，及时对滑坡进行勘测和防治，对社会经济的发展是至关重要的。

参考文献：

[1]李智毅，杨裕云.工程地质学概论.中国地质大学出版社，1994.

[2]朱崇午.浅谈高边坡地质滑坡灾害防治.科技资讯.2010.NO.05.

[3]张咸恭.工程地质学.地质出版社.1979.

[4]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析.水利电力出版社.1980.

作者简介：

陈海军（1987.5-），男，中国地质大学（武汉）工程学院，本科

赵连（1988.8-），男，中国地质大学（武汉）工程学院，本科

杨志勇（1987.3-），男，中国地质大学（武汉）工程学院，本科