固体垃圾填埋场古滑坡稳定性研究

王义军( 成都市勘察测绘研究院, 四川 成都 610081)

随着国内经济的发展，人类对自然环境的破坏不断加剧.特别是工程活动对自然环境的破坏和扰动诱发了大量的地质灾害.地质灾害的发生往往伴随着巨大的人员伤亡和财产损失，使得人们对地质灾害的防治越来越重视，而地质灾害的研究也从事后治理逐步发展到以预防治理.在国内外学者对地质灾害的研究中，变形破坏机理的研究始终是地质灾害的理论的研究重点.

浅表层滑坡是四川盆地较常见的一类滑坡，这类滑坡厚度一般较薄，滑面倾角一般小于10°[1]，该类滑坡常在暴雨条件下发生失稳[2-4].本文选取实际工程中的浅表层滑坡，通过工程地质分析和数值模拟分析研究浅表层滑坡的稳定性，并据此得出浅表层滑坡的变形破坏机理.

1 工程概况

成都市固体废弃物卫生处置场位于古滑坡体之上.由于工程施工，坡体局部发生滑动变形，在坡体中部和后部分别形成多处局部滑坡，古滑坡方量约1.03×106m3.坡体的持续变形，使得古滑坡有失稳的风险，严重威胁着坡脚垃圾填埋场的生产设施.

该滑坡为大型浅层滑坡，滑坡高程为614～671m，边坡整体坡度约为10°～20°，滑坡体长约336m.滑坡体厚度约10m左右，受降雨影响，坡体局部发生滑坡，并进行了局部的坡体支护.

2 滑坡体特征

2.1 滑坡的形态和规模

本边坡整体地势西高东低，呈上陡中缓下陡的特点，边坡整体坡度为15°～20°，如图1所示.边坡中～后缘坡度较陡，坡度为35°～45°，局部为2～3m高陡坎，覆盖层较薄处，厚度约0.0～0.6m，局部地段基岩出露，植被茂盛；边坡中～前缘坡度较缓，坡度为8°～15°，分布2级缓台阶(单个平台沿潜在滑动方向平均长约3～5m，平均宽约30～50m)，覆盖层相对较厚处，厚度约1.5～5.0m，现植被已被清除；前缘坎高约8～10m，坡度为40°～45°覆盖较薄，0.3～1.0m，大部分地段基岩出露，坡脚处设置有矮条石挡墙.

边坡后缘以场地内高程636m以上陡坎为界(后缘形成2.0～3.5m平台)，南侧以冲沟为界，北侧以槽谷为界，前缘以二期厂房后方边坡为界(高程在615.0m左右).

2.2 物质结构特征

滑坡上部为含角砾粉质粘土，下部为基岩层.上部土体为含角砾粉质粘土，底部局部地段分布有一层厚度为0.1～0.2m灰白色夹紫红色粉质粘土. 粉质粘土夹少量角砾，分布在边坡的中前缘地段.该层遇水急易软化，并易形成贯通性潜在滑动面；孔隙较大，地下水易富集在此.因此在暴雨季节，地表水渗入形成局部孔隙水水压急剧增高；随着水自上向下排泄流经，再加上土体力学参数降低，为边坡变形破坏形成提供有利条件.下部基岩为顺层砂质泥岩边坡，岩层层面局部呈闭合～张开0.1～0.3cm，裂隙面粗糙，充填少量的粘性土;岩层中层间错动带较为发育，薄层泥岩地段最为发育，可见光滑镜面.为滑坡体的潜在滑动面(顺层结构面).

图1 滑坡工程地质平面图Fig.1 The geologic map of landslide

图2 滑坡工程地质剖面图Fig.2 The geological profile of landslide

3 滑坡变形破坏特征

从现状变形迹象来看：后缘以连续拉张裂缝、错落坎等变形迹象为主，局部出现坍滑现象；该滑坡后缘风化岩体剥离，主要受优势节理裂隙影响，目前整体边坡无大变形迹象.

从前期滑坡破坏模式分有牵引机制和推移机制，一类为切坡(场平)形成临空面，前缘抗滑段被清除，堆积体局部沿软弱带(面)滑动，推动、挤压中前部变形滑动，形成牵式引机制的滑坡.另一类为在边坡中后缘进行堆载产生滑动，堆积体局部沿软弱带(结构面)滑动，形成推移式滑坡.

4 滑坡变形机制分析

4.1 地质原型概化

本次分析是通过数值模拟方法研究滑坡的变形及应力场变化特征，数值模拟软件为二维FLAC有限元分析软件.在工程地质调查基础上对滑坡体进行概化，建立数值模拟模型.通过对滑坡计算结果的应力、变形和发展趋势分析，对滑坡的稳定性进行分析评价.

根据钻孔获得的工程地质资料，滑坡体内部未发现可见地下水，所以计算模型不考虑地下水的影响.

4.2 物理力学参数取值

滑坡岩土体力学参数取值是在室内、室外试验的基础上结合工程类比及参数反演综合确定，具体见表1.

表1 岩土体物理力学参数
Tab.1 Physical and mechanical parameters of the rock and soil

岩土容重/kN·m-3抗剪强度参数天然饱和c/kPaφ/(°)c/kPaφ/(°)压缩模量/kPa抗压强度/MPa滑体1920121096滑带1951048滑床2330038200353．5

4.3 数值模拟结果

模型分天然状态和降雨饱和状态两种情况进行分析计算.通过天然状态下坡体剪应变图(图3)可知坡体顶部局部剪应变集中，具有向临空面位移变形的特征(图4).坡体顶部后缘水平向应力集中(图5)，坡体后缘具有拉张作用，易于形成拉裂缝.所以天然状态下坡体整体程稳定状态，但局部不稳定.

图3 天然状态下坡体剪应变图Fig.3 The shear strain of the shope in the natural state

图4 天然状态下坡体位移图Fig.4 The displacement diagram of the slope under natural state

图5 天然状态下坡体水平向应力图Fig.5 Horizontal stress diagram of slope under natural state

分析降雨饱和状态下坡体剪应变图(图6)可知，在坡体后缘形成贯通滑动面，在坡体前缘局部破坏，坡体在前部蠕变变形迹象明显，滑坡中部仅有局部变形(图7)，坡体整体呈现牵引式变形破坏模式.从水平应力图可知(图8)，坡体后缘拉张作用消失，坡体具有整体滑动变形趋势，滑坡底部形成明显的贯通滑动带.

图6 饱和状态下滑坡剪应变图Fig.6 Variation of landslide in saturated state

图7 饱和状态下滑坡位移矢量图Fig.7 Landslide displacement vector in saturated state

图8 饱和状态下滑坡水平应力图Fig.8 Horizontal stress diagram of landslide in saturated state

4.4 综合分析

古滑坡由于人类开挖，改变了原地形地貌，滑坡体局部不稳定，在数值模拟结果中表明即使在天然条件下，滑坡体在上部将会发生局部滑塌.通过数值模拟的水平应力图可知，古滑坡在天然条件下后缘水平应力集中，后缘形成拉张裂缝；这些计算结果与滑坡原型在坡体后缘具有拉张裂缝及坡体后缘局部失稳的实际情况一致.

坡体在暴雨条件下的数值计算结果可知，滑坡前缘具有滑动变形，中后部滑坡体整体变形较小，这就形成了牵引式滑动特征；其次滑坡前缘变形大于后部变形，在未失稳的条件下，易形成拉张裂缝；在降雨条件下，拉张裂缝充水，形成静水压力，滑坡体可能形成平推式滑坡.

5 结论

本文以成都市固体废弃物卫生处置场古滑坡为例，通过工程地质分析和数值模拟方法深入分析古滑坡的形成条件和变形破坏机制，得出如下主要结论：

(1)古滑坡厚度较薄，滑坡倾角为10°，滑坡为近水平滑坡.滑坡可能在裂隙充水条件下产生静水压力，并且滑带在水压作用下可能产生扬水压力，从而发生平推式滑坡.

(2)古滑坡在人工开挖等人类活动扰动下，造成坡体的局部坡面陡峭，陡峭的坡度为边坡的变形提供了地形条件.并且滑坡在降雨条件下，滑坡体岩土体的物理力学性质降低，造成坡体前缘发生滑动，可能形成牵引式滑坡.

[1] 范宣梅,许强,张倬元，等. 平推式滑坡成因机制研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008，27(S2): 3753-3759.

[2] 赵勇, 许模，赵红梅. 平推式滑坡后缘启动水头探讨[J]. 人民长江, 2011，42(17): 32-36.

[3]方贻立, 马明, 李聪，等. 平推式滑坡致灾机理与减灾方法研究进展[J]. 长江科学院院报, 2013,30(12): 20-27.

[4]易靖松, 许强, 唐梁，等. 一个平推式滑坡的典型实例——兼论四川某滑坡的成因机制[J]. 科学技术与工程, 2014,14(13): 106-111.