西南山区管道某典型滑坡变形演化研究*

余东亮 王庆 王爱玲 吴东容 吴森

1中国石油西南管道公司

2四川省地质工程勘察院

我国西南山区管道沿线地貌条件复杂，年降雨量大且暴雨频繁，地质灾害频发[1-3]。为降低地质灾害对油气管道安全运行带来的风险，亟需对其变形演化规律进行研究。山体滑坡是典型管道地质灾害之一，是斜坡在重力作用下趋于应力平衡状态的一种自然演化现象。由人类工程活动引起的滑坡灾害也较为普遍，如抚顺露天矿山边坡失稳[4]、深圳“12·20”特大滑坡事故[5]，以及三峡水库蓄水诱发的大量滑坡[6-8]等。山区管道遇到滑坡灾害时易发生弯曲变形甚至断裂，从而造成严重后果。因此，对管道滑坡进行研究尤为重要，许多学者针对其监测以及危险性评价都做了大量工作[9-12]。

以西南山区管道某典型滑坡为例，在收集整理滑坡区地形地貌、地层岩性及地质构造等资料基础上，通过对滑坡进行专业监测获取大量的表位移监测数据，分析滑坡变形演化规律，研究滑坡的主要影响因素和变形机制，探究其成因与演化过程，并对其变形演化趋势进行预测。研究结果为山区管道滑坡的防治及管道保护提供依据。

1 滑坡区工程地质概况

管道滑坡位于贵州省贵阳市花溪区燕楼镇一弃渣场，弃渣场占地约1.79×104m2，设计弃渣方量14×104m3，地理位置如图1a 所示。滑坡区地处黔中山原丘陵中部，地形起伏连绵，多为缓斜面丘，丘顶多呈馒头状[13]，构造上属于扬子准地台构造单元，分属于黔南台次级构造单元的贵定南北向构造变形区。主体构造以挤压型的南北向构造为主[14]。该区常年受西风带控制，属于亚热带季风湿润型气候，具有明显高原气候特点，垂直气候差异明显。年平均总降水量为1 178.1 mm，主要集中在5—9 月[15-16]。滑坡区原始地貌为三峡两沟，滑坡后部高程在1 200～1 210 m，后经人工推平为多级台阶状，滑坡全貌如图1b 所示。某年汛期，由于滑坡体后缘堆载，加之降雨影响，诱发滑坡，危及管道的运行安全。

图1 滑坡所在位置(a)及滑坡全貌(b)Fig.1 Location(a)and the overall perspective(b)of the landslide

滑坡体整体呈圈椅状，滑坡前缘以鼓胀、倒塌和抛洒堆积处为界，侧缘以形成滑动后的错落壁为界，后缘以后部拉张裂缝为界。平面纵向长320～350 m，平均长度约335 m；宽度90～142 m，平均宽度约114 m。滑坡面积3.82×104m2，钻孔揭露滑体厚度6.50～19.10 m，平均厚度15.0 m，滑坡体积约57×104m3，属中型滑坡。

滑体厚度呈现由后缘至前部厚度逐渐减小的趋势，滑体一般厚8～15 m，最厚19.1 m。滑体土主要为素填土、粉质黏土和角砾，少量为碎石，下部基岩为二叠系上统长兴组的石灰岩；滑带土厚0.2～0.5 m，主要由粉质黏土组成，呈灰或灰黄色，稍湿，可塑状。

2 滑坡变形特征分析

2.1 滑坡宏观变形迹象

滑坡区后缘形成拉陷槽，长约15～20 m，下挫深约5～10 m，整体走向135°，与滑坡主滑方向垂直。拉陷槽后部形成多条拉张裂缝，表明滑坡滑动后受牵引影响产生后部拉张卸荷裂缝。中部主滑动区水平位移和垂直位移均较大，面积约9×103m2，体积约16×104m3，其中原所建挡土墙沿滑坡滑动方向的水平位移25 m，垂直位移约8 m（图2a），部分挡土墙被推倒或破坏。滑坡前缘变形以地面纵张裂缝和鼓胀为主（图2b），可见到从地面向上翘起的土包，纵张裂缝大量密集发育，走向135°，张开0.2～0.45 m。

图2 滑坡中部挡土墙位移（a）与前缘地面隆起土包（b）Fig.2 Displacement of the retaining wall in the middle of the landslide(a)and the ground ridge of the leading edge(b)

2.2 变形监测及趋势分析

在滑坡险情发生后，对其进行地表位移专业监测，共布置监测基准点3 个：JS1、JS2、JS3。在主滑方向及次级滑动方向布置地表位移监测点7 个：JC01～JC07。监测时间持续25 天，其变形监测累积位移曲线如图3 所示。监测数据显示：滑坡发生后地表仍在持续性发生变形，特别是从第5 天至第9天期间累积位移上涨幅度较大，其中监测点JC04累积位移在第19 天后仍发生一次较大的跳跃性增长，随后各监测点均趋于稳定；各监测点中，位于滑坡中上部的JC04 点位移量最大，累积达18 mm；总体上，各监测点累积位移小于20 mm，在靠管道侧和滑坡前部位移相对较大，位移量7.4～18.1 mm。连续监测数据表明，滑坡整体位移小，在监测后期处于暂时相对稳定状态，但局部位移较大，揭示滑坡仍然在缓慢蠕滑变形中，此变形趋势和迹象与上述地表宏观监测也非常吻合。

进一步分析可知，由于滑坡后缘弃渣加载，推动坡体向前滑动，导致滑坡发生后在后部形成宽大拉陷槽，横张裂缝发育。滑坡前部土体反翘，起到了一定的阻滑作用，变形相对较小。受其影响，滑坡中部裂缝以横张裂缝为主，裂缝张开和延伸长度相对较小，表明滑坡中部是受后部滑坡土体推动产生了相应的变形。滑坡北西侧临空面条件较好，滑坡受前部阻挡，转向北西侧剪出，因此，该侧形成纵横相互切割的裂缝，由于北西侧后段距离弃渣加载较近，产生滑动距离较远，剪出的土体解体充分，而北西侧前段受阻滑影响，侧向剪出运动距离相对较近，剪出土体多呈块体状。

图3 滑坡地表监测点累积位移演化过程Fig.3 Cumulative displacement evolution of landslide surface monitoring points

3 滑坡变形机制分析

影响滑坡的形成和变形的因素众多，主要可分为自身内部地质环境条件因素和外部诱发因素[17-18]。在自身地质条件方面，滑坡区域地处沟谷地形，为地表水、地下水的汇集提供了条件；堆积的弃渣在沟谷区后部形成高陡的斜坡，进一步改变了原有的地形条件；其次，滑坡区的人工填土主要由块碎石、粉质黏土、角砾等组成，结构较松散，孔隙、拉张裂缝发育为地表水的入渗、赋存提供了条件，同时也增加了滑坡滑动的势能；滑体下部的粉质黏土和全风化灰岩一起为滑坡滑动带（面）的形成提供了物质基础；此外，因下部的粉质黏土和全风化灰岩具有隔水作用，有利于降雨随着层面集聚，充分软化滑带土，形成饱水软弱带，为滑动带（面）的连通提供了条件。

堆渣区无地表截排水措施是滑坡发生的另一因素。弃渣堆积体位于沟谷内，具备汇水条件，但其周围无截排水措施，且在建高速公路的一处涵洞直接将截留的地表排水直接排泄于弃渣体内，该处置措施不利于弃渣区的斜坡稳定。

为分析降雨对该滑坡变形的影响，叠加其位移随降雨的变形演化过程如图4 所示。从前文分析和图4 中可知，滑坡后期发生的几次较大的位移前均有一定量的降雨产生，如滑坡位移量最大的第5 天至第9 天，该时间段日降雨量平均为13 mm，属于中雨级别，其次在第18 至20 天发生连续降雨，导致JC04 号点继续发生滑动产生位移，表明滑坡变形与降雨具有显著的相关性。

图4 滑坡监测点累积位移与降雨随时间演化过程Fig.4 Time-varying evolution of the cumulative displacement and rainfall of landslide monitoring points

由此可见滑坡变形位移与降雨，特别是持续性降雨紧密相关，滑坡受其响应十分敏感。一方面降雨入渗使土体饱水，增加了滑体的质量，更重要的另一方面是降雨的入渗，使滑带土饱水软化，抗剪强度降低，力学性状改变，从而促进了滑坡的发生。

此外，滑坡后部大量堆载弃渣加载，使土体滑动集聚能量，对前部土体造成挤压，当其变形累计到一定程度时，因前部土体不能够阻挡后部土体推力，滑坡发生滑移变形，导致前部土体被后部土体挤出反翘，后缘出现拉张裂缝、拉陷槽、错落坎等变形迹象，是典型的推移式滑坡。

4 稳定性分析与评价

4.1 计算模型与工况组合

该滑坡为弃渣加载形成的推移式滑坡，根据勘察确定滑坡的滑动面呈折线形。滑坡稳定性计算采用传递系数法计算剩余下滑力[19]，选择主滑剖面1-1′和与管道直接相关的两条次级剖面2-2′和3-3′进行计算。根据滑坡可能遭遇的不利情况，选取天然状态、持续暴雨状态二种工况来计算。计算参数根据采样试验综合确定，取值详见表1。

表1 滑坡稳定性计算参数取值Tab.1 Values of landslide stability calculation parameters

暴雨时，根据场地内堆积的特征，降水易下渗，不易形成孔隙水压力。因此，在暴雨时计算工况，滑体容重按全饱水考虑，而不考虑地下水孔隙水压力，不同工况条件下各典型剖面稳定性计算结果见表2。

表2 滑坡稳定性计算结果Tab.2 Calculation results of landslide stability

4.2 稳定性评价及其变形演化趋势

通过滑坡稳定性计算结果可知，在天然状态时：滑坡稳定系数为1.02～1.18，处于欠稳定和稳定状态之间，这与滑坡在天然状态时没有滑动情况一致；滑坡不同部分的稳定状态有所差异，这与滑坡发生时各部位的变形、滑动形式不同相符。在暴雨工况时：稳定系数为0.83～0.96，处于失稳状态，这与暴雨时滑坡产生滑动一致。综合以上分析可知，该滑坡天然工况处于欠稳定和稳定状态之间，暴雨处于不稳定状态，其结果与滑坡实际情况基本吻合。

滑坡发生后，经临时处理，弃渣堆积高度减小，对滑坡体的滑动起到了一定的抑制作用，但原有弃渣仍然堆积于滑坡体上。滑坡滑动后，滑坡前部形成更陡的临空面条件，也同时导致滑带土抗剪强度降低。滑坡区上部堆积有大量的松散岩土体，有利于雨水入渗，不利于滑坡稳定。滑坡处于滑动后的暂时稳定状态，但仍具备全面二次滑动的条件，滑坡变形趋势是滑坡区后部土体推动前部土体产生推移式滑动，可能对管道产生新的危害。其一是滑动时带动管道所在的土体一起运动，对管道造成剪切破坏；二是后部土体继续堆积到管道上方，对管道形成占压覆盖，导致管道所在土体产生不均匀沉降，形成剪切力，对管道造成变形破坏。

5 结论

（1）该滑坡在自身地质条件方面，为滑坡的变形发展提供了良好的条件。沟谷地形为地表水、地下水的汇集提供了条件；人工填土结构较松散，孔隙、拉张裂缝发育，为地表水的入渗、赋存提供了条件；下部的粉质黏土和全风化灰岩具有隔水作用，有利于降雨随着层面集聚，充分软化滑带土，形成了饱水软弱带。

（2）变形特征表明滑坡受地下水位上升时形成的浮托效应影响较大，为典型浮托减重型滑坡。滑坡后部大量堆载弃渣加载，使土体滑动积聚能量，对前部土体造成挤压，当其变形累计到一定程度，前部土体不能够阻挡后部土体推力时，滑坡发生滑移变形，呈现出前部阻滑、后部推移的特征。历次大的降雨都伴随着滑坡大的变形位移，滑坡变形位移与降雨，特别是持续性降雨具有十分显著的相关性。

（3）滑坡的稳定性计算分析表明：在天然状态时，滑坡处于欠稳定和稳定状态之间，不同部分的稳定状态有一定差异；在暴雨工况时处于失稳状态。滑坡滑动后虽处于暂时稳定状态，但仍具备全面二次滑动的条件，将对管道产生新的危害。分析结果为后续的防护和治理提供了理论依据。