摘要
岩土复合滑坡是滑坡中一种典型的类型，其滑坡机制比较复杂，研究深度存在一定的不足，尤其滑带土抗剪强度的准确确定是关键，用反分析法确定岩土体抗剪强度是一种行之有效的方法。但是影响滑坡稳定性的不同物理力学参数的敏感性不同，仍存在一定的难点，许多工程中反演结果不理想。本文根据偏桥子滑坡勘查成果，查明该滑坡属于岩土复合滑坡，地质条件复杂，进一步分析了滑坡的发生机理；然后取两个主剖面对滑带土抗剪强度参数C、ϕ值进行敏感性分析，并采用传递系数法对滑带土抗剪强度进行反演分析；最后与动态环剪试验和工程经验相结合综合确定抗剪强度指标。最终应用抗剪强度指标进行滑坡稳定性评价，提出抗滑桩治理方法，滑坡治理后处于稳定状态。本文对岩土复合滑坡的研究和抗剪强度确定具有较高的参考作用。
Abstract
Rock-soil composite landslides represent a distinct type of slope failure with complex mechanisms. Current research in this field remain limited, particularly in accurately quantifying the shear strength of the sliding zone. While inverse analysis has proven effective in estimating the shear strength of rock-soil masses, its practical application faces challenges due to the varying sensitivity of slope stability to different physical and mechanical parameters. As a result, inversion outcomes in engineering projects are often unsatisfactory. This study characterizes the Pianqiaozi landslide as a rock-soil composite type with complex geological conditions and investigates its failure mechanism. Sensitivity analysis is conducted on the shear strength parameters C and φ of the sliding zone soil along two main profiles, followed by shear strength inversion using the transfer coefficient method. The shear strength index is determined by integrating dynamic ring shear test results with engineering expertise. These strength parameters are then applied to evaluate landslide stability, leading to the proposal of anti-slide piles for reinforcement. Post-remediation observations confirm that the landslide has stabilized. This study offers a valuable reference for research on rock-soil composite landslides and the assessment of shear strength.
Keywords
0 引言
岩土复合滑坡是滑坡中一种典型的类型，由于混合了基岩沿软弱面的顺层滑动、土岩界面和土体中的滑动，其滑动机制比较复杂，研究深度存在一定的不足。近年来，一些学者对岩土复合滑坡和发生机理和勘查技术进行了研究，例如，杨进堂和贾迎泽（2018）认为土岩混合滑坡的滑动面不一定存在于土体与岩层的接触面，也可以沿岩层中的软弱层产生滑动，滑坡勘查需要多种勘查手段综合进行，并推荐面波等物探手段；张天乐（2017）认为土岩复合边坡上部残积土黏土矿物含量高，亲水性强，地下水易在该界面聚集，使土岩分界面软化，形成相对“易滑面”；肖飞和殷明文（2020）对某公路岩土复合滑坡进行了分析，认为顺岩层面的断层带岩体破碎、风化强烈产生泥化夹层诱发滑动产生滑坡，滑面多为折线型；张秦华等（2019）对黄土滑坡研究，认为黄土高原发育有上部一般黄土和下部古土壤的土体结构，在黄土与古土壤接触地带易形成含水量相对较高的软弱结构面，黄土层内滑坡多沿此软弱结构面剪出。陈正东等（2020）对中倾外软内硬互层型且边坡两侧岩体对其具空间支撑效应的顺层岩质边坡，选取三维数值模拟分析方法，通过分析开挖过程中坡体位移及应力变化特征，研究了顺层岩质边坡在开挖过程中的稳定性及坡体应力分布、变化情况；宋德东等（2022）、刘玉叶等 （2021）、田恒召和李虎杰（2011）分析了土岩混合边坡滑坡变形破坏特征、诱发因素及滑坡变形机理，采用极限平衡法对滑坡隐患体的稳定性进行了定量计算与评价，并提出相应防治对策。
滑带土抗剪强度是滑坡稳定分析中的主要数据，目前确定方法有 4 种：室内剪切试验、现场直剪试验、工程类比法及反分析法，当无法现场直剪试验时，用反分析法确定岩土体抗剪强度是一种行之有效的方法。例如，张永雨（2020）、李健雄等 （2018）通过反演计算，针对岩土复合滑坡不同区段采用试验、经验、反演等综合方法来获取不同的抗剪强度参数值；杨森等（2021）通过对滑坡的详细勘查，发现滑坡土取样试验可靠度相对较差，所以在滑坡计算参数选取上主要结合反演分析的方法确定，剖面选取暴雨工况时，坡体处于不稳定状态的稳定系数（取 0.99）进行反演；夏开宗等（2013）针对顺层软硬岩互层边坡分析了层面强度、岩层厚度、岩层倾角、水力作用等各项因素敏感度由大到小为：层面倾角>层面内摩擦角>层面厚度>边坡中水力作用>层面黏聚力，即层面倾角和软弱岩层面的强度参数（内摩擦角）对边坡稳定性起主要控制作用，岩层厚度对边坡的稳定性也有明显的影响。但不同的物理力学参数的敏感性不同，仍存在一定的难点，许多滑坡工程中反演结果不理想（郑斌， 2016）。
本文以偏桥子村废弃矿山岩土复合滑坡为例，通过查明滑坡的地质环境条件和基本特征，并用岩土试验、反分析方法及对强度参数的敏感性分析确定滑坡面的抗剪强度指标，并对滑坡进行稳定性评价，提出合理的防治对策，以期为同类滑坡治理提供借鉴。
1 滑坡形态和变形历史
偏桥子村废弃矿山滑坡位于天津市蓟州区北部山区罗庄子镇偏桥子村西。滑坡剖面上呈凹型，平面形态呈长舌状，滑坡体北侧以北东—南西向张裂隙为界，南侧以冲沟为界，后缘以下错洼地后形成滑坡壁为界，前缘剪出口不明显，以人工堆积边坡在第一平台的坡脚为界。滑坡平均坡度 70° ∠40°～30°，主滑向64°，长度120 m，宽度9~50 m，标高 166~232 m，滑坡平均厚度 7 m，面积 5400 m2，滑坡体积 3.78 万 m3。滑坡分为两段，西侧 85 m 为岩质滑坡，东侧 35 m 为废弃矿石碎石土，交界处岩层翘起，倾角变为 30°，与人工堆积边坡交界形成宽度 23～25 m 的第二平台，岩层高出平台 1～2 m，形成复杂的岩土复合滑坡。滑坡类型为岩土复合滑坡、小型滑坡、顺层滑坡、推移式滑坡，威胁东侧乡村公路和行人车辆（图1）。
根据调查，2005年当地村集体为了开采白云岩建筑材料，采用大爆破方式在滑坡位置进行开采，形成体积较大的顺层滑坡体。多年来从滑体下部开挖，大部分滑体已经被挖除，仅出露目前西侧岩板状、东侧废石渣堆的地貌。2011年后政府不允许开采而废弃。根据位移监测，2015—2019年滑坡一直在发生年度周期性滑动，每年平均有 85 mm 的位移，目前处于蠕滑状态。根据调查和推断现状滑坡是老滑坡的复活，滑面为层间软弱夹层。在滑体被当作矿物开采期间，在近坡角处形成了两级马道。
图1研究区构造位置图（a）和滑坡工程地质平面图（b）
1—第四系全新统人工填土；2—第四系全新统滑坡堆积；3—第四系上更新统残坡积；4—蓟县系雾迷山组八段白云岩；5—蓟县系；6—长城系； 7—印支旋回岩浆岩；8—地层界线；9—地层分界线；10—层理产状；11—隐伏向斜；12—穹隆构造；13—断裂；14—张裂缝及编号；15—滑坡周界（箭头为滑向）；16—滑坡错台；17—排水沟；18—高程点；19—地质剖面及编号；20—调查点及编号；21—动力触探孔及编号；22—取样标贯孔及编号；23—省界线
2 地质背景
2.1 地层岩性
研究区出露地层为蓟县系雾迷山组八段，岩性为以灰—灰白色叶片状薄—中层含粉砂砂砾砂屑白云岩、灰黑色燧石条带层纹状藻粉晶白云岩组成的韵律形式为主。该段上部部分有海泡石富集，产在基本韵律的底层，岩性为灰白色叶片状含砂内碎屑白云岩，含量最高达 25.6%。靠上层位（九段下部）有坡缕石产出。含丰富叠层石，顶部发育巨大的锥状叠层石。该层层间含灰白色薄—中层泥晶砂屑白云岩和灰白色页片状含粉砂泥晶砂屑白云岩层，该类岩石节理强发育，易风化，饱和抗压强度低，为本区软弱层。该层易风化，遇水可软化，表层可用镐头撬动。
滑坡在纵向上分为两段，西部岩板岩性为蓟县系雾迷山组八段（Jxw8）厚层深灰色细晶白云岩夹浅灰色薄层—中厚层泥晶白云岩，岩层与坡向一致，为顺向坡。厚层为较硬岩，单层厚度1~2 m，薄层— 中厚层为软岩，单层厚度 0.1~0.3 m，形成软硬互层的岩性组合。薄层—中厚层泥晶白云岩为软弱夹层，呈全风化—强风化状，含一定量的海泡石，为亲水矿物，易风化，遇水可软化，具有一定的膨胀性，钻孔揭露在碎石土下呈全风化状，工程性质很差，厚度1～1.5 m，为滑带土，滑坡沿该层滑动。东部二级平台及以东为第四系人工堆积层（Q4 ml），为废石渣，一般层厚 4.5～9.6 m，岩性为碎石土，灰白色，稍湿，中密—密实，以碎石为主，多呈棱角状，母岩成分为泥晶白云岩，一般粒径 3～5 cm，最大粒径 15 cm，含量 55%～80%，局部充填少量的黏性土。地层分布见7—7’主滑面剖面图（图2）。
2.2 地质构造
研究区位于华北准地台燕山台褶带马兰峪复式背斜的南翼，Ⅳ级构造单元属蓟县凹褶束，该单元主要由中—新元古界地层组成，构造变动相对微弱，较大的侵入岩体为盘山岩体。滑坡区为府君山向斜东北翼单斜构造，滑坡西北侧周界及顶部后缘错台西北侧形成2条北东—南西向近平行贯通性裂缝，间距 3.5~9 m。平面长度 82 m 和 77 m。南西向贯通性裂缝 L2属于张剪性裂隙，走向 64°，宽度 0.5~2 m，上宽下窄，最大可见深度 50 cm。西北侧周界裂缝 L1为张裂缝，是受南侧下错岩板带动和形成空间后向南旋转形成。走向 57°，宽度 20~50 cm，上宽下窄，最大可见深度 15 cm。张裂缝为降水渗入软弱夹层提供了通道和暂时存储空间。
2.3 水文地质条件
滑坡区未发现地表水、地下水和泉水。在雨季滑坡张裂隙中易形成暂时性的滞水，渗入薄层—中厚层泥晶白云岩软弱夹层中，形成静水压力和沿滑动面的动水压力。雨季雨水下渗致使软弱夹层软化，加速蠕滑。根据位移观测资料，滑坡位移速度与降雨呈正相关关系。
图27—7’主滑面剖面图
2.4 滑带土特征
根据工程地质测绘和钻探结果，滑带为全风化—强风化薄层—中厚层泥晶白云岩。滑坡剖面呈凹型，厚度1~1.5 m，滑面是折线型，滑面产状西部为70°∠40°，东部两马道之间倾角14°，前缘平地5°。滑带土饱和抗压强度低，具有一定的膨胀性（表1），膨胀趋势为弱，进水后软化膨胀，加速蠕滑变形。在滑带位置取试样进行了物性试验和动态环剪试验。常规的三轴仪和直剪仪受应变范围所限通常用于测定峰值强度（夏开宗等，2013；张一豪， 2023），动态环剪试验在试验过程中可以保持剪切面积不变，可在连续的位移条件下进行剪切测定，测试残余强度更具有优势（蒋树等，2019）。本文在滑带位置取了 6 组试样做了动态环剪试验，根据样顶深度，确定为四级压力，分别为100 kPa、200 kPa、 300 kPa 和 400 kPa，以测得试样在峰值下的抗剪强度及应变软化后的残余强度，并分别绘制试样的包络线图，求得其峰值和残余抗剪强度指标。滑带土的内聚力C和内摩擦角ϕ试验结果如表1所示。
表1滑带土物理力学指标
注：测试单位为河北省水利水电勘测设计研究院检测试验中心（2019年7月）。
2.5 滑坡形成机理分析
从滑坡所处的地质环境条件、发生时间、变形现象等，分析滑坡形成因素主要有：地形地貌、地质构造、坡体结构及气象与水文地质条件等。滑坡总体上呈较陡的斜坡地形，在自重、暴雨及地震等作用下，后部土体自重加大，滑面强度降低，推动土体发生下滑破坏，因此滑坡的变形破坏模式为推移式滑动（图3）。该滑坡是采矿产生的老滑坡，在 2015 年重新复活。最初爆破采矿引起滑坡西部岩板下错，东部为岩体爆破后形成的石渣堆积。后来外运石渣从下部开始，并在中下部形成二级平台，形成目前上部岩板下部废石渣堆的形态。因老滑坡使岩板裂隙发育，大气降水顺裂隙进入薄层—中厚层含海泡石泥晶白云岩全风化白云岩组成的软弱夹层，导致坡面上部顺层白云岩顺泥化夹层滑动，并在第二平台处推动废弃石渣堆积体滑动，局部岩层在底部受阻而翘起形成滑坡鼓丘。滑坡顶部形成后缘错台（图4），错距 22 m，西北侧周界形成 2条北东—南西向近平行贯通性张裂缝。随着坡脚外运石渣，在坡脚形成一平台，在 2015 年后废石渣堆积层不足以阻挡上部岩板而开始蠕滑。蠕滑速率与大气降水有正相关性。治理前处于蠕动变形阶段和不稳定状态，旱季滑带土干燥停止滑动，雨季降雨可顺裂隙进入滑带土软化又开始蠕滑。诱发因素为人工挖除坡脚和强降雨，直接威胁到公路的运营安全。
3 滑坡面抗剪强度参数反分析
3.1 稳定系数和计算剖面选取
根据勘查，滑坡地层岩性以全风化—中风化白云岩为主，滑带土只有土工试验结果，无法进行现场直剪试验，可以通过极限平衡理论的反分析方法近似求得，与土工试验结果综合确定。反分析法的基本原理，是恢复滑坡前的滑坡断面，视滑坡处于要滑动而未滑动的极限平衡状态，即稳定系数FS取 0.95～1.10，根据极限平衡方程求解 C、ϕ 值（高德军和徐卫亚，2006；祝辉等，2007）。反分析有两种方法：一个断面的反算方法和多断面平衡方程联立反算方法（郑颖人等，2007）。本文采用第一种方法，该方法利用极限平衡分析方法（本文用传递系数法）对滑带 C、ϕ 值进行敏感性分析，从而获得一系列滑坡稳定性安全系数与 C、ϕ值关系数据，确定高敏感性因素，再综合现状稳定性评估指标和试验值，即可得到滑坡稳定性分析的C、ϕ值。
图3滑坡全景照片
图4滑坡后缘错台和张裂缝
20 世纪90年代，敏感性分析被引入到岩土工程的稳定性评价中，分析不同的物理力学参数对工程稳定性的影响。若某因素对稳定性的敏感程度高，则称之为高敏感性因素。反之，则称之为低敏感性因素。对于边坡工程，其稳定性的影响因素可大致分为以下若干类：包括几何参数（坡角、高度），一般物理参数（重度、弹性模量、泊松比），强度参数（内摩擦角、黏聚力）以及外部条件参数（荷载、孔隙水压力等）（郑斌，2016）。当边坡的稳定性用安全系数 FS 进行表示时，其表达式可以写为：FS =（ x1，x2，x3，···，xi ···，xn）。敏感度的定义如下：FS的变化率与影响因素xi的变化率之比叫做FS对xi的敏感度 S。敏感度S可表示为（雷用和刘兴远，2014）：
(1)
式（1）中：η1=ΔFS/FSO，η2=|ΔX |/（Xmax-Xmin），ΔX 为某因素变化量，ΔFS为 FS对应 ΔX的变化量，FSO为 FS 的基准值，Xmax-Xmin为某因素最大变化量。
本文对强度参数 C、ϕ值进行敏感性分析，并与现场试验和室内试验及工程经验结合综合确定。采用传递系数法对滑坡面抗剪强度进行反分析，以滑坡主滑方向的6—6’剖面和7—7’剖面（图5）作为反分析计算剖面，考虑滑坡发生时的暴雨工况，滑坡正在蠕滑状态，FS取 1.00，地下水位取高水位（相当于 60% 充水指数）。其中碎石土滑动面的 C=10 kPa、ϕ=27°。
图5滑面计算示意图
3.2 滑坡稳定性敏感因素分析
本文根据滑坡稳定性影响因素敏感性分析选择主滑动面6-6’剖面和7-7’剖面的暴雨工况进行，分析范围为 C=70～27 kPa，ϕ=7°～25°，敏感系数计算的基准值取滑带土 C=19 kPa、ϕ=15°计算 ϕ-FS敏感度关系，取C=15 kPa、ϕ=19°为基准值计算C-FS敏感度关系，利用传递系数法计算，对安全系数 FS的 C、ϕ值的敏感性分析结果如表2～表3所示。
表2ϕ-FS敏感度关系（C=19 kPa）
表3C-FS敏感度关系（C=15 kPa）
由上述计算结果可知：
ϕ 值对边坡稳定性影响的敏感系数为 49.5%～103.4%，C 值对边坡稳定性影响的敏感系数为 20.9%～32.6%，说明 ϕ 值对边坡稳定性的影响大于 C 值的影响，边坡稳定性主要受 ϕ 值的控制。考虑滑坡发生时的暴雨工况（充水指数 60%），采用传递系数法计算主滑剖面 7 剖面不同 C 值下的 ϕ 值（表4）。
综合滑带土土工试验结果及当地经验，已知土工试验指标为 C=18.5 kPa，ϕ=12.5°，考虑边坡稳定性主要受ϕ值的控制，抗剪强度指标的建议值为C= 19 kPa，ϕ=13.7°。
3.3 滑坡稳定性计算结果
根据工程勘查和土工试验成果，及上一节抗剪强度反分析结果取 6—6’和 7—7’剖面用传递系数法进行滑坡在不同工况的稳定性计算，结果如表5所示。
表4FS=1时C-ϕ关系
表5滑坡稳定性计算成果
上述计算结果说明，工况Ⅰ（天然）和工况Ⅲ （地震）滑坡处于基本稳定状态。在工况Ⅱ（暴雨） 下，由于受矿坑的不利影响，滑坡在采坑部位会发生局部滑移，处于不稳定状态，目前处于蠕滑阶段，未来滑坡加速直至破坏的可能性很大。
4 滑坡治理方法
4.1 滑坡治理设计总体方案
滑坡治理方案总体为抗滑桩+清理危岩体+拦石墙+截水沟+放坡与坡面防护+位移监测：在板状岩质滑坡体前端（第二平台中部）设置一排抗滑桩，阻挡滑坡体的位移（刘孟瀚等，2020）；清理坡面危岩体，并在滑坡前缘设置拦石墙和缓冲层，拦截边坡上部坠落的落石；在第一平台和第二平台修建截水沟，降低坡面入渗；废石堆及第二平台和第一平台之间的边坡进行放坡到1∶1.2，并进行坡面防护及绿化（图6）；滑坡补充自动长期监测设备，加强滑坡位移监测。
4.2 抗滑桩设计
抗滑桩受荷段主要受岩质滑坡体的推力，嵌固段为中等风化—微风化白云岩。根据《抗滑桩治理工程设计规范》（T/CAGHP003—2018），防治工程安全等级采用二级，抗滑安全系数：
（1）设计工况安全系数
工况Ⅰ（自重）安全系数Ks=1.25；
工况Ⅱ（自重+地下水）Ks=1.15；
因为天然状态下无地下水，所以工况Ⅰ和工况 Ⅱ合并，Ks=1.25。
（2）校核工况安全系数
工况Ⅲ（自重+暴雨+地下水）Ks=1.10；
工况Ⅳ（自重+地震+地下水）Ks=1.10。水平向地震系数取0.15。
根据滑坡岩土体物理力学性质和抗剪强度反算结果，取6—6’和7—7’剖面采用传递系数法进行滑坡推力计算，结果如表6所示。
图6滑坡治理工程剖面图
表6滑坡稳定性计算成果
根据表6取剩余水平下滑力=2635.58 kN/m。根据抗滑桩地层分布及物力条件，嵌固段地基系数为线性变化，所以计算方法采用 M 法，桩底支承条件为自由端，用理正岩土计算软件进行计算，最终确定拟定抗滑桩的尺寸、桩长、间距等如表7所示。
抗滑桩尺寸2.5 m×3.5 m，深入滑坡面下6~7 m，高出现状地面至少 1 m，最终确定 1～4#桩桩长 18.5 m，5～9#桩桩长 18.0 m。桩体材料 C30 钢筋混凝土灌注桩，混凝土保护层为 10 cm，箍筋 HPB300，受力筋 HRB400E（图6）。抗滑桩桩身完整性检测应按 100% 进行，采用声波透射法，每根桩配置 6 根 Φ50 钢管作声测管。抗滑桩基坑用人工挖孔，并及时用 C20 混凝土制作护壁支护；按设计要求于基坑内绑扎钢筋笼，主筋为直螺纹连接，采用搅拌机制拌混凝土，布置混凝土输送泵运料入仓，进行桩体浇筑。
该滑坡治理工程 2019 年 10 月—2020 年 7 月治理完成，工程治理费用 829.5 万元，目前正常运营 5 年，根据 GNSS 位移监测及定期巡查（图7），截至 2021 年 6 月 30 日，累计向东位移 596 mm，下沉量 296.4 mm，南北向位移量很小，累计向南位移 27.3 mm；降雨与滑坡位移有正相关性，2016 年 7 月 22 日—8 月 3 日的向东位移和下沉量最大，向东位移 48.5 mm，下沉量为 33 mm，2017 年—2019 年的 7 月底向东位移和下沉量都有跳跃，在 2020 年 5 月 15 日—6 月 15 日由于挖孔影响有一些加剧，向东位移 35 mm，下沉量 11 mm，但在 6 月 15 日后 7 根抗滑桩完成灌注并终凝后，水平位移和下沉曲线明显变缓，随后一年时间中变形曲线趋于水平，说明滑坡不再滑动，处于稳定状态。
表7抗滑桩选型和布置
图7滑坡中部变形监测曲线图（2015年8月4日—2021年6月30日）（据天津市地质环境监测总站）
5 结论
（1）本文根据偏桥子滑坡工程地质测绘和勘查成果，查明该滑坡属于岩土复合滑坡，通过调查滑坡区的滑坡历史、地形地貌、地层岩性、地质构造及滑坡基本特征，深入分析滑体、滑带和滑床特征及降雨对滑坡的影响，进一步分析了滑坡的发生机理；对滑带土抗剪强度参数 C、ϕ 值进行敏感性分析，并采用传递系数法对滑带土抗剪强度进行反演分析；最后与动态环剪试验和工程经验相结合综合确定抗剪强度指标，应用抗剪强度指标进行滑坡稳定性评价，提出抗滑桩治理方法，滑坡治理后处于稳定状态。
（2）偏桥子滑坡是老滑坡复活后西部岩板下错、东部石渣堆积的岩土复合滑坡，地质条件复杂。诱因为人工挖除坡脚和大气降水，降水顺裂隙进入全风化白云岩软弱夹层，导致坡面西部强—中风化白云岩顺泥化夹层滑动，推动废弃石渣堆积体滑动，2019 年处于蠕滑阶段，直接威胁到公路的运营安全。根据 GNSS 位移监测，蠕滑速率与大气降水有正相关性。该治理前处于蠕动变形阶段和不稳定状态，旱季滑带土干燥停止滑动，雨季降雨可顺裂隙进入滑带土软化又开始蠕滑。治理后滑坡停止位移，趋于稳定。
（3）根据勘查成果和滑坡稳定性分析，设计滑坡治理方案为抗滑桩+清理危岩体+拦石墙+截水沟+放坡与坡面防护+位移监测，2020年对滑坡进行了治理，治理后滑坡处于稳定状态，治理效果良好。
（4）通过本文的实践证明可以利用动态环剪等试验、参数反分析方法和敏感度分析可以较准确地确定滑面的 C、ϕ值，为滑坡稳定性评价提供合理的数据，为今后同类滑坡地质灾害勘查及破坏模式分析提供借鉴。