草坪上滑坡形成機(jī)制及其穩(wěn)定性評價(jià)

孫瑜，曾四和，曹樹波

（四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610061）

草坪上滑坡形成機(jī)制及其穩(wěn)定性評價(jià)

孫瑜，曾四和，曹樹波

（四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610061）

位于九寨溝雙河鄉(xiāng)的草坪上滑坡屬高烈度大型滑坡，一旦失穩(wěn)，危害嚴(yán)重。通過對滑坡地質(zhì)背景、結(jié)構(gòu)特征和變形破壞特征的分析，確定該滑坡變形屬重力蠕滑型。結(jié)合試驗(yàn)資料，通過參數(shù)反演確定計(jì)算參數(shù)，利用傳遞系數(shù)法對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量評價(jià)。評價(jià)表明，在天然、地震或暴雨工況下，滑體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。暴雨條件下，其前緣穩(wěn)定性迅速降低，可能失穩(wěn)。

草坪上滑坡；地質(zhì)特征；形成機(jī)制；穩(wěn)定性；評價(jià)

草坪上滑坡位于九寨溝縣雙河鄉(xiāng)草坪上村，白水江左岸的斜坡地帶，坡腳有雙河鄉(xiāng)水泥廠，對岸為雙河鄉(xiāng)集鎮(zhèn)和中和村，205省道從雙河鄉(xiāng)通過。雙河鄉(xiāng)距離九寨溝縣城約8km。該滑坡縱向總長約850m，后緣稍窄，橫向?qū)捈s110m，中前部較寬，寬約550m，平面面積約3.5×105m2，據(jù)鉆探揭露，滑體平均厚30m?；驴傮w積約1 000×104m3，屬大型滑坡（圖1）。

“5.12”地震使得草坪上滑坡體滑動(dòng)加劇，造成多處沉陷、裂縫和前緣垮塌，致使草坪上村村民86戶共467人被迫搬遷，所幸無人員傷亡。

目前該滑坡危害對象主要為堵塞白水江、損毀坡下水泥廠，其次為白水江對岸的雙河鄉(xiāng)、中和村村民及205省道。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，受該滑坡有直接或隱患威脅較大的人數(shù)約2 000人。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

草坪上滑坡前緣為第四系松散臺階式陡坎，剪出口之下為基巖陡坡，坡度在45°～55°之間，植被覆蓋率較差，沖溝發(fā)育，斜坡形態(tài)上完整性差；中部為一小型臺塬，原草坪上村位于其上，地形較平坦，平均坡度5°～10°，“5.12”地震后，村民已陸續(xù)搬遷到別處，現(xiàn)主要為耕地，其間亦有陡坎發(fā)育，高5～6 m，延伸10～30m不等，近垂直于主滑方向；后緣為斜坡地形，坡度40°～50°，植被較發(fā)育，也有多級臺坎發(fā)育?；潞蟊跒橐桓呒s8m、長15m的陡坎。滑坡體后緣之上山頂較渾圓，為一山原地貌，土地肥沃，有大量耕地分布。

圖1 草坪上滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Geological engineering plan of the landslide

2 滑坡基本地質(zhì)特征

滑坡體的兩側(cè)邊界主要受地形及地質(zhì)特征的控制，南北兩側(cè)以山脊為界，后緣最高處在陡壁的中部，前緣邊界在臨空面中部的基巖與松散層接觸帶附近；在平面上呈現(xiàn)為中前部寬、頂上部窄的“扇”形體，剖面上表部地形表現(xiàn)為前緣、后緣陡，中部相對平緩的“座椅形”。

滑坡為大型土質(zhì)牽引式滑坡，主滑方向?yàn)?45°。草坪上滑坡又是一古滑坡。從地貌形態(tài)上，發(fā)現(xiàn)其具有上小下大的塔式外貌，淺表層的錯(cuò)臺、陡坎發(fā)育，橫向裂隙也分布密集，可以推斷古滑坡屬于牽引式滑坡。因早期滑坡體上下各段滑動(dòng)速率的差異，在微地貌上表現(xiàn)為臺階狀，從下至上可分為5個(gè)臺階（圖2）。第一臺階：剪出口至草坪上村平臺外側(cè)坡體上部；第二臺階：外側(cè)坡體上部至村莊里側(cè)坎腳，即村莊所在平臺；第三臺階：村莊里側(cè)至后緣坡腳部位；第四臺階：后緣坡腳至后緣中上部陡坎；第五臺階：后緣中上部陡坎到后緣滑壁。

圖2 草坪上滑坡縱剖面圖Fig.2 Longitudinal profile of the landslide

滑坡體由第四系松散堆積層沿與基巖接觸面附近的殘坡積層（滑帶土）發(fā)生滑動(dòng)而形成，據(jù)鉆孔和露頭斷面揭露，其主要物質(zhì)成分從地表至下依次為黃土、含碎石的角礫土、殘坡積層（滑帶土）等，局部夾塊石透鏡體。

滑帶物質(zhì)為含礫粘土，呈灰－黃褐色，中密。角礫、碎石的主要成分為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，礫石含量為20%，粘土含量為80%。鉆孔巖芯中土體揉皺現(xiàn)象明顯，泥質(zhì)含量高，部分細(xì)顆粒呈定向排列，遇水呈軟塑狀態(tài)，力學(xué)性質(zhì)極差。滑動(dòng)帶底部為松散層與基巖的接觸帶，揭露的殘坡積層厚度為1.5～3.1 m，其中的滑帶土厚度為0.2～0.5m。

滑面主要依據(jù)地質(zhì)測繪、鉆探、槽探等綜合確定?；娲笾略诨步缑娓浇瑸檎劬€和鋸齒形的組合，滑面外傾，具有前緣陡、中部緩、后緣陡等特征。在縱向上呈近似圓弧的折線型，橫向上為凹形弧面，形態(tài)總體與原自然地形相似。在滑面上，據(jù)現(xiàn)場開挖揭露，多處可見清晰的擦痕。在外側(cè)坡體中部滑面附近有少量潛水滲出。

滑床為二疊系下統(tǒng)黑河組上段的灰?guī)r夾砂巖、板巖組成。滑床巖層層理和板理發(fā)育，層間結(jié)合力較差，層面上可見擦痕與摩擦鏡面。在構(gòu)造作用下，巖層中節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面多平直光滑，張開1～5mm，裂面多鐵質(zhì)，部分為紫紅－黃褐色風(fēng)化次生物和粘土充填。滑床巖體完整性較差，局部呈碎塊狀?；麦w的剪出口位于前緣強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r內(nèi)部。

3 滑坡變形特征及形成機(jī)制分析

3.1 變形特征

滑坡在先后所經(jīng)歷的多期滑動(dòng)中多表現(xiàn)為錯(cuò)動(dòng)、垮塌，形成陡壁、裂縫，并由裂縫發(fā)展演變成塌陷坑。據(jù)現(xiàn)場不完全統(tǒng)計(jì)，滑坡體上共發(fā)現(xiàn)72條裂縫，28個(gè)塌陷坑。

在滑坡體的前緣，即第一臺階所在區(qū)域，邊坡高陡，坡頂與白水江水面最大高差在350m以上，順坡面坡角38°～48°，見垮塌解體后形成的10m以上的陡坎錯(cuò)臺。張裂縫的可見延伸長度10～30m不等，可見深度1～2m，縫寬一般10～30cm，最寬可達(dá)50cm，局部寬度近1m；裂縫是在前緣松散土體崩解后向臨空面垮塌形成的，多為拉張裂縫。

第二、三臺階所在區(qū)域，即滑坡體的中部，地形較平緩，為原草坪上村居民的住宅、林地和耕地分布區(qū)。在搬遷后原有村民房屋舊址的墻上，仍可看見規(guī)模不等的裂縫。分布在平臺上林地里的裂縫性質(zhì)為拉張裂縫，可見長度10～15m不等，寬度20～40 cm不等，可見深度30～40cm，見9個(gè)大小不等的塌陷坑。據(jù)調(diào)查走訪，在靠近滑坡體較平緩段后部坡腳部位，前、后高，中部低的凹陷溝，溝底寬30～50m，為古滑坡形成，現(xiàn)為耕地。

第四、五臺階所在區(qū)域，即滑坡體的后緣，坡角30°～45°，最頂部見滑面陡壁，坡面中部見錯(cuò)動(dòng)后形成的陡坎，高度一般為3～5m，局部8～15m，將后緣坡體分割成2個(gè)臺階。坡腳和坡體中部有拉張裂縫數(shù)條，裂縫的可見延伸長度10～20m，可見深度1～2m，縫寬30～50cm。

滑坡體近南北兩側(cè)，可見規(guī)模相對較小的裂縫數(shù)條，縫寬3～10cm，可見延伸長度大于10m。主要為剪切裂縫，由中部向下整體滑動(dòng)后形成，在兩側(cè)側(cè)面以剪切破壞為主，裂縫未張開，為規(guī)模較小的錯(cuò)動(dòng)，局部可見兩條呈“X”形分布。同時(shí)也存在一些順主滑方向的剪切裂縫。

3.2 滑坡形成因素分析

草坪上滑坡的滑動(dòng)與環(huán)境因素和人為因素是密不可分的。

自然條件和環(huán)境因素具體又可分為：

地形地貌條件：滑坡前緣和后壁陡且臨空，中部較緩。

物質(zhì)組成條件：表層大部分為垂直節(jié)理發(fā)育的黃土，遇水崩解濕陷；下部為碎石土或角礫土，結(jié)構(gòu)較松散，未膠結(jié)；底部含粘粒的角礫土中泥質(zhì)含量高遇水呈軟塑狀態(tài)，力學(xué)性質(zhì)極差。

氣象條件：滑坡區(qū)地處川西高原氣候的暖溫帶干濕河谷氣候區(qū)，每年降雨多集中在雨季（5～9月），這必然導(dǎo)致夏、秋兩季坡體內(nèi)空隙水壓力的激增。

地震條件：滑坡所在的九寨溝縣所處地質(zhì)構(gòu)造單元具有較強(qiáng)構(gòu)造活動(dòng)性，據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001，2008年版），九寨溝縣抗震設(shè)防烈度達(dá)8度。

人為因素具體又可分為：

村莊建設(shè)：草坪上村位于滑坡中部，村莊規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，使得坡體重量不斷增加。

人為改變水文地質(zhì)條件：滑坡區(qū)內(nèi)的農(nóng)田多為反坡梯田，使得坡體表面粗糙度增加，地表水易于下滲。此外，村民生產(chǎn)生活用水的不合理排放，也導(dǎo)致大量地表水入滲滑坡體中，浸潤滑坡體。

植被破壞：隨著人類活動(dòng)加劇，草坪上滑坡所處地區(qū)很多植被遭到破壞，使得區(qū)內(nèi)水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境日益脆弱。

3.3 滑坡破壞機(jī)制分析

滑坡前緣坡陡，坡度達(dá)40°，有很好的臨空條件，致使坡體向坡前臨空方向發(fā)生剪切蠕變。滑坡體土層結(jié)構(gòu)松散，坡體表層大面積分布的黃土中垂直節(jié)理極為發(fā)育，加之淺部的塊碎石粒徑分布不均，級配差，架空現(xiàn)象明顯，造成雨季高強(qiáng)度的集中降雨后，大量雨水入滲坡內(nèi)，使滑坡和滑帶土飽水程度增高，滑體容重增大，重力勢能增加，滑帶土抗剪強(qiáng)度減小，又進(jìn)一步加速了坡體向下的蠕滑變形?；轮骰魏蜖恳蜗蚯耙苿?dòng)共同推擠抗滑段滑體，促使主拉裂縫向滑體兩側(cè)延伸并張開加大和下錯(cuò)，滑體中前部出現(xiàn)眾多拉裂縫、錯(cuò)臺、塌陷坑。滑坡的淺生時(shí)效變形進(jìn)入累進(jìn)性破壞階段，一旦潛在剪切面被剪斷貫通，則發(fā)展為滑坡。加之滑坡區(qū)人類活動(dòng)的影響，加速了蠕滑變形，從而形成蠕滑－拉裂型滑坡。

4 穩(wěn)定性評價(jià)

4.1 計(jì)算方法及參數(shù)選取

根據(jù)滑面的形態(tài)，采用以極限平衡理論為依據(jù)的折線形滑面條分法和傳遞系數(shù)法來計(jì)算滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)和剩余下滑力。

通過室內(nèi)巖土試驗(yàn)、工程類比分析和參數(shù)反演，綜合確定了滑坡穩(wěn)定性及推力計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)，具體取值見表1。

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算及評價(jià)

根據(jù)滑坡的地質(zhì)背景及形成機(jī)制，以及九寨溝縣所處的特殊地理構(gòu)造位置，計(jì)算中主要考慮降雨和地震等因素，選取工況如下：自重；自重＋地震；自重＋暴雨。計(jì)算剖面如圖3，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 草坪上滑坡物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值Table 1 Proposed values of physical and mechanical indexes for the landslide

圖3 滑坡體Ⅱ－Ⅱ′剖面穩(wěn)定性計(jì)算條分圖Fig.3 Stripe map of stability calculation for SectionⅡ－Ⅱ′

從表2的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，由于滑體厚度和滑床形態(tài)在橫、縱向上的變化較大，各控制性剖面的穩(wěn)定系數(shù)變化較大，這也反映了滑坡穩(wěn)定性在空間上的變化較大。Ⅰ－Ⅰ′、Ⅱ－Ⅱ′和Ⅲ－Ⅲ′主勘探剖面在3種工況下整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。而分塊計(jì)算表明，3條主勘探剖面的第一臺階在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定－基本穩(wěn)定狀態(tài)。正因?yàn)槿绱?，該滑坡體在歷史上，第一臺階在暴雨等因素的誘發(fā)下，強(qiáng)變形區(qū)的前緣陡坎產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)、垮塌，形成錯(cuò)臺和坡面碎屑流等，牽引中、后部也產(chǎn)生了規(guī)模不等的滑動(dòng)變形破壞。

5 結(jié)論及建議

（1）草坪上滑坡為大型牽引式土質(zhì)滑坡，變形破壞模式為漸進(jìn)后退式，目前仍處于蠕滑變形中。

（2）滑坡從地表形態(tài)、物質(zhì)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面都具有分區(qū)分段性，這與其發(fā)育過程和形成機(jī)制密不可分。

（3）滑坡形成機(jī)制分析和穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，滑坡在現(xiàn)今條件下是穩(wěn)定的，在地震工況下滑坡前緣穩(wěn)定系數(shù)明顯下降，偏于基本穩(wěn)定；在暴雨工況下，滑坡前緣將沿主滑方向發(fā)生失穩(wěn)。

（4）建議采取以下措施防止災(zāi)害的發(fā)生：加強(qiáng)滑坡變形的監(jiān)測，建立并完善滑坡災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)；完善地表截排水工程；填筑滑坡區(qū)內(nèi)的裂縫和塌陷坑；在滑坡前緣興建抗滑支擋工程。

表2 草坪上滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果匯總Table 2 Results of stability calculation for the landslide

［1］孫瑜，等.九寒溝縣雙河鄉(xiāng)草坪上滑坡應(yīng)急勘查報(bào)告［R］.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，2009.8.

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FORMATION MECHANISM OF THE CAOPINGSHANG LANDSLIDE AND ITS STABILITY EVALUATION

Sun Yu，Zeng Si－h(huán)e，Cao Shu－bo
（Sichuan Institute of Nuclear Geology，Chengdu 610061，China）

The landslide，a large－scale landslide of high－intensity located at Shuanghe Township of Jiuzhaogou，will cause serious hazards in case of instability.It is determined as a gravity－creep type through an analysis of its geological background，structural features and deformation－failure characteristics.The transfer coefficient method is applied to assess its stability quantitatively，with experimental data used and calculation parameters determined by the parameter inversion method.It is assessed to be stable as a whole in natural，earthquake or heavy rain conditions，yet with the possibility of its leading edge being unstable in storms.

Caopingshang Landslide；geological features；formation mechanism；stability；evaluation

P642.22

A

1006－4362（2011）04－0061－05

2011－02－16 改回日期：2011－10－09

孫瑜（1984－ ），男，助理工程師，2006年畢業(yè)于成都理工大學(xué)，主要從事水文地質(zhì)及工程地質(zhì)研究。