堆積體滑坡的成因及穩(wěn)定性分析＊——以黟縣林川滑坡為例

孫 強，張?zhí)?，伍劍波，黃金玉

（中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016）

改革開放以來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)蓬勃興起，尤其在東部省區(qū)，各類工程建設(shè)引發(fā)的滑坡危及工程運行、國家財產(chǎn)和人民生命安全。因此，對滑坡穩(wěn)定性的研究越來越重要，不僅可為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)理論依據(jù)，還對滑坡預(yù)測預(yù)報具有重要指導(dǎo)作用［1］?；庐a(chǎn)生的根本原因是巖土體強度降低［2－3］，巖土體強度是決定滑坡發(fā)生與否及其類別的內(nèi)部條件，水、地震和人為因素影響是誘導(dǎo)或促使加速滑坡變形的外部條件［4－6］?；率窃诟鞣N因素作用下的綜合效應(yīng)，其形成條件和影響因素非常復(fù)雜［7］。地質(zhì)因素是形成滑坡的基礎(chǔ)，而非地質(zhì)因素是誘導(dǎo)或觸發(fā)條件。不同因素影響滑坡穩(wěn)定的機制復(fù)雜，用力學(xué)計算方法評價滑坡變形的穩(wěn)定性，是在對自然條件作某些簡化的前提下進行的。較合理的滑坡穩(wěn)定性評價步驟，應(yīng)首先全面考慮影響滑坡穩(wěn)定的自然因素，對其進行定性評價，在此基礎(chǔ)上再作必要的力學(xué)計算，然后綜合考慮評價其穩(wěn)定性［8］。

皖南黟縣林川滑坡是較典型因不合理的人類工程活動而形成的堆積體碎石土滑坡。該滑坡是在采挖灰?guī)r時剝離的廢石廢土堆積體的基礎(chǔ)上發(fā)育形成的。原始自然條件下，堆積體處于自然放坡后的穩(wěn)定狀態(tài)。但從70年代開始附近居民陸續(xù)在坡體上墾殖，在坡腳部位切坡建房，改變了坡體原始應(yīng)力狀態(tài)?；w坡腳于1995年和2002年雨季發(fā)生崩塌，毀壞2間房屋，堵塞河道長度達60m，形成堆積高度達2m，造成約15萬元的經(jīng)濟損失。因此，對該滑坡進行穩(wěn)定性分析和研究是十分必要的。

1 林川滑坡的分布與地質(zhì)條件

林川滑坡位于西遞鎮(zhèn)艾豐村林川組北側(cè)山體坡腳部位，采挖灰?guī)r時堆積的廢石堆積在海拔277 m處，形成寬15～30 m 呈長方形的平臺。平臺西北靠山側(cè)有一個深1～3 m 的洼地，平臺下部山體總體坡度45°，可見五級臺坎，坎高3～5m，坡腳由于建房切坡形成高5～10 m 的陡崖。坡體植被主要為茶葉、農(nóng)田，覆蓋率20～50%。

區(qū)域內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水。雖然區(qū)域地層裂隙較發(fā)育，但由于泥質(zhì)含量高，構(gòu)造裂隙多被脈巖、泥質(zhì)充填，因此地下水富水性差，主要受大氣降水的垂向入滲補給，并由山區(qū)向山前地帶徑流，直接補給附近溝谷中的地表水。

2 滑坡形態(tài)特征

2．1 滑坡周界及形態(tài)

該滑坡在平面上呈半圓形（圖1），滑坡長41m，前緣寬約61m，后緣寬約31m，高程差24m，厚約10m，面積2500m2，規(guī)模2．5×104m3，屬于小型滑坡?；w坡度42°，坡向154°。該滑坡剖面如圖2所示，從圖2可知，滑體地表呈階梯狀，滑面為折線型，形態(tài)為上部和下部滑面稍緩，中部滑面較陡?；媛裆?～10m，坡度10～40°，滑帶巖性為含碎石粘土，厚約0．4m。

圖1 林川滑坡平面圖Fig．1 Plan of Linchuan landslide

圖2 林川滑坡C－C′剖面圖Fig．2 C－C′geologic section of Linchuan landslide

2．2 滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)野外勘探資料，結(jié)合室內(nèi)研究，將該滑坡巖土體分為兩類。

（1）滑體為松散的堆積層，厚約5～10 m，底板埋深6～12 m，松散，無分選性。碎石含量30～50%，局部有粘土和角礫透鏡體，角礫風(fēng)化強度不均勻，角礫成分主要為硅質(zhì)頁巖。

（2）滑床為基巖，巖性主要為寒武系下統(tǒng)大陳嶺組（∈1d）的硅質(zhì)頁巖和泥質(zhì)灰?guī)r。硅質(zhì)頁巖：黑色，薄層，結(jié)構(gòu)致密，較堅硬，用力錘敲碎裂呈片狀，上部見4～6m 的破碎帶，塊度2～10cm，最大塊度20 cm。泥質(zhì)灰?guī)r：灰色，中厚層，巖體結(jié)構(gòu)完整、致密、堅硬，錘敲震手，弱風(fēng)化。

3 滑坡成因及機理

3．1 滑坡成因

滑坡的產(chǎn)生與地質(zhì)環(huán)境、人類工程活動及降雨關(guān)系密切。通過收集該滑坡地質(zhì)及降雨資料，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查測量、訪問，認為該滑坡成因如下：

（1）地層因素：斜坡由原山體灰?guī)r開挖利用后廢棄的碎石土混雜堆積而成，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，碎石間架空明顯，滲透性強，鉆進時泥漿無返水，孔壁坍塌，指示坡體物質(zhì)的穩(wěn)定性差?；矠楹湎迪陆y(tǒng)大陳嶺組（∈1d）的薄層硅質(zhì)頁巖，其滲透性與上部堆積體有明顯差異，地下水下滲到堆積層和基巖接觸面形成飽和帶，導(dǎo)致滑帶土抗剪強度降低，對上覆堆積層形成浮托力。該滑坡屬于堆積層滑坡，堆積層和基巖接觸面是該滑坡的主控滑面。

（2）人為因素：斜坡地處人類密集區(qū)，由于居民建房，坡腳存在大量削坡，在滑坡坡腳部位形成60～80°、高5～10m 的臨空面，未采取相應(yīng)的護坡措施。人類不合理開挖破壞了斜坡結(jié)構(gòu)，打破了原堆積體的平衡狀態(tài)，坡體的支撐力下降，引發(fā)堆積體局部失穩(wěn)。

（3）降雨因素：皖南地區(qū)潮濕多雨，梅雨和臺風(fēng)季節(jié)降雨集中，暴雨及特大暴雨頻發(fā)是滑坡發(fā)生的重要觸發(fā)因素。

（4）植被因素：原坡表生長的灌木對坡體的松散物質(zhì)有較好的固持作用，滑坡體表部坡面經(jīng)改造人為墾殖后，土質(zhì)疏松，使原本坡面徑流轉(zhuǎn)為地下徑流，增加了地表水的入滲。

（5）地形地貌因素：坡體下部自然斜坡坡度42°，上部為平臺，整個坡型呈上緩下陡的凸形坡。目前許多研究已證明凸型邊坡發(fā)生滑坡概率最大［9］。

3．2 滑坡機理

采挖灰?guī)r形成的廢石廢土的無序堆放，改變了原始斜坡的穩(wěn)定地貌，形成了上部平緩下部陡峭的凸形坡，且坡體物質(zhì)組成松散的堆架結(jié)構(gòu)，組織結(jié)構(gòu)完全被破壞，碎石之間粘結(jié)程度差。坡體后緣巖溶洼地匯集雨水，水沿坡體破碎帶或堆積碎石與基巖接觸帶滲流，使滑帶充水潤滑。研究區(qū)地少人多，村民多挖坡建房，坡腳經(jīng)多次開挖形成高度達5～10m的陡崖，使坡腳形成臨空面，破壞了原堆積體的平衡狀態(tài)，坡體下部的支撐力下降，易引發(fā)堆積體失穩(wěn)。

4 滑坡穩(wěn)定性

滑坡穩(wěn)定性計算方法和繁簡程度隨滑坡性質(zhì)而定，根據(jù)滑坡不同性質(zhì)、滑動形狀選擇合適的計算方法［10］。該滑坡的滑面呈不規(guī)則的折線型，且滑體的巖土性質(zhì)較均勻，因此，不平衡推力法對此類滑坡的計算有較好的適用性［11－12］。

4．1 滑坡概化模型

建立在極限平衡原理基礎(chǔ)之上的不平衡推力法是邊坡穩(wěn)定性分析計算的主要手段［13］。該法計算要求滑面控制點處滑面傾角的變化要小，計算結(jié)果的誤差對滑面的傾角變化很敏感，而在滑坡后緣誤差對傾角的變化敏感度要小一些［14］。本滑坡滑面中所有控制點處滑面傾角變化值均＜10°，其計算誤差在允許范圍內(nèi)的［15］。根據(jù)以上基本原則，結(jié)合滑坡表面地形起伏、滑動面的變化、巖性分層，對計算剖面進行條塊劃分。

4．2 計算公式

滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及剩余推力計算采用公式［16］為：

當Pi＜0時，令Pi＝0

Fs—滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

K—最小安全系數(shù)（取值1．10）［17］

ψj—第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i＋1條塊時的傳遞系數(shù)（j＝i）

Ri—作用于第i條塊的抗滑力（kN／m）

φi—第i條塊土的內(nèi)摩擦角（°）

αi—第i條塊土的滑面傾角（°）

Ti—作用于第i條塊滑動面上的滑動分力（kN／m）

Pn—第i條塊的剩余推力（kN／m）

對滑坡三個剖面的穩(wěn)定性進行迭代計算。

4．3 參數(shù)取值

滑面自然狀態(tài)下強度參數(shù)值為根據(jù)多個滑帶土室內(nèi)試驗值的平均值，飽和狀態(tài)下強度參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗值和反算值綜合考慮，其計算參數(shù)選取如表1所示。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)取值Table 1 Calculattion parameters of landslide stability

為了核對選用參數(shù)是否合理，選擇滑坡坡腳切坡變形前的狀態(tài)進行計算［7］。本文選擇D－D′剖面切坡變形前的地面情形進行剩余推力計算（將坡腳被切部分還原），最終下滑力是否符合于極限平衡（原始堆積體呈自然放坡狀態(tài)，久雨飽和時其坡體應(yīng)處于極限平衡狀態(tài)）。經(jīng)計算自然狀態(tài)剩余推力為－41．2kN／m，安全系數(shù)1．22，為穩(wěn)定狀態(tài)；久雨飽和狀態(tài)下剩余推力為134．5kN／m，安全系數(shù)0．99，表明土體接近極限狀態(tài)。以上參數(shù)計算結(jié)果符合切坡前的實際狀況，說明采用的容重、粘聚力和內(nèi)摩擦角適合實際情況。

4．4 計算結(jié)果

采取表1中參數(shù)對滑坡的三個剖面分別進行計算，計算結(jié)果如下：

表2 剖面穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果Table 2 Calculation results of stability coefficient

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，滑坡穩(wěn)定性的評價標準：Fs＜1．0，不穩(wěn)定；1．0≤Fs＜1．05，欠穩(wěn)定；1．05≤Fs＜1．15，基本穩(wěn)定；Fs≥1．15，穩(wěn)定。根據(jù)剖面穩(wěn)定性計算結(jié)果可知：在自然狀態(tài)下，A－A′剖面所在區(qū)域目前均處于穩(wěn)定狀態(tài)，C－C′剖面和D－D′剖面區(qū)域均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在久雨飽和狀態(tài)下，滑坡三個剖面區(qū)域均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

通過分析三個剖面各條塊的推力計算數(shù)據(jù)（表3～表5），以天然狀態(tài)為例，均是上部和下部坡體有抗滑力儲備，中間部分由較大的剩余推力，滑面傾角較大的部位滑坡的推力較大。說明該滑坡在失穩(wěn)條件下坡體并不是以整體下滑，而是在C－C′剖面第2條塊和D－D′剖面的第4條塊的附近形成拉張裂縫，下部坡體滑動，而上部的部分坡體保持穩(wěn)定。

表3 A－A′剖面滑坡推力及計算參數(shù)Table 3 Landslide thrust and calculation parameters of A－A′section

表4 C－C′剖面滑坡推力及計算參數(shù)Table 4 Landslide thrust and calculation parameters of C－C′section

表5 D－D′剖面下滑推力及計算參數(shù)Table 5 Landslide thrust and calculation parameters of D－D′section

5 結(jié) 論

（1）坡腳不合理的開挖使滑坡前緣邊坡高陡，斜坡應(yīng)力失衡，是誘發(fā)該滑坡的主要因素。地表排水系統(tǒng)失效、不利的氣象條件是加劇滑坡失穩(wěn)的關(guān)鍵。該滑坡的形成受人為活動影響明顯。

（2）采用不平衡推力法對滑坡穩(wěn)定性進行計算，結(jié)果表明，天然狀態(tài)下滑坡A－A′剖面區(qū)域較穩(wěn)定，C－C′剖面和D－D′剖面區(qū)域滑坡將處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀況。久雨飽和狀態(tài)下，整個滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）分析三個剖面各條塊的推力計算數(shù)據(jù)，認為該滑坡失穩(wěn)時可能不是整體滑動。由于上部和下部坡體有抗滑力儲備，中間部分由較大的剩余推力，所以滑坡在失穩(wěn)時滑坡會在坡體中部滑面傾角變化較大處拉裂，裂縫下部坡體滑動，而上部坡體保持局部穩(wěn)定。

6 防治建議

結(jié)合林川滑坡體形態(tài)特征、變形規(guī)律、形成原因及穩(wěn)定狀況，綜合各種工程的適宜性、經(jīng)濟性、可操作性及工期等方面因素，建議該滑坡采用如下防治方案：

（1）地表排水，后緣洼地填埋處理。在地表建立排水網(wǎng)，單條排水溝積水面積不宜過大，對滑坡體后緣的洼地采用黏土填埋夯實，并對后期沉降區(qū)域進行二次填埋以保證該處洼地不會形成積水。

（2）植被恢復(fù)。居民在坡體上的耕作致使滑坡表層土體疏松，抑制了降雨時坡面產(chǎn)流，加大了雨水的入滲強度，不利于滑坡的穩(wěn)定。建議滑坡區(qū)域停止種植，恢復(fù)植被。

（3）坡腳支護。不合理的開挖使滑坡的抗滑力下降，對坡腳進行支護以彌補由于切坡造成的抗滑力損失，有效降低滑坡發(fā)生的風(fēng)險。

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