四川5.12地震災(zāi)區(qū)陳家大院子滑坡形成機(jī)理分析與穩(wěn)定性評價(jià)

劉曉曉，楊少華，李巧剛

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

0 緒論

陳家大院子滑坡位于四川省德陽市什邡市紅白鎮(zhèn)吳桂平村4社，滑坡體于2008年“5.12”地震后坡體后緣位置出現(xiàn)部分拉張裂縫；經(jīng)過2009年雨季后坡體變形跡象進(jìn)一步加劇。直接危險(xiǎn)滑坡體下方5戶共165人生命財(cái)產(chǎn)安全及已建鄉(xiāng)村公路、電力、水利等基礎(chǔ)設(shè)施安全[1～2]。此次筆者經(jīng)現(xiàn)場勘察后對其形成機(jī)理進(jìn)行了分析，并選取一條滑坡體主剖面，采用極限平衡法對該滑坡的穩(wěn)定性做出了評價(jià)，為后期滑坡防治工作提供必要的依據(jù)。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 滑坡概況

滑坡地處什邡市紅白鎮(zhèn)五桂坪村4社陳家大院子西北側(cè)坡地，區(qū)域上屬于侵蝕-構(gòu)造地貌；滑坡體位于中山區(qū)，地勢西北高、東南低，最高海拔1051m，最低海拔859m，山體坡度一般為40°～60°，相對高差150～190m。

陳家大院子滑坡為中型淺層土質(zhì)牽引式滑坡?；聳|、西兩側(cè)以天然沖溝為界，滑坡北側(cè)后緣以地表出現(xiàn)的明顯拉張裂縫處與出露基巖地區(qū)為界，坡體前緣以居民建筑房屋開挖坡腳處為界；滑坡體后緣位置最高海拔1019.8m，前緣最低海拔898.8m，前后緣相對高差121m，沖溝寬一般為2～3m。

陳家大院子滑坡坡體東西寬145m，南北長156m，上覆第四系崩坡積與殘坡積覆蓋物2～11m，呈“兩側(cè)薄中間厚，后緣薄前緣厚”的形態(tài)。坡體東、西兩側(cè)第四系覆蓋物厚1.2～1.5m，中部最厚處第四系覆蓋物為6～8m。坡體后緣處第四系覆蓋物厚1.0～1.4m，前緣最厚處第四系覆蓋物為5～11m。上覆第四系平均厚度5～6m，總方量約為11.3×104m3，屬于中型淺層牽引式土質(zhì)滑坡，滑坡體主滑動方向?yàn)?40°。坡體后緣基巖出露產(chǎn)狀為316°∠26°；前緣產(chǎn)狀290°∠50°，屬逆向坡，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查顯示滑坡體下伏基巖穩(wěn)定性較好，并未發(fā)現(xiàn)變形跡象（圖1、圖2）。

圖1 陳家大院子滑坡全景照片

圖2 陳家大院子滑坡平面圖

1.2 地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、及鉆探、槽探成果及地表出露的地層巖性調(diào)查分析，滑坡區(qū)出露地層主要為三疊系須家河組和第四系殘、崩坡積物，并以崩積碎石土層分布最為廣泛。

（1）三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）

主要出露在滑坡體西北側(cè)坡地與南側(cè)河床處。

以灰色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主，夾泥巖、煤層、及透鏡狀菱鐵礦層，間夾海相層。其上與自流井群呈不整合或假整合接觸，下與小唐子組呈假整合接觸。

灰白色細(xì)砂巖，滑坡體南部河流基座階地與滑坡體北部出露，層狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，含少量泥質(zhì)及石英顆粒，一般粒徑0.2mm，含煤層，巖層傾向290°～316°，傾角26°～50°。細(xì)砂巖層風(fēng)化較強(qiáng)烈，敲擊即碎，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面呈棕黃色，泥質(zhì)含量底。

（2）第四系崩坡積、殘坡積層（Q4）

崩坡積層：主要分布在滑坡體中部及后緣處，厚度2～4m。主要以灰白色風(fēng)化砂巖為主，含少量黑色碎石土。粒徑2～120cm，結(jié)構(gòu)較松散，呈棱角狀，分選性差、磨圓差。

殘坡積層：主要分布在滑坡體前緣位置，厚度為3～10m以黑色沙質(zhì)碎石土為主，含生活垃圾及礫石，礫石直徑2～30cm，呈棱角狀。無可塑性，結(jié)構(gòu)較為松散，透水性較好，分選性差、磨圓度差。

2 滑坡發(fā)育特征

2.1 滑體特征

陳家大院子滑坡滑坡體組成主要為第四系崩坡積與第四系殘坡積層。滑體沿坡體從上至下不均勻分布，空間形態(tài)呈“中間厚、兩翼?。磺熬壓?、后緣薄”的形態(tài)，其滑體厚度最薄處僅為1.0～1.4m，其最厚處可達(dá)6～11m，平均厚度為5～6m。

2.2 滑床特征

陳家大院子滑坡滑床為下伏基巖，巖性為三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）。據(jù)鉆孔及探槽揭露，以灰白色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主，夾煤層；風(fēng)化層厚度一般2～3m。巖體結(jié)構(gòu)較為破碎，節(jié)理發(fā)育、卸荷裂隙發(fā)育，層狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。沿坡體成折線形分布。

2.3 滑動帶特征

通過地面工程地質(zhì)測繪及鉆孔、探槽揭露，綜合確定陳家大院子滑坡滑帶為折線形。后緣及中部位置位于上覆第四系覆蓋物與基巖接觸界面，前緣部分沿臨空面從土體中剪出。滑帶土巖性主要為粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)較為完整，風(fēng)化較嚴(yán)重，呈黃色-黃褐色；含礫石，礫石粒徑0.5～10cm，含量為8%～10%，分選性中等，磨圓度較差。厚度一般為16～20cm，埋深為1.2～10m。結(jié)構(gòu)比上層碎石土與崩坡積礫石層密實(shí)，具有一定的粘結(jié)程度。在探槽開挖過程中有少量水向外滲出，透水性較好，土體較濕潤，呈可塑-軟塑狀，由于該土體長期處于飽水狀態(tài)，故其土體強(qiáng)度較低[3]。

2.4 滑坡體變形破壞特征

五桂坪村4社陳家大院子滑坡于“5.12”大地震后開始有變形跡象，據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹从?，地震過后由于坡體失穩(wěn)，山上曾有小塊碎石滑落。2009年8月雨季時(shí)期，坡體局部變形跡象開始有所加劇。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，滑坡后緣地表處由于地震破壞與坡體的滑動變形的共同作用出現(xiàn)一條明顯的拉張裂縫；裂縫主要走向260°，由于裂縫表面覆蓋大量植被與第四系堆積物，故裂縫在地表呈不連續(xù)出露，總長度為140m，裂縫寬40cm，可見深度30～50cm。探槽揭露，裂縫只在第四系覆蓋物發(fā)育，未切割至基巖，其表面土體有錯斷現(xiàn)象。

在滑體靠近其中、后緣的位置發(fā)現(xiàn)由于坡體表層部分土體發(fā)生滑塌，土層表面生長的樹木隨著土層移動而發(fā)生傾倒。其樹木傾倒方向與滑坡體滑動方向基本一致。

滑坡體前緣部分由于當(dāng)?shù)鼐用裨诖诵藿ň用癜仓命c(diǎn)與道路，不可避免的形成人工開挖邊坡，造成滑坡體臨空面發(fā)育。但因?yàn)槭?9年雨季過后開挖，降雨還未對該人工邊坡造成直接影響，故滑坡體還未發(fā)生整體滑動變形。人工開挖邊坡高6～8m，長190m，坡度70°。在開挖過程中只有少量第四系覆蓋物滑落，滑坡體前緣剪出不強(qiáng)烈。

圖3 滑坡1-1’工程地質(zhì)剖面圖

3 滑坡體穩(wěn)定性評價(jià)

3.1 計(jì)算模型與工況

此次穩(wěn)定性評價(jià)工作選取滑坡體1—1/主剖面進(jìn)行計(jì)算（圖3、4）。根據(jù)布置在滑坡不同標(biāo)高坡地上的鉆孔、探槽揭露及地形地貌、破壞變形情況等，綜合確定陳家大院子滑坡具多級、多塊的特征，滑坡主剖面的滑面呈折線形，故采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。

綜合分析陳家大院子滑坡巖土體特征及其可能承受的各種荷載，確定出此次穩(wěn)定性計(jì)算的3種計(jì)算工況及荷載組合[4]，詳見表1。

表1 陳家大院子滑坡穩(wěn)定性計(jì)算工況與荷載組合

圖4 滑坡1-1’計(jì)算剖面圖

3.2 計(jì)算方法與參數(shù)選取

（1）計(jì)算方法

采用野外與室內(nèi)綜合分析確定的滑動面進(jìn)行計(jì)算。陳家大院子滑坡滑面均呈折線形，故穩(wěn)定性計(jì)算采用極限平衡法折線型滑動面計(jì)算公式，剩余下滑力按傳遞系數(shù)法計(jì)算。

（2）參數(shù)選取

9) 越控。當(dāng)控制位置在集控臺時(shí)，按下集控臺上的“越控”按鈕，取消遙控系統(tǒng)相關(guān)限制保護(hù)功能，同時(shí)向電噴控制系統(tǒng)發(fā)出越控指令。

①滑體土容重

根據(jù)陳家大院子滑坡體物質(zhì)的分布特征，滑體物質(zhì)分布相對均勻，取室內(nèi)土工試驗(yàn)平均值成果，作為滑體天然重度、飽和重度值。天然狀態(tài)下滑體土重度為20.29kN/m3，飽和狀態(tài)下滑體土重度取值21.29kN/m3。

②滑動帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值

陳家大院子滑坡滑動帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值采用試驗(yàn)、反演、經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的綜合分析方法確定[5]。反演分析采用基于滑坡推力法的單剖面強(qiáng)度參數(shù)反算方法進(jìn)行陳家大院子滑坡滑面強(qiáng)度參數(shù)的反演計(jì)算[6]。

穩(wěn)定性宏觀判斷：目前，在天然狀態(tài)下，陳家大院子滑坡可視為處于固結(jié)階段，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)Fs大于1，可取1.15～2.00；在地震條件下坡體后緣位置出現(xiàn)拉張裂縫，但是坡體整體并無其它變形跡象，處于整體欠穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)Fs介于1.00～1.02；在持續(xù)降雨條件下，陳家大院子滑坡發(fā)生了進(jìn)一步的蠕動變形，后緣拉張裂縫有所發(fā)育，坡體表層部分土體出現(xiàn)滑塌，整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)Fs大于1，可取1.00～1.05[7]。

反演綜合分析：采用單剖面參數(shù)反演綜合分析方法確定滑動帶土體強(qiáng)度參數(shù)。選取1—1/主剖面開挖坡腳之前的地形剖面作為反算剖面，采用飽和狀態(tài)來擬合持續(xù)降雨條件。由于滑帶土中顆粒含量較高（8%～10%）且未進(jìn)行現(xiàn)場大剪實(shí)驗(yàn)，參照《滑坡工程勘查規(guī)范》及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，其綜合取值時(shí)應(yīng)將室內(nèi)快剪實(shí)驗(yàn)得出的內(nèi)摩擦角乘以1.15～1.25的增大系數(shù)。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合確定滑坡滑動帶土強(qiáng)度參數(shù)見表2。

表2 滑動帶土計(jì)算參數(shù)綜合取值表

3.3 穩(wěn)定性計(jì)算與結(jié)果評述

對陳家大院子滑坡的1-1/剖面進(jìn)行條塊劃分，按折線型不平衡傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 陳家大院子滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

在天然狀態(tài)時(shí)：陳家大院子滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.46～1.47，處于穩(wěn)定狀態(tài)，這與陳家大院子滑坡在天然狀態(tài)下未發(fā)生滑動相一致；

在持續(xù)降雨工況時(shí)：陳家大院子滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.01，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，這與2009年雨季期間滑坡局部發(fā)育拉張裂縫、表層部分土體發(fā)生小面積滑塌等變形，但坡體整體并未發(fā)生滑動變形相一致；

在天然+地震工況時(shí)：陳家大院子滑坡穩(wěn)定系數(shù)1.00～1.01，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，這與“汶川5.12地震”時(shí)坡體未產(chǎn)生整體變形跡象相一致[8]。

3.4 滑坡推力計(jì)算與結(jié)果評述

陳家大院子滑坡的防治安全等級為Ⅲ級，其安全系數(shù)在自然工況下取1.15，持續(xù)降雨工況下取1.05，地震工況下取1.02。利用傳遞系數(shù)法計(jì)算各種工況下剩余下滑力，結(jié)果見表4、5、6。

由推力計(jì)算表可見，在天然工況下，陳家大院子滑坡整體穩(wěn)定性較好；地震工況下次之；在持續(xù)降雨條件下，斜坡滑動變形的可能性較大。

3.5 滑坡形成機(jī)理分析

表4 1—1′剖面I（天然）工況剩余下滑力計(jì)算成果表

表5 1—1′剖面2（暴雨）工況剩余下滑力計(jì)算成果表

表6 1—1′剖面3（地震）工況剩余下滑力計(jì)算成果表

陳家大院子滑坡屬于中型土質(zhì)牽引式土質(zhì)滑坡，自然狀態(tài)下處于整體穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨、地震等不利工況條件下可能發(fā)生滑動變形跡象。分析影響其穩(wěn)定性的因素主要有以下5個(gè)方面[9][10]：

（1）滑坡體由第四系崩坡積累與殘坡積含碎塊石土組成?；聟^(qū)為單向斜坡，前緣具臨空面，地表水和后緣地下水的補(bǔ)給使得巖體層面上的土體軟化而強(qiáng)度降低。在自重、暴雨和人為因素的影響下，土體沿基伏界面滑動形成牽引式的松散堆積層滑坡。

（2）降雨對滑坡的影響。滑坡區(qū)雨季水量較大，雨量充沛，持續(xù)時(shí)間較長，歷年月最大降雨量為518mm。雨水入滲使斜坡土層潮濕軟化，致使斜坡土體的抗剪強(qiáng)度降低，靜水壓力、動水壓力增大，是激發(fā)滑坡的主要因素。

（3）坡體植被破壞對滑坡體的影響。當(dāng)?shù)卮迕穹ツ驹旆?，致使滑坡體上絕大多數(shù)樹木被砍伐，雨季時(shí)期由于少了森林對降水的吸收，雨水直接沿坡面形成徑流沖刷坡面，并且滲入至坡體內(nèi)部使得坡體土層軟化，抗剪強(qiáng)度降低。

（4）由于居民建筑房屋而在滑體前緣開挖形成臨空面，使得土體強(qiáng)度降低，應(yīng)力卸荷，坡體前部支撐力降低，形成牽引式滑坡。

（5）“5.12”地震過程中，強(qiáng)大的地殼運(yùn)動為區(qū)內(nèi)坡體變形的發(fā)生提供了外部動力，在原有土體結(jié)構(gòu)松散的條件下，直接誘發(fā)了滑坡的發(fā)生。

4 結(jié)論

（1）陳家大院子滑坡2008年“5.12”地震后開始出現(xiàn)變形跡象，滑坡后緣土體出現(xiàn)拉張裂縫，2009年6～9月雨季期間，在連續(xù)降雨情況下坡體發(fā)生蠕滑變形，坡體上樹木發(fā)生傾倒變形，部分土體發(fā)生滑塌，坡體后部拉張裂隙繼續(xù)發(fā)育。

（2）誘發(fā)陳家大院子滑坡的主要因素是地震、連續(xù)降雨和坡體下方的開挖坡腳等人類活動。雖然目前滑坡并未出現(xiàn)明顯的滑動變形跡象但應(yīng)做好防范措施，以防滑坡對坡下居民人生及財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅。

（3）根據(jù)陳家大院子滑坡其穩(wěn)定性分析得知，陳家大院子滑坡在天然自重情況下處于穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+持續(xù)降雨條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在自重+地震條件下欠穩(wěn)定。建議盡快采取治理措施，設(shè)計(jì)工況為自重+持續(xù)降雨條件下[12]。

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