西南某滑坡基本特征及多種破壞模式穩(wěn)定性分析

陳　彥，黃　勇，肖　洋，曾陽益

(四川省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，成都 610081)

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西南某滑坡基本特征及多種破壞模式穩(wěn)定性分析

陳彥，黃勇，肖洋，曾陽益

(四川省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，成都 610081)

摘要：西南某滑坡5.12強烈地震后發(fā)生明顯的失穩(wěn)破壞跡象，該滑坡是古滑坡，前緣發(fā)育有一次級滑坡，該滑坡規(guī)模較大，受連續(xù)降雨及施工擾動等外界因素的不斷影響，通過現(xiàn)場調(diào)查、鉆孔監(jiān)測等途徑掌握滑坡變形破壞的基本特征，并根據(jù)剛體極限平衡法對3種不同的破壞模式進行穩(wěn)定性現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的分析預(yù)測，為滑坡治理提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：滑坡；基本特征；破壞模式；穩(wěn)定性計算；穩(wěn)定性評價

0引言

我國是一個地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家。尤其是在西南地區(qū)，山體眾多，山勢陡峻，土壤結(jié)構(gòu)疏松，易積水，溝谷河流遍布于山體之中，與之相互切割，因而形成眾多的滑坡地質(zhì)災(zāi)害?；率堑刭|(zhì)災(zāi)害的一種，它對人民財產(chǎn)安全、國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成了巨大的危害[1-4]。在充分了解滑坡基本特征、成因機制等基礎(chǔ)上，通過穩(wěn)定性計算，對滑坡地質(zhì)災(zāi)害進行有效的預(yù)防以及治理，將其對生命財產(chǎn)安全的威脅降低到最小程度。

滑坡在“5.12”地震之前已存在變形，但未造成明顯損失。“5.12”地震之后滑坡發(fā)生了較明顯的變形破壞?；轮饕＜按迩f40戶200余人的生命財產(chǎn)安全以及村莊連接外界的道路。本文針對該滑坡的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境特征，研究其基本特征，尤其是變形情況，分析其穩(wěn)定性，并預(yù)測其發(fā)展趨勢，為該滑坡的預(yù)防和治理提供可靠依據(jù)。

1工程概括

勘查區(qū)位于岷江支流草壩河谷左岸，地貌形態(tài)總體上屬中山河谷斜坡地貌。河谷兩側(cè)地形陡峻，山高坡陡，大小溝谷發(fā)育，溝谷形態(tài)多呈“V”字形，溝谷切割深度最大達1 000 m左右?？辈閰^(qū)斜坡總體上近南北走向，前緣以草壩河為界；地勢北高南低，斜坡總體落差約200 m左右，地形坡度一般20°～40°之間。

勘查區(qū)斜坡組成物質(zhì)從上至下主要有第四系殘坡積、第四系滑坡堆積層、第四系沖洪積及泥盆系危關(guān)群(Dwg1)。

勘查區(qū)內(nèi)總體上為中山河谷區(qū)，地表溝谷較發(fā)育，沖溝與草壩河共同構(gòu)成工作區(qū)地表水排泄網(wǎng)絡(luò)。大氣降水通過沖溝匯集向草壩河排泄。草壩河自西向東流經(jīng)工作區(qū)，為區(qū)內(nèi)地表水、地下水排泄基準(zhǔn)面。區(qū)內(nèi)地下水按其賦存的形式可分為基巖裂隙水和松散層孔隙水兩種類型。

勘查區(qū)位于龍門山華夏系構(gòu)造體系之中南段的九頂山華夏系構(gòu)造帶內(nèi)，又屬于甘孜—松潘地槽褶皺帶與揚子地臺之間隙褶皺亞系，構(gòu)造復(fù)雜。

2滑坡基本特征

2.1滑坡形態(tài)

滑坡位于岷江一級支流草壩河左岸斜坡地帶，地勢北高南低，滑坡后緣高程約1 991～1 998 m，前緣至草壩河，高程約1 840 m，總體落差約150～160 m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查滑坡中后緣分布1個次級滑體、2個小變形體。另外，緊挨變形體1發(fā)育1個溜滑體。

滑坡呈明顯的圈椅狀地貌，總體上屬中山河谷斜坡地貌，滑坡后緣及兩側(cè)均為高大陡坡，滑坡地勢較低，總體位于槽型地帶?；缕拭嫔铣噬舷戮徶虚g陡的臺階狀。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滑坡區(qū)微地貌特征主要表現(xiàn)為斜坡、臺地、陡壁、陡坎及沖溝等形態(tài)。

圖1　勘查區(qū)工程地質(zhì)平面圖

圖2　滑坡全貌圖

滑坡平面形態(tài)呈舌形狀，縱向長360 m，橫向?qū)捈s40～170 m不等，面積約4.7萬m2?；缕拭嫔系孛嫘螒B(tài)主要呈臺階狀，后緣高程1 995 m左右，前緣高程約1 840 m左右，前后緣高差約155 m，縱向平均坡角20.2°。據(jù)本次勘查資料分析，滑體深度一般10～22 m不等，總體積約(65～70)×104m3，屬中型土質(zhì)滑坡。

滑坡后緣為高度2～3 m的陡壁，為滑坡整體滑動后下錯所致，目前現(xiàn)場調(diào)查還可以清晰地被看到。滑坡西側(cè)邊界：其中后緣主要是根據(jù)分布的剪切裂縫確定；前緣主要為現(xiàn)存的自然沖溝，滑坡西側(cè)邊界局部地段基巖出露。滑坡東側(cè)邊界：其中中后緣邊界為一段連續(xù)陡坡，坡腳局部分布有小沖溝。據(jù)訪問，原沖溝沿邊界基本連通，后由于修路局部被填埋；前緣主要多數(shù)基巖出露?；虑熬壷敛輭魏?，前緣可見基巖出露。根據(jù)滑坡上裂縫等變形形跡方向及滑坡邊界條件推算，主滑方向165°。

2.2滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑坡滑體物質(zhì)主要為塊碎石土和粉質(zhì)黏土，以粉質(zhì)黏土為主，滑體表層結(jié)構(gòu)松散，深部滑體較密實。碎石成分主要為灰色千枚巖、砂質(zhì)千枚巖，碎石大多數(shù)為強風(fēng)化，多數(shù)呈片狀及棱角狀。塊石主要為白色石英巖、灰色細粒硅質(zhì)石英巖，塊石多數(shù)為中風(fēng)化，常見塊徑為30～100 cm，粉質(zhì)黏土，灰色、深灰色、淺黑色，呈硬塑—可塑狀態(tài)。

滑體土的結(jié)構(gòu)不均勻，土石比在空間上的變化較大，但從地域上看無明顯的變化規(guī)律，滑體中碎塊石含量較少者僅10%左右，碎塊石含量較高者可達70%左右(zk13)，一般含量為15%～30%。在垂向上，碎塊石含量的變化也較大，有時以塊碎石為主，有時以粉質(zhì)黏土為主，但滑體中碎塊石的含量一般也無明顯的垂向變化規(guī)律。

在勘查中，多個鉆孔及山地工程都不同程度地揭露了滑移帶或軟弱帶，綜合起來，滑帶土主要為含角礫小碎石的粉質(zhì)黏土，角礫碎石含量一般10%～20%，局部純粉質(zhì)黏土，角礫成分以千枚巖為主，含少量石英顆粒，千枚巖角礫一般呈鱗片狀，石英角礫有一定的磨圓性，表面有磨光痕跡。粉質(zhì)黏土灰色或淺黑色，與上下土體顏色有較大差異，部分鉆孔土體有擠壓搓揉破碎特征；濕度相對較大，可塑狀；黏性普遍較高，常常有滑膩感。(如圖3～4所示)。

圖3　ZK08滑帶

滑移帶的厚度有明顯的差別，一般介于0.2～1.9 m之間，平均值為0.50 m。

根據(jù)鉆孔揭露，滑床主要為泥盆系危關(guān)群組(Dwg1)千枚巖，巖層產(chǎn)狀212°-248°∠47°-78°，巖體一般呈薄層狀結(jié)構(gòu)，受構(gòu)造作用，小規(guī)模褶皺較發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變化較大，區(qū)內(nèi)巖層表層風(fēng)化強烈較破碎。

圖4　探槽6滑帶

2.3滑坡變形破壞跡象

“5.12”地震后滑坡變形明顯再次加劇，特別是滑坡中部平臺內(nèi)側(cè)變形跡象尤為明顯。根據(jù)調(diào)查，滑坡中后部出現(xiàn)了一系列拉張裂縫，其中位于滑坡后緣公路附近的拉裂縫近乎貫通，裂縫延伸長度約60～70 m，裂縫張開度10～30 cm不等，裂縫外側(cè)土體下挫2～3 m不等，并導(dǎo)致上山碎石路錯斷約50 m?；潞缶壌u房后側(cè)堡坎明顯傾斜。

滑坡中部平臺變形跡象也相當(dāng)明顯，平臺內(nèi)側(cè)堡坎受后側(cè)滑體擠壓推移，局部墻體整體外移約1 m左右，目前堡坎多數(shù)距離前部房屋不足1 m。堡坎底部簡易水溝也因擠壓嚴重壓縮，目前水溝寬度不足20 cm，排水溝地面隆起變形明顯?；轮胁科脚_水泥硬化路面受次級滑坡推移作用，多處地面位移隆起，其中以沙排小學(xué)操場地面隆起最為明顯，初步調(diào)查地面相對位移達50 cm左右，地面隆起高度約20 cm，隆起裂縫延伸長度約30 m,導(dǎo)致小學(xué)校舍嚴重變形，樓梯明顯錯位，現(xiàn)場調(diào)查校舍二樓樓面都明顯隆起。平臺房屋基礎(chǔ)多數(shù)存在明顯位移。

此外滑坡東側(cè)邊界附近街道水泥路面外側(cè)出現(xiàn)明顯拉裂縫，裂縫延伸長度約10～15 m，裂縫張開度2～3 cm不等，裂縫外側(cè)土體下挫1 cm不等。

從勘查期間裂縫簡易變形監(jiān)測來看，多數(shù)裂縫存在不同程度的相對位移，最大位移量大于2 cm，普遍裂縫相對位移在2～9 mm之間，說明滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性較差。

2.4滑坡成因機制及演化過程

分析滑坡及其次級滑體主要是由于后緣崩塌加載、前緣牽引以、降水、地震及人為切坡綜合作用形成的?；绿幱谥猩胶庸刃逼碌貛?，區(qū)域內(nèi)巖體主要由千枚巖組成，巖體易風(fēng)化剝落，原始斜坡在后緣不斷崩塌加載情況下，中部前緣土體在臨空條件較好時發(fā)生了局部牽引，滑體堆積在下坡坡腳形成主滑體。

圖5　滑坡形成過程示意圖

后由于修建房屋人為在中部緩坡區(qū)大量切坡，致使滑坡后緣臨空面增大，在地震及降雨作用下，誘發(fā)后緣土體次級滑移。次級滑體形成與人為切坡有很大關(guān)系。

綜上所述，滑坡是在后緣崩塌堆積物的不斷加載、前緣牽引以及地表水雨水大量入滲等諸因素的綜合作用下形成的沿基巖面和土體內(nèi)軟弱面次級滑

動的混合式土質(zhì)滑坡。

2.4.1地層巖性

滑坡區(qū)地層巖性為泥盆系千枚巖，遇水易軟化，屬滑坡災(zāi)害的易發(fā)地層。另外，千枚巖極易受風(fēng)化，其風(fēng)化后多形成松散的粉質(zhì)黏土夾碎石或角礫，透水性一般較弱，但若其母巖含石英角礫豐富，則透水性稍好，在水的作用下易飽水、變形。

2.4.2大氣降雨

滑體主要為千枚巖風(fēng)化后形成的碎塊石土，坡體物質(zhì)松散透水性較好，降雨多在重力作用下入滲至坡體內(nèi)，增加坡體自重，影響坡體穩(wěn)定性。

目前在滑坡后緣邊界附近有多條拉張裂縫分布，降雨可直接沿裂縫進入滑體或至滑坡土巖接觸帶(滑面)，軟化滑帶會進一步影響坡體穩(wěn)定性。

2.4.3地震對滑坡的影響

在“5.12”地震過程中，坡體受到震動影響，使該滑坡出現(xiàn)了變形加劇，降低了坡體的穩(wěn)定性，也使坡體堆積物更趨松散化，更易于降雨的入滲。

2.4.4人類活動對滑坡的影響

滑坡體上，土體耕作引水灌溉，增加了地表水的補給量，增大了坡體自重；滑坡體上修路筑房大面積切坡，破壞了斜坡原有結(jié)構(gòu)，同時又增大了臨空面，誘發(fā)局部滑塌變形?；虑熬壵咏亓餍藿ㄋ畮?，致使水位抬高，滑坡前緣受水位影響。

3滑坡穩(wěn)定性評價

3.1穩(wěn)定性計算原理

采用傳遞系數(shù)法計算其穩(wěn)定性系數(shù)。傳遞系數(shù)法就是將滑動土體豎直分成若干個土條，把土條看成是剛體，考慮了條塊間的相互作用力，并假定條塊剩余下滑力平行于該條塊滑面，然后分別求出作用于各個土條上的滑動力矩和抗滑力矩，受力分析如圖6所示。

圖6　傳遞系數(shù)法(折線型滑面)計算模型

3.1.1穩(wěn)定性系數(shù)計算公式

(1)

其中：

Ri=(Wi((1-rU)cosθi-Asinθi)-RDi)tanφi+CiLi

(2)

Ti=Wi(sinθi+Acosθi)+TDi

(3)

(4)

式中：ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)即：

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1；

(5)

3.1.2剩余下滑推力計算公式

Pi=Pi-1ψi-1+KS×Ti-Ri,

(6)

式中：Pi為第i條塊推力(kN/m)；Pi-1為第i條塊的剩余下滑力(kN/m)；Ks為設(shè)計安全系數(shù)，取1.15。

3.2滑坡變形破壞模式及工況

本次對滑坡的3條縱剖面都進行了穩(wěn)定性計算，每條剖面采用3種滑動模式(次級滑動、前緣牽引滑動、整體滑動)，根據(jù)傳遞系數(shù)法的原理對滑體進行條分(附穩(wěn)定性計算剖面條分圖)。

根據(jù)崩塌堆積體的特征及其可能出現(xiàn)的各種荷載情況及組合，計算中主要考慮自重、降雨、地震等，本次選定如下3種工況計算上述各剖面的滑坡穩(wěn)定性及各滑塊的剩余下滑力，具體方案如下：工況1：自重；工況2：自重+暴雨狀態(tài)；工況3：自重+地震(圖7)。

圖7　滑坡不同剖面不同滑動模式計算模型

3.3滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)選取

3.3.1滑體重度的確定

根據(jù)可研和本次勘查所取細粒土常規(guī)試驗分析資料及現(xiàn)場大重度試驗資料，結(jié)合滑體土的平均土石比確定計算時采用的滑體土重度值為：滑體天然重度：19.5 kN/m3，滑體飽和重度：20 kN/m3。

3.3.2滑帶土C、φ值確定

1)室內(nèi)試驗。滑帶土C、φ值根據(jù)巖土試驗成果及反算結(jié)果綜合分析確定?？辈楣踩?組滑帶土原狀樣進行室內(nèi)試驗，在不同狀態(tài)下的抗剪強度統(tǒng)計值見表2-3。由于本次室內(nèi)進行的是滑帶土反復(fù)殘余剪切試驗，試驗值明顯偏小，不宜采用，本次僅采用滑帶土快剪試驗值參與抗剪強度綜合取值。

2)反算。該滑坡為地震后變形，滑坡變形主要受震后降雨影響，本次1-1′剖面作為反演計算剖面，給定穩(wěn)定系數(shù)為1.0，經(jīng)過反算得出其飽和抗剪強度為：C=10.1 kPa，內(nèi)摩擦角=17.6°。

圖8　滑坡滑帶參數(shù)反演計算條分圖

綜合上述結(jié)果，最終確定滑坡滑帶土抗剪強度參數(shù)值見表1。

表1　滑坡滑帶土抗剪強度取值表

3.4穩(wěn)定性計算結(jié)果及分析

利用傳遞系數(shù)法對各剖面進行穩(wěn)定性計算，得到的計算結(jié)果見表2。

從計算結(jié)果來看，滑坡后緣次級滑體在天然狀態(tài)下多處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定之間，滑坡西側(cè)2-2′剖面穩(wěn)定性最差，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及地震狀態(tài)下3剖面次級滑體均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場變形跡象，滑坡次級滑體西側(cè)變形跡象明顯大于東側(cè)，且從勘查期間裂縫簡易變形監(jiān)測來看，多數(shù)裂縫存在不同程度的相對位移，最大位移量達2 cm，普遍裂縫相對位移在2～9 mm之間，說明次級現(xiàn)狀穩(wěn)定性較差，與計算結(jié)果較吻合。

滑坡主滑體，計算結(jié)果顯示滑坡天然狀態(tài)下多處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定之間，暴雨及地震工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從滑坡長期變形形式來看，在中部未切坡前，滑坡平臺外側(cè)陡坎就存在局部溜滑現(xiàn)象。前緣牽引式滑體計算結(jié)果也顯示滑坡前緣滑體存在牽引滑動可能。綜合分析1-1′、2-2′剖面主滑體不具備整體滑移條件，主要為前緣滑體牽引滑動。

表2　滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果一覽表

主滑體東側(cè)邊界3-3′剖面，勘查資料顯示滑坡剖面滑體埋深較大，滑面傾角較陡，滑面幾乎無阻滑段，從計算結(jié)果來看3-3′剖面具備整體滑動條件。

4結(jié)語

1)滑坡長期蠕動變形及可能失穩(wěn)的主要影響因素有4個方面：一是滑坡區(qū)地層巖性為泥盆系千枚巖，遇水易軟化；二是滑體主要為千枚巖風(fēng)化后形成的碎塊石土，且坡體物質(zhì)松散透水性較好；三是坡體受到震動影響，使該滑坡出現(xiàn)了變形加劇；四是人類活動對滑坡的影響，土體耕作灌溉、修路筑房切坡、滑坡前緣水庫致使水位抬高。

2)滑坡主滑體，計算結(jié)果顯示滑坡天然狀態(tài)下多處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定之間，暴雨及地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)?；潞缶壌渭壔w在天然狀態(tài)多處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定之間，滑坡西側(cè)2-2′剖面穩(wěn)定性最差，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及地震狀態(tài)下3-3′剖面次級滑體均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要對該滑坡進行及時治理。

針對該滑坡的變形特征、滑坡性質(zhì)、滑體物質(zhì)組成特征影響坡體穩(wěn)定的敏感因素及所保護的對象等綜合分析，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的原則，建議采用抗滑樁對滑坡及次級滑體實行分級支擋。建議沿滑坡后緣修建截排水溝防止地表水大量入滲。

參考文獻

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[4] 交通部第二勘察設(shè)計院．路基[M]．2版．北京：人民交通出版社，1996．

The Southwest Landslide Basic Characteristics and Stability of Variety of Failure Mode Analysis

CHEN Yan, etc.

(StationSichuanGeologicalEnvironmentalMonitoring,Chengdu610081,China)

Abstract：The southwest landslide after the 5.12 earthquake occurred obvious signs of loosing stability failure. The landslide is the ancient landslide, and the front development has a secondary landslide. This landslide is with a large scale by the influence of some external factors such as continuous rainfall and the construction disturbance. Through field investigation, drilling monitoring way to master the basic characteristics of the landslide deformation and failure, and according to the rigid body limit equilibrium method to make an analysis and predictions to stability status and development to three different failure modes in order to provide reliable references for landslide dispose.

Key words：landslides; the basic characteristics; failure mode; the stability calculation; stability evaluation

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-8984(2016)01-0080-07

中圖分類號：P694

作者簡介：陳彥(1979-)，男(漢)，四川成都，工程師

收稿日期：2015-11-24

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.019

主要研究地質(zhì)災(zāi)害防治。