貴州省印江縣革底滑坡基本特征及其穩(wěn)定性評價*

李宗發(fā)，呂 剛，杜方哥

(1貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550081；2貴州地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550081；3貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550081)

0 引言

2014年7月16日晚上10時左右至次日凌晨7時，貴州省印江縣木黃鎮(zhèn)革底村發(fā)生特大型滑坡地質(zhì)災(zāi)害，造成3人受傷、260棟房屋及一所小學(xué)校舍倒塌，破壞耕地約8.0公頃，84頭豬、牛死亡，造成嚴重的經(jīng)濟損失，共涉及334戶1024人，所幸未造成人員死亡?；滦纬傻难呷?gòu)成次生泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患，直接威脅其下游3個村寨85戶325人生命財產(chǎn)及省道公路的通行安全，是一起突發(fā)性的特大型巖土體滑坡，研究其基本特征及開展穩(wěn)定性評價對災(zāi)后重建與滑坡治理具有必要性和緊迫性。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

革底村滑坡處于溶蝕-侵、剝蝕性深切河谷斜坡地貌，總體地勢為東高西低。最高點位于革底村后山頂(海拔1033.45 m)，最低點對門溝溝床(海拔約855.6 m)，相對高差最大達177.85 m。滑坡后緣的最高海拔標(biāo)高為1012.99 m，最低點海拔標(biāo)高為855.6 m，相對高差157.39 m。自然斜坡呈臺階狀，自然坡度為20°～30°；斜坡上部和下部谷岸自然坡度較大，為40°，中部的平臺地勢相對較緩。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

該滑坡所處大地構(gòu)造位置為華南大陸板塊-揚子陸塊-上揚子陸塊-鄂湘渝黔前陸褶斷帶[1-2]中東部北北東向構(gòu)造變形區(qū)之?dāng)鄩K構(gòu)造區(qū)南東部、沿河背斜北西翼。滑坡區(qū)及周邊斷裂不發(fā)育，為單斜地層，地層傾向275°～290°，傾角20°～25°，發(fā)育330°∠76°和65°∠61°兩組節(jié)理裂隙，自然斜坡為一典型的順向坡結(jié)構(gòu)坡體。

1.3 地層巖性

據(jù)勘查資料，該滑坡及周邊出露地層為第四系殘坡積層(Qdl+el)和奧陶系下統(tǒng)大灣組(O1d)地層，自上而下為：

(1)第四系殘坡積層(Qdl+el)

上部為紫褐色、紅褐色及黃褐色耕植土層，由含砂、碎石、植物根須的粉質(zhì)粘土組成，厚度0.2～0.5 m。中部為黃褐色碎石粉質(zhì)粘土，粘土呈可塑狀，碎塊狀結(jié)構(gòu)，主要分布在坡體中部平臺地及緩斜坡上，厚度1.6～3.5 m。下部為紫紅色及磚紅色碎石粉質(zhì)粘土，厚度1.5～3.6 m。

(2)奧陶系下統(tǒng)大灣組(O1d)

為紫紅色、磚紅色中層至厚層瘤狀泥灰?guī)r間夾泥質(zhì)條帶，泥灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，厚度大于100 m，其中，強風(fēng)化層厚度變化大，為2.5～8.6 m。

1.4 水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地下水類型為第四系松散層類孔隙水、基巖裂隙水及巖溶裂隙水，地下水埋深相對較大，分析結(jié)果表示地下水化學(xué)型為HCO3-Ca型水[4](重碳酸鈣型水)。地下水主要由大氣降雨補給，地下水總體由東向西徑流，并以泉的形式排泄于對門溝。

1.5 工程地質(zhì)特征

按照巖石力學(xué)性質(zhì)、巖性及組合關(guān)系，分為軟質(zhì)巖類及松散巖類工程地質(zhì)巖組。軟質(zhì)巖類為奧陶系下統(tǒng)大灣組泥灰?guī)r間夾厚30～80 mm的泥質(zhì)條帶，力學(xué)強度較低，受層間軟弱層影響，穩(wěn)定性較差。松散巖類為第四系殘坡積層，具有結(jié)構(gòu)松散、力學(xué)強度低、富水性能差之特點。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征

革底滑坡邊界清楚，其后緣接近革底村后山頂，前緣跨過對門溝推移到對岸約50 m高的斜坡上，滑坡左側(cè)緣切過革底村寨，剪切滑動面垂直錯距達10 m，滑坡右側(cè)沿山脊邊緣形成垂直錯距達14 m的剪切滑動面；左前緣滑體堵塞對門溝使其上游形成面積超過10000 m2的堰塞湖；滑坡平面形態(tài)呈“喇叭狀”(圖1)。

圖1 革底滑坡全景圖Fig.1 Panoramic photo of Gedi Landslide

該滑坡體后緣寬175 m，前緣寬530 m，滑坡體斜長615 m，滑體平均厚度11 m，滑坡體積約238.47×104 m3，屬特大型巖土體滑坡。該滑坡滑動時間長達9 h，由前緣開始滑動，逐步傳遞到后緣，規(guī)模大的滑動有5次，為較典型的牽引式滑坡。

2.2 滑坡體特征

2.2.1 物質(zhì)組成

革底滑坡的滑體物質(zhì)組成從上至下依次為耕植土、粉質(zhì)粘土夾碎石、碎石土夾粉土、泥灰?guī)r。粉質(zhì)粘土呈可塑-軟塑狀，多分布在地勢平緩地帶；碎石土夾粉土主要由紫褐色、紫紅色泥灰?guī)r碎石、塊石組成，碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，含量10%～25%，體積為0.5～2.5 m3，夾有軟塑-可塑狀粉土，鉆孔揭露滑體的泥灰?guī)r厚度1.5～6 m。

2.2.2 滑床特征

革底滑坡的滑床為泥灰?guī)r，滑床具多層特點，局部在節(jié)理裂隙脆弱面下切進入下一個巖層面，前緣滑床切層發(fā)育較明顯?；聝蓚?cè)可以見清晰的滑床(圖1、圖2)。

2.2.3 物理力學(xué)特征

根據(jù)勘查資料，該滑坡體土的物理力學(xué)性質(zhì)為：天然含水量27.9%～33.6%，均值30.73%，變異系數(shù)0.06；天然重度17.4～17.9 kN/m3，均值17.61 kN/m3，變異系數(shù)0.01；飽和重度18.4～18.8 kN/m3，均值18.53 kN/m3，變異系數(shù)0.01；孔隙比0.837～0.971，均值0.91，變異系數(shù)0.05；飽和度90.0%～93.4%，均值91.28%，變異系數(shù)0.02；液限38.1%～48.3%，均值42.65%，變異系數(shù)0.08；液性指數(shù)0.35～0.45，均值0.38，變異系數(shù)0.09；塑限21.5%～25.4%，均值23.38%，變異系數(shù)0.09；塑性指數(shù)16.6～22.9，均值19.27，變異系數(shù)0.11。

圖2 滑坡左緣滑床與陡坎Fig.2 Scarp and slide bed on the left edge of the landslide

2.2.4 滑動帶特征

滑帶土為奧陶系下統(tǒng)大灣組泥灰?guī)r間夾的泥質(zhì)條帶，呈可塑至軟塑狀，由于受切層影響，滑動帶呈折線分布，且分布不規(guī)則，厚度 30～80 mm。滑帶土失水狀態(tài)下極易崩解和收縮，且吸水性能較強。滑帶土樣測試分析結(jié)果為：天然密度2.64～2.70 g/cm3，均值2.68 g/cm3，標(biāo)準值2.70 g/cm3；干密度2.39～2.43 g/cm3，均值2.41 g/cm3，標(biāo)準值2.43 g/cm3；飽和密度2.90～2.97 g/cm3，均值2.94 g/cm3，標(biāo)準值2.96 g/cm3；天然抗壓強度28.104～67.104 MPa，均值49.968 MPa，變異系數(shù)0.31，標(biāo)準值37.192 MPa；飽和抗壓強度22.48～53.68 MPa，均值39.976 MPa，變異系數(shù)0.31，標(biāo)準值29.76 MPa。

2.3 滑坡變形破壞特征

革底滑坡前緣開始滑動，滑動方向為280°，出現(xiàn)險情后，當(dāng)?shù)亓⒓唇M織人民群眾應(yīng)急撤離至滑坡中部革底小學(xué)避險；次日凌晨1點和3點左右又發(fā)生第二、三次規(guī)模較大的滑動；凌晨4點左右，革底小學(xué)及附近出現(xiàn)地面變形開裂，集中在革底小學(xué)的村民二次轉(zhuǎn)移至滑坡體南外側(cè)，凌晨5點左右，革底小學(xué)區(qū)開始滑動；上午7∶00點左右，滑坡體中后部整體快速滑動，將革底村、坨里及革底小學(xué)房屋推倒毀壞?；潞缶壭纬纱怪卞e距15～20 m的剪切面、水平錯距達10～15 m和橫寬175 m、斜長約200 m的弧形拉張裂縫區(qū)?；伦髠?cè)緣切過革底村寨形成垂直錯距達10 m的剪切滑動面，水平錯距達6 m，且剪切面無明顯擦痕，局部滲水嚴重；滑坡右側(cè)沿山脊邊緣形成垂直錯距達14 m的剪切滑動面，水平錯距達8 m，滑動面擦痕明顯；滑坡體中部裂縫縱橫交錯，巖層出現(xiàn)“反傾”現(xiàn)象，局部有旋轉(zhuǎn)，形成4處積水坑?；虑熬壔w從對門溝底部剪出，跨過對門溝推移至對岸約50 m高的斜坡上，推移距離約80 m，造成地表隆起，出現(xiàn)鼓丘和鼓脹裂縫。由于滑體前緣受對門溝對岸和先滑堆積體阻撓，導(dǎo)致滑坡中前部最終偏離原始滑動方向旋轉(zhuǎn)至245°～250°方向滑動，使革底村寨沿250°方向滑移距離約150 m、坨里村寨沿245°方向滑移達100 m；滑坡左前緣滑體堵塞對門溝使其上游形成堰塞湖(圖3)。由此可知，該滑坡形成的變形破壞模式為旋轉(zhuǎn)牽引式滑坡。

圖3 滑坡前緣堰塞湖Fig.3 The imprisoned lake in front of the landslide

3 滑坡穩(wěn)定計算與評價

3.1 巖土參數(shù)取值

根據(jù)勘查取樣測試分析結(jié)果及滑坡土石比約為6∶4進行綜合取值，滑體天然重度：21.456 kN/m3，飽水容重為23.06 kN/m3；革底滑坡最初滑動以順層為主，滑動面參數(shù)經(jīng)過反演，并參照相關(guān)規(guī)范[4]綜合確定。強降水時考慮為全飽水狀態(tài)，滑帶土抗剪強度指標(biāo)采用飽水狀態(tài)指標(biāo)。即滑帶飽和狀態(tài)：粘聚力C=16 kPa ，內(nèi)摩擦角φ=12°。

3.2 計算工況選取

考慮到降雨對滑坡穩(wěn)定性影響較大，所以，選擇以下兩種工況進行計算：

工況Ⅰ：自重(天然狀態(tài))；

工況Ⅱ：自重+50年一遇暴雨(暴雨狀態(tài))。

因滑體無集中荷載，基本荷載取滑體自重，地下水位以上的滑體取天然重度，地下水位以下的滑體取浮重度?？紤]降雨在滑體內(nèi)產(chǎn)生滲透壓力對滑體穩(wěn)定性的影響，計算中主要通過增大滑體內(nèi)的滲透壓力及滑體重度來得以體現(xiàn)?；虑熬墴o大型水體，不考慮水位變化對滑坡穩(wěn)定性的影響；該滑坡位于地震Ⅵ度設(shè)防區(qū)，不考慮地震應(yīng)力的影響。

3.3 計算模型的確定

根據(jù)滑坡變形破壞模式及折線型滑面，參考其他地區(qū)滑坡穩(wěn)定性分析評價資料[5-8]，穩(wěn)定性計算數(shù)學(xué)模型選用折線型滑坡穩(wěn)定性驗算方法和計算模型[9](圖4)，并選擇主滑方向剖面1-1’、2-2’以及3-3’作為穩(wěn)定性驗算剖面(圖5)。

圖4 滑坡穩(wěn)性計算模型圖Fig.4 Landslide stability calculation model

圖5 印江縣革底滑坡穩(wěn)定性計算模型剖面圖Fig.5 Section map of the stability calculation model of Gedi Landslide

3.4 穩(wěn)定性計算方法及計算公式

按規(guī)范[10]中傳遞系數(shù)法計算滑坡的穩(wěn)定系數(shù)及滑坡剩余下滑推力。其穩(wěn)定系數(shù)Fs的計算公式為(考慮動水壓力，不考慮地震力作用)：

Ri=[Wicosαi+Disin(βi-αi)]tanφi+cili(i=1，…，n)

Ti=Wisinαi+Dicos(βi-αi) (i=1，…，n)

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1(j=i)

式中：Fs—穩(wěn)定性系數(shù)；Ri—作用于第i塊段的抗滑力(kN/m)；Ti—作用于第i塊段滑面上的滑動分力(kN/m)；Rn—作用于第n塊段的抗滑力(kN/m)；Tn—作用于第n塊滑動面上的滑動分力(kN/m)；Di—作用于第i塊的動水壓力(kN/m)；Wi—第i條塊自重標(biāo)準值與相應(yīng)附加荷載之和(kN/m)；Ci—第i條塊滑面粘聚力標(biāo)準值(kPa)；φi—第i條塊滑面內(nèi)摩擦角標(biāo)準值(°)；ψj—第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(shù)(j=i時)。

其中滑體內(nèi)動水壓力計算公式如下：

Di=γwhilicosαisinβi

式中：γw—水的重度，取10 kN/m3；hi—第i條塊地下水位(m)；li—第i條塊滑面長度(m)；αi—第i條塊滑面傾角(°)；βi—第i條塊地下水流向。

3.5 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果與評價

選取具有代表性1-1′、2-2′、3-3′剖面作驗算，根據(jù)穩(wěn)定性計算，結(jié)合滑坡形成時間、空間關(guān)系進行分析，并參照滑坡穩(wěn)定性評判標(biāo)準[9](表1)，其計算結(jié)果及分析見表2。經(jīng)穩(wěn)定性計算，3條剖面在兩種工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明該滑坡滑動后已經(jīng)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 滑坡穩(wěn)定性判別標(biāo)準[9]

表2 滑坡穩(wěn)定性計算及評價結(jié)果表

4 滑坡成因分析

2014年7月10日至14日，印江縣木黃鎮(zhèn)革底村連續(xù)4日降雨，尤其是7月14日連續(xù)8小時降雨量超過250 mm，為50年一遇特大暴雨。革底滑坡原始地形坡度與巖層傾角基本相同，且為順向坡結(jié)構(gòu)，奧陶系下統(tǒng)大灣組泥灰?guī)r間夾多層軟弱泥質(zhì)條帶，加之對門溝岸自然臨空面較高，在持續(xù)(強)降雨影響下，導(dǎo)致溝岸巖土體失穩(wěn)產(chǎn)生滑動，加之受泥灰?guī)r發(fā)育的一組走向與坡向垂直的節(jié)理裂隙控制，由溝岸向坡體上方產(chǎn)生多次牽引滑動；因先形成的滑動堆積體對后期滑動的阻擾，導(dǎo)致后期滑動方向轉(zhuǎn)至向溝谷下游方向滑動，在其前緣出現(xiàn)沿巖石節(jié)理裂隙產(chǎn)生切層滑動，因此，最終形成順層(中后部)至切層(前緣)巖土體滑坡，滑坡體堵塞溝谷形成 “堰塞湖”。

5 滑坡治理方案建議

雖然該滑坡體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，為避免“堰塞湖”潰壩產(chǎn)生次生溝谷泥石流危害下游四古梁、下革底、坡底下等村寨及省道公路交通運輸安全而引發(fā)災(zāi)害鏈，建議采用村民異地搬遷安置和對滑坡體分臺階整治為旱地、臺階內(nèi)側(cè)修筑排灌溝、滑坡后緣及側(cè)緣放坡后修筑截排水溝、加固 “堰塞湖”的“土石壩”和修筑灌溉渠進行綜合治理，使“堰塞湖”變成小型水庫，有效灌溉下游耕地，從而變?yōu)臑槔?/p>

6 結(jié)論

綜上所述，得出如下幾點結(jié)論：

1)革底滑坡邊界清楚，滑動帶為奧陶系下統(tǒng)大灣組泥灰?guī)r間夾泥質(zhì)條帶中的泥質(zhì)條帶，滑動面為泥質(zhì)條帶與泥灰?guī)r界面，受巖石節(jié)理裂隙控制，滑面呈折線型；具有多級滑動面和多次滑動和滑向旋轉(zhuǎn)的特點，為大型順層至切層旋轉(zhuǎn)牽引式巖土體滑坡。

2)滑坡所處斜坡坡度與巖層傾角基本一致、順向坡結(jié)構(gòu)、溝岸臨空和巖石節(jié)理裂隙發(fā)育為滑坡形成提供了有利的地質(zhì)條件，在持續(xù)(強)降雨影響下引發(fā)了該滑坡。

3)通過穩(wěn)定性計算結(jié)果表明：在自然和50年一遇暴雨工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明該滑坡滑動之后已經(jīng)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4)該滑坡左前緣滑體堵塞對門溝形成“堰塞湖”， “堰塞湖”的“土石壩”潰壩而形成次生溝谷泥石流地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，直接威脅下游村寨及公路交通運輸安全。

5)提出了對受災(zāi)或受威脅村民進行異地搬遷安置及滑坡綜合治理方案，恢復(fù)耕地，將“堰塞湖”的“土石壩”加固變成灌溉水庫，變害為利。