九江市網(wǎng)紋紅土滑坡機(jī)理及其成因分析

康懷信

摘要：網(wǎng)紋紅土廣泛分布于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要活動(dòng)斷裂與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)九江地區(qū)網(wǎng)紋紅土中發(fā)育豐富的節(jié)理縫，同時(shí)伴隨著滑坡的形成，滑坡導(dǎo)致周邊路面變形、交通堵塞、房屋開裂倒塌及人員傷亡等，尤以長(zhǎng)虹東大道滑坡危害較嚴(yán)重，對(duì)人類的生命及財(cái)產(chǎn)造成巨大的損害，因此，研究網(wǎng)紋紅土的滑坡機(jī)理具有重大的意義。

Abstract： Reticulated red soil is widely distributed in the middle and lower reaches of the Yangtze River. In the investigation of important active faults and regional crustal stability in the Yangtze River Economic Belt， it is found that the rich joints are formed in the reticulated red soil of Jiujiang area， accompanied by the formation of landslides. Landslide causes surrounding road surface deformation， traffic jam， house cracking and collapse， and casualties， especially the Changhong East Avenue landslide is more serious， causing great damage to human life and property. Therefore， it is of great significance to study the landslide mechanism of reticulated red soil.

關(guān)鍵詞：九江;網(wǎng)紋紅土;滑坡;機(jī)理;Geoslope

Key words： Jiujiang;reticulated red soil;landslide;mechanism;Geoslope

中圖分類號(hào)：P642.13+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）16-0161-04

0? 引言

江西省是全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)、頻發(fā)且危害比較嚴(yán)重的省份之一，每年因崩塌、滑坡造成的災(zāi)害損失較大，據(jù)已完成的縣（市）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果，2000年至2012年，全省共發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害6745處，共造成262人死亡，毀房9440間，直接經(jīng)濟(jì)損失10079.07萬元[1～2]。尤其以鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的九江地區(qū)最為嚴(yán)重。

九江市是江西省的北大門，以長(zhǎng)江為界，南靠廬山北麓，東鄰鄱陽湖畔，西隅七里湖和賽湖，地形和地質(zhì)條件復(fù)雜，屬地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的城市。長(zhǎng)虹東大道位于九江市北側(cè)，于2014年建成，總體走向?yàn)闁|西向，是九江市交通主干道。近些年，九江市發(fā)生了較多的山體滑坡及土質(zhì)滑坡，據(jù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)九江市區(qū)內(nèi)已發(fā)生的中小型滑坡33處，尤其以S37高速公路邊及長(zhǎng)虹東大道滑坡地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重，影響最大，對(duì)當(dāng)?shù)亟煌ê徒?jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。長(zhǎng)虹大道滑坡發(fā)生后，研究小組對(duì)該處進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)地形地貌、地層巖性、構(gòu)造節(jié)理等的勘察，對(duì)該處滑坡進(jìn)行系統(tǒng)的分析該區(qū)域及其周邊地質(zhì)環(huán)境，進(jìn)行滑坡體分塊，研究其地質(zhì)特征、變形破壞特征、成因機(jī)理等，最后綜合分析認(rèn)為長(zhǎng)虹大道南側(cè)滑坡是由斜坡結(jié)構(gòu)、構(gòu)造節(jié)理裂隙、物質(zhì)因素、降雨及人類工程活動(dòng)等因素共同作用孕育而成的。通過對(duì)該處滑坡成因進(jìn)行系統(tǒng)的分析，從而為該區(qū)域的滑坡的防治設(shè)計(jì)工程提供有力的理論支撐，達(dá)到有效的防治效果?；略陂L(zhǎng)虹東大道兩側(cè)都有發(fā)育。

1? 滑坡區(qū)地質(zhì)背景

1.1 地形地貌

九江市北臨長(zhǎng)江，南依廬山北麓，主要屬丘陵、平原地區(qū)，山脈走向與主構(gòu)造方向一致，主要為EW、NE、NNE走向，在經(jīng)過燕山期運(yùn)動(dòng)、喜山期運(yùn)動(dòng)及第四紀(jì)所發(fā)生的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，該區(qū)經(jīng)歷過多次升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入全新世以來，地勢(shì)緩慢下降，逐漸趨于平坦，地貌成因主要為侵蝕堆積和堆積兩種類型，滑坡區(qū)的地貌形態(tài)多為沖積丘崗。

1.2 地層巖性

九江長(zhǎng)虹東大道滑坡區(qū)所處地層巖性主要有第四系進(jìn)賢組網(wǎng)紋紅土（Qp2）、第四系九江組砂礫石層（Qp1）和第三系新余群、泥質(zhì)粉砂巖（Exn）等地層。全新世亞黏土（Qh）和第四系新港組黏土（Qp3）膠結(jié)松散，為殘坡積層分布在滑坡區(qū)南部崗丘及河谷地帶，主要巖性為淺黃、灰黃、灰褐色亞黏土、黏土、亞砂土、粉質(zhì)黏土等;網(wǎng)紋紅土多為粉砂質(zhì)粘土，蠕蟲狀構(gòu)造發(fā)育，具有砂感且含有少量砂礫石，于廬山-大姑間冰期或更新世堆積[3];砂礫石層的上部往往為粘土質(zhì)砂礫石過渡帶，下部出現(xiàn)大量砂礫石，礫石成分主要為石英砂巖、硅質(zhì)巖、長(zhǎng)石石英砂巖以及局部出現(xiàn)灰?guī)r礫石，粒徑約3-8cm，磨圓度為次圓-次棱角狀，礫石不具定向性，局部可見平行層理及交錯(cuò)層理;滑坡區(qū)基巖為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，風(fēng)化程度高，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，泥質(zhì)含量較高，呈可塑-硬塑狀，巖芯呈土柱狀，力學(xué)性質(zhì)較差，遇水極易崩解，易產(chǎn)生變形和滑動(dòng)。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

九江市在區(qū)域構(gòu)造上主要位于江西省九嶺東西向構(gòu)造帶與華夏系、新華夏系構(gòu)造帶復(fù)合交接部位。構(gòu)造形跡主要有褶皺和斷裂。根據(jù)構(gòu)造形跡的發(fā)育方向，展布形式、活動(dòng)期次及相互關(guān)系，將區(qū)域內(nèi)構(gòu)造劃分為東西向構(gòu)造、北東向構(gòu)造、北北東向構(gòu)造。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為第四紀(jì)時(shí)期的升降運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)性斷裂及地震。研究區(qū)隸屬贛西北上地幔凹陷區(qū)和鄱陽湖盆上地幔隆起區(qū)之間的深層構(gòu)造變異帶上。晚第三紀(jì)末，本區(qū)開始進(jìn)入第四紀(jì)時(shí)期的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)展期，地殼運(yùn)動(dòng)以差異升降運(yùn)動(dòng)為主，廬山、沙河—瑞昌一帶的山地、丘陵和崗地總體趨勢(shì)以抬升為主，廬山山體受東、西兩側(cè)斷裂構(gòu)造夾持，在燕山運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)烈抬升，形成斷塊山，是本區(qū)域抬升最強(qiáng)烈的地段。據(jù)周邊環(huán)境地質(zhì)調(diào)查及鉆孔資料分析，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)只是在原構(gòu)造運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上的發(fā)展與延續(xù)，具有繼承性、間歇性等特征，未見明顯的差異性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的跡象。勘查區(qū)如圖1所示。

1.4 氣象水文特征

九江市地處中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，兼受廬山和長(zhǎng)江的雙重影響，冬冷夏熱，四季分明，日照充足，雨量豐富，雨熱同期。據(jù)九江市氣象局（1992～2012年）資料，多年平均氣溫15.5～17.3℃，極端最高氣溫40.2℃、極端最低氣溫-10.3℃;多年年平均降雨量為1300～1600mm，最大年降雨量為1999年的1748.0mm，最小年降雨量為1992年的1005.5mm，2005年9月2日受13號(hào)臺(tái)風(fēng)“泰莉”影響，當(dāng)日降雨量達(dá)381.9mm，連續(xù)24小時(shí)最大降雨量達(dá)480mm。降雨東多西少，山區(qū)多于盆地。降雨量年內(nèi)分配不均，受季風(fēng)環(huán)流影響，每年3～8月為集中降雨期，降雨量占全年降雨量的74.37%，12月至翌年2月降雨量最少，僅占全年降雨量的13.8%。

研究區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，以鄱陽湖為中心構(gòu)成向心水系，絕大部分的河流屬于“五河”水系，匯流于鄱陽湖。滑坡區(qū)地下水類型主要為第四系松散孔隙水，屬上層滯水，位于素填土底部，初見水位埋深0.80～16.30m，初見水位標(biāo)高39.78～79.78m，該層水位局部性存在，貫通性差，無連續(xù)穩(wěn)定的水位面，主要受大氣降水補(bǔ)給，蒸發(fā)排泄，呈季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化，年變化幅度2～3m，水量較小。主要賦存于第四系各土層及土狀基巖全風(fēng)化帶中。含水量小、富水性較弱。地下水一般受大氣降水補(bǔ)給，地下水位年變化幅度在0.5～1.00m之間。

2? 滑坡區(qū)地質(zhì)及坡體結(jié)構(gòu)特征

2.1 滑坡基本特征

九江市長(zhǎng)虹東大道南側(cè)滑坡，總體走向?yàn)闁|西向，地勢(shì)呈南高北低，滑坡最大寬度190m，最大水平長(zhǎng)度54m，滑坡后緣與坡角相對(duì)高差20m，平均厚度約5m，地形坡度約15°-35°，滑坡體積近4000m2，隱患方量近1.4萬m3?；麦w沖到路面，距原始路基9.2m，網(wǎng)紋紅土節(jié)理裂隙發(fā)育，部分可見共軛節(jié)理，主要受滑坡面上的小斷層控制。

2.2 滑坡變形特征

2015年6月在強(qiáng)降雨后，長(zhǎng)虹東大道南側(cè)路塹邊坡發(fā)生滑坡，滑坡體物質(zhì)由素填土、粉質(zhì)黏土、含礫卵粉質(zhì)黏土層組成，不均勻，厚1.0～8.5m?；麦w的后緣形成陡立的滑坡面，多為含砂礫石網(wǎng)紋紅土層，在滑坡壁上可見一系列的拉張裂縫，裂縫呈“V”型張開，無填充物，在與滑動(dòng)面交界處可見擦痕，擦痕長(zhǎng)3.0～10.0cm，寬1.0～3.0cm?；瑒?dòng)帶總體上呈折線型，后緣一帶陡直，角度近90°，滑面前緣臨空?；瑤Ш窦s0.2～0.5m，滑面上下有多條擠壓錯(cuò)動(dòng)裂縫及土體，滑帶物質(zhì)主要為軟塑的含礫粉質(zhì)粘土層，透水性及飽水性較強(qiáng)，遇水易崩解軟化，內(nèi)夾可塑狀粉質(zhì)粘土及圓礫或砂層，易被水沖刷流失，導(dǎo)致土體變形和滑動(dòng)，同時(shí)粉質(zhì)粘土經(jīng)雨水及地下水侵蝕浸泡后易軟化，黏聚力及內(nèi)摩擦角降低，形成不利的軟弱帶，為隱患體整體滑動(dòng)創(chuàng)造了條件?；禄参镔|(zhì)組成主要為紅褐色全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，巖芯塊狀及短柱狀，工程地質(zhì)性能較好，強(qiáng)度由上而下逐漸增大。剪出口處是變形最嚴(yán)重的地段，路緣石、路基、樹池都在不同程度上受到破壞，公路非機(jī)動(dòng)車道隆起高達(dá)1.3m，滑坡后緣坡頂鄉(xiāng)道可見垂直于滑坡主滑方向的張裂縫，滑坡前緣輔道瀝青路面未見明顯裂縫，可見延伸長(zhǎng)達(dá)十余米的滑坡鼓丘、，剪出口在路緣石與瀝青路面交界處。

2.3 網(wǎng)紋紅土特征

網(wǎng)紋紅土中發(fā)育節(jié)理裂隙，節(jié)理縫內(nèi)均有灰白色泥質(zhì)充填物，一般厚度5～10mm，灰白色泥質(zhì)充填物主要是粘土礦物，粘土礦物和裂縫壁表面可見水平擦痕，顯示走滑性質(zhì)?；潞缶壙梢娸^多共軛節(jié)理，主要受滑坡面上的小斷層及控制，根據(jù)節(jié)理裂隙作出的玫瑰花圖顯示，Q2中節(jié)理規(guī)律性好，主應(yīng)力方向主要為北東向，并指示區(qū)域第四紀(jì)期間以北東東向擠壓作用為主。

研究區(qū)內(nèi)的大部分網(wǎng)紋紅土形成于更新世之后，具有含水率低、密度高、土體強(qiáng)度高等特點(diǎn)，受外力后易發(fā)生脆性斷裂。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，研究區(qū)的網(wǎng)紋紅土在垂直剖面自上而下物理力學(xué)性質(zhì)一般有如下規(guī)律：含水率及液性指數(shù)逐漸增大，上部多為堅(jiān)硬狀，中部為硬塑狀，下部逐漸變?yōu)榭伤軤?，粘粒含量相?duì)粗顆粒含量減少;土體的強(qiáng)度自上而下由高變低，壓縮性由低變高，網(wǎng)紋紅土的物理力學(xué)性質(zhì)良好，壓縮系數(shù)小于0.5MPa-1，液性指數(shù)一般小于0.5，壓縮模量在11.73～13.23MPa，為中低壓縮性地基，是各種建筑物基礎(chǔ)良好的持力層。

3? Geoslope數(shù)值模擬分析

利用Geoslope軟件進(jìn)行模擬分析，通過鉆孔取樣進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及原位測(cè)試試驗(yàn)，同時(shí)綜合九江地區(qū)工程資料分析選取各地層物理力學(xué)參數(shù)如表1。

模擬結(jié)果（見表2）表明，在自然工況無地下水狀態(tài)下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)約為1.144，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)在自然工況常規(guī)水位條件下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.093，處于欠穩(wěn)定狀態(tài);但暴雨或者久雨過后，地下水位升高，穩(wěn)定系數(shù)急速降低，為0.673。Ordinary、Bishop和Janbu法的結(jié)果與Morgenstern-Price法總體一致，說明了Morgenstern-Price法具有可靠性。

4? 滑坡成因及機(jī)理分析

4.1 滑坡的成因分析

滑坡的形成受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等系列因素影響[4-5]。滑坡的影響因素可分為外部因素和內(nèi)部因素兩大類，外部因素包括降雨特征（降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間）和人類活動(dòng)等;內(nèi)部因素包括斜坡結(jié)構(gòu)、構(gòu)造節(jié)理裂隙、物質(zhì)因素等。

①降雨的影響：根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，九江地區(qū)滑坡大多發(fā)生在當(dāng)?shù)赜昙?，長(zhǎng)虹東大道滑坡也是發(fā)生在汛期?；聟^(qū)降雨頻繁，良好的地形地貌給降雨提供優(yōu)越的運(yùn)移空間，同時(shí)降雨也是地下水與地表水的直接補(bǔ)給來源，在降雨的補(bǔ)給下，地下水不斷滲透侵蝕，使得土體物理力學(xué)性質(zhì)急速降低，同時(shí)也增加了坡體自身的重力，加速了土體軟化，為滑坡的變形失穩(wěn)創(chuàng)造了有利條件從而加劇了滑坡的形成。

②人類活動(dòng)的影響：自2011年12月5日長(zhǎng)虹東大道正式開工修建以來，進(jìn)行過多次拓寬修建，大量的開挖邊坡坡體，將原始地形地貌及地表植被被破壞，形成了人工高陡邊坡，導(dǎo)致原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，造成邊坡前臨空狀態(tài)。同時(shí)在開挖出來的邊坡上缺少排水系統(tǒng)，地下水滲流加快，排水不連通，大量的積水易加速軟弱層土體軟化，破壞原始的土體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而加劇了滑坡的產(chǎn)生。

③斜坡結(jié)構(gòu)：滑坡區(qū)具有明顯的三層易滑結(jié)構(gòu)，即上部網(wǎng)紋紅土，中部砂礫石層，下部泥質(zhì)粉砂巖三層結(jié)構(gòu)。表層第四系的網(wǎng)紋紅土多為粉砂質(zhì)黏土，抗剪強(qiáng)度高，承載力較好，砂礫石層中常夾有粉質(zhì)黏土層，其透水性及飽水性較強(qiáng)，降雨入滲易形成軟弱層，軟弱層內(nèi)夾可塑狀粉質(zhì)粘土及圓礫或砂層易隨水流失，導(dǎo)致滑坡變形失穩(wěn)，底部為泥質(zhì)粉砂巖，屬于親水巖，透水性極差，抗滑能力較差，抗風(fēng)化能力弱，遇水極易軟化，大氣降水及地表水下滲后在砂礫石層中長(zhǎng)期侵蝕滲流，逐漸在裂隙中形成了軟弱帶，為滑坡的變形失穩(wěn)創(chuàng)造了有利條件。

④構(gòu)造與節(jié)理裂隙：第四系以來的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地殼以間歇性上升為主，滑坡區(qū)的隱伏斷裂及活動(dòng)斷裂對(duì)滑坡的形成具有較大的推動(dòng)作用。斷裂的活動(dòng)形成沖溝及地裂縫，為水巖作用補(bǔ)充大量的水源，而加速了土體軟化的進(jìn)程，致使軟弱結(jié)構(gòu)面貫通，為滑坡提供良好的滑動(dòng)面;滑坡區(qū)內(nèi)的網(wǎng)紋紅土物理力學(xué)性質(zhì)良好，具有含水率低、密度高、土體抗剪強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在外力作用下易發(fā)生脆性斷裂。網(wǎng)紋紅土的表面往往發(fā)育垂直節(jié)理裂隙，部分區(qū)域可見共軛節(jié)理發(fā)育，易于地下水的流通，局部常存在鐵錳質(zhì)膠結(jié)，對(duì)強(qiáng)度影響較小，在一定程度上節(jié)理裂隙增加了降雨入滲的通道，為地下水的連通提供了良好的場(chǎng)所。

⑤物質(zhì)因素：滑坡區(qū)網(wǎng)紋紅土節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙中往往充填可塑性較高的粘土，粘土主要礦物成分為高嶺石、伊利石、蒙脫石等，遇水極易軟化，且具有極強(qiáng)的吸附性與膨脹性，頻繁的降雨及地下水的補(bǔ)給使得粘土礦物的水巖作用強(qiáng)烈，粘土礦物不斷膨脹，網(wǎng)紋紅土節(jié)理裂隙不斷擴(kuò)張拉寬，導(dǎo)致原土體結(jié)構(gòu)遭受破壞而崩塌解體?；聟^(qū)砂礫石層中的礫石磨圓度較差，礫石大小不一，雜亂排列，無定向性，礫石間空隙較大，易于水體流通，承載力較差，使得上部地層處于架空狀態(tài)，在重力等外力的影響下，極易發(fā)生滑動(dòng)崩塌。

4.2 滑坡機(jī)理分析

基于以上因素，長(zhǎng)虹東大道滑坡的形成機(jī)理分析如下：

長(zhǎng)虹東大道滑坡在人工開挖的過程中形成了不穩(wěn)定斜坡，在一定程度上使得土體釋放和調(diào)整形成卸荷裂隙，卸荷裂隙往往受到重力、風(fēng)化及斜坡的物理地質(zhì)作用進(jìn)一步張開和位移，與此同時(shí)降雨及地下水不斷地在網(wǎng)紋紅土發(fā)育的節(jié)理裂隙中運(yùn)移，侵蝕并沖刷砂礫石層中的粘土礦物，并滲流到底部弱透水性的泥質(zhì)粉砂巖，使得儲(chǔ)水量不斷增加，形成高水頭，加速土體的軟化，加快了軟弱層的形成，并在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)間歇性活動(dòng)的影響下，土體抗剪強(qiáng)度降低，最終坡體在自身重力下的下滑力大于抗滑力，坡體沿著網(wǎng)紋紅土與砂礫石層的軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，形成滑坡。其形成機(jī)制過程如圖5所示。

5? 結(jié)論

①通過野外地質(zhì)調(diào)查及室內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)，分析了網(wǎng)紋紅土的結(jié)構(gòu)特征及物理力學(xué)性質(zhì)，探討了滑坡的要素、變形、結(jié)構(gòu)特征，掌握了滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，證實(shí)了滑坡為小型淺層滑坡。②基于Geoslope對(duì)長(zhǎng)虹東大道南側(cè)滑坡進(jìn)行數(shù)值模擬分析，分別以三種工況計(jì)算其穩(wěn)定性，以Morgenstern-Price法計(jì)算結(jié)果為：工況一條件下，穩(wěn)定系數(shù)為1.144，處于穩(wěn)定狀態(tài);工況二條件下，穩(wěn)定系數(shù)為1.093，處于欠穩(wěn)定狀態(tài);工況三條件下，穩(wěn)定系數(shù)為0.673，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

③長(zhǎng)虹東大道南側(cè)滑坡形成受控于滑坡區(qū)本身不利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及斜坡結(jié)構(gòu)特征，滑坡區(qū)網(wǎng)紋紅土發(fā)育的節(jié)理裂隙及砂礫石層較高的孔隙度為地下水的滲流提供良好的場(chǎng)地;其次底部弱透水性的泥質(zhì)粉砂巖，使得儲(chǔ)水量不斷增加，形成高水頭，加速土體的軟化，加快了軟弱層的形成;最后在連續(xù)的強(qiáng)降雨及人類的工程活動(dòng)切坡的誘發(fā)因素下，粘土礦物水巖作用強(qiáng)烈，吸水膨脹，土體抗剪強(qiáng)度降低，坡體自身重力的下滑力大于抗滑力，坡體沿著網(wǎng)紋紅土與砂礫石層的軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，形成滑坡。

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