貴州織金垮坡組滑坡成因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

李海軍， 董建輝， 朱要強(qiáng)， 鄒銀先， 丁 恒

(1.成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都610059； 2.成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 成都610106； 3.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院， 貴陽 550000)

貴州獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境決定了其為滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的省份之一[1]。2012年6月29日, 貴州大榕滑坡，造成約348戶1020名群眾受到威脅[2-3]。2019年7月23日，貴州省水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)坪地村岔溝組發(fā)生特大型山體滑坡,截至2019年7月29日，造成42人死亡，失聯(lián)9人， 27棟房屋損壞，其中21棟被埋[4]。2019年6月16日至2019年6月24日期間，貴州省畢節(jié)市織金縣三塘鎮(zhèn)巖硐口村垮坡組連續(xù)降中至暴雨，2019年6月27日在后山發(fā)現(xiàn)地表開裂現(xiàn)象，最大開裂寬度約5 cm，直接威脅著下部垮坡組居民7戶34人及垮坡至納雍縣張家灣鎮(zhèn)鄉(xiāng)村公路上過往行人及車輛的生命財(cái)產(chǎn)安全。2019年7月30日，發(fā)生了山體滑坡，滑坡體體積約14.95萬m3，造成垮坡至納雍縣張家灣鎮(zhèn)鄉(xiāng)村公路約100 m嚴(yán)重?fù)p毀，由于避險(xiǎn)得當(dāng)，未造成人員傷亡。

關(guān)于滑坡成因及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，穆鵬等[5]通過對(duì)隴南紅土坡滑坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究了形成該滑坡的主要因素，并做出了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；劉德平等[6]通過對(duì)滑坡區(qū)詳細(xì)的勘察，分析了滑坡成因，并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行了定量分析；魏昌利等[7]采用工程地質(zhì)分析、定量計(jì)算和數(shù)值模擬方法對(duì)滑坡堆積體穩(wěn)定性及變形破壞機(jī)制進(jìn)做了研究，并對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)；杜巖等[8]以重慶開縣桌子石滑坡為案例,基于最新的研究成果和現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果,對(duì)滑坡的成因機(jī)制進(jìn)行分析并對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算公式進(jìn)行修正；郭寧[9]通過對(duì)普格縣姚家山滑坡的基本特征及影響因素分析，研究了滑坡成因機(jī)制，并進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算；李海軍等[10]通過對(duì)貴州發(fā)耳煤礦尖山營的地形、地貌特征詳細(xì)查明，研究了滑坡的變形破壞特征及成因機(jī)制；馬平等[11]通過對(duì)甕馬高速公路順層邊坡現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)的調(diào)研，研究了順層邊坡的失穩(wěn)機(jī)理。滑坡地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[12-14]。因此，通過對(duì)貴州織金垮坡組滑坡成因及穩(wěn)定性的分析，為其邊坡的治理提供科學(xué)的依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)地貌類型屬中山地貌，居民點(diǎn)主要分布滑坡區(qū)的東北側(cè)。區(qū)內(nèi)出露地層為第四系、長(zhǎng)興組及飛仙關(guān)組，出露地段為地層反向坡?？傮w地形特征為北高，南低，高程1 880～1 977 m，最高點(diǎn)位于滑坡區(qū)后緣山頂，標(biāo)高1 977.88 m。最低點(diǎn)位于滑坡區(qū)左側(cè)沖溝與后寨-三塘道路交叉點(diǎn)，高程為1 880.77 m，相對(duì)高差達(dá)97.11 m?？迤陆M滑坡工程地質(zhì)平面圖如圖1所示。

圖1 垮坡組滑坡工程地質(zhì)平面圖

1.2 地層巖性

第四系耕植土層(Q4pd)：分布于滑坡體上原始斜坡地帶，呈褐黃色，含植物根系，結(jié)構(gòu)松散，偶夾巖石碎屑?jí)K。第四系殘坡積層(Qel+dl)：主要分布于滑坡體上原始斜坡地帶，呈黃褐～灰褐色，可塑狀，含少量碎石，碎石呈棱角形，其含量約占10%，為粉砂巖、泥巖風(fēng)化產(chǎn)物；三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)：巖性為薄至中厚層狀灰黃色、紫灰色粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥巖，呈灰黃、紫灰色，巖體完整程度為碎裂，少部分為極破碎，中風(fēng)化粉砂巖、泥巖，呈灰黃、灰綠色，巖體較破碎，巖石為軟巖，浸水后崩解，手折可斷。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)屬于長(zhǎng)江流域?yàn)踅?，區(qū)內(nèi)地表水體不發(fā)育，主要為季節(jié)性沖溝，最大水量約30.0 l/s，最小水量約0.4l l/s。在滑坡體上大部分為旱地，滑坡體中下部初露有一泉眼，流量0.421 l/s。該部分地表水體易流入滑床，造成部分水滲入滑坡體中。滑坡工程地質(zhì)剖面圖如圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

2 滑坡變形破壞特征

地帶：滑坡右側(cè)緣上部公路上出現(xiàn)有大小不同的裂縫，裂縫發(fā)育具有拉張性，集中在公路一帶滑坡體上，裂縫呈間斷性，總體走向220°～280°，最長(zhǎng)縫長(zhǎng)10.0 m、寬度0.05～0.25 m的裂縫，同時(shí)也有近垂直滑向裂縫。下部以負(fù)地形溝槽控制，直到?jīng)_溝下部?；氯矆D如圖3所示。

圖3 滑坡全貌圖

據(jù)調(diào)查，Ⅰ變形區(qū)位于已發(fā)生滑坡后緣，地坪標(biāo)高1 972.50～1 963.56 m，縱長(zhǎng)16～32 m，橫向?qū)?24 m，平均厚8 m，總體約1.98萬m3。該變區(qū)塊上出現(xiàn)大小不同的裂縫許多條，具有代表性的1條性質(zhì)屬拉張裂縫，如圖4所示。裂縫走向?yàn)?38°，張開度150～200 cm，裂縫下錯(cuò)高度150～200 cm，下錯(cuò)方向160°；裂縫多呈折線性，部分裂縫為間斷性的貫通，可見明顯的下錯(cuò)現(xiàn)象。

已發(fā)生滑坡左右兩側(cè)公路上，分布有大小不一的許多條張拉裂縫，越靠近滑坡面的地區(qū)裂縫的張拉程度逐漸增大，下錯(cuò)的現(xiàn)象也越為明顯，其中裂縫張開度最大20～50 cm，下錯(cuò)最大高度50～80 cm?；伦髠?cè)擋土墻發(fā)生拉裂，前側(cè)道路及擋土墻嚴(yán)重變形損毀，左側(cè)建筑物同樣出現(xiàn)張拉裂縫并錯(cuò)位變形，如圖5所示。

Ⅱ堆積區(qū)，該區(qū)由滑坡滑體構(gòu)成，整體呈“鞋履”狀，縱長(zhǎng)約230 m，橫向?qū)?6～105 m，平均厚10.0 m，總體約14.95萬m3，相對(duì)高差約49 m。主要成分為土體、巖屑及塊石，土體極為松散，土石比約7∶3，分布極為不均，見杉樹林呈傾伏狀，部分根系翻出，如圖6所示。

圖4 Ⅰ變形區(qū)裂縫

圖5 滑坡?lián)p壞的公路

圖6 Ⅱ堆積區(qū)

3 滑坡成因分析

垮坡組滑坡受巖體結(jié)構(gòu)、巖性特征、地形特征、強(qiáng)降雨條件及人類工程活動(dòng)等綜合因素的影響。

3.1 巖體結(jié)構(gòu)

由于受區(qū)域構(gòu)造的影響，研究區(qū)地層產(chǎn)狀總體較穩(wěn)定，總體巖層產(chǎn)為142°∠13°，節(jié)理裂隙較發(fā)育。天然基巖露頭地段，對(duì)滑坡區(qū)節(jié)理裂隙進(jìn)行了詳細(xì)的地表調(diào)繪及統(tǒng)計(jì)，滑坡區(qū)節(jié)理裂隙玫瑰花圖如圖7所示。

圖7 滑坡區(qū)節(jié)理裂隙玫瑰花圖

根據(jù)對(duì)節(jié)理玫瑰花圖分析，比較清楚的反映出主要節(jié)理發(fā)育走向，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)的滑坡坡向，總結(jié)出滑坡坡向與近平行或近垂直節(jié)理關(guān)系。即與順層滑坡坡向近垂直一組節(jié)理(62°～85°∠65°～90°)，使滑坡體容易與后緣陡斜的穩(wěn)定體(母體)發(fā)生脫離；另一組節(jié)理(115°～152°∠78°～89°)的走向與坡向近平行，同樣使滑坡體與左側(cè)緣斜坡穩(wěn)定體(母體)發(fā)生脫離，最終形成現(xiàn)狀滑坡形態(tài)特征。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與智能手機(jī)的不斷發(fā)展與普及，媒體傳播形式逐漸多元化，大學(xué)生可以通過電腦、電視、手機(jī)隨時(shí)隨地獲取思想政治信息，豐富學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備。同時(shí)，新媒體環(huán)境下，信息內(nèi)容不僅具有較強(qiáng)的豐富性，涵蓋音像、動(dòng)畫、圖片、文字等各種形式，還能及時(shí)更新個(gè)體或團(tuán)體所發(fā)布的公共信息，提高信息內(nèi)容的實(shí)用性，充分展現(xiàn)媒體信息的價(jià)值性。

3.2 巖性特征

研究區(qū)坡體結(jié)構(gòu)為緩傾角順向斜坡，巖體主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，節(jié)理發(fā)育，部分節(jié)理裂貫通性好，強(qiáng)風(fēng)化層巖體破碎，而地表土體呈松散狀，構(gòu)成斜坡坡體自身穩(wěn)定較差。

3.3 地形特征

斜坡坡面多呈臺(tái)階狀，臺(tái)階高低不一，前緣為陡緩不一臨空面，為滑坡形成提供了較好的臨空條件。此外，階梯狀的地形不利于雨水的排泄，極易形成集水地帶，加之地表松散的巖土體條件，造成降雨之后的水體滲入滑體及滑面之中，導(dǎo)致滑面抗剪強(qiáng)度降低，潛在滑體重量增重，從而進(jìn)一步加快了斜坡發(fā)生變形破壞。

3.4 強(qiáng)降雨

強(qiáng)降雨是該滑坡產(chǎn)生變形的另一誘發(fā)因素，由于滑坡體上土體結(jié)構(gòu)松散，加上滑坡體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面匯集的地表徑流極易沿節(jié)理裂隙下滲而轉(zhuǎn)化成地下水，在下部滑床的阻隔下，地下水在滑帶附近匯集，對(duì)滑帶土進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的浸泡和軟化，降低巖帶土體的物理力學(xué)性質(zhì)，使其成軟塑-流塑狀態(tài)，其上部滑體與滑床之間的粘聚力、內(nèi)摩擦角降低，有利于滑坡向前緣蠕滑變形，促進(jìn)后緣拉裂縫的形成及演化。同時(shí)，由于地下水的匯集，并在滑面以上形成水壓力，后緣拉裂縫中形成動(dòng)水壓力，從而加劇了滑坡的變形和發(fā)展。

3.5 人類工程活動(dòng)

未發(fā)生大規(guī)?；瑒?dòng)前，其坡腳有煤礦企業(yè)自建道路環(huán)繞而過，而修建道路時(shí)切坡切斷了巖體的連續(xù)性，道路下方一陡斜坡則形成了較好的剪出條件。運(yùn)輸煤炭的車輛在道路上通過時(shí)，可視為加載于坡體上連續(xù)的外荷載。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡穩(wěn)定性定性分析

1)內(nèi)在因素：從滑坡形態(tài)特征角度，地形坡度均較陡，且滑坡前緣具有高陡臨空面，這為滑坡的滑動(dòng)變形提供了有利的空間幾何條件和臨空條件；從滑坡巖土組合特征角度，滑坡體淺地表為第四系松散體及全(強(qiáng))風(fēng)化層，下覆基巖為泥巖，這些都為滑坡的滑動(dòng)變形破壞提供了有利的物質(zhì)組合條件。

2)外在因素：對(duì)滑坡體進(jìn)行開挖修建公路，擾動(dòng)了巖體穩(wěn)定性，新建公路主要用于運(yùn)煤車通行，增加了坡體的荷載；在滑坡前幾天研究區(qū)普降中至暴雨，下滲的水體為滑坡的滑動(dòng)提供動(dòng)力，且水體滲入坡體對(duì)滑面起到潤滑作用。

4.2 滑坡穩(wěn)定性定量分析

1)計(jì)算方案。根據(jù)巖層分布情況及其巖性特征，滑坡滑動(dòng)面位于坡積層內(nèi)，按照土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性分析方法，滑動(dòng)面的形態(tài)按折線型，采用不平衡推力法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算公式如下：

Pi=Pi-1ψi+Ti-Ri/Fs

(1)

ψi=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs

(2)

Ti=(Wi+Qi)sinθi

(3)

Ri=cili+(Wi+Qi)cosθitanφi

(4)

式中：Pi—第i計(jì)算條塊與第i+1計(jì)算條塊單位寬度剩余下滑力(KN/m)；Pn=0；Wi—第i條塊的重量(kN/m)；Qi—第i條塊上受到的外力(kN/m)；Ti—作用于第i塊段滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力(kN/m)，出現(xiàn)與滑動(dòng)面方向相反的滑動(dòng)分力時(shí)，取負(fù)值；Ri—作用于第i塊段抗滑力(kN/m)；ψi—傳遞系數(shù)；θi—第i條塊滑面傾角(°)；φi—第i條塊內(nèi)摩擦角(°)；ci—第i條塊內(nèi)聚力(kPa)；li—第i條塊滑面長(zhǎng)度(m)；Fs—穩(wěn)定系數(shù)。

2)計(jì)算參數(shù)。根據(jù)在該滑坡區(qū)采取的試驗(yàn)樣品分析測(cè)試結(jié)果，對(duì)比參數(shù)反演結(jié)果并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值。參數(shù)反演結(jié)果的內(nèi)聚力c值與試驗(yàn)結(jié)果的內(nèi)聚力值接近，該參數(shù)與滑坡滑動(dòng)破壞的實(shí)際情況較吻合，而試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角φ值較低，采用反演值與試驗(yàn)值按權(quán)重比例確定作為抗剪強(qiáng)度中的φ值；而飽和狀態(tài)下的c值和φ值均偏低，因此采用試驗(yàn)值與反演值按權(quán)重比例取值，并以反演值為主。在天然狀態(tài)(工況Ⅰ)下和飽和狀態(tài)(工況Ⅱ)下的計(jì)算參數(shù)取值見表1，計(jì)算示意圖如圖8所示。

表1 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算參數(shù)取值表

圖8 坡體條塊劃分

該滑坡發(fā)生之前連續(xù)強(qiáng)降雨，邊坡上部有一條公路，因此，在穩(wěn)定性計(jì)算中考慮天然、暴雨和公路邊坡開挖幾種工況。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，三塘鎮(zhèn)的地震烈度為Ⅵ度，區(qū)域地殼穩(wěn)定性相對(duì)較好，按規(guī)范要求可不做地震工況計(jì)算。邊坡上的交通荷載按照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)中對(duì)于計(jì)算荷載由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取車重G=300 KN，考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)γ=1.2。交通荷載以外荷載的形式作用在邊坡上。

工況Ⅰ：天然自重狀態(tài)；工況Ⅱ：自重+持續(xù)暴雨；工況Ⅲ：自重+邊坡開挖；工況Ⅳ：自重+暴雨+邊坡開挖。

3)計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)上述計(jì)算，結(jié)果匯總見表2。

表2 計(jì)算結(jié)果匯總表

注：Ⅰ：自重狀態(tài)；Ⅱ：自重+暴雨；Ⅲ：自重+邊坡開挖；Ⅳ：自重+暴雨+邊坡開挖。

由表2可知，運(yùn)煤公路開挖之前，在天然狀態(tài)下，織金縣三塘鎮(zhèn)巖硐口村垮坡組滑坡的穩(wěn)定系數(shù)大于1.05，小于1.15，坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在飽和狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為0.711，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。運(yùn)煤公路開挖之后，邊坡開挖與車輛荷載作用對(duì)整個(gè)邊坡穩(wěn)定性的影響極小，天然狀態(tài)下，坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在連續(xù)強(qiáng)降雨，滑面巖土處于飽和狀態(tài)的條件下，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

通過穩(wěn)定性計(jì)算表明，水對(duì)滑坡體的影響極大，敏感性也極強(qiáng)，因此水是促發(fā)此次滑坡的主要因素。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)垮坡組滑坡成因及穩(wěn)定性分析，得到以下結(jié)論。

1)滑坡平面形態(tài)總體呈“鞋履”，縱長(zhǎng)16～32 m，橫向?qū)?24 m，平均厚10 m，總體14.95萬m3，屬于中型土質(zhì)滑坡。

2)誘發(fā)該滑坡的因素分為內(nèi)因與外因，主要原因是強(qiáng)降雨抬升地下水位，增加了坡體自重，軟化滑動(dòng)帶土體，降低滑帶土體的抗剪強(qiáng)度，影響坡體穩(wěn)定性。

3)根據(jù)定性分析結(jié)果，地層巖性為第四系松散體和泥巖，滑坡前地形坡度均較陡，為滑坡提供了前提條件，遇到強(qiáng)降雨與坡腳開挖，使得坡體發(fā)生了整體滑動(dòng)。根據(jù)定量分析結(jié)果，坡體在自重狀態(tài)、自重+坡腳開挖下都處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在自重+暴雨、自重+暴雨+坡腳開挖狀態(tài)下都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，強(qiáng)降雨是此次滑坡的主要誘發(fā)因素。