織金縣垮坡組滑坡變形失穩(wěn)原因分析

董建輝， 邱 茂， 謝飛鴻， 李海軍， 朱要強(qiáng)

(1.成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，成都 610106；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都 610065；3.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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；4.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴陽 550000)

貴州處于亞熱帶季風(fēng)氣候地區(qū)，夏季雨量充沛。由于其復(fù)雜的地質(zhì)條件以及頻繁的采礦活動(dòng)，常常在降雨等因素作用下誘發(fā)滑坡及一系列地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活造成了極大影響。學(xué)者們圍繞滑坡的變形失穩(wěn)內(nèi)部演化過程，展開了大量的研究工作。許強(qiáng)等[1]通過對(duì)中國(guó)多起重大滑坡的研究，得到了滑坡的時(shí)間、空間演化規(guī)律；吳越等[2]在研究滑坡內(nèi)部能量耗散規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了一種新的滑坡體運(yùn)動(dòng)模型；張瑩等[3]通過對(duì)柳家壩滑坡的研究，得出了斷裂對(duì)滑坡的控制機(jī)理；李靖[4]采用數(shù)值分析方法，建立了滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的預(yù)測(cè)模型，提出了滑坡生命周期的概念；周萃英等[5]建立了滑坡統(tǒng)計(jì)物理模型，并結(jié)合數(shù)值分析方法，研究了滑坡系統(tǒng)的自組織；王文俊等[6]提出了災(zāi)害地貌鏈，研究了其中的臨界過程。由于地質(zhì)條件和影響因素的差異，滑坡的破壞模式不盡相同。因此，針對(duì)不同地區(qū)的滑坡還需要選擇適合的路線進(jìn)行分析。魏昌利等[7]使用數(shù)值模擬，并進(jìn)行定量計(jì)算，將俄寨村滑坡的變形分為四個(gè)階段，評(píng)價(jià)了其穩(wěn)定性；魏麗敏等[8]利用傳遞系數(shù)法計(jì)算了地下水位降低后滑坡安全系數(shù)的變化；常亞婷等[9]通過動(dòng)力計(jì)算和數(shù)值模擬，揭示了羅峪溝古滑坡的發(fā)展趨勢(shì)；陳允法等[10]選取了不同剖面進(jìn)行定量計(jì)算，分析了上三公路5號(hào)滑坡在公路修建后的穩(wěn)定性變化，提出了加固方案；許建聰?shù)萚11]建立數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)式，并利用有限元分析方法，揭示了強(qiáng)降雨作用下邊坡的穩(wěn)定性變化規(guī)律；余宏明等[12]結(jié)合無人機(jī)、數(shù)值模擬進(jìn)行研究，探明了鹽關(guān)村滑坡的成因；張大權(quán)等[13]使用數(shù)值模擬方法，研究了降雨對(duì)貴州大榕滑坡的影響；郭寧[14]通過物理勘探、工程地質(zhì)分析方法，研究了姚家山滑坡的成因機(jī)制及穩(wěn)定性控制要素；Rossi等[15]利用無人機(jī)航測(cè)調(diào)查了Ricasoli村滑坡，通過滑坡輪廓特征分析了滑坡的演變；García-Delgado等[16]結(jié)合物理勘探影像資料分析，揭示了哥倫比亞南部普?qǐng)D馬約省泥石流和滑坡的形成原因；王江鋒等[17]結(jié)合勘察資料與數(shù)值模擬分析，研究了恩子坪2#滑坡體的變形破壞特征；袁進(jìn)科等[18]利用有限元數(shù)值計(jì)算軟件，模擬了邊坡在降雨情況下內(nèi)部的演變規(guī)律，分析了大仁煙村滑坡的變形機(jī)制。

跨坡組滑坡位于貴州省畢節(jié)市織金縣，于2019年7月27日突發(fā)險(xiǎn)情，造成滑坡中上部公路嚴(yán)重?fù)p毀，損毀長(zhǎng)度約100 m，由于避險(xiǎn)得當(dāng)，未造成人員傷亡?？迤陆M滑坡影響因素復(fù)雜，區(qū)別于以上研究，同時(shí)受到降雨、采煤活動(dòng)、公路工程、地下水及復(fù)雜地質(zhì)條件的影響。研究垮坡組滑坡變形失穩(wěn)原因，不僅能給該類滑坡提供防治思路，同時(shí)也能為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害相關(guān)工作給予參考幫助，對(duì)保障當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活的穩(wěn)定有重要意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)為侵蝕中山斜坡溝谷地貌，地形總體上呈北高南低。最高點(diǎn)位于研究區(qū)北側(cè)移動(dòng)信號(hào)基站所在的無名山頭，海拔高程約2 141 m，最低點(diǎn)位于研究區(qū)南側(cè)溪溝底部，海拔高程約1 831 m，相對(duì)高差約310 m。區(qū)內(nèi)地形起伏較大，地形坡度一般在15°～35°。位于四季春煤礦北部邊界外馬場(chǎng)與雙羊巖頭之間出露斷層F1，呈北東—南西走向，走向長(zhǎng)度約1 400 m，傾向南東，傾角60°，落差約45 m，見圖1。

圖1 工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Engineering geology plan

研究區(qū)內(nèi)出露地層有第四系(Q)的殘坡積粉質(zhì)黏土、黏土；三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)的灰色薄至中厚層狀鈣質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r；二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)的為深灰色薄至中厚層狀細(xì)砂巖、泥巖、煤層；長(zhǎng)興-大隆組(P2c+d)的灰、深灰色中厚層至厚層含燧石團(tuán)塊生物屑灰?guī)r。

2 滑坡基本特征

跨坡組滑坡位于畢節(jié)市織金縣三塘鎮(zhèn)巖洞口村，該滑坡位于中山斜坡段，地形自然坡度為28°，滑坡滑動(dòng)前縱向長(zhǎng)約116 m，橫向?qū)捈s50 m；滑坡滑動(dòng)后滑坡體縱向長(zhǎng)約265 m，橫向?qū)?0～100 m。該滑坡前緣高程約1 898 m，后緣高程約1 971 m，相對(duì)高差約73 m，主滑方向167°。滑體厚度：前緣5～9 m，中部5～13 m，后緣3～17 m，平均厚度約10 m，滑坡體規(guī)模約14.95×104m3，屬中型淺層滑坡。滑坡滑動(dòng)后，整個(gè)平面上呈現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)條形?；麦w整體滑移以后，由于滑坡體前緣為一沖溝，造成了滑動(dòng)后前緣形成一個(gè)長(zhǎng)條狀，目前滑坡的后緣壁裸露于地表，坡度約45°；滑體縱長(zhǎng)約265 m，寬50～100 m，滑體堆積平均厚約10 m。受滑坡體滑動(dòng)影響，其后部植被呈明顯的“醉漢林”狀，部分見植物根系，位于滑坡體后部的垮坡至納雍縣張家灣鎮(zhèn)鄉(xiāng)村公路約150 m已在滑坡作用下斷裂，且嚴(yán)重?fù)p毀，交通處于阻斷狀態(tài)。同時(shí)，在滑坡體后緣的斜坡上，還存在大小不一的拉張裂縫多條，部分裂縫明顯呈下錯(cuò)狀態(tài)，下錯(cuò)方位167°，下錯(cuò)高度0.1～2.0 m 不等，如圖2所示。

圖2 滑坡正視圖Fig.2 Elevation of landslide

貴州省織金縣三塘鎮(zhèn)巖硐口村垮坡組滑坡后緣靠北側(cè)山頂一帶為緩斜坡，為后緣帶地勢(shì)陡緩斜坡分界線，該段斜坡坡度約16°，局部有陡坎，標(biāo)高為1 965～1 970 m，高差約5 m，該帶出現(xiàn)近平行于滑坡滑面的拉張裂縫，地面可見明顯下沉、開裂現(xiàn)象，下沉高度0.1～2.0 m不等。滑坡后緣帶的斜坡坡度為45°，標(biāo)高為1 953～1 971 m，高差約18 m，斜長(zhǎng)29 m，為明顯的滑坡后壁，見圖3。滑坡體中后部可見一臺(tái)階，地形坡度5°～10°，為寬緩平臺(tái)，高差約6.0 m，斜長(zhǎng)約100 m。中部為一陡坎，地形坡度為30°，高差22 m，斜長(zhǎng)57 m。中前部滑坡體上為一寬緩平臺(tái)，地形坡度約5°，高差約6.0 m，斜長(zhǎng)約45 m?；虑熬墳橐痪徯逼?，地形坡度為15°，高差14 m，斜長(zhǎng)60 m?；麦w呈階梯狀農(nóng)業(yè)耕地，總體地形坡度為16°，臺(tái)階狀梯坎高為14～30 m。

圖3 滑坡后壁Fig.3 Back wall of landslide

滑坡前緣以沖溝為界，即剪出口位于沖溝中下部臨空面上，最低剪出口為溝底?；潞缶壱曰鶐r出露及變形裂縫為界，為一典型的“圈椅狀”；滑坡左側(cè)邊界為左側(cè)緣地勢(shì)陡、緩斜坡交界線附近，處于山脊梁微地貌交匯地帶；滑坡右邊界以季節(jié)性沖溝為界，見圖4～圖6。

圖4 滑坡前緣Fig.4 Leading edge of landslide

圖5 滑坡左側(cè)邊界Fig.5 Left boundary of landslide

圖6 滑坡右側(cè)沖溝Fig.6 Right gully of landslide

該滑坡已經(jīng)發(fā)生明顯滑動(dòng)，滑帶位置明顯，位于強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖層和泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖層之間。由于滑坡坡面多呈臺(tái)階狀，從縱向上來看，整個(gè)滑坡體上剪出口位置位于泉點(diǎn)附近，沿著巖層面進(jìn)行滑動(dòng)，總體上滑面呈直線形，在滑坡后部呈階梯狀形。從橫向來看，滑坡前緣受沖溝沖刷、掏蝕作用，加上滑坡前緣高差較大，這樣造成橫向滑體的厚度不一。

3 滑坡影響因素分析

3.1 地形條件

滑坡所在的斜坡坡面多呈臺(tái)階狀，臺(tái)階高低不一，前緣為較陡的臨空面，為滑坡形成提供了較好的臨空條件，這種臺(tái)階狀的斜坡為滑坡的滑動(dòng)提供了地形條件，如圖7所示。

圖7 滑坡體前緣臨空面Fig.7 Airside of leading edge of landslide body

3.2 地層巖性條件

滑坡所在區(qū)域坡體結(jié)構(gòu)為緩傾角順向斜坡，巖體主要為粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r夾灰?guī)r，節(jié)理裂隙貫通性好，強(qiáng)風(fēng)化層巖體破碎，地表土體呈松散狀，造成斜坡坡體自身穩(wěn)定性較差，如圖8所示。

圖8 滑坡破碎松散的巖土體Fig.8 Broken and loose rock and soil mass of landslide

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)滑坡體內(nèi)發(fā)育斷層F1，由于斷層F1的存在破壞了巖體的完整性，降低了巖體的強(qiáng)度，加速了風(fēng)化作用、地下水活動(dòng)，同時(shí)斷層破碎帶為地下水的良好通道，還伴隨著產(chǎn)生了小型的褶皺，如圖9所示。

圖9 滑坡后緣斷層的伴生褶皺Fig.9 Associated fold of fault at the back edge of landslide

3.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在滑坡體的前緣剪出口處存在一個(gè)下降泉，如圖10所示，總體來說土體結(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地表松散堆積體和強(qiáng)風(fēng)化巖體節(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，在滑坡前緣剪出口溢出，泉水形成致使地下水對(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)，其上部滑體與滑床之間的黏聚力、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，由于滑坡后緣存在泥巖夾灰?guī)r，易形成滲水和導(dǎo)水通道。

圖10 滑坡前緣出露的泉水點(diǎn)Fig.10 Exposed spring point at the leading edge of landslide

另外滑坡體的右側(cè)存在季節(jié)性沖溝并流經(jīng)滑坡體的前緣，沖溝在雨季時(shí)候?qū)麦w前緣存在著沖刷作用，使得滑坡體前緣坡度隨之變陡，為滑坡的形成提供了臨空面。

3.5 降雨

根據(jù)織金縣雨量資料顯示2019年7月16—24日期間，研究區(qū)內(nèi)普降中至暴雨，累計(jì)降雨量高達(dá)296.2 mm，其中7月17、22、23日為暴雨，期間累計(jì)降雨量達(dá)到了182.7 mm，見圖11。研究區(qū)內(nèi)年降水量1 028.7～1 727 mm，7月16—24日期間降雨量達(dá)到年降水量的17%～30%，降雨對(duì)滑坡的發(fā)生是最重要的影響因素，在持續(xù)大暴雨的作用下，雨水沿著第四系松散黏土層孔隙、風(fēng)化的基巖裂隙、構(gòu)造裂隙滲入坡體內(nèi)部，從而增加滑體自重，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。降雨作用一方面使該滑坡體地下水位上升，在滑面以上形成揚(yáng)壓力，從而加劇了滑坡的變形和發(fā)展；另一方面使得該滑坡巖土體的抗剪強(qiáng)度下降。雨水沿著第四系松散黏土層孔隙、風(fēng)化的基巖裂隙、構(gòu)造裂隙滲入坡體內(nèi)部，增加了滑坡體自重，使下滑力增大，同時(shí)使得滑帶土體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角降低，抗滑力減小，極大降低了滑坡的穩(wěn)定性，這個(gè)是突發(fā)滑坡滑動(dòng)的主要因素。

圖11 滑動(dòng)前后降雨過程曲線Fig.11 Rainfall process curves before and after sliding

3.6 人類工程活動(dòng)

本次調(diào)查的滑坡位于織金縣三塘鎮(zhèn)巖硐口村垮坡組，研究區(qū)內(nèi)的人類工程活動(dòng)主要為采煤工程活動(dòng)、四季春煤礦運(yùn)煤專道建設(shè)及村民建房活動(dòng)?？偟膩碚f，區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，但對(duì)于該滑坡觸發(fā)的影響較小。

4 滑坡失穩(wěn)原因分析

跨坡組滑坡區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，地形條件為滑坡的形成提供了臨空面；滑坡所在區(qū)域坡體結(jié)構(gòu)為緩傾角順向斜坡，巖體主要為粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r夾灰?guī)r，節(jié)理裂貫通性好，巖體破碎；斷層的存在破壞了巖體的完整性降低了巖體的強(qiáng)度，加速了風(fēng)化作用、地下水活動(dòng)；在滑坡體已有滲流通道；沖溝在雨季時(shí)候?qū)麦w前緣存在著沖刷作用，從整個(gè)地質(zhì)環(huán)境來看該斜坡體已經(jīng)具備了滑坡的地質(zhì)條件，為滑坡隱患點(diǎn)。連續(xù)幾天的強(qiáng)降雨增加了滑坡體自重，使下滑力增大，同時(shí)使得滑帶土體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角降低，抗滑力減小，極大降低了滑坡的穩(wěn)定性，所以說降雨是促使滑坡滑動(dòng)的主要外在因素，而秀華煤礦的注抽水活動(dòng)對(duì)滑坡有一定的影響，在天然工況下滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在連續(xù)強(qiáng)降雨情況(達(dá)到飽水工況)下失穩(wěn)，其變形破壞模式為壓致-拉裂型，如圖12所示。

圖12 滑坡壓致-拉裂變形破壞過程示意圖Fig.12 Schematic diagram of the deformation and failure process of landslide induced by compression and tension cracking

(1)由于已有的泉水點(diǎn)的存在已形成了地下水通道，隨著2019年7月16—24日期間持續(xù)強(qiáng)降雨，大量的地表水通過裂縫進(jìn)入滑體內(nèi)部，猛然抬升的地下水水位，加劇了巖土體性質(zhì)的弱化，而且增加了滑坡體的自重，在滑體內(nèi)產(chǎn)生水壓力(靜水壓力和動(dòng)水壓力)、浮托力、水化學(xué)作用，持續(xù)降低了滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，滑坡在自重作用下，開始產(chǎn)生向下進(jìn)行滑移的趨勢(shì)，地表開始出現(xiàn)裂縫等變形跡象。

(2)地下水在不斷匯集在滑面過程中，造成滑動(dòng)剪切面上剪應(yīng)力集中，此時(shí)地表裂縫逐漸增大，地表水也沿著拉裂面滲入坡內(nèi)，從而促進(jìn)蠕滑的快速發(fā)展，削弱剪切面的抗剪強(qiáng)度，最后滑坡體前緣被完全剪斷而產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象，留下目前所見的錯(cuò)動(dòng)平臺(tái)以及次級(jí)滑坡后壁。需要指出的是，滑坡體后緣平臺(tái)上存在著多條地表裂縫，則存在繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大并與其他潛在剪切面連通的趨勢(shì)，并最終再次形成次級(jí)的表層滑塌。

5 結(jié)論

(1)泉水形成致使地下水對(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)，其上部滑體與滑床之間的黏聚力、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，由于滑坡后緣存在泥巖夾灰?guī)r，易形成滲水和導(dǎo)水通道。

(2)滑坡巖體節(jié)理裂貫通性好，巖體破碎；斷層的存在破壞了巖體的完整性降低了巖體的強(qiáng)度，加速了風(fēng)化作用、地下水活動(dòng)。

(3)從整個(gè)地質(zhì)環(huán)境來看該斜坡體已經(jīng)具備了滑坡的地質(zhì)條件；連續(xù)幾天的強(qiáng)降雨增加了滑坡體自重，極大降低了滑坡的穩(wěn)定性，降雨是促使滑坡滑動(dòng)的主要外在因素。

(4)跨坡組滑坡為巖土混合型滑坡，強(qiáng)風(fēng)化帶的泥巖軟弱面最終形成了滑面，總體上滑面呈直線形，其變形破壞模式為壓致-拉裂型。