紅層地區(qū)滑坡的分類及形成機制

馬賢杰 張玉芳 侯李杰 李嘉明 李健

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中國礦業(yè)大學（北京）能源與礦業(yè)學院，北京 100081）

我國各類地質災害中，滑坡不僅所占比例最高，而且破壞性也最大。由于滑坡的形成地理環(huán)境有很大的不同，所以滑坡表現出來的特點也有所不同。紅層軟巖最主要的特點就是強度會急劇變化，主要表現在紅層軟巖遇水會快速地變軟，其強度會迅速地降低［1］。萬宗禮等［2］分析發(fā)現尼那水電站的壩基具有紅層軟巖的工程特性；趙華宏［3］通過大量調查工作，分析合肥市紅層地區(qū)眾多鉆孔資料，得出紅層的巖性特點、物質組成形式、主要礦物組成，并對該類軟巖開展了室內試驗，分析了該類軟巖的物理力學特點。周德培［4］通過真三軸壓縮試驗，對紅砂巖的抗壓性能、變形特征、破裂形態(tài)進行描述，還將試驗結果和強度準則進行了對照。劉特洪等［5］對紅層軟巖的強度變化、結構特點、形成環(huán)境等進行了較為系統(tǒng)地分析和研究。這些研究都說明紅層地區(qū)地質情況復雜，紅層滑坡成因復雜，所以亟需對紅層滑坡開展研究。

滑坡的破壞模式多種多樣，想深入研究滑坡，就必須對滑坡進行分類。這不僅對滑坡的勘察有先導作用，對治理也有積極的指導作用。鑒于紅層滑坡所表現的破壞形式極為復雜，本文重點對紅層滑坡進行分類，以供紅層地區(qū)滑坡防治提供參考。

1 紅層特點及地質災害分類

1.1 紅層地質情況

我國紅層形成于中、新生代漫長的地質歷史時期，主要以沉積巖為主，主色調為紅色。該類地層主要為泥巖、粉砂巖、砂泥巖等淺水湖相碎屑沉積巖。

1.2 紅層軟巖特性

我國的紅層主要分布于滇南、川中、西北等地，該類地層與其他地層有所不同，主要體現在：①紅層多為互層結構、主要由泥巖砂巖組成，兩類巖層性質存在較大差異。②紅層中的泥質巖類最影響紅層的強度，主要是由于泥巖具有阻水特性，受水的長時間作用還會發(fā)生流變和變軟。③紅層邊坡的風化作用強烈，主要是由于紅層軟巖失水易崩解。④紅層地層中軟弱面較為發(fā)育，紅層滑坡多為軟弱面沿較硬地層滑下。

1.3 紅層地質災害分類

紅層地區(qū)常見的地質災害有崩塌、滑坡等。崩塌、滑坡與紅層線性穿越、切割工程的建設密切相關。孫玉科等［6］依據紅層邊坡的結構特征，將紅層邊坡劃分為層狀、塊狀、網狀3 種類型。王蘭生等［7］研究了我國主要紅層地區(qū)在建的一些大型工程，利用相似分析得出紅層軟巖的一般力學特點。張倬元等［8］收集了大量紅層現場資料，系統(tǒng)總結了紅層軟巖的強度變化特點和規(guī)律。張忠平、吉隨旺、朱寶龍等［9-11］通過分析紅層坡體結構、坡面情況，總結了紅層邊坡的主要災害類型和致災模式。

總結紅層地區(qū)地質災害特征，結合其地質災害發(fā)生主控因素，將紅層主要地質災害分為滑坡、崩塌落石和風化剝蝕3種，其特征見表1。

表1 紅層地質災害分類

2 紅層滑坡的分類

2.1 一般滑坡分類

本文對紅層滑坡分類的依據主要以滑坡形成的主要原因以及滑坡災害的主要特點為主。其中主要以滑坡的結構、滑體的規(guī)模、貫通裂隙的發(fā)育程度、滑面的特點等作為主要依據進行滑坡分類。

滑坡分類由于研究目的不同，分類依據也不同。徐邦棟［12］主要是研究滑坡發(fā)育規(guī)模，所以推薦將滑體體積作為主要分類依據。張倬元等［8］以滑坡的破壞形式和變形特點作為主要分類依據。劉廣潤等［13］根據滑坡的傾角進行分類。晏同珍等［14］根據滑坡的形成條件和原因對滑坡進行分類。

2.2 紅層滑坡分類

在紅層地區(qū)，邊坡災害極易在強降雨情況下觸發(fā)。程強［1］主要是依據紅層滑坡的組成形式和滑坡傾角進行分類。將滑坡分成強度低的土類滑坡和強度高的巖類滑坡兩大類。其中根據滑坡傾角又將滑坡分成近水平、緩傾、常規(guī)、反傾滑坡。

在此基礎上，以紅層滑坡的發(fā)育模式為分類標志完善紅層滑坡的分類，將這5 類滑坡又細分成13 種滑坡。紅層地區(qū)滑坡主要發(fā)育模式見表2。

表2 紅層地區(qū)滑坡主要發(fā)育模式

3 紅層滑坡的發(fā)育模式分析

3.1 近水平滑坡

1）單級推移式滑坡

該類滑坡的顯著特點是巖層傾角較小，多近水平，如圖1（a）所示。坡體結構特點主要是存在一組或多組貫通式裂隙。該類滑坡極易在強降雨條件下觸發(fā)，滑體由于自重將向前移動一段距離，又因為坡體傾角較小，滑行一段距離后將會停下。該滑坡結構面儲水拉裂，滑坡前緣有水流滲出，滑坡不會完全解體。

圖1 近水平滑坡

2）板梁式滑坡

板梁式滑坡主要特點為滑坡高度遠遠大于滑塊長度，總體呈現塊狀、板狀，降雨時由于滑坡中存在很多貫穿裂隙，雨水充填，增加滑體后方壓力，致使滑體順著軟弱面滑出，如圖1（b）所示。

3）多級平移式滑坡

該類滑坡與單級推移式滑坡類似，巖層傾角都較小，與單級推移式滑坡不同的是，該類滑坡滑體較小，結構面更發(fā)育，如圖1（c）所示。該類滑坡發(fā)生滑動后，最主要的表現是：滑體前緣有水滲出，后緣拉裂，滑體不完全解體。

3.2 小傾角滑坡

1）平推式滑坡

該類滑坡的傾角較小，一般小于20°，如圖2（a）所示。該類滑坡坡體中主要發(fā)育兩組受構造作用控制的結構面，一組和斜坡臨空面近平行，發(fā)育在斜坡后緣，為地表水進入斜坡巖體提供通道。斜坡體中存在多期次泥化夾層，成為潛在滑帶。滑坡主要是在斜坡后緣靜水壓力、底滑面揚壓力和泥化夾層遇水強度進一步降低的綜合作用下發(fā)生的?；乱?guī)模以大型和中型為主，地勢條件較好時，也能形成特大型滑坡。

2）蠕滑-拉裂式滑坡

由于坡體中應力重分布，自坡腳發(fā)育的最大剪應力帶中，應力狀態(tài)超過長期強度屈服面的范圍在坡體中逐步向坡體上部擴展，隨著坡體的蠕變，巖體沿軟弱面發(fā)生剪切破壞，在強降雨或長時間降水條件下，會加速變形、失穩(wěn)，如圖2（b）所示。

圖2 小傾角滑坡

3）旋轉式滑坡

該類滑坡的傾角一般小于30°，滑坡側向一般都存在長裂隙，如圖2（c）所示。降雨時雨水會灌入長裂隙，裂隙內水壓急劇升高。高水壓作用于巖體從而導致斜坡失穩(wěn)。這類滑坡發(fā)生后主要特征是：滑體多為扇形或三角形，在滑坡一側會產生一較大裂痕；滑坡前方發(fā)生旋轉，滑體厚度一般較大。

3.3 一般傾角滑坡

1）滑移-拉裂式滑坡

該類滑坡多發(fā)生于有互層結構且上部巖層較厚的斜坡，下部多存在軟弱夾層，一般為泥質軟巖，如圖3（a）所示。該類滑坡傾角中緩，強降雨時地表水下滲，承壓水上涌，水都匯集在泥巖夾層加速軟巖軟化，當滑坡后緣推力增加，滑坡沿夾層發(fā)生剪切破壞。

圖3 常規(guī)順層滑坡

2）滑移-壓致-拉裂式滑坡

在巖層傾角大于20°的順層斜坡中，較易發(fā)生順層滑動，如圖3（b）所示。受后緣順坡向陡傾裂隙及砂泥巖交界層面控制，軟弱面上局部鎖固點導致上覆巖體拉裂。張裂隙向上發(fā)展時顯示壓致拉裂特征。強降雨時斜坡后緣裂隙長時間充水，隨著裂隙中的水壓力增加，推動滑體沿軟弱面發(fā)生剪切破壞，該類滑坡多整體下滑。

3）彎曲-拉裂式滑坡

軟弱面上覆巖體向下蠕滑、移動，坡體后緣出現拉裂，如圖3（c）所示，坡腳巖體受壓而應力集中，逐步形成控制坡體穩(wěn)定的“鎖固段”，巖層發(fā)生縱向彎曲而輕微隆起，表層會橫向張裂，下部巖體縱剖面上發(fā)生X形破裂。

4）楔形塊體滑坡

常發(fā)生于砂巖為主的厚層狀巖體邊坡中，如圖3（d）所示。兩組X 形共軛結構面切割形成的楔形體產生滑移，多為后緣充水或坡腳開挖引發(fā)。在邊坡開挖后切斷巖層面，坡面臨空。該類滑破發(fā)生的主要原因是受節(jié)理裂隙的切割，斜坡被切割成多個楔形滑體，這些滑體在重力作用下沿多個軟弱面發(fā)生滑動。該類滑坡發(fā)生后主要特征是：斜坡存在多個滑面，節(jié)理裂隙切割明顯。

5）壓縮-拉裂式滑坡

主要發(fā)育于中傾上硬下軟巖層斜坡，如圖3（e）所示。地形坡度一般40°左右，巖層傾角30°～60°，巖性上部為厚層～巨厚層砂巖，下部為泥巖、頁巖等軟巖。地形上陡下緩地形，具有鼻梁狀微地貌特征，該類斜坡在中上部多存在寬度較大的裂縫，這是由于上部巖體多為硬巖，受下部巖體的牽拉。隨著下部巖體臨空發(fā)育，上部巖體裂縫加劇直到裂縫貫穿至軟硬巖交界面，此時斜坡極易受外界不良因素影響發(fā)生滑動。

3.4 平淺滑坡

該類滑坡發(fā)動時主要沿光滑的土巖界面順層滑動，如圖4所示。這類滑坡上部巖層多為較薄的土層，在強降雨條件下上層土體局部下滑。該類滑坡一般不會發(fā)生大規(guī)模下滑，多為局部多處下滑，所以該類滑破面多呈不規(guī)則狀。

圖4 小傾角淺層滑移-拉裂式滑坡

3.5 厚層滑坡

該類滑坡上部多為厚土層，如圖5 所示。由于滲流作用，多在厚土層中形成圓弧形軟弱面。上部厚土層重力較大，又由于滑坡前緣臨空且傾角較大，遇到強降雨條件時極易解體下滑，或沿軟弱面整體下滑?；挛镔|以滑坡堆積物居多，崩塌堆積物偏少。

圖5 圓弧形堆積層蠕滑-拉裂式滑坡

4 結論

1）紅層地區(qū)地質災害復雜多樣，主要分為滑坡、崩塌落石、風化剝蝕3種。紅層滑坡多為順層滑坡，該滑坡主要特點是在水力作用下紅層中軟弱夾層，易沿層面滑移，導致后緣破壞發(fā)生滑坡。

2）紅層滑坡應依據滑坡的地層巖性和滑坡傾角分類。依據紅層滑坡的地層巖性和滑坡傾角可將紅層滑坡分為兩大類五小類。

3）結合紅層特點，按照紅層滑坡的發(fā)育模式，可將其細分為單級推移式、板梁式、多級平移式、平推式、蠕滑-拉裂式、旋轉式、滑移-拉裂式、彎曲-拉裂式、滑移-壓致-拉裂式、楔形塊體、壓縮-拉裂式、小傾角淺層滑移-拉裂式、圓弧形堆積層蠕滑-拉裂式13種。