四川漢源縣二道坪滑坡成因及穩(wěn)定性分析

董建輝, 唐 然, 李大鑫, 李海軍

(1.成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 成都 610106； 2.四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司， 成都 610072；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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610059)

在地質(zhì)災(zāi)害中滑坡是最為常見和最為頻發(fā)的災(zāi)害，每年在世界上都會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1]。由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，滑坡災(zāi)害在四川西部地區(qū)極為發(fā)育[2]，例如，2017年四川茂縣新磨村滑坡，造成83人死亡[3]；2018年8月6日四川漢源康家坡滑坡，造成了1人失蹤，威脅10戶36人的生命財(cái)產(chǎn)安全[4]。

近年來，諸多學(xué)者對滑坡成因及穩(wěn)定性評價(jià)展開了大量研究，例如，穆鵬等[5]通過對隴南紅土坡滑坡進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，研究了形成該滑坡的主要因素，并做出了穩(wěn)定性評價(jià)；鄒德兵等[6]以湯章滑坡為工程背景，通過現(xiàn)場地質(zhì)勘查及實(shí)時(shí)監(jiān)測資料，采用三維數(shù)值模擬的方法對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；石天文等[7]通過對山區(qū)邊坡開挖誘發(fā)的邊坡失穩(wěn)進(jìn)行現(xiàn)場勘察，對其滑坡成因及機(jī)制進(jìn)行了分析；李宗發(fā)等[8]通過對貴州省印江縣革底滑坡進(jìn)行現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)研，對該滑坡的變形特征及成因機(jī)制進(jìn)行了研究；常亞婷等[9]通過對滑坡區(qū)的詳細(xì)調(diào)查，結(jié)合三維數(shù)值模擬方法對其滑坡成因機(jī)制進(jìn)行了分析；朱永浩[10]、張大權(quán)等[11]和李海軍等[12]通過對滑坡現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，對滑坡的成因機(jī)制進(jìn)行了研究?；碌刭|(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[13-14]。因此，為了保護(hù)二道坪附近居民的人身安全及財(cái)產(chǎn)安全，對二道坪滑坡成因及穩(wěn)定性的分析，以期為其邊坡的治理提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

滑坡區(qū)位于四川省漢源縣大渡河中游，流沙河右岸中山斜坡區(qū)，人工耕作形成梯級耕地，梯坎高度0.5～2.0 m，整體地勢表現(xiàn)為北高南低，滑坡區(qū)平面圖如圖1所示。

圖1 滑坡區(qū)全貌圖

2 滑坡特征分析

2.1 發(fā)育特征

滑坡體平面形態(tài)呈“圈椅” 狀，近東西向展布，后緣高程1 361 m，前緣高程1 334 m，相對高差27 m。該滑坡區(qū)整體地勢西高東低，坡體平均坡度11°，主滑方向?yàn)?00°，縱向長約174 m，橫向?qū)捈s92 m，滑坡體面積約1.50萬m2，滑體平均厚度約4.5 m，體積約6.75萬m3，屬小型滑坡。如圖2所示。

圖2 滑坡區(qū)工程地質(zhì)平面圖

2.2 物質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征

滑體厚度分布從縱向上看，后部厚度相對較厚，一般3～7 m，前部厚度較薄，一般2～5.5 m；從橫向上看，右側(cè)較薄，中間和左側(cè)較厚，最厚可達(dá)7 m。從整個(gè)滑體縱向來看，越往上部碎石含量越高，越往下部碎石含量越少；從橫向來看，中部碎石含量較高，兩側(cè)碎石含量相對較少；從滑體垂直分布特征來看，越往上部粗巨粒土含量越低。

據(jù)鉆探與探槽資料顯示，近基巖頂部為含角礫粉質(zhì)黏土，碎石含量相對較低，滑坡變形體中前部滑動帶(面)為基覆界面，滑帶土為含角礫粉質(zhì)黏土，黃色、黃褐色、褐紅色，具有弱膨脹性，局部見擦痕，角礫呈次棱角狀。上部含碎石粉質(zhì)黏土結(jié)構(gòu)松散，滲透性好，降雨入滲軟化基巖頂部含角礫粉質(zhì)黏土層，降低其抗剪強(qiáng)度，從而易形成滑動帶(面)；滑坡變形體后部坡體為含碎石粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松散，滲透性好，局部黏粒富集，具有弱膨脹性，碎石含量相對較低，存在相對軟弱面，潛在滑帶土為的含碎石粉質(zhì)黏土。前緣由粉質(zhì)黏土和含碎石粉質(zhì)黏土組成，結(jié)構(gòu)松散，局部地帶受地下水影響存在粉質(zhì)黏土，具有弱膨脹性，含水量較高，抗剪強(qiáng)度較低，易形成滑動帶(面)。如圖3所示。

圖3 滑坡區(qū)現(xiàn)場圖片

3 滑坡成因機(jī)制分析

3.1 滑坡控滑因素

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件和調(diào)查所揭示的滑坡體結(jié)構(gòu)，滑坡的控滑因素主要有地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、降雨。

(1)地層巖性：滑坡區(qū)基巖主要為淺變質(zhì)細(xì)粒鈣質(zhì)石英砂巖，間夾薄層狀碳質(zhì)頁巖，軟硬相間的巖層力學(xué)性質(zhì)較差，滑坡面為薄層狀碳質(zhì)頁巖。

(2)地質(zhì)構(gòu)造：近場地區(qū)構(gòu)造行跡主要有九襄斷裂、金坪斷裂及宜東向斜，場地區(qū)位于宜東向斜的東南翼，并位于一次生背斜核部偏北東翼，傾角變化較大。金坪斷裂、九襄斷裂分別位于場地區(qū)的北西、南東兩側(cè)，場地區(qū)距離最近的金坪斷裂約5 km，造成了該區(qū)域應(yīng)力場背景值高，局部存在特殊的高應(yīng)力集中機(jī)制，造成了背斜核部基巖面有一定的缺失，也造成了滑坡的右側(cè)比左側(cè)低十余米。

(3)地形地貌：區(qū)地貌類型為中山深切割地貌。滑坡坡體后緣及左側(cè)坡度較陡，滑坡體主要為崩滑堆積，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散，坡度10°～20°，從地形地貌上來看，利于匯水滲入到滑面；利于滑坡變形的產(chǎn)生和進(jìn)一步發(fā)展。

(4)降雨：是滑坡發(fā)生的主要誘因，因?yàn)榈匦蔚孛怖诮涤耆霛B坡體，增加土體自重，降低土體力學(xué)參數(shù)，孔隙水壓力增大，造成滑坡沿著基巖面進(jìn)行了滑動，滑坡經(jīng)過滑動之后，目前滑坡殘留體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 滑坡形成演化過程

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查所揭示的現(xiàn)象，分析了在滑坡形成過程中起到關(guān)鍵作用的因素，滑坡演化示意圖如圖4所示。滑坡的形成機(jī)制如下。

圖4 滑坡演化示意圖

(1)河流快速下切，坡體前緣坡度隨之變陡，為滑坡的形成提供了臨空面。

(2)滑坡位于一次生背斜核部偏東北翼一百余米，受背斜的影響巖體結(jié)構(gòu)破碎，經(jīng)過長時(shí)間的風(fēng)化作用粉砂巖順著炭質(zhì)頁巖進(jìn)行了活動，其炭質(zhì)頁巖裸露在地表中。

(3)蠕滑變形體后緣和側(cè)緣的陡峻山體受到長時(shí)間的物理風(fēng)化剝蝕逐漸崩落，為滑坡提供了滑體物質(zhì)來源。

(4)崩塌堆積于滑坡的薄層狀碳質(zhì)頁巖基巖面上，這個(gè)為滑坡形成提供了潛在滑面的條件。

(5)崩塌堆積體經(jīng)過長期雨水的浸泡，其薄層狀碳質(zhì)頁巖基巖面進(jìn)一步軟弱化，逐漸成為滑面。

(6)在一次強(qiáng)降雨的情況下，滑坡體順著薄層狀碳質(zhì)頁巖基巖面進(jìn)行了滑動，在蠕滑變形體前緣的沖溝堆積，形成了目前地形地貌的狀態(tài)，在無外界的因素干擾下，該滑坡及其堆積體保持了穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

滑坡穩(wěn)定性分析，就是將復(fù)雜的邊坡問題精簡化，首先通過現(xiàn)場勘測對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行宏觀分析，然后建立力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為靜力平衡問題，分析某一點(diǎn)處或某一個(gè)面的受力情況，最后通過受力情況來判斷邊坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)二道坪滑坡區(qū)變形破壞跡象、物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境及影響滑坡穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素，分別從定性和定量兩個(gè)方面對區(qū)內(nèi)穩(wěn)定性展開研究。

4.1 滑坡穩(wěn)定性定性分析

(1)內(nèi)在因素：從滑坡的地形地貌分析，地形坡度在10°～30°，高差在20～30 m，且前緣為臨空面，為滑坡提供了足夠的卸荷空間；從坡體的物質(zhì)組成來分析，滑坡體為淺地表為第四系松散體與粉質(zhì)黏土，滑帶為易溶于水的粉質(zhì)黏土層，這些內(nèi)在條件組合在一起為滑坡的啟動提供了有利條件。

(2)外在因素：由于地面開挖，使得淺表層巖土體松散，擾動了巖土體原始應(yīng)力狀態(tài)，打破了巖土體原始平衡，極大地降低了巖土體的穩(wěn)定性；如遇持續(xù)暴雨，雨水將通過松散的巖土體滲入到坡體內(nèi)部，雨水增大了坡體的靜水壓力與動水壓力，且水體滲入坡體對滑面起到潤滑作用。

4.2 滑坡穩(wěn)定性定量分析

4.2.1 計(jì)算方案

根據(jù)坡體物質(zhì)組成的分布特征，坡體物質(zhì)分布相對均勻，結(jié)合本地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，綜合確定土體土容重值。天然狀態(tài)下土體土容重(γ天)綜合取值為19.8 kN/m3，飽和狀態(tài)下土體土容重(γ飽)綜合取值為20.5 kN/m3。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)資料，按野外調(diào)查期間暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)選取1.15，進(jìn)行參數(shù)反算；此時(shí)坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值如表1所示。

表1 滑坡滑帶土C、φ值綜合取值表

采用綜合野外與室內(nèi)分析的滑面即軟弱面來計(jì)算，滑面呈折線形，故穩(wěn)定性計(jì)算采用折線型滑動面計(jì)算公式，剩余下滑力計(jì)算按傳遞系數(shù)法。

穩(wěn)定性計(jì)算公式按折線型公式計(jì)算，穩(wěn)定系數(shù)Kf計(jì)算如式(1)所示：

(1)

(2)

Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDn

(3)

(4)

式中:Kf為穩(wěn)定性系數(shù)；Wi為第i條塊自重，kN/m;Wn為第n條塊自重，kN/m；TDi為第n-1計(jì)算條塊上坡體下滑力，kN/m；RDi為第n-1計(jì)算條塊坡體抗滑力，kN/m；ru為孔隙壓力比；ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)，即ψi=cos(ai-ai+1)-sin(ai-ai+1)tanφi+1；Rn為第n計(jì)算條塊坡體抗滑力，kN/m；Tn為第n計(jì)算條塊坡體下滑力，kN/m；ai為第i條塊坡面傾角，°；Ci為第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；φi為第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，°；Li為第i計(jì)算條塊滑動面長度，m；A為地震加速度(重力加速度g)。

4.2.2 計(jì)算工況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及已有資料可知，滑坡范圍為耕地，擬建建筑尚未修建，可不考慮建筑荷載；滑體組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，滲透性好，可不考慮動靜水壓力對滑坡的影響；滑坡范圍內(nèi)無穩(wěn)定地下水位，不考慮地下水的影響；工作區(qū)地震烈度為Ⅶ度，要考慮地震荷載；工作區(qū)降雨集中，暴雨多發(fā)，要考慮暴雨增加滑體自重及對滑帶軟化的影響(采用20年一遇暴雨)。綜上所述，選定3種工況進(jìn)行滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算評價(jià)。工況Ⅰ：自重工況；工況Ⅱ：自重+暴雨工況；工況Ⅲ：自重+地震工況；工況Ⅳ：自重+暴雨+地震工況。

4.2.3 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)上述計(jì)算，結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

由表2可知，在天然狀態(tài)下，二道坪滑坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.71，其結(jié)果大于1.15，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在持續(xù)強(qiáng)降雨條件下(飽和狀態(tài))，穩(wěn)定系數(shù)為1.05，其結(jié)果大于等于1.05，小于1.15，坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨和地震共同作用下，坡體發(fā)生滑坡。

通過穩(wěn)定性計(jì)算表明，持續(xù)的強(qiáng)降雨和地震對坡體的穩(wěn)定性影響較大。

5 結(jié)論

通過對二道坪現(xiàn)場的詳細(xì)地質(zhì)調(diào)研，對滑坡的變形破壞特征、成因及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論。

(1)滑坡區(qū)整體地勢西高東低，坡體平均坡度11°，主滑方向?yàn)?00°，縱向長約174 m，橫向?qū)捈s92 m，滑坡體面積約1.50萬m2，滑體平均厚度約4.5 m，體積約6.75萬m3，屬小型滑坡。

(2)滑坡的主要在內(nèi)因和外因的共同作用，主要原因是坡體開挖，造成滑坡體土體松散，強(qiáng)降雨滲入坡體抬升地下水位，對坡體的自重有極大增加，軟化滑動帶土體，降低滑坡體的抗滑力，影響坡體穩(wěn)定性。

(3)根據(jù)定性分析結(jié)果，從坡體的物質(zhì)組成來分析，滑坡體為淺地表為第四系松散體及含角礫粉質(zhì)黏土層，滑帶為易溶于水的含角礫粉質(zhì)黏土層，這些內(nèi)在條件組合在一起為滑坡的啟動提供了有利條件。根據(jù)定量分析結(jié)果，在持續(xù)強(qiáng)降雨條件下(飽和狀態(tài))，穩(wěn)定系數(shù)為1.05，二道坪坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在地震和暴雨條件下將會啟動滑坡。

(4)二道坪滑坡位于四川省漢源縣大渡河中游，該區(qū)域上部地層主要為粉質(zhì)黏土，處于可塑-硬塑狀態(tài)，局部地帶受地下水影響呈可塑狀粉質(zhì)黏土，地質(zhì)環(huán)境條件較差。通過對二道坪滑坡成因機(jī)制及穩(wěn)定性分析，為漢源縣大渡河中游其他工程治理提供可靠依據(jù)。