河南省西峽縣石界河鄉(xiāng)通渠村滑坡成因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

楊森，方榮，徐書文，徐川川，劉冬，豆靖林

（1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016）

0 引言

中國(guó)是世界上滑坡災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家之一，每年因滑坡造成的經(jīng)濟(jì)損失均在十億美元以上（殷坤龍，2004）。河南省西峽縣雨量充沛，通渠村滑坡存在失穩(wěn)的可能性，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，通過(guò)分析研究該滑坡的穩(wěn)定性提出合理的防治措施，意義重大?；碌某梢驒C(jī)制和破壞過(guò)程非常復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)滑坡變形特征與各類影響因素進(jìn)行了不同程度的分析（彭令和牛瑞卿，2011），影響因素大致可以分為內(nèi)在和外在兩種影響因素，內(nèi)在影響因素主要包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地震等，外在因素包括人類工程活動(dòng)、氣候、降水等。極限平衡分析法在土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析中應(yīng)用最為廣泛（王道山等，2020），常用的方法有Spencer法、垂直條分Sarma法、斜條分Sarma法、傳遞系數(shù)法（趙廣春等，2005；方玉樹，2007）等。本文通過(guò)傳遞系數(shù)法計(jì)算得出天然工況、暴雨工況和地震工況（何專和姚令侃，2009；王江榮等，2018）條件下的整體安全系數(shù)，進(jìn)而整體評(píng)價(jià)該滑坡的穩(wěn)定性（欒永平和高永強(qiáng)，2007；龍維和裴學(xué)斌，2013），為該滑坡治理提供了可靠的技術(shù)支撐（李健生和張灑，2020）。

1 滑坡概況

通渠村滑坡位于河南省西峽縣石界河鄉(xiāng)通渠村孤山組，滑坡區(qū)人類工程活動(dòng)較為強(qiáng)烈。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑坡區(qū)的前緣由于修路建房，人工開挖形成臨空面，后緣和中部發(fā)育多條拉張裂縫，滑坡區(qū)雨水充沛，尤其在雨季，持續(xù)降雨的情況下，滑坡存在失穩(wěn)的可能性?；聟^(qū)下部分布有村部、衛(wèi)生所、小學(xué)以及居民區(qū)，滑坡危險(xiǎn)區(qū)范圍包括滑體及周邊50 m的區(qū)域范圍，危險(xiǎn)區(qū)面積約2.2×104m2?；乱坏┦Х€(wěn)，將嚴(yán)重威脅通渠村孤山組村民和學(xué)校師生200余人的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，急需對(duì)滑坡形成機(jī)理和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并提出滑坡治理的措施和建議（張玉池等，2004），同時(shí)對(duì)整個(gè)豫西山區(qū)受降雨影響的滑坡研究（王紅曉等，2009；常曉軍等,2010）具有一定的借鑒意義（圖1～2）。

圖1 通渠村滑坡全貌

2 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)位于石界河鄉(xiāng)石煙河與大坪河交匯處，屬于豫西低山區(qū)，滑坡區(qū)總體趨勢(shì)北高南低，高程在658～703 m，西北東南走向的大坪河是區(qū)內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面，滑坡平面形態(tài)呈不規(guī)則馬蹄狀，剖面形態(tài)呈階梯狀，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，沖溝發(fā)育，坡角25°～35°。

2.2 氣象水文

滑坡區(qū)處于亞熱帶向暖濕帶過(guò)渡地帶，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，光照充足，年均氣溫15.1℃，年均降雨量830毫米左右（汛期占全年雨量的60%以上，最高可達(dá)80%）?；聟^(qū)前緣的大坪河屬于季節(jié)性河流，向東南匯入石煙河，最后匯入鸛河。

2.3 地層巖性

滑坡區(qū)出露地層為第四系沖洪積及殘坡積層，下伏古元古界秦嶺巖群。第四系沖洪積及殘坡積層主要巖性為粉質(zhì)粘土、碎石土及砂礫卵石層，上部粉質(zhì)粘土黃褐色，可-硬塑，含砂及少量碎石，下部碎石含量增高，粒徑2.0～40.0 mm的占50%，干強(qiáng)度較高，韌性較好，為滑坡體的主要巖性。下伏古元古界秦嶺巖群巖性主要為（全-強(qiáng)-中風(fēng)化）花崗片麻巖，顏色黃褐色-灰白色，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化程度由上至下減弱?；瑤烈渣S褐色，軟-可塑，以粘性土為主，含砂粒，強(qiáng)度較上部土層偏低，濕度偏高。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造及地震

滑坡區(qū)位于小寨斷裂帶與朱陽(yáng)關(guān)斷裂帶之間，巖層的產(chǎn)狀穩(wěn)定為301°～320°∠20°～27°，巖層傾向與坡向基本相反屬于逆向坡。

西峽地區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅶ度（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2016①；中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2016②）。

2.5 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)有多條天然沖溝，降雨形成坡面流，匯入沖溝，最后匯入大坪河，部分入滲形成地下水?；聟^(qū)地下水主要為基巖裂隙水，并主要賦存于滑坡體的全-強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖的節(jié)理裂隙內(nèi)，表層粉質(zhì)粘土層中含少量孔隙水，水位季節(jié)變化大。

2.6 工程地質(zhì)條件

滑坡區(qū)工程地質(zhì)巖組主要為粘土、細(xì)砂、砂卵石多層土體和花崗片麻巖巖組。

粘土、細(xì)砂、砂卵石多層土體：該巖組厚度一般小于10 m，殘坡積物結(jié)構(gòu)較疏松，基巖裂隙較發(fā)育，遇水力學(xué)性質(zhì)變化大，工程地質(zhì)條件較差，滑坡主要發(fā)生在該工程地質(zhì)巖組內(nèi)。

花崗片麻巖巖組：屬堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖類。巖石堅(jiān)硬，中粒、中粗粒及似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，為中生代黑云母斑狀花崗與元古代閃長(zhǎng)巖，其力學(xué)強(qiáng)度能滿足一般工程建筑，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。

2.7 人類工程活動(dòng)

滑坡區(qū)人類工程活動(dòng)較為強(qiáng)烈，對(duì)滑坡體的擾動(dòng)較大，主要表現(xiàn)為2個(gè)方面：

（1）削坡建房、修路人為削坡建房，降低了斜坡的穩(wěn)定性，對(duì)地面擾動(dòng)較大，原地貌、土地及植被也遭到破壞，引發(fā)和加劇滑坡、崩塌災(zāi)害的發(fā)生（張啟興等，2019）。

（2）人工取土、開挖梯田滑坡體上人工筑堤造田，導(dǎo)致地表土質(zhì)疏松，改變了原有地表水的排泄通道，增加匯水面積，也有利于地表水轉(zhuǎn)化為地下水，導(dǎo)致坡體局部穩(wěn)定性降低，坡體中后緣拉張裂縫較為發(fā)育，并在坡體后緣發(fā)生滑塌。

圖2 通渠村滑坡平面圖

3 滑坡基本特征及成因分析

3.1 滑坡空間形態(tài)

通渠村滑坡體為凸型，平面上為簸箕狀，滑坡體西側(cè)以基巖和殘坡積層的分界線為界，東側(cè)以沖溝為界，后緣以張拉裂縫下挫為界，后緣高程點(diǎn)約702 m，前緣剪出口以中心小學(xué)后地面與坡體交界處為界?；轮骰较?77.5°，坡角25°～35°，滑坡軸線長(zhǎng)約140 m，平均寬約160 m，總面積約22000 m2，滑坡體厚度約1～8 m，滑坡體土方量約100000 m3，屬于淺層小型土質(zhì)滑坡?；w地表呈臺(tái)階狀，形成多條高2～6 m陡坎。地表傾角呈上陡中下緩，后部?jī)A角30°～40°，中部?jī)A角20°～30°，前部?jī)A角0°～3°。

3.2 滑坡體物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)

滑體為第四系殘坡積碎石土，厚度1～8 m，雜色，碎石土內(nèi)含有少量的植物根系，呈雜色，其母巖為斜長(zhǎng)片麻巖?；矠閺?qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化的斜長(zhǎng)片麻巖，巖層傾向?yàn)?20°，傾角25°。巖體由于受到構(gòu)造影響，裂隙較為發(fā)育，巖層被切割成碎裂狀的碎塊，透水性系數(shù)大，是地下水的富集區(qū)。

據(jù)勘查資料，滑坡體的滑面為黃褐色粉質(zhì)粘土軟弱層，位于粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化斜長(zhǎng)片麻巖的接觸帶。由于地表水和地下水的作用，改變了該土體的結(jié)構(gòu)，在自重和壓力的作用下，使該軟弱層的孔隙發(fā)育，含水量增加，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

3.3 滑坡的變形特征

該滑坡變形特征主要表現(xiàn)為拉張裂縫、淺層滑塌以及前緣建筑局部變形。滑塌位于滑坡后緣西部，在滑塌體后緣所形成的陡壁高約2～3 m，坡度為40°～50°（圖3）。

圖3 滑坡后緣滑塌

3.4 滑坡的成因機(jī)理

在小寨斷裂帶和朱陽(yáng)關(guān)斷裂帶的作用影響下，造成滑坡區(qū)的巖體破碎、裂隙發(fā)育，外加降雨的入滲，改變了巖體的結(jié)構(gòu)，降低了巖石的強(qiáng)度，加快巖石的風(fēng)化速度，為滑坡形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)（田恒召和李虎杰，2011）；其次滑坡區(qū)前后緣高差約50 m，坡度30°左右，坡度較陡，為滑坡形成提供了勢(shì)能條件，前緣經(jīng)河流洪水沖蝕及人工開挖，形成多條2～6 m陡坡，為滑坡的形成制造了有利的臨空面（田恒召和李虎杰，2011）；滑坡面人工改造梯田，使植被減少，改變了原有的排水通道，增加匯水面積從而增加了雨水的入滲，雨水沿滑面向下部滲流，造成結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù)降低，從而降低了上覆蓋層的穩(wěn)定性，加劇了滑移變形。

3.5 滑坡的破壞模式

從滑坡的破壞特征看，滑坡體先期由人為的開挖坡腳引起坡腳處土體失穩(wěn)，繼而引發(fā)后部坡體的變形破壞。目前滑坡的變形在后緣形成拉裂下挫，前緣有鼓脹變形，是牽引式破壞，是以拉裂蠕滑性破壞模式為主。從破壞的模式分析，該滑坡符合牽引式滑坡（袁從華等，2008；羅曉風(fēng)，2011）的特征。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算方法

滑坡區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，且臨近水源，加上降雨因素，根據(jù)滑坡形成原因、機(jī)制及坡型特點(diǎn)（中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部，2016③），選取天然、暴雨和地震三種工況對(duì)緩坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

依據(jù)滑坡勘查資料，通渠村滑坡的滑動(dòng)面近似折線型，采用傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡2-2′主剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算公式如下（李毅等，2005）：

式中：Rn=(Wn((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn；TDi=rwhiwLisinβicos(αi-βi)；=ΨiΨi+1Ψi+2…Ψn-1；Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+TDn；Ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αiαi+1)tanφi+1；RDi=rwhiwLisinβisin(αi-βi)；Kf為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第i塊段滑體的自重力（kN/m）；φi為第i塊段土的內(nèi)摩擦角（°）；Ci為第i塊段土的粘聚力（kN/m）；Li為第i塊段滑動(dòng)面長(zhǎng)度（m）；Ti為作用于第i塊段滑動(dòng)面上滑動(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)，Ti取負(fù)值；Ψj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）；αi為第i塊段滑動(dòng)面切線方向與水平方向夾角；TDi為作用于第i塊段滲透壓力平行滑面分力；RDi為作用于第i塊段滲透壓力垂直滑面分力；βi為第i塊段地下水流向與水平方向夾角（°）；rw為水的重度（kN/m3）；A為地震加速度（取0.05 g）。

4.2 計(jì)算參數(shù)

4.2.1 滑體重度

根據(jù)滑坡體殘坡積粉質(zhì)粘土的2組現(xiàn)場(chǎng)大重度試驗(yàn)結(jié)果，天然重度分別為19.7 kN/m3和19.5 kN/m3；根據(jù)滑體土12組室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，天然重度平均值為19.5 kN/m3，飽和重度平均值為20.4 kN/m3。綜合確定滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力計(jì)算中所采用的重度值為：滑體的天然重度γ=19.6 kN/m3；飽和重度γw=20.0 kN/m3。

4.2.2 滑體、滑帶物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)滑坡鉆孔內(nèi)基巖頂面采集的滑帶土（圖4）進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)，滑帶土力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1；在滑坡體上殘坡積土層現(xiàn)場(chǎng)開展一組原位剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖4 滑帶土特征

表1 滑帶土物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表

表2 滑體現(xiàn)場(chǎng)原位剪切試驗(yàn)結(jié)果表

4.2.3 計(jì)算參數(shù)的選擇

具體參數(shù)參照類似工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合臨近場(chǎng)地以及參數(shù)反演法綜合確定，由于坡體土取樣試驗(yàn)可靠度相對(duì)較差，因此在參數(shù)選取時(shí)主要結(jié)合反演分析的方法確定，反演分析時(shí)采用滑坡主剖面2-2′剖面進(jìn)行，滑坡2-2′剖面在暴雨工況時(shí)坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)取0.99進(jìn)行反演。綜合參數(shù)取值見(jiàn)表3。

表3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值表

4.3 計(jì)算模型

對(duì)滑坡主剖面2-2′進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，剖面方向與滑坡滑移方向一致，剪出口位于邊坡前部居民房屋后部，滑坡邊界清楚（圖5）。

圖5 2-2′剖面計(jì)算示意圖

4.4 計(jì)算結(jié)果

2-2′剖面在天然工況條件下的穩(wěn)定系數(shù)（Kf）為1.35（表4）；在暴雨工況條件下的穩(wěn)定系數(shù)（Kf）為0.99（表5）；在地震工況條件下的穩(wěn)定系數(shù)（Kf）為1.05（表6）。

表4 2-2′剖面穩(wěn)定性計(jì)算（天然工況）

表5 2-2′剖面穩(wěn)定性計(jì)算（暴雨工況）

表6 2-2′剖面穩(wěn)定性計(jì)算（地震工況）

4.5 穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

依據(jù)滑坡穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表7）。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，在天然工況下，2-2′剖面處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，2-2′剖面處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下，2-2′剖面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

表7 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與宏觀地質(zhì)分析結(jié)果基本吻合，通過(guò)調(diào)查可知，滑坡變形均產(chǎn)生于強(qiáng)降雨期間，表明大氣降水對(duì)滑坡變形起到?jīng)Q定性的促進(jìn)作用。失穩(wěn)方式為滑坡前緣先啟動(dòng)，然后逐次牽引中上部滑體產(chǎn)生變形破壞。

5 結(jié)論

通過(guò)調(diào)查滑坡區(qū)的地形地貌及滑坡基本特征著手，深入分析滑體、滑帶和滑床特征及降雨對(duì)滑坡的影響，對(duì)通渠村滑坡的變形機(jī)制及成因進(jìn)行分析。根據(jù)勘查資料、室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)類比及反算值綜合確定滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)。用傳遞系數(shù)法計(jì)算了滑坡在天然工況、暴雨工況和地震工況條件下的穩(wěn)定性。得到了以下結(jié)論。

（1）該滑坡屬淺層中型土質(zhì)滑坡，人類工程活動(dòng)是滑坡形成的主導(dǎo)因素，大氣降水是滑坡進(jìn)一步加速發(fā)展的重要條件。

（2）暴雨工況下滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡一旦失穩(wěn)，嚴(yán)重威脅到滑坡前緣通渠村小學(xué)師生、居民以及鄉(xiāng)村公路的安全。

（3）經(jīng)過(guò)分析，推薦采用抗滑樁+擋土墻+截排水工程等綜合措施治理該滑坡。

注 釋

①中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).2016.中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

②中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2016.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

③中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.2016.滑坡防治工程勘查規(guī)范（GBT 32864-2016）[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.