福建清流山邊隊(duì)古滑坡發(fā)育特征及復(fù)活機(jī)制分析

江福賢

(福建省地質(zhì)工程大隊(duì)，福州，350002)

古滑坡在我國(guó)云南、四川、西藏等中西部區(qū)域分布廣泛，已有眾多前人對(duì)其分布特征及復(fù)活機(jī)制展開了研究[1,2]，地震、滑帶中的礫石組分、降雨入滲等都是古滑坡復(fù)活的重要影響因素[3-5]。相比于中西部的地廣人稀，我國(guó)東南沿海地區(qū)是人口分布較為稠密的地區(qū)，古滑坡的復(fù)活將對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅。

三明清流的山邊隊(duì)古滑坡是一處已復(fù)活的古滑坡，對(duì)坡體周邊三百余戶居民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，亟需對(duì)該古滑坡的變形特征、復(fù)活機(jī)制進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的防治措施。因此，以該古滑坡為實(shí)例，采用空-地一體化的研究方法，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、理論分析等綜合研究手段，獲得滑坡體的地質(zhì)環(huán)境條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究該古滑坡的發(fā)育特征，并結(jié)合不平衡推力法分析不同工況下滑坡的穩(wěn)定性，分析該古滑坡的復(fù)活機(jī)制，以期為該滑坡災(zāi)害防治及規(guī)劃設(shè)計(jì)、東南沿海地區(qū)古滑坡的研究提供參考。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

古滑坡位于清流山邊隊(duì)至十里鋪組房后邊坡上，距離清流縣城3 km。滑坡體北側(cè)前緣為省道(S204)，東側(cè)是氣槍廠有限責(zé)任公司(下稱氣槍廠)，西側(cè)則是山邊隊(duì)組，穿過龍津河一級(jí)支流，位于省道(S204)北側(cè)，距離滑坡體最近處不足50 m。

該滑坡所在區(qū)域?qū)俚蜕角鹆甑孛玻貏?shì)南高北低，南側(cè)最高峰高程約560 m，北側(cè)最低處高程約305 m?；麦w后部巖壁高陡，高程為415～419 m，兩側(cè)各發(fā)育一條沖溝，雙溝同源，連接向下為平坦臺(tái)地甚至洼地，中部是緩斜坡，下部“舌形”隆起地形，前緣高程為309～310 m。

場(chǎng)地下伏基巖主要為漳平組和梨山組砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖，巖層總體呈順坡向，實(shí)測(cè)巖層產(chǎn)狀為335°∠55°。場(chǎng)地結(jié)構(gòu)面主要為層理，節(jié)理次之，其中集中分布的結(jié)構(gòu)面(層理)傾向?yàn)镹W 320°～350°，次集中分布的結(jié)構(gòu)面還有2組，走向分別為NE 0°～20°和NW 270°～300°。

2 滑坡發(fā)育特征

2.1 平面幾何特征

通過無人機(jī)遙感解譯發(fā)現(xiàn)，滑坡體整體呈圈椅狀，主滑方向約為330°，自南向北縱向長(zhǎng)為100～350 m，東西兩側(cè)橫向?qū)挒?0～290 m，滑坡面積約4.9萬m2，滑體整體厚度為10～25 m，最厚處為30 m，滑體體積約140萬m3。

滑坡體表面受到多條裂縫切割作用構(gòu)成四級(jí)臺(tái)地(圖1)。野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)已有裂縫因年代久遠(yuǎn)被坡積土及腐殖土填埋，共實(shí)測(cè)典型裂縫11條，編號(hào)為L(zhǎng)1～L11，各條裂縫的分布特征(表1)。其中L1為滑坡后緣主裂縫，L2和L3為滑坡周界裂縫，堆積體上的裂縫以拉張性質(zhì)為主，下錯(cuò)深度最大為4.8 m，除了后緣裂縫外，剩余裂縫整體張開度不超過2 m。

圖1 清流山邊隊(duì)滑坡體平面特征圖Fig.1 Flat characteristics of the Shanbiandui landslide body in Qinglin country

表1 滑坡堆積體裂縫分布特征

四級(jí)臺(tái)地主要受L10、L8、L5和L1 4條裂縫的下錯(cuò)切割作用控制，各級(jí)臺(tái)地的坡度自前緣至后緣呈增大趨勢(shì)。首先滑坡前緣部分受L11劇烈下錯(cuò)形成松散塊碎石土，由L11和L10組成第一級(jí)臺(tái)地，面積約2 000 m2，臺(tái)地傾角約5°；L8以下部分錯(cuò)距約12 m，發(fā)育第二級(jí)臺(tái)地，面積約1 700 m2，臺(tái)地傾角6°～10°；L5以下部分錯(cuò)距約3 m，發(fā)育第三級(jí)臺(tái)地，面積約1 600 m2，臺(tái)地傾角5°～11°；L1以下部分錯(cuò)距3～6 m，發(fā)育第四級(jí)臺(tái)地，面積約2 500 m2，臺(tái)地傾角5°～20°。

2.2 縱向結(jié)構(gòu)特征

縱向上，該滑坡主要分為滑坡堆積體、滑移帶和滑床3個(gè)部分，堆積體總體上呈現(xiàn)出北(前)厚南(后)薄的特征。從主滑剖面看，滑床基巖面上陡中緩，靠近前部部位微有反翹，產(chǎn)狀內(nèi)傾。其中北側(cè)滑床基巖面坡度為25°～45°，最陡達(dá)60°，中部坡度為10°～22°，前緣高程為305 m處滑床開始反翹(圖2)。

圖2 古滑坡2-2'工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 No.2-2 ′engineering geological section of the ancient landslide

實(shí)地調(diào)研結(jié)果顯示，該滑坡堆積體在不同平面位置呈現(xiàn)褐黃色、灰白色、雜色的大塊石、碎石土、黏性土不規(guī)則混雜分布，并多以崩塌和坡積成因的塊碎石與黏性土組成的混合土呈現(xiàn)，含量極不均勻。黏性土以粉質(zhì)黏土為主，含量為10%～25%，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等；多見中-強(qiáng)風(fēng)化砂巖、石英砂巖、粉砂巖、泥巖塊碎石，塊徑懸殊，分布不均，塊石粒徑為2～80 cm，含量為40%～60%。表層一般含0.3～2.8 m坡積層，在全新世發(fā)育而成，局部可見植物根系，巖性為含碎石黏性土，碎石粒徑為0.01～2 cm，約占5%～20%，干強(qiáng)度、韌性中等，不同段滲透性有所差異；局部表層為根植土，厚0.1～0.5m，呈黑、褐色，松軟。

現(xiàn)狀滑帶處于古滑坡崩滑堆積體與原有地面的交界處，受滑動(dòng)擠壓、剪切及牽動(dòng)影響，滑帶包括原有地面的覆蓋層及古崩滑體交界面的軟弱部分，主要為原始地形殘坡積土體，滑帶厚度一般為0.2～5.0 m，最厚為7.2 m，呈不規(guī)則線形，連續(xù)分布于滑體底部，以黏土、含黏性土礫砂及粉質(zhì)黏土為主，呈灰褐色、黃灰色，具軟塑-可塑，局部可見切面光滑，粉粒含量為20%～50%，角礫以上含量一般為10%～25%，最小為2%～10%，角礫、碎石多呈次圓狀，局部次棱角狀，工程性質(zhì)差。在滑帶與滑床過渡區(qū)域還分布有厚1～10 m的牽動(dòng)滑區(qū)，主要為原地形土體，風(fēng)化強(qiáng)烈，原表層殘積土層(厚0.3～7.2 m)黏性土含量大，工程性質(zhì)差。

滑床位于未發(fā)生移動(dòng)的坡體上，一般與滑帶直接接觸的滑床包括長(zhǎng)石石英粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖及泥巖，其中，粉砂巖呈中厚層-巨厚層狀，相對(duì)抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般為0.6～8.0 m；泥巖呈薄層-中厚層狀，相對(duì)抗風(fēng)化能力較弱，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為0.4～5 m。從主滑縱剖面圖看，滑床中下部巖層主要以泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為主，而滑床上部以粉砂巖為主，整體呈上硬下軟的分布特征。

2.3 水文地質(zhì)特征

滑坡區(qū)分布4處泉眼，2處位于滑坡前緣與省道(S204)交界處的坡體上，常年滲水，勘查期間流量為0.02～0.1 L/s；一處位于滑坡前緣與氣槍廠交界處，可見明顯滲流通道，常年流水，豐水期流量為3～9.5 L/s,枯水期流量為0.05～0.2 L/s；另有一處位于滑坡后緣高程425 m處，常年可見有水滲出，雨季較大，旱時(shí)水量較小，甚至沒有，勘查期間流量為0.1～0.2 L/s。

鉆孔探測(cè)結(jié)果顯示，滑坡體內(nèi)地下水明顯受控于季節(jié)變化，已形成了統(tǒng)一自由水面，并受制于地形坡度，在重力作用下，順坡向從高處往低處流。地下水分布區(qū)為整個(gè)滑坡區(qū)，而大氣降水的補(bǔ)給區(qū)為整個(gè)滑體表面及滑坡后山?jīng)_溝，流水，分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)基本一致，表明該滑坡體內(nèi)地下水具潛水性質(zhì)。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試坑滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，滑坡區(qū)表層各處的滲透性不均勻，變化大，滲透系數(shù)(k)值為1.20×10-3～1.29×10-6cm/s，滲透性最強(qiáng)的滲坑(k=6.16×10-3cm/s)位于裂縫處，裂縫不發(fā)育的地帶滲透系數(shù)值較低，透水性較弱。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性定性分析

山邊隊(duì)古滑坡的滑坡前緣、堆積體周界、后緣較明顯。在滑坡后緣，后壁上存在明顯擦痕，顯示滑動(dòng)方向與基巖傾向基本一致。在滑坡堆積體上，植被茂盛，發(fā)育灌木、矮喬木、茶果林，可見“馬刀樹”現(xiàn)象。在滑坡前緣，自1998年以來，S204道路出現(xiàn)局部拱起變形，2006年對(duì)滑坡周緣的路段進(jìn)行移線修建，并在路邊修建擋墻，擋墻每年向外移動(dòng)為10～30 cm。另外，滑坡體裂縫趨于有序圈閉，逐步貫通形成裂縫束。同時(shí)，由于滑坡拱起變形，氣槍廠西門墻壁的墻體變形嚴(yán)重，勘查期間其最大位移變化約10 cm。

3.2 穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)

通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取的巖土體力學(xué)參數(shù)，承載力特征值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)獲取，錨固體與巖體間極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、內(nèi)摩擦角、黏聚力、基底摩擦系數(shù)通過枯水期原狀樣的室內(nèi)土工試驗(yàn)獲得，滑帶的黏聚力為13.1 kPa，內(nèi)摩擦角為10.4°(表2)，將以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入斜坡模型中計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)，滑床的力學(xué)參數(shù)根據(jù)巖土物理力學(xué)參數(shù)取值表的經(jīng)驗(yàn)值代入。計(jì)算時(shí)，為了現(xiàn)場(chǎng)情況及計(jì)算結(jié)果能更好地反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選用3種不同工況計(jì)算穩(wěn)定性——自重枯水期工況、自重豐水期工況和持續(xù)強(qiáng)降雨工況，3種工況不改變巖土體參數(shù)，僅改變地下水位的影響。

表2 巖土物理力學(xué)參數(shù)取值

穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，在天然枯水期工況下，滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)(FS=1.000)；在天然豐水期工況下，滑坡整體處于不穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)(FS=0.980)；在持續(xù)強(qiáng)降雨天氣及其他極端因素不利工況影響下，滑坡整體穩(wěn)定性系數(shù)下降，處于不穩(wěn)定狀態(tài)(FS=0.962)。

4 古滑坡復(fù)活機(jī)制分析

4.1 人為活動(dòng)破壞了古滑坡原有的穩(wěn)定狀態(tài)

要討論古滑坡的復(fù)活機(jī)制，首先需明確復(fù)活的時(shí)間。盡管未對(duì)古滑坡年齡進(jìn)行精確測(cè)算，但根據(jù)縣志記載、現(xiàn)場(chǎng)馬刀樹年齡及滑坡體裂縫變形跡象，大致可知現(xiàn)狀滑坡開始滑動(dòng)的時(shí)間不超過60 a。根據(jù)已有資料記載，自20世紀(jì)50年代以來，該處的人為活動(dòng)主要有2宗：一是滑坡前緣省道(S202)的修建，最早始于1957年10月(原荊謝線的通車時(shí)間)，為沙土路-泥結(jié)碎石路面，從1974年起原荊謝線逐步改彎降坡并于1981年至1983年全線改建為瀝青貫入式路面，在1995年至1996年被改建為二級(jí)水泥路面，隨后于1998年起路面出現(xiàn)拱起病害；二是氣槍廠所在地塊在20世紀(jì)60年代起就開始開挖原有山坡以建設(shè)廠房。從馬刀樹年齡與人為建設(shè)活動(dòng)時(shí)間的一致性可以看出，古滑坡周邊人為活動(dòng)破壞了古滑坡原有的穩(wěn)定狀態(tài)，為古滑坡的復(fù)活創(chuàng)造了條件。

4.2 順層特征及不連續(xù)面是觸發(fā)滑坡復(fù)活的重要影響因素

除了復(fù)活時(shí)間，滑坡的失穩(wěn)滑動(dòng)方式也可以為此次研究古滑坡的復(fù)活機(jī)制提供線索。古滑坡的主滑方向?yàn)?30°，與場(chǎng)地主要結(jié)構(gòu)面(層理)傾向接近(NW 320°～350°)；次集中結(jié)構(gòu)面(節(jié)理)的走向?yàn)镹E 0°～20°和NW 270°～290°，與周界裂縫L2和L3的走向接近，在一定程度上控制著滑坡兩側(cè)周界裂縫的變形走向，反映出巖層的不連續(xù)面是形成古滑坡的主要因素。

除此之外，古滑坡表面的11條裂縫以拉張性質(zhì)為主，4級(jí)臺(tái)地傾角自滑坡前緣到后壁逐漸變陡，反映出滑坡的變形機(jī)制為前緣滑體先錯(cuò)動(dòng)變形，形成新的臨空面后逐步牽引帶動(dòng)后部滑塊往前變形。由此可見，巖層的順層特征以及斷裂構(gòu)造是觸發(fā)滑坡復(fù)活的重要影響因素。

4.3 降雨及地下水活動(dòng)加劇了古滑坡復(fù)活

最后，從穩(wěn)定性分析結(jié)果中可以得到，降水條件是觸發(fā)古滑坡全面復(fù)活的關(guān)鍵原因。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)古滑坡圈椅狀地貌特征，滑坡后部的降雨及地下水極易向滑坡體內(nèi)部匯聚，另外，滑坡堆積體表面裂縫處的滲透系數(shù)比滑坡堆積體各級(jí)臺(tái)地表面的大，降水極易從由裂縫入滲到滑體內(nèi)部甚至滑帶處，而滑坡內(nèi)的地下水主要由滑坡前緣的3處泉眼處流出，說明水體在滑坡體內(nèi)進(jìn)行了較長(zhǎng)距離運(yùn)移，與滑坡體內(nèi)的粉砂巖、泥巖和礫石存在一定程度的水巖反應(yīng)。

上述水文過程極易使邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生改變，促使古滑坡復(fù)活。一方面，滑坡塊體的水體入滲不僅提高滑體的含水量，使滑體充水增重，增加下滑力，還伴隨孔隙水壓力增大，基質(zhì)吸力減小，降低了有效應(yīng)力，導(dǎo)致滑體內(nèi)部巖土體的抗剪強(qiáng)度的下降，降低滑坡穩(wěn)定性；另一方面，滑坡體內(nèi)部碎石土與水不斷發(fā)生水巖作用，加速滑體內(nèi)部泥化過程，使得滑坡體物質(zhì)泥化程度增加，泥化物質(zhì)及大量黏性土隨地下水運(yùn)移，逐步往原始?xì)埛e層富集并形成連貫性的滑動(dòng)面，滑帶在地下水長(zhǎng)期的物理化學(xué)作用及長(zhǎng)期蠕滑下，滑帶土軟弱層進(jìn)一步軟化，呈可塑-軟塑狀，整體表現(xiàn)為力學(xué)參數(shù)降低，在滑帶與滑床過渡區(qū)域發(fā)現(xiàn)的牽動(dòng)滑區(qū)正是上述機(jī)制的有力支撐；同時(shí)，入滲降水在滑帶附近由高至低發(fā)生滲流而形成強(qiáng)大滲透壓力，隨基巖裂隙水等作用相對(duì)隔水層，主要產(chǎn)生浮托力，進(jìn)一步減小了土體的抗滑力，類似于四川省中江縣垮梁子滑坡的形成機(jī)制[6]。

因此，該古滑坡的復(fù)活是由于人為活動(dòng)改變了原有邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，巖層順層特征及結(jié)構(gòu)面特征為古滑坡的再次滑動(dòng)創(chuàng)造了有利條件，在充沛降雨條件下，由于滑體內(nèi)巖土體逐漸與水體發(fā)生水巖作用降低了土體抗滑力，導(dǎo)致了該古滑坡蠕變下滑。

5 結(jié)論

(1)山邊隊(duì)古滑坡整體呈圈椅狀，南北最長(zhǎng)達(dá)350 m，東西最寬達(dá)290 m，滑坡規(guī)模為140萬m3，為地質(zhì)歷史時(shí)期形成的大型古滑坡。

(2)山邊隊(duì)古滑坡地形(地貌)和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，滑坡堆積體由11條裂縫及4級(jí)臺(tái)地構(gòu)成，主要成分是崩塌和坡積成因的塊碎石與黏性土組成的混合土，下伏為漳平組和梨山組砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖；主要結(jié)構(gòu)面為層理面，傾向與主滑方向接近，另有2組結(jié)構(gòu)面，走向與古滑坡周界走向接近。

(3)山邊隊(duì)古滑坡地下水明顯受控于季節(jié)變化，已形成了統(tǒng)一自由水面，并受制地形坡度、在重力作用下順坡向從高處往地處流，經(jīng)滑坡前緣的泉眼處流出。穩(wěn)定性分析結(jié)果顯示，在枯水期古滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在豐水期該古滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降雨條件下該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)山邊隊(duì)古滑坡的復(fù)活是一個(gè)多因素綜合作用的結(jié)果，在人為活動(dòng)改變了古滑坡穩(wěn)定狀態(tài)的條件下，巖層傾向和節(jié)理走向等結(jié)構(gòu)面特征為古滑坡的滑動(dòng)提供了有利條件，在強(qiáng)降雨作用下，巖土體與水體發(fā)生水巖反應(yīng)降低了抗滑力，造成古滑坡復(fù)活蠕變。