廣漢市紅層地區(qū)滑坡地質災害形成機制

周亞輝 龐 鑫

（四川省華地建設工程有限責任公司，四川 成都 610400）

隨著經濟的發(fā)展，各級政府對地質災害的防治工作越來越重視，同時對于丘陵地區(qū)，紅層地區(qū)的滑坡防治工作就顯得極為重要，因此對廣漢市紅層地區(qū)滑坡的形成機制研究，對揭示滑坡形成機制和防災減災具有重要的現實意義。

1 數據源

根據廣漢市風險調查評價，廣漢市區(qū)域地質環(huán)境總體上來說，廣漢市條件簡單，地質災害分布較為集中，主要集中在東部丘陵地區(qū)。根據調查，廣漢市目前發(fā)育地質災害共42處，其中滑坡災害30 處，占全市地質災害的71.4%，崩塌共發(fā)育12 處，占比29.6%，由此可見，廣漢市主要發(fā)育滑坡地質災害。

2 淺表層土質滑坡的形成條件

區(qū)內殘坡積物是由下覆砂巖和泥巖風化形成的，繼承了母巖的物理、水理性質。在降雨作用下，雨水沿坡積層中的空隙和裂隙入滲至下覆基巖層，由于基巖為相對隔水層，并軟化基覆界面，最終形成滑坡（見圖1）。

圖1 淺表層土質滑坡概化圖

2.1 地形地貌條件

斜坡坡度對滑坡的發(fā)育起著重要的作用，它在一定程度上控制了坡體的應力分布、覆蓋層的厚度及微地貌等。由滑坡區(qū)自身地質環(huán)境條件所決定，斜坡太緩，上覆土層提供的下滑力不足以克服滑動面的摩擦力發(fā)生下滑；而斜坡太陡，坡腳的應力集中，長時間的應力集中會導致斜坡變形，失穩(wěn)，所以坡度太緩或太陡的斜坡在長期的地質作用下會失穩(wěn)破壞難以保留。

滑坡孕育形成與坡形的關系是密切相關的。適度的坡形產生滑坡的幾率更高。據調查，被人工改造過后的斜坡由于植被變得稀疏，且農溉水的長期浸泡，導致該類斜坡穩(wěn)定性反而較崩坡積、滑坡堆積層斜坡差，在降雨作用下，極易快速飽水，導致失穩(wěn)破壞。凹形坡多出現在老滑坡體上，在地質歷史時期，老滑坡體滑動后,滑坡周界與下錯滑體形成一個圈椅狀凹形“盆地”,在其后的沉積過程中逐漸形成凝箕狀地形,其前緣不具備良好的臨空條件。凸形斜坡反映了河谷下切速度由慢而快的過程,多為新生型滑坡或老滑坡的復活。廣漢市淺表層土質滑坡坡形統(tǒng)計見表1。

表1 廣漢市淺表層土質滑坡坡形統(tǒng)計表

2.2 物質結構條件

只有特定的斜坡結構才能滿足滑坡變形演化的物質條件。覆蓋層主要成分為殘、坡積物粉質粘土和粉質粘土夾碎塊石，是由附近或原地巖塊、巖石風化土等物質形成的。據統(tǒng)計表明，在廣漢市紅層斜坡體中，如果殘坡積層厚度超過5m，地下水將無法入滲到基覆界面，就不能形成軟弱帶。

2.3 地層巖性條件

廣漢市淺表層土質滑坡的滑體巖性一般為第四系殘坡積層，為粉質粘土夾碎石組成。這是由于紅層軟巖的巖體結構特征、物質組成、力學特征、物理力學、水理性質等方面所致的。紅層泥質軟巖較軟弱、強度低、力學性質差、水敏性強，淺表層出露基巖多為全風化～強風化，結構面發(fā)育，一方面成為滑坡體的物質來源；另一方面，紅層軟巖遇水易軟化、泥化，常于上部覆蓋層與下部基巖分界處形成軟弱帶，這為滑坡的發(fā)生提供了天然滑移面。

2.4 誘發(fā)因素條件

據統(tǒng)計表明，廣漢市紅層區(qū)內的淺表層土質滑坡，95%以上的滑坡與降雨有關，可見降雨入滲對淺表層土質滑坡的作用包括化學作用和物理作用。

物理作用主要會引起土體含水量的變化，土體多項強度指標與飽和度有著密切的關系。當粉質粘土飽和度由50%升高至80%時，粘聚力緩慢減小，當飽和度超過80%時，粘聚力急劇下降，土的抗剪強度也隨之降低。

化學作用主要表現在水對基覆界面的軟化作用。雨水自地表入滲以后，通過表層土體空隙和裂隙入滲至基覆界面，由于基巖的滲透系數遠遠小于上部覆蓋層，為相對隔水層，對上覆土體形成揚壓力，進一步降低了坡體的穩(wěn)定性，一旦下滑力超過抗滑力，導致失穩(wěn)破壞。

3 淺表層土質滑坡的過程分析

通過調查研究，現將淺層土質滑坡的變形演化過程劃分為三個階段：初始變形階段、蠕變變形階段、加速變形破壞階段。

初始變形階段：廣漢市自然地表坡度多為10°～25°，大部分居民民房都修筑在半山腰或斜坡后緣。為了民房修筑的方便，在斜坡開挖過程中，由于沒有多余的放坡范圍，開挖形成的坡角一般近乎垂直地面，多數處于70°～80°。并且在民房在修筑過程中，對土體進行基礎開挖、場地整平后，通常采用條石進行邊坡前緣的支擋，這種方式對滑坡的發(fā)生具有一定的控制作用，但其穩(wěn)定性不高；大部分農村民房都未進行邊坡前緣地支擋，在未支擋的情況下易造成邊坡前緣的臨空，為滑坡的發(fā)生提供了一定的條件。在多次降雨作用下，斜坡發(fā)生緩慢的蠕滑。變形開始出現，以張開度較小的拉裂縫為主（見圖2）。

圖2 初始變形階段

蠕變變形階段：后緣張拉裂縫形成后，利于降雨入滲坡體。降雨時，斜坡在水壓力和土體自重作用下，變形進一步發(fā)展。后緣裂縫張開度增大，滑坡后界出現主弧形裂縫，兩側出現張扭性裂縫，前緣出現少量裂縫。該階段房屋建筑出現開裂現象，但不會產生大的破壞。在沒有降雨時，斜坡一般不發(fā)生大的變形，斜坡的變形和降雨存在密切的關系，并具有滯后效應（見圖3）。

圖3 蠕變變形階段

裂縫擴張破壞階段：后緣拉裂縫被完全拉開（圖4）。在一場強降雨作用下，斜坡沿著巖、土界面滑動，發(fā)生失穩(wěn)破壞。坡體中部會出現局部垮塌，臺坎，前緣出現鼓脹帶。房屋出現不均勻沉降，墻體大量開裂，地面隆起。

圖4 裂縫擴張破壞階段

4 堆積層土質滑坡的形成機制

4.1 堆積層土質滑坡的形成機制分析

堆積層滑坡是沿某個剪應力集中面發(fā)生的滑動，滑動面為圓弧形滑動面。堆積層滑坡主要發(fā)生在斜坡具有臨空優(yōu)勢的部位，由于堆積層較厚，容易向著臨空面方向形成應力集中，在降雨作用下，巖土體力學性質降低，坡體容易沿著剪應力集中面滑動破壞(圖5)。

圖5 堆積層滑坡概化圖

4.1.1 地形臨空面外傾

堆積層滑坡一般在30°～50°之間。無論是崩坡積成因，還是滑坡堆積成因，最終堆積體斜坡坡度多以自然休止角分布，修建房屋時對地基的處理和屋后斜坡、陡坎的開挖，常形成較好的臨空面。在強降雨作用下或是前緣開挖形成臨空面條件下易于失穩(wěn)。

4.1.2 地層巖性較軟

堆積層滑坡是沿著土體內部的剪應力集中面滑動形成的，滑動面是土體內部的一個弧形滑動面，所以堆積層滑坡的組成物質主要為第四系松散覆蓋層，粉質粘土為淺黃色粉質粘土或褐紅色粉質粘土，厚度一般在5～10m。紅層地區(qū)較厚的松散覆蓋層一般為斜坡崩坡積物或滑坡堆積物在斜坡某個洼地或具有臨空優(yōu)勢的地方堆積形成，它們同樣具親水性強、遇水易軟化的典型特點，為滑坡的孕育形成提供了良好的物質基礎。

4.1.3 斜坡結構應力集中

斜坡的結構條件對滑坡的變形規(guī)模及變形破壞模式有著關鍵的控制作用，堆積層滑坡是指斜坡土體在局部臨空條件優(yōu)越的地方沿著堆積層土體內部的圓弧形面向臨空方向變形滑動。它一般發(fā)生在覆蓋層較厚的斜坡體上，其坡面形態(tài)為折線性，在局部具有臨空優(yōu)勢的斜坡體上，在靠近臨空面的土體內，其最大主應力由垂直于坡面方向逐漸向平行于坡面的方向轉變，并最終形成剪應力集中，在降雨誘發(fā)下，斜坡失穩(wěn)，向臨空面方向發(fā)生變形破壞。

4.1.4 誘發(fā)因素條件

4.1.4.1 降雨

根據對廣漢市區(qū)內堆積層滑坡的調查研究發(fā)現，降雨是堆積層滑坡的一個主要誘發(fā)因素。降雨過程中，由于土是三相物質，土體中存在很多空隙，雨水沿著空隙滲入坡體，一方面增加了坡體物質的含水率，增加坡體的自重，導致坡體下滑力增強。另一方面雨水自地表入滲以后，在雨水與土體接觸的過程中，由于堆積層滑坡土體的親水性強、易軟化，進而雨水將持續(xù)軟化土體，導致其力學性質降低，抗滑力下降，土體下滑力一旦超過抗滑力將導致斜坡失穩(wěn)破壞。

4.1.4.2 人類工程活動

人類工程活動也是誘發(fā)堆積層滑坡的另一個重要因素，包括道路修建造成的邊坡開挖，修建房屋時對地基的處理和屋后斜坡、陡坎的開挖，在斜坡上修筑灌溉水渠等。這些工程的開挖在斜坡體上形成了較好的臨空面，改變了坡體內的應力分布，使原來在坡體中連續(xù)分布的應力變得不連續(xù)，造成應力重分布，引起開挖處應力集中。在降雨條件下，斜坡緩慢蠕滑，很容易失穩(wěn)。

4.2 堆積層土質滑坡的演化過程分析

通過對多個堆積層滑坡的調查分析的得出，堆積層滑坡主要發(fā)生在斜坡具有臨空優(yōu)勢的部位，由于堆積層較厚，容易向著臨空面方向形成應力集中，在降雨作用下，巖土體力學性質降低，坡體容易沿著剪應力集中面滑動破壞。其形成、變化和發(fā)展過程其主要影響因素就是降雨。因此，堆積層滑坡的形成演化主要有以下四個階段（見圖6）。

圖6 堆積層滑坡形成演化過程圖

紅層地區(qū)溝谷兩岸或匯水條件集中的坳地，斜坡覆蓋層較厚，覆蓋層通常為粉質粘土夾碎石組成，結構較松散，同時溝谷的切割在斜坡前緣形成了非常好的臨空面（圖6（a））；由于堆積層較厚，斜坡前緣又具有非常好的臨空條件，在自重應力作用下，斜坡向臨空方向發(fā)生緩慢的蠕變變形，并在斜坡坡腳和斜坡后部某個位置形成應力集中，并在斜坡后緣形成拉裂縫（圖6（b））；在強降雨作用下，雨水沿著空隙滲入坡體，一方面增加了坡體物質的含水率，增加坡體的自重，導致坡體下滑力增強。另一方面雨水自地表入滲以后，在雨水與土體接觸的過程中，由于堆積層滑坡土體的親水性強、易軟化，進而雨水將持續(xù)軟化土體，導致其力學性質降低，斜坡內部裂縫持續(xù)往下擴展，沿著應力集中面形成一貫通的圓弧形滑面（圖6（c））；在圓弧形滑面形成貫通后，在降雨誘發(fā)下，土體下滑力一旦超過抗滑力將導致斜坡發(fā)生失穩(wěn)破壞（圖6（d））。

5 結論

廣漢市紅層地區(qū)的滑坡類型主要為淺表層土質滑坡，這類滑坡滑體物質主要由殘坡積物構成。通過以上分析其最主要形成條件有地形地貌與斜坡結構類型雙重作用，主要誘發(fā)因素為降雨。其演化過程分為:a.初始階段：斜坡臨空面松散物堆積；b.初始階段：斜坡臨空面緩慢蠕變變形；c.變形階段：持續(xù)變形滑面貫通;d.破壞階段：斜坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。