興仁圍豹滑坡形成條件及誘發(fā)機(jī)制探討*

陳壽稀，廖德武，蘭中孝，鄭 冰，杜艷松，王 源

(1貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽，550081；2貴州省地礦局地球物理地球化學(xué)勘查院(貴州省地礦局109地質(zhì)大隊)，貴州 貴陽 550018)

0 引言

2018年8月9日晚23時20分左右，興仁市馬馬崖鎮(zhèn)哪魯村圍豹六組突發(fā)順層滑坡災(zāi)害(以下稱圍豹滑坡)[1]，造成3棟房屋損毀。因險情把控準(zhǔn)確、主動避讓果斷，實現(xiàn)該地質(zhì)災(zāi)害的成功避讓，避免了18人因災(zāi)傷亡，確保滑坡影響范圍內(nèi)的生命財產(chǎn)安全。

圍豹滑坡為基巖順層滑動失穩(wěn)，基巖順層滑動是貴州省較為典型的災(zāi)害類型，貴州山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)過程中受自然、人為工程活動因素影響，大多沿基巖層面或巖土接觸面失穩(wěn)或復(fù)活。目前，相關(guān)學(xué)者對滑坡形成條件以及誘發(fā)機(jī)制開展了大量的研究，如阿塔巴德滑坡形成條件與誘發(fā)機(jī)制分析[2]，軟弱結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡斷面開挖不大時不會出現(xiàn)沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生破壞[3]，軟弱夾層順層巖質(zhì)邊坡在工程建設(shè)活動過程中開挖切腳形成臨空面，誘發(fā)軟弱夾層巖質(zhì)順層滑坡[4]，重慶云陽雞扒子滑坡主要由強(qiáng)降雨誘發(fā)[5]，云南小灣引水溝堆積體由于不合理削坡而發(fā)生復(fù)活變形[6]，蘭州市安寧區(qū)鳳凰山上洼子滑坡形成條件開展了研究[7]，青海省高家灣滑坡的形成條件分析及穩(wěn)定性評價[8]，岷縣漳縣6.6級地震典型滑坡特征及其誘發(fā)機(jī)制[9]，綜上所述，較多學(xué)者對大型滑坡形成機(jī)制與誘發(fā)因素開展了相關(guān)工作并取得豐富成果，但對誘發(fā)在山區(qū)農(nóng)村小型順向巖質(zhì)滑坡的形成及誘發(fā)的研究相對偏少。

鑒于此，本文以圍豹滑坡作為研究對象，對山區(qū)農(nóng)村小型順向滑坡的形成及誘發(fā)開展相關(guān)工作并展開探討，揭示順層巖質(zhì)滑坡的形成及誘發(fā)的內(nèi)在因素，為山區(qū)農(nóng)村建設(shè)過程中防災(zāi)減災(zāi)工作提供相關(guān)的理論技術(shù)支撐。

1 圍豹滑坡形成條件

圍豹滑坡的形成具有特定的地質(zhì)地貌環(huán)境條件。其形成的基本條件主要包括自然地理、氣候水文、地形地貌、工程地質(zhì)條件及地質(zhì)構(gòu)造等。

1.1 自然地理條件

研究區(qū)位于興仁縣馬馬崖鎮(zhèn)哪魯村圍豹六組，位于興仁縣城北西56 km，行政劃分歸屬馬馬崖鎮(zhèn)管轄。

1.2 氣候水文條件

研究區(qū)屬亞熱帶暖溫濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，為夏濕冬干溫和區(qū)域，平均氣溫15.2 ℃，7月至8月均溫度21～22 ℃，日最高氣溫約32.5 ℃；1月氣溫最低，月均約6.1 ℃，日最低氣溫-3.5 ℃。據(jù)圖1資料，多年最大降雨量為1576.00 mm，多年最小降雨量為884.00 mm，多年平均降雨量1241.11 mm；5月至9月為豐水季節(jié)，12月至次年3月為枯水季節(jié)，雨季集中在5月至8月。據(jù)圖2資料，多年月最大降雨量在6月份，為298.05 mm，多年月最小降雨量在2月份，為17.74 mm，多年月平均降雨量103.43 mm。研究區(qū)雨水充沛，為滑坡形成及誘發(fā)提供了動力條件。

圖1 多年年平均降雨量資料圖Fig.1 Annual mean rainfall over the years

圖2 多年月平均降雨量資料圖Fig.2 Monthly mean rainfall over the years

1.3 地形地貌條件

研究區(qū)為溶蝕地貌，地形起伏較明顯，屬于典型的中山溶蝕地貌特征，總體地勢為西部高、東北低，最高點為滑坡體后緣的劉家坡山頂(高程約1274.1 m)，滑坡前緣位于研究區(qū)南部圍豹(高程約1242.4 m)，相對高差約28.7 m。災(zāi)害點標(biāo)高為1274.10～1242.00 m之間，其地形地貌的主要特點為西高東低斜坡地貌，地形坡度為10°～25°，平均23°，地勢較緩，裸露巖層溶溝溶槽隨處可見，植被覆蓋率較高，根劈作用顯著。研究區(qū)典型的地形地貌特點為區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害的孕育與發(fā)生提供了充分的能量條件。

圖3 研究典型的地形地貌條件Fig.3 Typical topographic and geomorphic conditions in the study area

1.4 工程地質(zhì)條件

圖4 滑坡后緣及滑面軟弱夾層Fig.4 Weak intercalation on the back edge and the sliding surface of the landslide

1.5 地質(zhì)構(gòu)造條件

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬右江造山帶晴隆—安龍構(gòu)造變形區(qū)中部，主要構(gòu)造線整體呈北東向分布，滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，其主要褶皺及斷層有大石板背斜、鷓益斷層。巖層產(chǎn)狀為22°∠20°，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，主要發(fā)育3組節(jié)理：①46°∠83°，②155°∠77°，③256°∠86°，表層風(fēng)化較強(qiáng)，節(jié)理裂隙面張開0.5～4.9 mm，最大可達(dá)5.3 mm，層面粗糙，充填有粘土、巖屑等物質(zhì)，連通性較好，受斷層及褶皺作用的影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)破碎。

1.6 人類工程活動

研究區(qū)人類工程活動強(qiáng)烈，破壞地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重，對地形地貌、工程及水文地質(zhì)條件的破壞，主要表現(xiàn)為公路及民房工程建設(shè)形成人為邊坡，在降雨和其他因素的誘發(fā)下極易產(chǎn)生滑坡。

圖5 研究區(qū)構(gòu)造分布圖Fig.5 Structural distribution map of the study area

2 滑坡穩(wěn)定性及起動條件分析

2.1 滑坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)斜坡臨空面產(chǎn)狀、巖層產(chǎn)狀及節(jié)理裂隙面產(chǎn)狀采用赤平投影分析定性分析(圖6)，斜坡臨空面傾向與巖層傾向一致，為順層巖質(zhì)斜坡，臨空面傾角大于巖層傾角，斜坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有沿巖層層面滑動失穩(wěn)的條件。

圖6 斜坡赤平投影分析圖Fig.6 Stereogram of the slope

2.2 滑坡起動條件分析

對于沿平面發(fā)生變形是否產(chǎn)生的條件，根據(jù)陳明東[10]對巖體結(jié)構(gòu)及變形特征分析，當(dāng)不考慮巖體內(nèi)聚力C，可用巖層傾角α與滑面的內(nèi)摩擦角φ來判斷滑坡是否起動的依據(jù)，即起動角是滑面的傾角。據(jù)此按力學(xué)原理進(jìn)行分析，當(dāng)滑塊存在約束邊界時，判斷滑塊是否起動的依據(jù)是巖體節(jié)理面走向與滑移面走向夾角β的大小，在α不很大時，臨界條件表達(dá)式為：

(1)

式中，L和b分別為被裂隙分割塊體的長度和寬度，當(dāng)L≥b時，表達(dá)式簡化為：

(2)

根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查，選取控制性滑塊計算巖體臨界起動角為：

式中，11°為試驗測試的滑面軟弱夾層內(nèi)摩擦角，22°為巖層傾角，巖體節(jié)理面走向與巖層走向夾角分別為24°、47°、54°，均小于巖體臨界起動角61.31°，說明斜坡具備滑移的條件。

2.3 靜水壓力作用分析

坡體節(jié)理裂隙發(fā)育，當(dāng)坡體前緣臨空則會導(dǎo)致坡面產(chǎn)生卸荷現(xiàn)象，當(dāng)?shù)乇硭匦逗闪严断聺B至滑面產(chǎn)生靜水壓力作用，對滑面以上滑體部分產(chǎn)生浮托力，對滑面以下產(chǎn)生壓力，則靜水壓力在滑體單位面積上表達(dá)為：

P=γw(H-Z)

(3)

式中：P為靜水壓力(MPa)；γw為水的容重(取9.8×103N/m3)；H為地下水水頭高程(m)；Z為滑動面上任意點高程(m)。

圖7 靜水壓力與水頭高度的關(guān)系Fig.7 Relationship between hydrostatic pressure and head height

結(jié)合滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件，臨空面剪出口標(biāo)高為1262.87 m，后緣裂隙入滲點標(biāo)高為1311.51 m，則坡體后緣靜水壓力為：

P=γw(H-Z)

=9.8×103(1311.51-1262.87)=0.47 MPa

據(jù)靜水壓力與水頭高度的關(guān)系圖分析，靜水壓力大小與水頭高度大小呈線性關(guān)系，靜水壓力對軟弱結(jié)構(gòu)面向下產(chǎn)生壓力，向上產(chǎn)生浮托力，破壞軟弱結(jié)構(gòu)面原有的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致滑動面的形成。

3 圍豹滑坡形成機(jī)制

對圍豹滑坡形成條件分析，結(jié)合地形地貌條件、巖土構(gòu)成特征、地質(zhì)構(gòu)造特點等，推斷該滑坡孕育與演化過程分為4個階段(圖8)。

圖8 滑坡演化過程分為4個階段Fig.8 The landslide evolution process is divided into 4 stages

3.1 結(jié)構(gòu)面孕育階段

該原始條件下斜坡受大石板背斜、鷓益斷層構(gòu)造作用影響，巖體受到擠壓作用，導(dǎo)致巖體次生節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體本身物理力學(xué)性質(zhì)逐漸變差，與原生結(jié)構(gòu)相比抗風(fēng)化及抗侵蝕能力相對減弱。由于滑坡區(qū)處于亞熱帶暖溫濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨水充沛。在風(fēng)化作用及雨水作用影響下，斜坡巖體內(nèi)部裂縫進(jìn)一步發(fā)育并產(chǎn)生延伸展現(xiàn)象，此階段節(jié)理裂隙未形成貫通。

3.2 前緣臨空面形成階段

此階段主要是受人類建設(shè)過程活動強(qiáng)烈的影響，公路及民房工程建設(shè)，對斜坡進(jìn)行切腳形成順向臨空面，坡腳開挖沿巖層走向進(jìn)行開挖，形成坡向與巖層傾向一致的臨空面，基巖的軟弱夾薄層面在臨空面暴露。

3.3 后緣裂縫形成階段

該階段由于滑坡區(qū)前緣已形成臨空面，改變了巖石原來的應(yīng)力狀態(tài)，巖體的應(yīng)力狀態(tài)要進(jìn)行重新分布，在巖體重力作用的影響下，軟弱結(jié)構(gòu)面作為滑面，斜坡沿滑面存在向臨空的方向發(fā)生滑移破壞現(xiàn)象，斜坡中后部在前緣滑移過程中受到牽拉作用，斜坡巖體沿節(jié)理裂隙面向臨空面產(chǎn)生裂隙，并在雨水作用下沿軟弱夾層逐漸形成貫通。

3.4 滑移起動產(chǎn)生階段

斜坡巖體節(jié)理裂隙面與巖層軟弱夾層形成貫通，在風(fēng)化及雨水共同作用下，由于斜坡前緣已經(jīng)存在臨空面，斜坡巖體在自重作用條件下，巖體產(chǎn)生卸荷現(xiàn)象，導(dǎo)致巖體本身向斜坡方向進(jìn)一步產(chǎn)生滑動，當(dāng)雨水沿后緣裂隙下滲至巖層軟弱夾層，軟弱夾層面物質(zhì)在雨水作用下進(jìn)一步軟化，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)逐漸降低，當(dāng)斜坡的下滑力大于抗滑力時，導(dǎo)致斜坡巖體形成整體滑動。

對上述條件分析：當(dāng)斜坡前緣形成臨空面時，斜坡沿臨空面產(chǎn)生卸荷現(xiàn)象，雨水入滲軟化滑面及靜水壓力相互作用，斜坡巖體向臨空面產(chǎn)生滑移，斜坡前緣巖體沿軟弱夾層面產(chǎn)生滑移，后緣巖體沿節(jié)理裂隙產(chǎn)生拉裂破壞，形成滑移-拉裂型滑坡。

4 結(jié)論

(1)在亞熱帶暖溫濕潤季風(fēng)氣候區(qū)特殊的自然地理、氣候水文、地形地貌、工程地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及人類活動孕育了興仁圍豹滑坡。

(2)通過對滑坡穩(wěn)定性及起動條件分析：斜坡臨空面傾向與巖層傾向一致，具備沿巖層傾角產(chǎn)生失穩(wěn)的條件；巖體節(jié)理面走向與巖層走向夾角分別為24°、47°、54°，均小于巖體臨界起動角61.31°，具備了滑移的條件；靜水壓力作用為滑坡提供了動力條件。

(3)通過理論綜合分析探討，圍豹滑坡可分為結(jié)構(gòu)面孕育階段、前緣臨空面形成階段、后緣裂縫形成階段及滑移起動產(chǎn)生階段4個階段；雨水入滲軟化滑面及靜水壓力相互作用形成滑移-拉裂型滑坡。