某縣黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡形成機(jī)理和成災(zāi)模式初探

張 鑫

（山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西 長治 046000）

1 概述

某縣近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)場地建設(shè)不斷加大投入，隨著人民對出行便捷性的要求，縣內(nèi)道路建設(shè)也日漸增多。由于某縣總體二疊系、三疊系出露的山區(qū)面積占比較大，選址往往較為困難，因此大部分的建設(shè)工程都沿著河谷兩側(cè)建設(shè)，往往難以避免地會(huì)出現(xiàn)切坡現(xiàn)象。山前溝谷大多通過自然堆積形成了覆蓋層較薄的山前土質(zhì)斜坡，由于人工切坡，坡腳被截?cái)?，大量泥巖基底出露，形成了黃土覆蓋層—泥巖基底型斜坡，由于應(yīng)力向截?cái)嗟钠履_集中，形成了較為典型的黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡。本文通過歸納某縣此類滑坡的特征及分布規(guī)律，對黃土覆蓋層—泥巖基底型的形成機(jī)理及成災(zāi)模式進(jìn)行探討研究。

2 黃土覆蓋層—泥巖基底型特征及分布規(guī)律

2.1 滑坡特征

某縣黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡的特征受地形地貌影響較大，主要分布于剝蝕侵蝕山區(qū)的山前堆積地帶，邊坡的坡度存在一定的差異，一般坡度在30°～50°之間，個(gè)別超出這個(gè)范圍。該區(qū)黃土滑坡主要發(fā)育在人類活動(dòng)而產(chǎn)生的削坡區(qū)域。

2.1.1 表部變形破壞特征

此類滑坡微地貌特征主要表現(xiàn)在滑坡體上的樹木歪斜，滑坡滑動(dòng)后形成大的二級(jí)平臺(tái)等現(xiàn)象。前緣滑體受到牽引向前滑動(dòng)，后緣多形成錯(cuò)臺(tái)形式。此類后緣常出現(xiàn)垂直滑向的裂縫，并且形成臺(tái)階狀地形，滑坡體兩側(cè)可見羽狀裂縫分布，滑坡舌部可見放射狀裂縫。

表面形態(tài)通常可劃分為椅子形、舌形兩種。舌形：以龍頭村東200m滑坡為例，滑坡體上部較小，下部較大，顯現(xiàn)出上部薄下部厚的長條形，中部凸起，兩側(cè)略低，形似舌狀，這種形態(tài)主要是因?yàn)槠麦w在降雨等非人工因素?cái)_動(dòng)下，向下滑移，形成的特征。椅子形：以友仁村滑坡為例，滑坡后壁呈現(xiàn)弧形，滑坡體順滑動(dòng)方向滑動(dòng)距離較小，上小下大，形成一個(gè)二級(jí)平臺(tái)，形似一把椅子，這種形態(tài)與其道路修建時(shí)切坡有一定的關(guān)系。

滑坡后壁坡度一般在35°～70°之間，平面上往往呈圈椅狀，壁高從兩邊向中間遞增，滑坡后壁經(jīng)?？梢砸姷姐U直方向的擦痕，后壁往往暴露出泥巖基底，能夠明顯看風(fēng)化破碎的泥巖、砂質(zhì)泥巖，其中充填有大量的松散粉土、粉質(zhì)粘土。

滑坡前緣凸出部分大多形如舌狀，也稱為滑舌，一般延伸至溝谷中，滑體多數(shù)由于暴雨導(dǎo)致其重度增加，因此滑動(dòng)剛結(jié)束后，前緣滑舌土體多為飽和軟塑狀。

2.1.2 滑坡縱斷面特征

某縣此類滑坡縱斷面上的形態(tài)主要是由滑面控制的，滑面將整個(gè)滑坡的縱斷面分為兩部分，即滑面上部和滑面下部，結(jié)合以下實(shí)例進(jìn)行闡述。

友仁村滑坡位于法中鄉(xiāng)友仁村西圪塔組，滑坡體長95m，寬450m，厚約2m，分布面積為42750m2，體積85500m3，坡向71°，總體坡度50°，小型滑坡。滑坡滑體組成物質(zhì)為Q3黃土，在滑動(dòng)的影響下原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，結(jié)構(gòu)紊亂。滑面形態(tài)近似弧形，埋深約2m，滑帶為強(qiáng)風(fēng)化的T2er砂巖碎塊，厚約0.5m，十分破碎。該斜坡于2015年6月在連續(xù)降雨后發(fā)生滑動(dòng)，造成公路損毀，該滑坡體產(chǎn)生的主要原因是邊坡的開挖，形成較陡的直立面，開挖使得邊坡前沿內(nèi)力匯聚，當(dāng)時(shí)未進(jìn)行防護(hù)措施，在多日的降雨影響下，坡體黃土飽水后自重增加，滑動(dòng)面上土體下滑力漸漸地大于抗滑力，致使滑坡發(fā)生。

該滑坡的縱斷面形態(tài)為近似折線型，外形如長椅狀，滑坡體上部受拉張裂隙的控制，形成長70～100m，寬10～20m的平行裂縫，裂縫走向垂直于坡向。類似斷面形態(tài)的滑坡體在某縣比較常見。

2.1.3 滑坡結(jié)構(gòu)及滑帶（面）特征

此類滑坡結(jié)構(gòu)與其所處地帶的結(jié)構(gòu)相同，滑坡體在運(yùn)動(dòng)過程中，內(nèi)部物質(zhì)之間相互作用，結(jié)構(gòu)改變巨大，與原有結(jié)構(gòu)截然不同，只是地層沒有變動(dòng)。在黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡中，一般滑體為松散黃土，滑帶由比較破碎、風(fēng)化強(qiáng)烈的泥巖充填黃土組成，滑帶下部為較為完整的泥巖?；碌幕瑒?dòng)帶（面）形狀一般不規(guī)則，根據(jù)調(diào)查某縣此類滑坡的滑動(dòng)面形狀主要是折線型、直線型，這與此類滑坡的土巖特征息息相關(guān)，該類滑坡滑體主要是坡積形成的黃土覆蓋層，因此大多數(shù)巖土接觸面剖面形為折線型與直線型的，這與純粹的黃土層內(nèi)滑坡的滑面有本質(zhì)上的不同。

2.2 分布規(guī)律

2.2.1 空間分布規(guī)律

由于黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡的特殊物質(zhì)組成，此類滑坡多發(fā)于在剝蝕侵蝕低中山區(qū)及剝蝕侵蝕中山區(qū)的溝谷兩側(cè)，這類基巖山區(qū)中的大型集鎮(zhèn)、村莊及道路多沿河谷地段修建，因此導(dǎo)致大量的公路、民用及工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目均在溝谷谷坡坡腳修建，因此不可避免地產(chǎn)生大量切坡形成的高陡邊坡，由于谷坡坡腳因?yàn)榍衅率ブ?，?yīng)力向坡腳集中，上部巖土體失去支撐，導(dǎo)致滑坡的產(chǎn)生。

2.2.2 時(shí)間分布規(guī)律

根據(jù)統(tǒng)計(jì)歷史上發(fā)生過的此類滑坡發(fā)現(xiàn)，該類滑坡大多都是由人類工程活動(dòng)引起的，表現(xiàn)出在人類歷史時(shí)期，滑坡、崩塌在人類活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)期相對集中。主要是不合理的人類工程活動(dòng)破壞了此類斜坡的原始谷坡結(jié)構(gòu)，使斜坡應(yīng)力向切坡的位置集中，穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

災(zāi)害與降雨強(qiáng)度成正相關(guān)性，在單位時(shí)間內(nèi)降雨強(qiáng)度大的時(shí)期相對集中。

3 黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡形成機(jī)理研究

3.1 地形地貌因素

某縣地貌類型多樣，但此類滑坡多發(fā)育于剝蝕侵蝕低中山區(qū)及剝蝕侵蝕中山區(qū)，剝蝕侵蝕低中山區(qū)廣泛分布于縣境中部、南部，面積1226.7km2，占全縣總面積48.1%。由石炭—二疊—三疊系砂巖、泥巖組成。海拔在1000～1700m之間，山坡陡峻，溝谷下切,溝谷呈“V”型谷或“U”型谷，靠近中部河谷區(qū)溝谷切割較淺，較開闊，屬于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)上升區(qū)。剝蝕侵蝕中山區(qū)主要位于縣境北部、東北部,面積586.7km2，占全縣總面積23.0%。由石炭—二疊—三疊系砂巖、泥巖組成。海拔在1200～2000m之間，山坡陡峻，溝谷下切，多呈“V”型谷，屬于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)上升區(qū)。這兩類地貌分布大量的邊坡，而這些邊坡在大自然的各種內(nèi)外力作用下經(jīng)常發(fā)生不同形式的破壞，形成黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)

該類滑坡的滑體主要是第四系松散黃土，下部滑床一般為（P+T）泥巖。上部土體具大孔隙，柱狀節(jié)理發(fā)育，是較好的透水層?；仓饕悄鄮r，泥巖節(jié)理、裂隙發(fā)育，但強(qiáng)度較黃土高，相較于上部松散的黃土，隔水能力較強(qiáng)，是相對的隔水層。以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)行闡述：

以馬蘭溝滑坡隱患為例，該滑坡巖土結(jié)構(gòu)為滑體是山前坡積的Q4黃土松散層，下部滑床P2s泥巖。這種二元巖土體結(jié)構(gòu)是非常有利于滑坡產(chǎn)生的。由于上部坡積物十分松散，大孔隙、節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)致降雨時(shí)雨水易沿著節(jié)理向下入滲，在巖土體結(jié)合面處入滲程度減小，不斷泥化滑帶土（主要是強(qiáng)風(fēng)化的泥巖充填粉質(zhì)粘土、粉土），導(dǎo)致在巖土接觸面上形成飽水帶。這一接觸面土體易侵水軟化，處于壓剪應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)成潛在的滑動(dòng)帶。在重力的作用下，土體不斷向下滑動(dòng)，后緣拉張裂隙不斷擴(kuò)大，最終滑體與原始坡體脫離，形成滑坡。

3.3 結(jié)構(gòu)面

某縣控制此類滑坡的結(jié)構(gòu)面類型主要是基覆界面，此類結(jié)構(gòu)面主要是上部松散黃土與泥巖接觸形成的全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，泥質(zhì)含量高，力學(xué)性能差，抗剪強(qiáng)度低，遇水易軟化，并且導(dǎo)致入滲的雨水在該面上形成滯留，造成上部土體與其的摩阻力降低，抗滑力下降，打破了極限平衡狀態(tài)，形成滑坡。

3.4 人類活動(dòng)

由于某縣是典型的山區(qū)縣，因此村莊及公路多沿著河谷兩側(cè)進(jìn)行建設(shè)，在村莊及公路建設(shè)過程中不可避免地對谷坡進(jìn)行削坡處理，削坡高度10～30m不等，削坡后將原始斜坡切割為陡立型。原始斜坡應(yīng)力處于穩(wěn)定或平衡狀態(tài)，抗滑力大于下滑力，人工削坡后應(yīng)力平衡狀態(tài)打破，應(yīng)力向坡腳集中，增大了斜坡發(fā)生滑坡的可能性。當(dāng)斜坡隨著開挖深度的增加，坡體結(jié)構(gòu)的完整性逐漸變好，而且坡體由于開挖卸荷后的應(yīng)力重分布，導(dǎo)致邊坡上部形成張力帶，產(chǎn)生卸荷拉裂縫，上部土體被切割，滑體在重力作用下具有沿基覆界面向臨空面滑移破壞的趨勢，形成滑坡。

3.5 降雨與地下水

在雨季，大氣降水一部分通過地表徑流的方式對坡面進(jìn)行沖刷，另一部分滲入坡體，坡體內(nèi)泥巖是相對的隔水層，地下水聚集，滯留于泥巖上部，時(shí)間不斷推移，導(dǎo)致泥巖泥化，形成軟弱面。上部土體在降水入滲后其重度明顯增加，在重力作用下，斜坡巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切、卸荷、拉裂等方式的破壞，從而發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

4 黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡成災(zāi)模式

某縣黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡根據(jù)其成災(zāi)模式的不同可分為兩大類，高速型、低速型。高速型滑坡變化速度較快，難以預(yù)防，低速型滑坡發(fā)生時(shí)則相對較為緩慢，比較容易防治。本節(jié)將通過選取部分實(shí)例對其成災(zāi)模式進(jìn)行細(xì)分探討。

4.1 快速錯(cuò)落式滑坡（高速型）

快速錯(cuò)落式滑坡多發(fā)育在高陡的均質(zhì)黃土邊坡地帶，多數(shù)為新滑坡，主要由人類活動(dòng)引起。它的主要特點(diǎn)是垂直位移大于水平位移，且滑距較短?；掳l(fā)生地帶水位一般在坡腳以下，滑面通常為非飽和狀態(tài)，即滑坡從開始滑動(dòng)到停止整個(gè)過程，都未產(chǎn)生孔隙水壓力。當(dāng)滑體錯(cuò)落后，由于水分的散失，可能會(huì)變成負(fù)孔壓，致使其滑距較短。下文以友仁村滑坡為例，詳細(xì)闡述此類滑坡的成災(zāi)模式：

法中鄉(xiāng)友仁村滑坡（FZ040h）是一個(gè)典型的快速錯(cuò)落式滑坡。該滑坡位于山脊的一側(cè)，該坡體總體坡度50°，坡寬450m，坡高65m，該斜坡于2015年6月在連續(xù)降雨五日后發(fā)生滑動(dòng)。從圖1滑坡實(shí)測剖面可以看出，滑坡的地層組成：上部2m厚的Q4黃土，下部P2s泥巖夾砂巖?；掳l(fā)生之前，在坡腳處修路開挖，未進(jìn)行防護(hù)?；w落下來停在坡腳處，根據(jù)歷史調(diào)查情況，堆積體長3m、寬110m、厚2m?；略斐刹糠止窊p毀，滑體滾落的碎石滑動(dòng)入西側(cè)法中河內(nèi)，并且激起了較大的水花，這說明當(dāng)時(shí)滑體下滑速度很快。斜坡的不合理開挖是導(dǎo)致滑坡的主因，但滑坡發(fā)生也受到降雨因素的影響?？焖馘e(cuò)落滑坡一般發(fā)生的是脆性破壞。坡腳開挖可能使邊坡處于臨界狀態(tài)。降雨入滲后，滑帶土浸潤后泥化，降低了滑體與滑床之間的粘結(jié)力，加上上部土體雨水入滲后飽和，土體的重度增加，在重力的影響下，形成滑坡。

圖1 友仁村滑坡實(shí)測剖面

4.2 淺層蠕動(dòng)型滑坡（低速型）

某縣大面積為剝蝕侵蝕山區(qū)，沉積了巨厚的紫紅色、灰綠色砂巖與泥巖互層，第四紀(jì)晚期地殼抬升，泥巖遭受侵蝕，形成了溝壑縱橫的地貌，在泥巖之上沉積了厚度不大的黃土。黃土披覆泥巖之上。由于泥巖較黃土隔水，因此在泥巖、砂質(zhì)泥巖頂面形成隔水帶，地下水匯集于溝谷底部，形成沖蝕槽，隨著沖蝕槽的擴(kuò)大，其兩側(cè)的黃土向溝谷中間蠕動(dòng)，在溝谷兩側(cè)形成蠕動(dòng)型滑坡。該類滑坡隨著溝底侵蝕作用的進(jìn)行而不斷向外擴(kuò)展。平面上看范圍大，可擴(kuò)展至溝谷的邊緣，但厚度不大，以砂巖頂面為界。下文以算盤溝村滑坡為例，詳細(xì)闡述此類滑坡成災(zāi)模式：

算盤溝村滑坡（CSQ067h）是一個(gè)典型的淺層蠕動(dòng)型滑坡。該滑坡位于山脊的一側(cè)，該坡體總體坡度35°，坡寬65m，坡高23m。該滑坡體所處地貌為一處典型的山前堆積的黃土斜坡，這種黃土—泥巖二元結(jié)構(gòu)是造成滑坡的最主要因素。從圖2滑坡實(shí)測剖面可以看出，滑坡的地層組成：上部平均2.5m厚的Q4黃土，下部P2sh泥巖，產(chǎn)狀228°∠25°，滑面平均傾角25°，前部較后部緩，該斜坡于2013年9月連續(xù)降雨后發(fā)生滑動(dòng)。根據(jù)歷史調(diào)查情況，當(dāng)時(shí)滑體滑落下來，大面積涌入一戶院墻內(nèi)，將其院墻推到，并且之后還有不斷的土體涌入，當(dāng)時(shí)未清理時(shí)堆積體長3m、寬25m、厚2m。

圖2 算盤溝村滑坡實(shí)測剖面

根據(jù)當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)介紹，該處滑坡在滑動(dòng)前三年，坡頂耕地處就能看到明顯的下錯(cuò)裂縫的痕跡，這表面該處滑坡的變形是緩慢蠕動(dòng)變形的，在不斷地向下蠕變過程中，后緣拉張裂縫不斷開裂，導(dǎo)致滑體與母體脫離，待大量雨水入滲后，土體的重度增加，并且滑帶土泥化降低了滑體與滑床的摩阻力，滑體從臨界狀態(tài)迅速變化為失穩(wěn)狀態(tài)，形成滑坡。

5 結(jié)論

可以看出，某縣黃土覆蓋層—泥巖基底型滑坡主要特征有平面形態(tài)為舌型、剖面形態(tài)為折線型，滑體為黃土、滑床為泥巖、滑帶為風(fēng)化碎屑充填粉土、粉質(zhì)粘土。該類滑坡的產(chǎn)生主要受地形地貌、地層巖性、結(jié)構(gòu)面、降水等因素控制，其成災(zāi)模式主要是低速型及快速型，因此可采用不同的風(fēng)險(xiǎn)管控措施進(jìn)行防治。