強(qiáng)降雨誘發(fā)茅臺鎮(zhèn)某滑坡復(fù)活變形機(jī)理及穩(wěn)定性研究

阮 凡 何旭東 唐文佳 陳佳斌

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

0 引言

強(qiáng)降雨是引起滑坡復(fù)活變形破壞的最廣泛的誘因之一［1-3］。除了淺表的劇烈浸潤侵蝕作用下引起淺層滑坡以外，強(qiáng)降雨還會(huì)造成坡體入滲條件良好的深層老滑坡的復(fù)活變形破壞［4-5］。通常該類滑坡的啟動(dòng)受到地形、降雨持時(shí)、坡體結(jié)構(gòu)、巖土體水敏感性等因素的影響，而斜坡穩(wěn)定性也是由前述多因素共同耦合作用控制的［6-7］。

2019年主汛期以來，仁懷市持續(xù)降雨，茅臺鎮(zhèn)（6月1日—7月30日降雨量達(dá)302.6 mm），多地出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害險(xiǎn)情。7月29日17時(shí)05分，茅臺鎮(zhèn)仁文村海椒坪滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)產(chǎn)生新的開裂變形，滑坡區(qū)多處產(chǎn)生滑塌，滑坡地表裂縫呈現(xiàn)加劇發(fā)展趨勢。本研究基于現(xiàn)場調(diào)查、坡體長期監(jiān)測及室內(nèi)巖土體試驗(yàn)結(jié)果等，對強(qiáng)降雨條件下滑坡的復(fù)活成災(zāi)機(jī)理與演化規(guī)律進(jìn)行了深入分析?？偨Y(jié)了研究區(qū)該類滑坡的破壞特征，相關(guān)成果可為西南山區(qū)強(qiáng)降雨觸發(fā)滑坡災(zāi)害科學(xué)防治與應(yīng)急管理提供參考與借鑒。

1 研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

研究區(qū)地貌類型屬侵蝕低山河谷地貌，地貌類型順應(yīng)構(gòu)造跡象發(fā)育。根據(jù)現(xiàn)有地貌及地質(zhì)骨架推測，地質(zhì)歷史上滑坡區(qū)應(yīng)為連續(xù)的山體，然而軟硬相間巖組遭受兩組傾共軛節(jié)理切割后在內(nèi)外地質(zhì)營力作用下發(fā)生大規(guī)模的崩塌滑坡，形成滑坡區(qū)今天的地貌輪廓，即多級寬緩平臺與陡緩斜坡相間的似槽狀地形。

研究區(qū)主要有第四系全新世以來發(fā)生崩滑堆積而成的含碎石粉質(zhì)黏土、碎石土、碎塊石夾粉質(zhì)黏土、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂巖夾泥巖。區(qū)域水文地質(zhì)條件較簡單。根據(jù)滑坡區(qū)鉆孔地下水位量測，滑坡體地下水位埋深在0~19.5 m，地下水受滑坡中后部高位水池滲漏就近補(bǔ)給影響，總體水位趨勢為中后緣埋深大于前緣，但局部受早期老崩滑堆積體堆積物質(zhì)的分縱向坡滲透系數(shù)差異較大，如圖1所示。

圖1 鉆孔揭露巖層及地下水埋深特征

2 滑坡基本特征及巖土體特性

2.1 滑坡形態(tài)

海椒坪滑坡為老崩滑堆積層滑坡，縱剖面上由三級寬緩平臺與陡緩斜坡交替組成，初始變形時(shí)間為1985年，歷年來處于蠕變階段，受近期持續(xù)強(qiáng)降雨影響，老滑坡部份復(fù)活，變形更加強(qiáng)烈，如圖2所示。老滑坡縱長約410~490 m，橫寬約130~280 m，厚度3~20 m，平均厚度15 m，總體積150×104 m3，面積8.3×104 m2，主滑方向217°，平面形態(tài)為“倒舌形”，滑面為折線型，為大型中層推移式堆積層滑坡。

圖2 滑坡全景及分區(qū)圖

2.2 滑體特征

滑體土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成因?yàn)槔媳阑逊e體，物質(zhì)組構(gòu)成層性差，物質(zhì)成分以碎塊石夾粉質(zhì)黏土、碎石土、黏性土夾碎石、含碎石粉質(zhì)黏土為主，厚度0.5~20 m，稍密~中密，多為黃褐色、灰褐色，稍濕~濕潤，表層為硬塑狀，中下部為可~軟塑狀，粉質(zhì)黏土無搖振反應(yīng)，稍有光滑。

2.3 滑帶特征

現(xiàn)場開展了地表工程地質(zhì)測繪、鉆探、井探和槽探等多種勘探手段，同時(shí)通過13個(gè)鉆孔測斜監(jiān)測滑坡變形，如圖3所示。測斜數(shù)據(jù)和滑坡后緣探井開挖揭露滑動(dòng)面情況，滑面（帶）追蹤和沿著老崩滑堆積體與下伏基巖層面發(fā)育，形成以該界面形態(tài)為主的非線性形的滑面（帶），滑帶土為軟塑的粉質(zhì)黏土夾少量碎塊石。從鉆孔地下水位觀測可知，大部份滑帶土處于地下水位以下，處于飽水狀態(tài)?；律畈课灰票O(jiān)測曲線總體為“r”型，為滑坡典型滑動(dòng)面位移特征曲線，例如鉆孔測斜ZK06孔，如圖4所示。

圖3 滑坡全景及分區(qū)圖

圖4 ZK06鉆孔測斜位移曲線

2.4 巖土體參數(shù)

現(xiàn)場選取滑體土樣9件；開展現(xiàn)場大剪實(shí)驗(yàn)6組；滲水試驗(yàn)9組；滑體土大重度試驗(yàn)6組?；w土重度按室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場大重試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的平均值確定，含碎石粉質(zhì)黏土、碎石土的天然重度取平均后與鉆孔取樣重度偏差率0.49%，說明鉆孔取土樣測試重度可靠度較高，故碎石土飽和重度按鉆孔取土樣飽和重度確定，其取值見表1。滲透系數(shù)前緣為0.545 m/d，中后部為0.933 m/d。

表1 滑體土重度 單位：kN/m3

現(xiàn)場大剪試驗(yàn)獲取滑體原位強(qiáng)度參數(shù)見圖5。實(shí)驗(yàn)時(shí)試樣的制備和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝應(yīng)盡快完成，以保持試樣的天然含水率狀態(tài)。此次試驗(yàn)共完成測點(diǎn)7個(gè)，其中1、4號試體因數(shù)據(jù)異常舍去。試體分別施加梯度法向應(yīng)力，再施加剪切應(yīng)力。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到內(nèi)摩擦角為25.4°，黏聚力為18.0 kPa。

圖5 現(xiàn)場大剪試驗(yàn)及抗剪強(qiáng)度參數(shù)

3 滑坡成因機(jī)理及穩(wěn)定性評價(jià)

3.1 計(jì)算模型

計(jì)算模型主要是根據(jù)滑坡各勘探剖面，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件和滑坡變形破壞特征建立的?；逻x擇4條典縱剖面進(jìn)行計(jì)算（這里以2-2＇為例），分別計(jì)算老滑坡整體穩(wěn)定性與滑坡Ⅰ區(qū)次級剪出部分的穩(wěn)定性，計(jì)算模型如圖6所示。計(jì)算參數(shù)根據(jù)前述前期現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行取值。設(shè)定計(jì)算工況1為自重+地下水+附加荷載（設(shè)防安全系數(shù)取1.20），工況2為自重+地下水+20年一遇暴雨+附加荷載（設(shè)防安全系數(shù)取1.15），工況3為自重+地下水+50年一遇暴雨+附加荷載（校核安全系數(shù)取1.10）。滑坡體滲透系數(shù)為1.08×10-5m/s~5.4×10-6m/s，滲透系數(shù)大于1×10-7m/s，地下水位以下范圍內(nèi)滑體取浮重度，計(jì)算滲透壓力，抗滑力計(jì)算采用有效應(yīng)力法。

圖6 剖面2-2＇計(jì)算模型

3.2 模擬結(jié)果及成災(zāi)機(jī)理分析

計(jì)算結(jié)果表明，隨著降雨量的增加，斜坡整體穩(wěn)定系數(shù)逐漸降低，次級剪出口逐漸由基本穩(wěn)定向欠穩(wěn)定方向發(fā)展，表明在該地形及巖土地層條件下，強(qiáng)降雨加劇坡體的開裂變形，影響滑帶及坡體巖土參數(shù)。為進(jìn)一步探究滑坡變形機(jī)理，選取巖土體參數(shù)開展敏感性分析研究。影響滑坡穩(wěn)定性主要因素包括滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)、滑體飽水情況及容重變化等。本次敏感性主要針對C、φ值做分析，計(jì)算選取2-2＇剖面次級剪出部分研究其變化對滑坡穩(wěn)定性的作用，如圖7所示。當(dāng)C值每增加1 kPa時(shí)，則穩(wěn)定系數(shù)提高在0.38%~0.99%，當(dāng)φ值每增加1°時(shí)，則穩(wěn)定系數(shù)提高在1.62%~7.11%，尤其是穩(wěn)定系數(shù)小于1.05前段，變化斜率更陡。這表明抗剪強(qiáng)度參數(shù)Φ值較抗剪強(qiáng)度參數(shù)C值的敏感性強(qiáng)，說明Φ值對滑坡穩(wěn)定性影響較C值大，由此可知降雨入滲和滑帶土飽水程度是影響土體抗剪強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。

圖7 抗剪強(qiáng)度參數(shù)敏感性分析

前期研究表明，海椒坪滑坡主要受大氣降雨、地下水、巖土結(jié)構(gòu)和屬性控制。首先，滑坡區(qū)地形成總為槽狀地形，兩側(cè)為山脊，剖面上以階梯狀為主，總體呈現(xiàn)上陡中緩下陡的趨勢，三級平臺間臨空條件好，下伏基巖為順坡向結(jié)構(gòu)，為滑坡的滑動(dòng)與剪出提供了有利的條件。其次，松散堆積巖土組物質(zhì)成分復(fù)雜，成層性差，土體滲透系差異大，有利于地表水垂直下滲?；聻轫樝蚱?，出露地層為層狀碎屑巖組，斜坡整體穩(wěn)定性受軟弱泥巖夾層控制，對水較為敏感?；w土長期處于飽水狀態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度低，地下水賦存和涇流條件較復(fù)雜，易沿其下覆基巖面或內(nèi)部產(chǎn)生滑動(dòng)。最后，土體飽水和含水量豐富，順坡向結(jié)構(gòu)使得基巖裂隙水源源不斷的補(bǔ)給老崩滑堆積體，軟化含碎石粉質(zhì)黏土層，地下水水力梯度發(fā)生改變，動(dòng)水壓力的形成不利于滑坡穩(wěn)定。

4 結(jié)論

①該滑坡是由不利的地形地貌、巖土結(jié)構(gòu)組合、持續(xù)降雨和地下水等自然因素誘發(fā)的老滑坡局部復(fù)活。目前滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，中后緣次級剪出部分處于基本穩(wěn)定及欠穩(wěn)定狀態(tài)，剪出口位于前緣陡臨下部緩坡地段。

②強(qiáng)降雨引起了地下水滲透運(yùn)移和滑坡巖土體參數(shù)劣化，從而觸發(fā)了坡體位移并逐步加劇滑坡變形。在水致劣化作用下，內(nèi)摩擦角對坡體穩(wěn)定性的影響系數(shù)是黏聚力的5~7倍。

③如再遇類似2019年6—8月份的持續(xù)強(qiáng)降雨天氣，滑坡體有可能出現(xiàn)較大規(guī)模變形，整體復(fù)活，甚至整體下滑形成泥石流，鏟刮滑坡下部陡斜坡區(qū)強(qiáng)風(fēng)化泥巖及土層，堵塞自然溪溝，形成堰塞湖，嚴(yán)重威脅自然溪兩側(cè)村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。