會理縣鄒家灣子滑坡成因機制及穩(wěn)定性分析

彭培雄 劉歲海 羅明 韓民賽

［關(guān)鍵詞］ 滑坡；成因機制；穩(wěn)定性分析；FLAC3D；安全系數(shù)

［摘 要］ 以四川省涼山彝族自治州會理縣鄒家灣子滑坡為研究對象，采用綜合勘察方法對滑坡的發(fā)育特征、工程地質(zhì)條件進(jìn)行詳查，繼而對滑坡的成因機制進(jìn)行分析，再基于FLAC3D軟件從天然和暴雨兩種工況對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價，數(shù)值計算顯示：滑坡體在天然工況下滑坡的安全系數(shù)為1.25，滑坡體最大水平位移量為4.5 cm，最大豎向位移量為3 cm，有小范圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象，滑坡體變形收斂；而暴雨工況下滑坡的安全系數(shù)為0.9，滑坡體最大水平位移量超過10 cm，最大豎向位移量超過6.4 cm，有大范圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象，滑坡體變形不收斂。預(yù)測天然工況下滑坡體發(fā)生小變形且處于穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡體不會突然發(fā)生滑動，然而強降雨將誘發(fā)滑坡體復(fù)活。

［中圖分類號］ P642.22；S157? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A? ［文章編號］ 1000－0941（2023）05－0066－05

滑坡是最常見的地質(zhì)災(zāi)害，一旦失穩(wěn)則容易造成房屋倒塌、人員傷亡。誘發(fā)滑坡的因素很多，如降雨、邊坡開挖以及地震等?；路€(wěn)定性分析的方法多種多樣，極限平衡法與數(shù)值分析法是目前最常用的兩種。

研究區(qū)會理縣屬于川西地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、新構(gòu)造運動強烈，因此發(fā)育了很多滑坡災(zāi)害，尤其在2008年“5·12”汶川地震發(fā)生后，誘發(fā)了大量的滑坡，造成巨大損失[1-2]。本研究利用FLAC3D軟件對會理縣鄒家灣子降雨誘發(fā)滑坡的過程及機制進(jìn)行分析，以期對滑坡災(zāi)害預(yù)防提供參考。

1 鄒家灣子滑坡概況及特征分析

1.1 工程地質(zhì)條件及滑坡概況

鄒家灣子滑坡位于會理縣內(nèi)東鄉(xiāng)橫山村8組?；略谄矫嫔险w呈現(xiàn)一種不規(guī)則的“圈椅狀”，滑坡前緣高程約為1 927 m，后緣高程約為2 022 m，相對高差為95 m，滑坡整體表現(xiàn)為上緩下陡，坡度多在22°～25°，主滑方向為331°?；缕骄麻L200 m，平均寬180 m，覆蓋層厚度在5.4～11.8 m，滑體平均厚度8 m，滑坡體積約28.8萬m3，屬于中型土質(zhì)滑坡，滑坡區(qū)見圖1。

滑坡主要由第四系滑坡堆積粉質(zhì)黏土夾角礫、碎石組成，多為微濕狀態(tài)。從滑坡形態(tài)以及變形特征分析，整個滑坡呈多級階梯狀?；潞缶墳樯郊沟貛?，覆蓋層相對較薄，厚度約3 m，滑坡右側(cè)發(fā)育剪切裂縫，裂縫長4～8 m，張開度5～10 cm，地形無明顯變化，滑坡左側(cè)位于坡體陡緩交界處，在靠近后緣位置可見基巖出露，滑坡前緣為一小型沖溝，常年有水，但流量較小。

1.2 滑坡體巖土分區(qū)

滑坡目前表現(xiàn)為堆積體滑移，可能沿基覆界面滑動，鉆探結(jié)果顯示：①滑坡體表層為耕作土，厚度2.3～3.5 m；②耕作土以下為含碎石粉質(zhì)黏土層，土層呈黃褐色，可塑，碎石含量在10%～15%，粒徑一般在0.5～20.0 mm，偶見塊徑大于0.5 m的大塊石；③滑坡體后緣可見基巖出露，基巖為白堊系下統(tǒng)小壩組砂泥巖互層，巖層較硬，裂隙發(fā)育，可見軟弱夾層，夾層處巖心破碎?；聨r體類型主要為我國西南地區(qū)常見的紅層巖體，不穩(wěn)定，較容易發(fā)生滑坡。

1.3 滑坡體變形破壞特征

根據(jù)現(xiàn)場走訪調(diào)查，滑坡自變形以來，每年均會出現(xiàn)少量滑移，1992年7月發(fā)生過一次大規(guī)?；瑒樱恢迷诨轮猩喜?，形成古滑面，至今該滑面依舊是滑坡體最脆弱的部位。滑坡變形主要發(fā)生在雨季，以蠕滑變形為主。到目前為止，該滑坡并未造成人員傷亡及財產(chǎn)損失。滑坡變形主要表現(xiàn)為后緣局部蠕動下錯，前緣出現(xiàn)一定程度的土溜，在滑坡后緣及右側(cè)分別發(fā)育有張拉裂縫和剪切裂縫（見圖2），其主要特征見表1。

2 滑坡的形成機制

從鄒家灣子滑坡周邊地形條件來看，滑坡后緣為山脊地帶，覆蓋層相對較薄，滑坡右側(cè)發(fā)育剪切裂縫，滑坡左側(cè)位于坡體陡緩交界處，滑坡前緣為一小型沖溝，具備滑坡形成條件。首先，滑坡體主要成分為含碎石粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)比較松散，孔隙度比較大，為滑坡的發(fā)生提供了必要條件，滑面以下為粉砂質(zhì)泥巖，巖性屬于親水巖，抗風(fēng)化能力弱，極容易被水軟化，在暴雨工況下，地表水大量下滲進(jìn)入坡體，底部粉砂質(zhì)泥巖的透水性相對較差，成為相對隔水層，使坡體飽和，地下水的動水壓力和對坡體物質(zhì)的軟化作用降低坡體抗剪強度，這就為滑坡的變形和不穩(wěn)定創(chuàng)造了條件；其次，滑坡前緣可見一小型沖溝，溝內(nèi)水流長期對坡腳進(jìn)行掏蝕，使坡體前緣局部臨空，一定程度上也為滑坡的局部復(fù)活提供了有利條件；最后，由于前期坡體的蠕動產(chǎn)生了大量裂縫，連續(xù)的降雨提高了滑體的容重，從而降低了滑帶強度，使得坡體的穩(wěn)定性降低，從而誘發(fā)牽引式破壞?，F(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，滑坡前緣局部垮塌，后緣發(fā)育張拉裂縫，右側(cè)發(fā)育剪切裂縫，近期整體滑坡處于緩慢蠕動形變階段，以后可能逐步形成深部張拉裂縫，達(dá)到滑坡臨界狀態(tài)。滑坡體現(xiàn)有的變形裂縫加速了降雨入滲，在強降雨入滲作用下，會使土的抗剪強度大大降低，坡體內(nèi)部土體容重增大，即降雨會加速滑坡的進(jìn)一步變形，誘發(fā)滑坡復(fù)活。

3 鄒家灣子滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬

本研究數(shù)值模擬通過ANSYS輔助建模，再導(dǎo)入FLAC3D軟件進(jìn)行計算，建模過程中將巖土體視為彈塑性材料，采用Mohr-Coulomb模型計算了鄒家灣子滑坡在天然工況、暴雨工況下的穩(wěn)定性?；履Ｐ推拭嬉妶D3。

3.1 數(shù)值計算模型

模型單元類型為四面體單元，模型網(wǎng)格含11 594個節(jié)點，34 291個單元。 彭培雄等：會理縣鄒家灣子滑坡成因機制及穩(wěn)定性分析滑坡區(qū)自上而下地層分為含碎石粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖3種。數(shù)值計算模型及網(wǎng)格劃分見圖4。

3.2 巖土力學(xué)參數(shù)選取

3.3 計算結(jié)果分析

對數(shù)值模型進(jìn)行應(yīng)力初始化計算，得出初始垂直應(yīng)力場分布（見圖5）。由計算結(jié)果可知，應(yīng)力場隨地面起伏呈層狀均勻分布，無異常狀態(tài)，地層越深應(yīng)力越大。該數(shù)值計算模型無網(wǎng)格劃分錯誤，可進(jìn)行下一步計算分析。

3.3.1 位移場分析

圖6為兩種工況下數(shù)值計算得到的滑坡水平位移云圖，當(dāng)滑坡變形不發(fā)展時，則滑坡變形收斂，反之則不收斂。圖6（a）天然工況下滑坡體位移較小，在無外力條件下變形不再發(fā)展，最大水平位移發(fā)生在坡體中部的平臺上方，滑坡體變形收斂，最大水平位移約4.5 cm。圖6（b）暴雨工況下，滑坡體孔隙水壓力增大，強度降低，滑坡變形主要表現(xiàn)為后緣局部蠕動下錯，前緣出現(xiàn)一定程度的土溜，在滑坡后緣及右側(cè)分別發(fā)育有張拉裂縫和剪切裂縫，該滑坡屬于牽引式滑坡，滑坡體沿古滑面發(fā)生滑動，其中坡體中部平臺以上的部分水平位移大于滑坡體前部，最大水平位移超過10 m（變形未收斂）。

圖7為滑坡豎向位移云圖。由圖7（a）可知，天然工況下滑坡體豎向位移較小，最大豎向位移發(fā)生在平臺上方的坡體中后部，最大沉降量為3 cm。暴雨工況下滑坡體豎向變形不收斂，因此圖7（b）中坡體豎向變形很大并且坡體沿古滑面滑動，其中坡體中后部的豎向位移大于坡體前部的，最大豎向位移發(fā)生在滑坡體后緣和滑坡中部平臺上方的斜坡內(nèi)部，最大豎向位移量超過6.4 m。

圖8為滑坡體的總位移云圖。對比兩種工況發(fā)現(xiàn)，暴雨工況下的滑坡體發(fā)生很大的變形，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然工況的。由于滑坡體前部坡度較緩，因此滑坡體前部的變形小于后部的?；卤憩F(xiàn)為多級滑坡，沿滑坡中部的平臺可將滑坡分為兩級，平臺上方的次級滑坡體變形大于平臺下方的。可見，飽水狀態(tài)下，坡體中部平臺上方較陡的斜坡會先失穩(wěn)，隨著該部分滑體向前滑動，滑坡體前部坡度較緩的部分也發(fā)生滑動，從而引發(fā)整個滑坡體復(fù)活而整體下滑。天然工況下坡體最大總位移量為5.3 cm，暴雨工況下坡體變形不收斂，即圖中的滑坡體還在繼續(xù)發(fā)生滑動。

3.3.2 應(yīng)力場分析

圖9、圖10分別為滑坡體內(nèi)部最大、最小主應(yīng)力分布云圖。圖9（a）顯示，天然工況下坡體滑帶附近有小范圍的最大主應(yīng)力集中現(xiàn)象，主要發(fā)生在坡體中部平臺下方。圖9（b）顯示暴雨工況下滑帶附近發(fā)生大范圍的應(yīng)力集中。對比發(fā)現(xiàn)，暴雨工況下滑帶附近最大主應(yīng)力集中范圍大于天然工況。同樣，圖10中暴雨工況下滑帶附近最小主應(yīng)力集中現(xiàn)象比天然工況明顯。

圖11為滑坡體內(nèi)部的主應(yīng)力跡線。天然工況和暴雨工況滑坡體內(nèi)的主應(yīng)力均發(fā)生偏轉(zhuǎn)，尤其在滑帶附近，主應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)更明顯，最大主應(yīng)力方向近似平行于滑面。此外，暴雨工況下的最大主應(yīng)力明顯大于天然工況。

3.3.3 潛在滑面分析

最大剪應(yīng)力增量能反映邊坡可能的滑動變形趨勢，圖12為滑坡體內(nèi)部的最大剪應(yīng)力增量云圖。通過FLAC3D自帶命令，對天然工況和暴雨工況下分別進(jìn)行強度折減計算，當(dāng)計算出的安全系數(shù)等于1時說明滑坡體處于極限平衡狀態(tài)；當(dāng)安全系數(shù)大于1時說明滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在沒有外力的情況下不易發(fā)生滑動；當(dāng)安全系數(shù)小于1時，滑坡的穩(wěn)定性很差，處于失穩(wěn)狀態(tài)。圖12（a）顯示天然工況下滑坡體的安全系數(shù)為1.25，潛在滑面僅發(fā)生在坡體中部小范圍內(nèi)，潛在滑面沒有貫通坡體前部和后部，因此滑坡不會發(fā)生滑動。圖12（b）顯示暴雨工況下滑坡體的安全系數(shù)為0.90，潛在滑面貫通整個滑坡體前部和后部，并從滑坡體中部的平臺剪出，因此滑坡會沿著潛在滑面發(fā)生整體滑動。暴雨工況下滑坡表現(xiàn)為多級滑坡，以滑坡中部平臺為界，可將滑坡分為上部次級滑塊和下部次級滑塊，滑坡體后部次級滑塊的潛在滑面貫通坡面，從滑坡平臺后剪出。根據(jù)數(shù)值模擬，在暴雨工況下，地表水長期滲入巖體，導(dǎo)致紅層巖體面受水浸泡軟化，逐漸形成貫通，在長時間的演化過程中，滑坡極有可能轉(zhuǎn)化為紅層巖質(zhì)滑坡，引發(fā)更大一級滑坡。

4 結(jié) 論

（1）鄒家灣子滑坡特征明顯，滑坡變形主要表現(xiàn)為后緣局部蠕動下錯，前緣出現(xiàn)一定程度的土溜，在滑坡后緣及右側(cè)分別發(fā)育有張拉裂縫和剪切裂縫，該滑坡屬于牽引式滑坡。

（2）通過數(shù)值模擬分析，鄒家灣子滑坡在天然工況下安全系數(shù)為1.25，處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下安全系數(shù)為0.90，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。通過位移云圖分析，暴雨工況下的滑坡體發(fā)生了很大的變形，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然工況。暴雨工況下發(fā)生了大范圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象，且最大主應(yīng)力明顯大于天然工況。通過潛在滑面分析，天然工況下潛在滑面沒有貫通坡體前部和后部，滑坡不會發(fā)生滑動，暴雨工況下滑坡表現(xiàn)為多級滑坡，滑坡體后部次級滑塊的潛在滑面貫通坡面，從滑坡平臺后剪出。在暴雨工況下，地表水長期滲入巖體，滑坡極有可能轉(zhuǎn)化為紅層巖質(zhì)滑坡，引發(fā)更大一級滑坡。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 董建輝，唐然，李大鑫，等.四川漢源縣二道坪滑坡成因及穩(wěn)定性分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（22）：9258-9263.

[2] 王壯，蘇雷，時偉，等.基于FLAC數(shù)值模擬的巧家縣白泥溝滑坡穩(wěn)定性分析[J].青島理工大學(xué)學(xué)報，2022，43（1）：24-30.

［作者簡介］ 彭培雄（1996—），男，福建泉州人，碩士研究生，研究方向為地質(zhì)工程；通信作者劉歲海（1971—），男，陜西咸陽人，副教授，碩士，主要從事工程地質(zhì)勘察與評價方面的工作。

［收稿日期］ 2022-08-19

（責(zé)任編輯 楊傲秋）