山區(qū)碎石土滑坡形成原因分析及穩(wěn)定性評價

周新偉 赫星學 吳 翼 茍安田

（1.四川二八二核地質(zhì)工程有限公司，四川 德陽 618000；2.云南萬藍工程勘察設(shè)計有限公司，云南 昆明 650051）

0 引言

我國受兩大地震帶影響，地質(zhì)災害頻發(fā)，給人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅?；伦鳛樽铑l發(fā)的地質(zhì)災害之一，眾多學者對其進行了深入研究。許強等[1]對甘肅黑方臺滑坡形成機理進行了分析，明確是因為灌溉導致孔隙水壓力過大，土體液化，引起整體滑動。杜文杰等[2]認為降雨增加了土體靜水壓力和動水壓力，對土體抗剪強度造成影響。劉磊等[3]分析了降水對淺層滑坡的影響，表明降雨時間、強度、基質(zhì)吸力對坡體的穩(wěn)定性都有影響。譚銀龍等[4]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性受裂隙發(fā)育程度影響很大雨水通過裂隙進入坡體引起滲流場發(fā)生變化，土體基質(zhì)吸力降低，對坡體穩(wěn)定性造成影響。裴小龍等[5]采用試驗和數(shù)值模擬等方法，驗證了水庫蓄水對滑坡穩(wěn)定性的影響。張秋霞等[6]基于具體滑坡得出坡體穩(wěn)定性受地形、斷裂、巖性等因素影響，并認為降雨是其誘發(fā)滑坡的主要原因。還有許多專家和學者[7-10]研究了典型滑坡的形成機制和穩(wěn)定性。

本文以山區(qū)碎石土滑坡為例，采用野外調(diào)查、鉆探、測繪等技術(shù)手段，查清滑坡規(guī)模、發(fā)育階段、成因，分析出誘發(fā)滑坡的主導因素，為定量分析提供依據(jù)。通過對該滑坡形成機制的分析和穩(wěn)定性的評價，為滑坡治理工程提供理論基礎(chǔ)，對同類型滑坡的認識和研究提供借鑒。

1 區(qū)域概況

某滑坡位于云南省紅河縣紅河支流垤瑪河流域范圍內(nèi)?；聟^(qū)屬亞熱帶山地季風氣候，氣候溫和，年平均氣溫15.9℃。該地區(qū)雨量充沛，旱季和雨季分明，年平均降雨量1628mm，80%的雨量集中在6~10月。

滑坡區(qū)域地處哀牢山系中部，屬構(gòu)造侵蝕-剝蝕中山地貌，位于紅河與泗蘭江近分水嶺東側(cè)，兩條河流下切強烈，區(qū)內(nèi)山高谷深，山脈走向與構(gòu)造線方向一致，近南北展布。下覆地層巖性為三疊系上統(tǒng)一碗水組（T3y）強風化泥質(zhì)砂巖，滑坡體主要為第四系殘坡積層（Q4el+dl）碎石土?；聟^(qū)域所處的地質(zhì)構(gòu)造比較復雜，地處哀牢山壓扭性斷裂帶內(nèi)的垤瑪沖斷層附近，受區(qū)域構(gòu)造的影響和作用，區(qū)段內(nèi)的巖層發(fā)生強烈褶曲，巖層產(chǎn)狀變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育，淺層巖層風化強烈，較破碎?；聟^(qū)抗震設(shè)防烈度7度，地震加速度值為0.10g。

2 滑坡體基本特征

2.1 表觀特征

滑坡體平面形態(tài)近長方形，呈南北向展布，如圖1所示。

圖1 滑坡平面示意圖

滑坡體主滑動方向177°，平均坡度30°；橫寬約75m，縱長約40m，平面面積約0.45×104m2，平均厚度約7.5m，滑體方量約3.4×104m3，屬小型滑坡。滑坡前緣剪出口最低高程1357m，后緣最高高程1390m，相對高差33m?；麦w后緣以拉張裂縫界定，分布在1369~1390m之間，裂縫發(fā)育在便道南側(cè)，與便道走向基本一致?；麦w前緣沒有發(fā)生明顯的剪出或隆起等變形跡象，依據(jù)地形條件、地層巖性等綜合確定，以斜坡底部地形陡緩轉(zhuǎn)折部位界定為滑坡前緣，分布在1357m~1360m之間。滑坡西側(cè)以剪切裂縫及延伸方向界定，剪切裂縫變形明顯，坡體剪切位錯，外圍未見變形，裂縫延伸方向與后緣發(fā)育的裂縫相接。東側(cè)沒有出現(xiàn)剪切變形，以地形低洼區(qū)為滑坡東側(cè)邊界。滑坡整體上北高南低，坡面植被較發(fā)育。

2.2 形變特征

據(jù)調(diào)查，該滑坡的形變特征主要表現(xiàn)為地表裂縫，根據(jù)成因分為滑坡引起的裂縫和不均勻沉降形成的裂縫?；乱鸬牧芽p根據(jù)力學性質(zhì)不同分為拉張裂縫和剪切裂縫兩大類，兩種裂縫在該滑坡均有出現(xiàn)。拉張裂縫常呈弧形，在受拉力作用下延伸較長，所形成的弧形指向滑坡滑動方向；剪切裂縫在剪應力作用下比較順直，常呈梭形，延伸不遠。地基土不均勻沉降引起的裂縫形態(tài)較復雜，裂縫寬度不一，常見的有正八字裂縫和斜向裂縫，裂縫形成速度快，形成之后變形緩慢。該滑坡變形主要以張拉裂縫和剪切裂縫為主，分布在滑坡后緣及兩側(cè)。沉降引起的地表裂縫分布在村道公路，整體上不均勻沉降形成的裂縫不發(fā)育?；聟^(qū)域裂縫統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 滑坡區(qū)域裂縫統(tǒng)計表

2.3 巖土結(jié)構(gòu)特征

滑坡體主要由第四系殘坡積碎石土組成，整個滑體結(jié)構(gòu)單一，以淺層分布的含碎石粉質(zhì)粘土為主，呈褐、褐紅色，可~硬塑狀，稍濕~濕，切面有光澤，碎石含量15%~20%，粒徑一般在0.2~0.5cm 之間，棱角-次棱角狀。碎石成分主要為強風化砂巖、泥巖，厚5.3~8.0m，底部與強風化巖層接觸帶的碎石含量少，含水量較高，呈可塑狀，平面上厚度變化為：從東至西呈中間厚兩側(cè)薄，自北向南呈上薄下厚的特征，分布較穩(wěn)定。

下覆基巖為三疊系上統(tǒng)一碗水組（T3y）強風化泥質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀為325°∠5°，節(jié)理較發(fā)育，裂隙面呈舒緩波狀，微張，泥質(zhì)充填；薄~中厚層狀，巖體完整性差，屬碎裂結(jié)構(gòu)，鉆探巖芯存在差異性風化，局部地段巖芯呈短柱狀，為穩(wěn)定巖層。從鉆孔揭露情況來看，該滑坡的滑動帶位于殘坡積層與強風化泥質(zhì)砂巖的接觸帶。滑動帶的碎石含量少，呈可塑狀，在斜坡地段順坡均有分布，親水性強，遇水易軟化。

3 滑坡成因分析

3.1 地形和地質(zhì)條件

3.1.1 不利的地形條件

滑坡區(qū)整體地形較陡，坡度在25°~35°之間，相對高差較大，1390m以上地形坡度為25°~30°之間，1390m以下地形坡度在30°~35°之間，形成上緩下陡的折線坡地形，滑坡前緣主要為陡斜坡，存在應力釋放的臨空面，為坡體的變形和滑動提供了條件。

3.1.2 不利的地質(zhì)條件

滑坡體主要為碎石土，含有15%~20%碎石，在地下水作用下，滑帶土體抗剪強度降低，為滑坡變形提供了動力條件。下覆基巖為三疊系一碗水組強風化泥質(zhì)砂巖，裂隙發(fā)育一般，風化程度較高。在表層碎石土和基巖接觸面之間，由于存在巖土體風化程度、滲透性、物理性質(zhì)等差異，兩者之間易形成明顯的交接地帶，鉆孔資料也同樣表明，在表層第四系碎石土與下覆基巖之間部分區(qū)域存在滑動面。該層面主要由含碎石粉質(zhì)黏土組成，界面粘性土含量增加，含水量較高，呈可塑狀，導致抗剪強度下降。

3.2 降雨因素

降雨往往是引發(fā)滑坡的直接因素，降雨不僅會增加坡體巖土的容重并改變坡體應力分布，還會降低滑帶土的抗剪強度。降雨入滲補給地下水的過程中，基巖和覆蓋面之間的巖土體存在滲透差異，導致地下水位有所升高，下滑方向的滲透力增大，由于滑床較上部的碎石土滲透性強，而位于滑床附近碎石土的粘粒含量較高，滲透性較弱，易形成局部上層滯水帶，使滑帶土的含水量增大，加大土層的濕容重，造成土體自重荷載增加；同時，降雨入滲還會增大土體動水壓力和靜水壓力，影響土體抗剪強度。此外當降雨在地表形成徑流時，由于坡面為松散土層，會對坡面形成沖刷和動水壓力，破壞原有坡腳和坡面，改變坡體結(jié)構(gòu)和應力分布。滑體及滑帶土在入滲水的物理及化學作用下抗剪強度會降低，同時，非飽和帶孔隙水壓力變化也將使其抗剪強度大幅度降低。

3.3 居民活動因素

居民建筑及鄉(xiāng)村公路的修建形成了邊坡，對坡體徑流產(chǎn)生影響，破壞了坡體原有的平衡狀態(tài)。該滑坡體前緣坡體為高陡坡，在坡體前緣作用力牽引下，后緣坡體發(fā)生變形，導致前緣進一步破壞變形，整個滑坡體發(fā)生失穩(wěn)破壞。因此，坡腳房屋建設(shè)和坡體生產(chǎn)活動進一步降低了坡體的穩(wěn)定性。

4 滑坡體的穩(wěn)定性評價

4.1 定性評價

根據(jù)野外調(diào)查和分析，該滑坡面積約0.45×104m2，體積約3.4×104m3，依據(jù)滑坡劃分標準，該滑坡屬小型滑坡。坡體前緣以陡緩交界處為界，邊坡有明顯的變形裂縫，整體坡度30°，坡體后緣較為平緩，屬牽引推移復合式滑坡。目前滑坡后緣以張拉裂縫為主，坡體兩側(cè)出現(xiàn)剪切裂縫，滑坡前緣整體變形不明顯，坡體處于蠕滑變形階段。根據(jù)對該滑坡體的分析，從變形特征來看，滑坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在強降雨等極端情況下坡體存在沿基巖-覆蓋界面發(fā)生大規(guī)?；瑒拥目赡?。

4.2 定量評價

4.2.1 計算剖面選取與參數(shù)確定

根據(jù)滑坡體基本特征，采用折線法進行穩(wěn)定性計算。從滑坡巖土體的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果來看，構(gòu)成潛在滑面的區(qū)域主要是工程性質(zhì)存在明顯差異界面、力學性質(zhì)變化較大的層面。因此，選取三條剖面作為計算模型，分別為1-1′、2-2′、3-3′，計算剖面的位置以及剖面情況如圖2和圖3所示。

圖2 滑坡區(qū)域計算剖面位置

圖3 滑坡穩(wěn)定性計算剖面圖

勘查結(jié)果顯示，滑帶土體整體薄，且部分區(qū)域未發(fā)現(xiàn)該層土體，根據(jù)土樣試驗結(jié)果結(jié)合反算法、區(qū)域經(jīng)驗值法等綜合確定土體的相關(guān)參數(shù)，見表2。

表2 滑坡巖土體物理力學參數(shù)取值表

4.2.2 計算公式

運用折線法[11]進行滑坡穩(wěn)定性計算，計算公式如下：

4.2.3 計算結(jié)果

為全面分析滑坡在各種工況下的穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性分析采用天然工況、暴雨工況、地震工況三種工況進行計算分析。計算結(jié)果如表3所示。

表3 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

根據(jù)折線法計算滑坡穩(wěn)定性的結(jié)果表明：滑坡在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)在1.032~1.079之間，處于欠穩(wěn)定~基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)在0.961~1.001 之間，處于不穩(wěn)定~欠穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下穩(wěn)定系數(shù)在0.977~1.023之間，處于不穩(wěn)定~欠穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)野外調(diào)查和分析得出滑坡面積約0.45×104m2，滑體平均厚度約7.5m，滑坡體體積約3.4×104m3，屬牽引推移復合式小型淺層滑坡；該滑坡的失穩(wěn)受多種因素共同影響，其中，降雨是誘發(fā)該滑坡變形滑動的主要因素；滑坡體主要為碎石土，坡體變形以張拉和剪切裂縫為主，處于蠕滑變形階段。計算結(jié)果表明：坡體在暴雨或地震不利工況下穩(wěn)定系數(shù)為0.961~1.023，處于不穩(wěn)定~欠穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡在不利工況下啟動可能性大。