汉源新县城肖家沟滑坡基本特征及形成演化机制分析

尚柟吉，周 勇，张元才，陈 浩，霍从顺

(1.核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610061;2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059;3.中兵勘察设计研究院，北京 100053)

随着西部大开发的进行，我国西南地区掀起了大规模水电开发的热潮，库区县城也开始了爆发式的迁建。新县城的建设中大规模的“大挖大填”，严重的破坏了原有的地质环境，由此也诱发了大量的地质灾害［1］，［2］。在前缘施工开挖、后缘堆载等诱发因素的影响下，2007年12月及2008年12月汉源新县城肖家沟松散堆积物斜坡先后两次产生蠕滑，掩埋前缘道路超过100m及箱涵72 m，造成直接经济损失100余万元，并直接影响到312户1092人的搬迁安置工作［3］。本文从滑坡形成的地质环境条件入手，紧密结合斜坡变形破坏迹象，分析了滑坡的形成机制，研究结果对该地区城镇建设的施工安全及斜坡变形破坏机制有一定的借鉴意义。

1 地质环境概述

1.1 地形地貌

滑坡区属于构造剥蚀低山地貌。原始地势较为平缓，坡度12°～20°，地形变化较大，总体南高北低，中间高，两侧低，西北角和东侧地段地势相对较陡，局部达30°。场地内受施工及滑坡影响，原始地形破坏严重。

1.2 地层岩性

研究区出露的地层有第四系全新统人工堆积层(Q4ml)、滑坡堆积层(Q4del)、第四系全新统崩坡堆积层(Q4col+dl)、三叠系白果湾组(T3b)的泥质砂岩、砂质泥岩及二叠系下统阳新组(P1y)灰岩地层。

1.3 地质构造及地震

滑坡区属扬子准地台(Ⅰ级)西缘上扬子台坳(Ⅱ级)之峨眉山断拱(Ⅲ级)的荥经断凹(Ⅳ级)。区内断裂褶皱较发育，基岩较为破碎。根据四川省地震局工程地震研究所对汉源县城新址所作的场地地震安全性研究成果及《建筑抗震设计规范》(GB 50011－2001)(2008年版)，拟建场地抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.15g。

1.4 水文地质条件

滑坡位于山脊部位，汇水面积小，地表水多以面流的形式汇入两侧冲沟内，滑坡后缘地势低洼，为地表水的下渗创造了良好条件。探井开挖表明滑面(岩土界面)附近赋存有少量不连续分布的地下水渗出。地下水以基岩裂隙水为主，地表水由大气降水补给，于地势较低处排泄，地下水位埋深大。

2 滑坡基本特征

2.1 形态特征

肖家沟滑坡在平面上呈长舌形，剖面形态呈折线形(见图1、图2)。滑坡纵向长约200m，横向宽约65～90m，面积约1.8×104m2，厚度5.0～13.4 m，滑坡体积约13.0×104m3。前缘高程约880m，后缘高程约930m，高差约50m，主滑方向32°。

图1 肖家沟滑坡工程地质剖面

滑坡区位于斜坡中下部，地势西南高而东北低，整体坡度约15°，局部坡度较大可达50°。滑坡南东侧已建挡墙及西侧出露的小山梁略向北侧凸出，与滑坡组成一向内凹的负地形(图3)。整个滑坡在纵向上略显阶状，呈条带状小平台与斜坡相间状地形。滑坡后缘见明显反倾台坎，拉张裂缝呈楔形，向下逐渐尖灭，最大长度约50m，最大张开度约2m，可见最大延深约1.2 m(图4)。滑坡两侧以冲沟为界，陡坎高约3～5 m，陡坎外未见明显变形迹象。滑坡中后部见拉张裂缝带，裂缝走向约114°，与滑动方向近垂直，可见最大长度约45 m，可见最大张开度约1.5 m，可见最大延深约0.8 m(图5)。滑坡中前部见明显鼓胀裂缝带，裂缝走向约145°，最大长度约8 m，最大张开度约30cm，可见最大延深约0.4 m(图6)。滑坡前缘受开挖影响，覆盖层滑动后松散堆积于坡脚。

图2 滑坡工程地质平面图

2.2 物质组成及结构特征

图3 肖家沟滑坡全貌

据勘探资料和工程地质测绘与调查，肖家沟滑坡为沿岩土界面滑动的土质滑坡。滑体物质主要为粉质黏土夹碎石，碎石含量分布不均:中上部碎石含量较低，并含有大量砾石;中下部碎石含量较高，含有大量块石。粗颗粒物质均呈棱角状，粒径一般约2～7cm，可见块石最大粒径达1.5 m，母岩成分为强风化砂岩、中风化灰岩等，结构松散。充填物质多为粉质黏土，成硬塑～坚硬状，切面稍具光泽，无摇震反应，韧性一般，干强度差。滑坡后缘及中部部分区域堆积有大量人工填土，主要为粉质黏土夹碎、块石物质，结构松散。

图4 滑坡后缘拉裂缝

滑带土主要为黏性土，呈褐色，呈软塑 ～可塑状态，含水率较之上部土体有所增加，近饱和，探井开挖后有少量水渗出，滑腻感强，含有约5%的角砾，其粒径约0.3～1cm。角砾成分为砂岩，伴有搓揉现象。通过TJ2探井揭露，在岩土界面附近见清晰的滑面，具有光泽，并伴有清晰走向一致的擦痕，滑面表层有极薄(约1～3mm)滑坡滑动搓揉而成的粘粒物质，滑腻感强，呈软塑状，取样过程中上部土体极易沿该面与下层岩土体分离(图7)。

图5 滑坡东侧边界

滑床物质主要由三叠系上统白果湾组(T3b)的砂质泥岩及二叠系下统阳新组(P1y)灰岩地层组成，滑坡中前部滑床主要为阳新组灰岩地层，白果湾组强风化砂质泥岩地层仅在中后部出露。砂质泥岩呈强风化状，黄褐色为主，粉细粒结构，层状构造，主要矿物成分为:粘土矿物、长石、石英、岩屑等。该层在滑坡中前部尖灭。灰岩呈强风化状，矿物成分以CaCO3为主，含生物碎屑，层理不明显，岩石质硬，裂隙较发育，岩体较破碎，多夹有薄层状的强风化砂质泥岩。基岩产状约 44°∠18°。

图6 滑坡前部鼓胀裂缝

图7 TJ2探井揭露的滑带土

3 滑坡的诱发因素及形成机制

3.1 滑坡的诱发因素

(1)地形地貌:滑坡处于斜坡相对低洼部位，两侧冲沟发育，后缘低洼的沟槽为地下水的入渗提供了有利的地形条件。

(2)地下水:斜坡覆盖层为黏土夹碎石，自身工程性质较差，下伏砂质泥岩、灰岩，为相对隔水岩组，从而岩土界面处地下水易于富集，导致其覆面岩土体力学性质降低。

(3)人类工程活动:滑坡所在场地现为规建区，人类工程活动频繁。后缘的大量堆载，前缘的大规模开挖，严重破坏了原有的地质环境。

综上所述，在有利的地形条件、地下水及人类工程活动等因素的综合作用下，最终导致了滑坡形成，其中人类工程活动是主要的诱发因素。

3.2 滑坡的形成演化机制

根据斜坡变形破坏的空间演化规律［4］，［5］及斜坡变形破坏特征，肖家沟滑坡为人类工程滑动诱发的推移式土质滑坡，其形成演化过程可以分为以下三个阶段。

3.2.1 后缘拉裂缝形成阶段

随着前缘的持续的大规模开挖，后缘的不断的堆载，斜坡中前段－抗滑段所能提供的抗滑力不断减小，后缘所施加的下滑力不断增加，斜坡的稳定性也逐渐降低。当稳定性降低到一定程度时，坡体后缘形成拉张应力区，变形由此开始。当变形达到一定程度后，在滑坡体后缘往往会形成多级弧形拉裂缝和下错台坎，在地貌上表现为多级断壁。2007年12月，滑坡所产生的后缘拉裂带L1和L2表明当时滑坡正处于第一个阶段。

3.2.2 中段侧翼剪张裂缝产生阶段

随着后缘拉裂下错变形的加剧，后段的滑移变形及所产生的推力将逐渐向前段传递。前段滑体被动向前滑移时，在其两侧边界将出现剪应力集中现象，并由此形成剪切错动带，产生侧翼剪张裂缝。随着中段滑体不断向前滑移，侧翼剪张裂缝呈雁行排列的方式不断向前扩展、延伸，直至坡体前部。由于滑坡区工程扰动大，雁形剪裂缝不甚明显，仅在滑坡左侧发现两处雁列式剪裂缝带L3和L6。

3.2.3 前缘隆胀裂缝形成阶段

滑体在由后向前滑移的过程中，将会受到前部抗滑段的阻挡，并在阻挡部位产生压应力集中现象，从而在坡体前缘产生隆起带。隆起的土体在受中后部纵向推挤力的作用产生放射状的纵向隆胀裂缝，而在横向上岩土体因弯曲变形而形成横向隆胀裂缝。滑坡中下部的L4和L5放射状张裂缝带的出现表明滑动面完全贯通，斜坡已经处于临界状态。

现代非线性科学理论认为，当斜坡处于临界状态时，对外界扰动十分敏感，即呈现敏感性［6］。斜坡后缘的进一步堆载以及降水的入渗直接导致了滑坡的产生。

4 结论

(1)肖家沟滑坡处于斜坡相对低洼部位，两侧冲沟发育，后缘低洼的沟槽为地下水的入渗提供了有利的地形条件。斜坡覆盖层下伏砂质泥岩、灰岩，为相对隔水岩组，因此基覆面附近地下水易于富集，导致基覆面岩土体物理力学性质的降低。

(2)斜坡前缘的大规模开挖以及后缘的大面积堆载严重破坏了原有的地质环境，人类工程活动是滑坡产生的主要诱发因素。

(3)肖家沟滑坡裂缝的形成具有推移式滑坡典型的裂缝体系分期配套特性，其形成演化过程可划分为后缘拉裂缝形成、中段侧翼剪张裂缝产生及前缘隆胀裂缝形成三个阶段。

［1］殷跃平.三峡库区移民迁建地质灾害研究［J］.中国地质灾害与防治学报，1998，9(增):59 －66

［2］胡海涛，欧正东，袁志梅.长江三峡工程重点库段国土整治与移民迁建的地质环境问题［J］.大自然探索，1998，17(4):45－49

［3］核工业西南勘察设计研究院有限公司.汉源县新县城A组团(肖家沟)滑坡应急治理工程岩土工程勘察报告［R］.2009

［4］许强，汤明高，徐开祥，等.滑坡时空演化规律及预警预报研究［J］.岩石力学与工程学报，2008，27(6):1104 －1112

［5］张倬元，王士天，王兰生，等.工程地质分析原理(第3版)［M］.北京:地质出版社，2009

［6］许强，黄润秋，王来贵.外界扰动诱发地质灾害的机理分析［J］.岩石力学与工程学报，2002，21(2):280 －284