茂县仁村组不稳定斜坡基本特征与成因机理研究

余 波 邓茂林 黄正文

(1四川大学建筑与环境学院 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 3成都大学城乡建设学院)

茂县位于四川省中北部，阿坝藏族羌族自治州东南部，地处青藏高原向川西平原过渡地带，地理坐标为北纬31°24'－32°17'，东经102°56'－104°10'。该区属地质构造抬升区，区内岩体破碎，地质灾害发育，一直都是地质学者关注研究的重点区域。近年来，也取得了一些地质工作成果，主要反映了区内地层时代、岩性、构造、矿产、地震活动等区域地质及区域水文地质条件［1-3］。但是，以上研究受研究对象及工作深度的限制，不能满足茂县仁村组不稳定斜坡防治工作的需要，因此，非常有必要专门开展仁村组不稳定斜坡勘查工作。2008年5.12特大地震后，为了确实做好全省重大地质灾害防治工作，确保人民群众的生命财产安全，省国土资源厅第三批启动实施了511处重大地质灾害点的应急勘查、设计工作。根据2009年4月24日四川省国土资源厅下发的川国土资函［2009］519号《关于请组织支援开展我省地震灾区第三批重大地质灾害应急勘查、设计工作函》，受省国土资源厅委派，四川省煤田地质局等单位组织专家开展了茂县富顺乡团结村仁村组不稳定斜坡的勘查和防治可研工作。本文多名作者作为勘查组主要成员，全程参与了茂县仁村组不稳定斜坡的勘查工作。通过此次调查研究，获得了一些关于该不稳定斜坡的初步认识。

1 研究区地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区地处川西北高原东北部的高山峡谷地带，受第三纪末喜山运动以来区域整体间歇性抬升和河流强烈下切侵蚀作用的影响，区内山势巍峨，沟谷深切，山岭海拔高程一般3500－4500 m，岭谷高差1000 m左右，呈现出强烈隆升深切割的高山—中高山地貌景观。勘查区为中山—中高山地貌，较高点为不稳定斜坡北侧山脊一带，标高约2400 m，较低处为团结河河谷一带，标高约1150 m，相对高差约1250 m。

不稳定斜坡位于团结河左岸斜坡地带，斜坡区地形变化较大，整体坡度约24.5°，呈东高西低之势，为折线坡形。斜坡上部较平缓，坡度15°－20°;中部一带地形相对较顺直，呈斜坡地形，坡度一般20°－30°;斜坡下部至团结河河岸地形较为复杂，局部为陡坡，局部为团结河残留高阶地，坡度15°－40°，局部达60°，坡面起伏不大，多滑塌形成的高陡弧形台坎，斜坡南边发育一条季节性深切冲沟。斜坡坡脚处为团结河，河道蜿蜒，小块阶地漫滩发育，两岸有大量季节性深切冲沟(见图1)。

1.2 地层岩性

研究区出露地层为新生界第四系全新统(Q4)及古生界志留系茂县群第四组地层(Smx4)。

1.2.1 第四系(Q4)

图1 仁村组不稳定斜坡地形地貌全图

广泛分布于团结河两岸及整个斜坡地带，其成因类型主要为冲洪积层(Q4al+pl)、崩坡积层(Q4c+dl)、老滑坡堆积层(Q4del)及残坡积层(Q4dl+el)。

(1)冲洪积层(Q4al+pl)。冲洪积层主要分布在团结河两岸及阶地，勘查区位于阶地的后缘，仅坡脚有分布。以块、卵石土为主，次为圆砾类土，石质岩性主要为砂质千枚岩，粒径8－20 cm，含量50% －70%。常夹透镜状砂层及粉土层，在小范围内具有一定的沉积韵律性，厚约5－10 m。

(2)崩坡积层(Q4c+dl)。分布于斜坡周边及上部坡体浅部，主要由碎石土和部分块石土组成，土质松散—稍密，块碎石石质成分为千枚岩，粒径5－20 cm，含量45% －60%，多呈棱角状，系上部陡崖崩塌堆积和基岩风化形成，厚度2－10 m不等。

(3)老滑坡堆积层(Q4del)。广泛分布于斜坡体内，一般为碎石土、块石土、角砾土及少量含角砾粉质黏土组成，石质粒径2－25 cm，含量40% －60%。所有钻孔皆有揭露，此层平均总厚度达21.5 m。其中，粉质黏土在坡体中大部分沿基岩面呈面状分布，少量呈透镜状分布，钻探揭露厚1.2－5.5 m。

(4)残坡积层(Q4dl+el)。分布于不稳定斜坡两侧缓坡处，主要由中—粗角砾土及碎石土组成，土质松散—稍密，粗粒、巨粒颗粒多呈棱角状，石质粒径3－10 cm，含量30% －45%，系近源千枚岩风化堆积形成，厚度约1－5 m。

1.2.2 古生界志留系茂县群第四组(Smx4)

区内出露基岩地层为志留系茂县群第四组，地层岩性以深灰、黑灰色绢云千枚岩为主，夹薄层石英岩和泥质灰岩，全组厚度100－1148 m。受构造影响，节理裂隙和层理极发育，岩体被切割成块状，风化层厚，岩质软，强风化层极破碎。地表广泛出露于不稳定斜坡区外山脊和陡坡处。

1.3 地质构造

据《1∶20万茂汶幅区域地质调查报告》(四川省地质局，1975)，测区位于九顶山华夏系构造九顶山复向斜(Ⅰ26)北翼多个次级同斜倒转褶皱曲之甘沟倒转背斜(Ⅰ23)南东翼，该Ⅰ26复向斜由志留系茂县群及泥盆系月里寨群组成，核部为泥盆系月里寨群，轴线走向北东40°－45°，南、北翼地层均倾向北西 310°－315°，倾角南翼 40°－48°，北翼 42°－78°，轴面倾向约315°，倾角约 70°，为一同斜倒转复向斜。该复向斜延长50 km，宽约12 km。调查区出露地层为古生界志留系茂县群第四组地层(Smx4)，岩性为黑灰色绢云千枚岩，局部次生褶皱较发育(见图2)。

测区内，地表出露的Smx4千枚岩片理及揉皱发育，岩层总体呈单斜产出，倾向一般介于290°－330°之间，岩层倾角一般为45°－55°，主要发育有2组节理裂隙，发育密度为2－6条/m3不等。

J1 组:产状 180°∠60°，发育间距 0.1 －0.6 m，可见延伸长度一般0.2－1.3 m;微张—闭合，裂面较平直，大致顺层。区内该组节理尤为发育，为控制性结构面。

J2 组:产状 218°∠70°，发育间距 0.3 －1.6 m不等，延伸长度0.3－0.8 m不等;微张—闭合，浅表见泥质充填，裂面较平直。区内该组节理与J1组节理同为共轭“X”节理。

2 仁村组不稳定斜坡特征

2.1 斜坡边界、规模、形态特征

仁村组不稳定斜坡位于茂县富顺乡团结村，经过实地调查，该斜坡堆积物原始成因为一老滑坡堆积物，即斜坡体北侧山体滑坡堆积形成，其主滑方向247°，下部由于受到南部山脊的阻挡，堆积体略向西北方向转移。坡体内大部分为千枚岩风化形成的碎石土、块石土、角砾土及部分粉质黏土组成。坡形整体顺直，平面形态上表现为双沟同源的圈椅状(详见图1)。

图2 区域地质构造简图

据调查，近30 a来该斜坡中上部局部有蠕动变形和滑塌现象。该不稳定斜坡“5.12”地震前整体处于稳定状态，只在局部出现了蠕滑变形和滑塌现象;“5.12”地震时，因地震作用发生局部较变形，表现为后缘拉张裂缝，最宽处达0.3 m，高差错落最大处达0.4 m，延伸约300 m(L1)，中前部发生局部拉裂变形裂缝(L3～L7)(详见图3)。

图3 地震时仁村组不稳定斜坡裂缝分布特征

不稳定斜坡规模较大。据实地勘查调查，变形区后缘较高，标高1602 m，前缘至团结河，标高约1150 m，前后缘高差 452 m;该变形区横向长630 m，纵向长1360 m，面积约 85.68 ×104m2。勘探揭露斜坡堆积体平均厚度21.50 m，体积为1842×104m3，属特大型老滑坡堆积体。

该斜坡堆积体物质组成为:上部大部分为含大量千枚岩碎、块石的碎石土，中部夹薄层含角砾粉质黏土和角砾土，下部为千枚岩。

变形破坏特性为:由于整体坡度较平缓，通过稳定性计算，斜坡不会整体沿基岩面滑动，主要变形破坏形式为局部沿土层间软弱层面和搜索剪出口滑动以及局部滑塌为主，可能造成剪出口以上居民及滑塌处附近居民生命财产损失。

2.2 不稳定斜坡堆积体特征

根据地面调查不稳定斜坡地形地貌特征和勘探钻孔揭露地层分析，斜坡堆积体特征:一般为碎石土、部分块石土、角砾土、含角砾粉土和薄层粉质黏土，在不稳定斜坡中后部、中上部的局部地方还见相对较完整的巨块石。土层平均厚度21.50 m，最厚达26 m(堆积体物质组成详见图4、图5)。在坡底局部出露冲洪积砂卵石覆盖于粉质黏土和碎石土之上。由此可见，堆积体成因类型为老滑坡堆积物。

2.2.1 岩土力学特性和指标

(1)碎石(块石、角砾)土:分布于整个坡体内，稍密—密实，石质成分为千枚岩，呈强风化状，石质粒径0.5－30 cm，含量50% －75%，多呈菱角和次菱角状，碎(块)石混杂，无分选性，钻探期间易出现卡钻、掉块、护壁液漏失等现象，钻探极其困难。钻探揭露该层最厚达18.5 m。经勘查时现场大重度试验得其天然重度为20.6 kN/m3，饱和重度为21.8 kN/m3。

(2)粉质黏土:分布于土层与基岩面接触带和部分夹于碎石土与角砾土之间，呈可塑—硬塑状，含少量角砾，粒径0.5－4 cm，含量8% －25%，钻孔揭露厚1.2－5.5 m。根据勘查取样试验，其物理力学指标为:天然含水率18.97%，饱和含水率25.36%，天然密度1.94 g/cm3，饱和密度 2.02 g/cm3，天然抗剪强度 c值 17.53 kPa，φ值 19.50°，饱和抗剪强度 c 值16.08 kPa，φ值 17.80°，渗透系数6.70 ×10－4cm/s。

2.2.2 地下水活动状态

“5.12”地震前，坡体上部仁村组有一水井，据访问水量大约为:1－3 L/s;“5.12”地震后，地下水随裂缝漏失，井泉水量仅为0.1 L/s左右，造成居民饮水困难。地下水几乎全部进入地下排泄。由于勘查时值雨季，勘查测得所有钻孔地下水位均较浅，为5.10 －10.30 m。

岩土渗透特性:本斜坡堆积体内大部分为碎(块)石土，渗透性较好，基岩风化裂隙和构造裂隙均较发育，有利于地下水的排泄。

2.3 滑床特征

据钻探揭露，滑床形态为折线形，岩性为Smx4绢云千枚岩基岩面(见图6、图7)，呈薄层状，风化裂隙和构造裂隙相当发育，抗风化能力弱，强风化厚度大(大部分钻孔揭露强风化层大于5 m)，岩芯大部分呈破碎状、饼状，物理力学性能差。

图4 堆积体物质成分

图5 堆积体中的碎石土

图6 潜在滑床岩石

经勘查取样试验，天然块体密度为2.72 g/cm3，饱和块体密度为 2.77 g/cm3，饱和抗压强度7.568 mPa，天然抗压强度 14.295 mPa，饱和抗剪强度 c:0.17 mPa，φ值 26.88°，天然抗剪强度 c 值0.31 mPa，φ值 32.83°。基岩裂隙发育，渗透性较强。

2.4 潜在滑动带特征

根据钻探揭露和目前宏观变形现象，主要为局部的开裂及滑塌，仁村组不稳定斜坡尚未形成统一的滑带。根据滑面搜索，寻找最佳剪出口，滑带土主要为接近基岩面的含角砾粉质黏土或角砾土，其特征为硬塑—可塑状，部分钻孔(ZK2、ZK3)揭露所含碎石为磨圆和次磨圆状，局部见擦痕。

据取样试验，天然含水率18.97%，饱和含水率25.36%，天然密度1.94 g/cm3，饱和密度2.02 g/cm3，天然抗剪强度 c 值 17.53 kPa，φ值19.5°，饱和抗剪强度 c 值 16.08 kPa，φ值 17.80°，渗透系数6.70×10－4cm/s。具薄层状夹层结构，为堆积体中的软弱夹层。

分布形态为大部分分布于土层与基岩面接触带(ZK2、ZK3、ZK7)，呈面状分布;局部分布于土层间(ZK1、ZK5、ZK6)，呈透镜状分布。

埋深一般在 12.53－19.85 m 之间，厚度约0.1 －1.2 m。

2.5 不稳定斜坡变形破坏特征

2.5.1 震前变形破坏特征

据调查访问，近30 a来斜坡主要以局部蠕变变形和滑塌为主，坡体上部和中下部房屋有部分开裂现象，裂缝张开度为3－5 mm。

2.5.2 震后变形破坏特征

“5.12”汶川大地震时，勘查区上部出现了地面开裂宽度达0.3 m、错落达0.4 m(L1)的横向裂缝以及局部滑塌、房屋建筑开裂导致部分倒塌等变形加剧迹象(裂缝统计详见表1)，由于大部分地表和房屋裂缝已封填或修补，仅在部分地面可见。

根据震后裂缝调查统计，已发现的7条裂缝走向介于125°－150°之间，加上地形、临空面、堆积体特征等多种因素判断，该不稳定斜坡发生变形可能的主滑方向为247°左右。

表1 “5.12”地震后不稳定斜坡变形破坏迹象特征统计表

3 影响因素与变形破坏机制

不稳定斜坡的发生、发展过程与地形地貌、地质构造及地层岩性等内部因素密切相关;而气象、水文、地震等内外动力条件则是致使该不稳定斜坡形成和发展的主要诱发因素。

3.1 构造岩性是造成不稳定斜坡产生的内因

不稳定斜坡坡向245°，岩性以千枚岩为主，岩质较软、易风化，且为顺层斜交坡，产状310°∠48°，岩体破碎且发育有一组外倾节理180°∠60°，故极易形成大量的松散堆积物源;加之本区地处川西北强烈抬升区，区内地震活动频繁，河流下切作用剧烈，在地震或河水等内外动力作用下极易引起不稳定斜坡的发生。场地地形坡度较陡，易诱发牵引滑塌。

3.2 河流冲刷、涨跌与降雨浸润是不稳定斜坡产生、加剧的主要外动力

由于团结河在仁村组不稳定斜坡前缘通过，测时水涯线距不稳定斜坡前缘5－20 m，洪水期间可淹至不稳定斜坡前缘。在长期的河流和南侧季节性冲沟侧蚀作用下，对不稳定斜坡前缘和南侧坡脚有一定的影响。在降水浸润或河水涨跌产生动水压力作用下，斜坡土体抗剪强度降低，故易产生新的次级牵引滑塌。

3.3 坡体内地下水是影响斜坡稳定性的重要诱发因素

据勘查调查和钻探揭露，由于勘查季节为雨季，坡体内地下水埋藏较浅，一般深6.80－9.10 m，最浅5.10 m(ZK5)，最深 10.30 m(ZK8)。上部山体汇水面积较大，原来坡体上部井泉水能满足整个仁村组和半坡组88户402口人以及大量牲畜的日用水量。“5.12”地震后井泉水接近枯竭，几乎全部随地震裂缝漏失进入坡体内，坡体上部居民只能靠到远处背水饮用，目前村上正在组织到远处安装水管引水。地下水较丰富加之雨季降水的入渗，将大大增加土体的重度，降低土体物理力学指标，造成局部边坡失稳。

3.4 人类工程活动对斜坡稳定性产生的影响极大

目前在坡体内大量修建房屋和简易公路，盲目开挖，形成大量土质陡立边坡和坡面松散堆积物，在不利工况下将形成局部滑塌，若继续发展将对整个边坡稳定性不利。

3.5 地震是加速本不稳定斜坡发展的内在推动力

在“5.12”地震以前，不稳定斜坡基本稳定，地震时斜坡后缘和中部多处出现拉张裂隙。但震后采用及时封闭裂隙后，不稳定斜坡变形变缓，据当地村民简易观测基本处于停止阶段。充分说明了地震力破坏了坡体结构的完整性及稳定性，加速了不稳定斜坡变形发展的进程。

4 地质灾害防治方案

4.1 危害性预测

如前所述，在降雨、地震等工况下，坡体内人工工程(修路、建房等)开挖所形成的部分高陡边坡易产生局部滑塌，从而有可能诱发坡体局部失稳，将潜在威胁到周边居民的生命财产安全。

据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZT0219－2006)5.1条表3(详见表2)判定，该滑坡工程防治等级为Ⅲ级。

4.2 防治目标与原则

茂县仁村组不稳定斜坡在各工况条件下整体稳定，地震期间的浅层变形发生在斜坡区的中上部，震后封填后至今监测未发生变形。现状稳定，在暴雨、地震等工况条件下整体处于稳定状态，但其局部土质陡壁边坡处于基本稳定状态，有可能产生滑塌，潜在威胁到部分机耕道和附近居民的安全。

表2 滑坡防治工程分级表

对该边坡的治理，考虑采用“以防为主，局部治理”的方案进行滑坡综合防治。防治目标与原则为:在经济合理、确保安全的基础上，一方面重点治理对建构筑物及人员安全有重大影响、会造成严重危害的部位，同时从影响滑坡稳定性的因素着手，改善滑坡区外部环境，从而达到防灾、避灾的目的。

4.3 防治工程方案建议

根据勘查结论，按既定防治目标和原则，从经济合理、以人为本的角度出发，建议仁村组不稳定斜坡采取“地表截排水+裂缝回填+长期监测”的防治措施体系。

(1)设置截、排水沟拦截上部山体地表水，并种植适宜当地生长的林木绿化坡体，减少降雨汇水对坡面的冲刷，减弱水对边坡稳定性的不利影响。

(2)填塞斜坡区内地震时发生的所有裂缝。

(3)设置监测点，专业的长效监测与群测群防相结合。

［1］四川省地质局.1∶20万茂汶幅区域地质调查报告［R］.1975.

［2］四川省地质矿产勘查开发局，成都水文地质工程地质队.四川省茂县地质灾害(补充)调查与区划报告［R］.2007，12.

［3］中国地质调查局成都地质调查中心.四川省5.12地震灾区阿坝州茂县地质灾害应急排查总结报告［R］.2008，06.

［4］四川煤田地质一三七总公司.阿坝州茂县第三批地质灾害应急勘查项目:仁村组不稳定斜坡勘查报告［R］.2009，8.

［5］黄润秋，许 强.中国典型灾难性滑坡［M］.北京:科学出版社，2008.

［6］许 强，裴向军，黄润秋.汶川地震大型滑坡研究［M］.北京:科学出版社，2009.

［7］许 强，黄润秋，殷跃平，等.2009年6.5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究［J］.工程地质学报，2009，17(4):433 －444.

［8］许 强，董秀军，邓茂林，等.2010.7.27 四川汉源二蛮山滑坡—碎屑流特征与成因机理研究［J］.工程地质学报，2010，18(5):609 －622.