堆积体滑坡的成因及稳定性分析＊——以黟县林川滑坡为例

孙 强，张泰丽，伍剑波，黄金玉

（中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016）

改革开放以来，我国基础设施建设蓬勃兴起，尤其在东部省区，各类工程建设引发的滑坡危及工程运行、国家财产和人民生命安全。因此，对滑坡稳定性的研究越来越重要，不仅可为防灾减灾提供科学理论依据，还对滑坡预测预报具有重要指导作用［1］。滑坡产生的根本原因是岩土体强度降低［2－3］，岩土体强度是决定滑坡发生与否及其类别的内部条件，水、地震和人为因素影响是诱导或促使加速滑坡变形的外部条件［4－6］。滑坡是在各种因素作用下的综合效应，其形成条件和影响因素非常复杂［7］。地质因素是形成滑坡的基础，而非地质因素是诱导或触发条件。不同因素影响滑坡稳定的机制复杂，用力学计算方法评价滑坡变形的稳定性，是在对自然条件作某些简化的前提下进行的。较合理的滑坡稳定性评价步骤，应首先全面考虑影响滑坡稳定的自然因素，对其进行定性评价，在此基础上再作必要的力学计算，然后综合考虑评价其稳定性［8］。

皖南黟县林川滑坡是较典型因不合理的人类工程活动而形成的堆积体碎石土滑坡。该滑坡是在采挖灰岩时剥离的废石废土堆积体的基础上发育形成的。原始自然条件下，堆积体处于自然放坡后的稳定状态。但从70年代开始附近居民陆续在坡体上垦殖，在坡脚部位切坡建房，改变了坡体原始应力状态。滑体坡脚于1995年和2002年雨季发生崩塌，毁坏2间房屋，堵塞河道长度达60m，形成堆积高度达2m，造成约15万元的经济损失。因此，对该滑坡进行稳定性分析和研究是十分必要的。

1 林川滑坡的分布与地质条件

林川滑坡位于西递镇艾丰村林川组北侧山体坡脚部位，采挖灰岩时堆积的废石堆积在海拔277 m处，形成宽15～30 m 呈长方形的平台。平台西北靠山侧有一个深1～3 m 的洼地，平台下部山体总体坡度45°，可见五级台坎，坎高3～5m，坡脚由于建房切坡形成高5～10 m 的陡崖。坡体植被主要为茶叶、农田，覆盖率20～50%。

区域内地下水主要为基岩裂隙水。虽然区域地层裂隙较发育，但由于泥质含量高，构造裂隙多被脉岩、泥质充填，因此地下水富水性差，主要受大气降水的垂向入渗补给，并由山区向山前地带径流，直接补给附近沟谷中的地表水。

2 滑坡形态特征

2．1 滑坡周界及形态

该滑坡在平面上呈半圆形（图1），滑坡长41m，前缘宽约61m，后缘宽约31m，高程差24m，厚约10m，面积2500m2，规模2．5×104m3，属于小型滑坡。滑体坡度42°，坡向154°。该滑坡剖面如图2所示，从图2可知，滑体地表呈阶梯状，滑面为折线型，形态为上部和下部滑面稍缓，中部滑面较陡。滑面埋深5～10m，坡度10～40°，滑带岩性为含碎石粘土，厚约0．4m。

图1 林川滑坡平面图Fig．1 Plan of Linchuan landslide

图2 林川滑坡C－C′剖面图Fig．2 C－C′geologic section of Linchuan landslide

2．2 滑体物质结构

根据野外勘探资料，结合室内研究，将该滑坡岩土体分为两类。

（1）滑体为松散的堆积层，厚约5～10 m，底板埋深6～12 m，松散，无分选性。碎石含量30～50%，局部有粘土和角砾透镜体，角砾风化强度不均匀，角砾成分主要为硅质页岩。

（2）滑床为基岩，岩性主要为寒武系下统大陈岭组（∈1d）的硅质页岩和泥质灰岩。硅质页岩：黑色，薄层，结构致密，较坚硬，用力锤敲碎裂呈片状，上部见4～6m 的破碎带，块度2～10cm，最大块度20 cm。泥质灰岩：灰色，中厚层，岩体结构完整、致密、坚硬，锤敲震手，弱风化。

3 滑坡成因及机理

3．1 滑坡成因

滑坡的产生与地质环境、人类工程活动及降雨关系密切。通过收集该滑坡地质及降雨资料，经现场调查测量、访问，认为该滑坡成因如下：

（1）地层因素：斜坡由原山体灰岩开挖利用后废弃的碎石土混杂堆积而成，孔隙发育，结构松散，碎石间架空明显，渗透性强，钻进时泥浆无返水，孔壁坍塌，指示坡体物质的稳定性差。滑床为寒武系下统大陈岭组（∈1d）的薄层硅质页岩，其渗透性与上部堆积体有明显差异，地下水下渗到堆积层和基岩接触面形成饱和带，导致滑带土抗剪强度降低，对上覆堆积层形成浮托力。该滑坡属于堆积层滑坡，堆积层和基岩接触面是该滑坡的主控滑面。

（2）人为因素：斜坡地处人类密集区，由于居民建房，坡脚存在大量削坡，在滑坡坡脚部位形成60～80°、高5～10m 的临空面，未采取相应的护坡措施。人类不合理开挖破坏了斜坡结构，打破了原堆积体的平衡状态，坡体的支撑力下降，引发堆积体局部失稳。

（3）降雨因素：皖南地区潮湿多雨，梅雨和台风季节降雨集中，暴雨及特大暴雨频发是滑坡发生的重要触发因素。

（4）植被因素：原坡表生长的灌木对坡体的松散物质有较好的固持作用，滑坡体表部坡面经改造人为垦殖后，土质疏松，使原本坡面径流转为地下径流，增加了地表水的入渗。

（5）地形地貌因素：坡体下部自然斜坡坡度42°，上部为平台，整个坡型呈上缓下陡的凸形坡。目前许多研究已证明凸型边坡发生滑坡概率最大［9］。

3．2 滑坡机理

采挖灰岩形成的废石废土的无序堆放，改变了原始斜坡的稳定地貌，形成了上部平缓下部陡峭的凸形坡，且坡体物质组成松散的堆架结构，组织结构完全被破坏，碎石之间粘结程度差。坡体后缘岩溶洼地汇集雨水，水沿坡体破碎带或堆积碎石与基岩接触带渗流，使滑带充水润滑。研究区地少人多，村民多挖坡建房，坡脚经多次开挖形成高度达5～10m的陡崖，使坡脚形成临空面，破坏了原堆积体的平衡状态，坡体下部的支撑力下降，易引发堆积体失稳。

4 滑坡稳定性

滑坡稳定性计算方法和繁简程度随滑坡性质而定，根据滑坡不同性质、滑动形状选择合适的计算方法［10］。该滑坡的滑面呈不规则的折线型，且滑体的岩土性质较均匀，因此，不平衡推力法对此类滑坡的计算有较好的适用性［11－12］。

4．1 滑坡概化模型

建立在极限平衡原理基础之上的不平衡推力法是边坡稳定性分析计算的主要手段［13］。该法计算要求滑面控制点处滑面倾角的变化要小，计算结果的误差对滑面的倾角变化很敏感，而在滑坡后缘误差对倾角的变化敏感度要小一些［14］。本滑坡滑面中所有控制点处滑面倾角变化值均＜10°，其计算误差在允许范围内的［15］。根据以上基本原则，结合滑坡表面地形起伏、滑动面的变化、岩性分层，对计算剖面进行条块划分。

4．2 计算公式

滑坡稳定性系数及剩余推力计算采用公式［16］为：

当Pi＜0时，令Pi＝0

Fs—滑坡稳定性系数

K—最小安全系数（取值1．10）［17］

ψj—第i条块的剩余下滑力传递至第i＋1条块时的传递系数（j＝i）

Ri—作用于第i条块的抗滑力（kN／m）

φi—第i条块土的内摩擦角（°）

αi—第i条块土的滑面倾角（°）

Ti—作用于第i条块滑动面上的滑动分力（kN／m）

Pn—第i条块的剩余推力（kN／m）

对滑坡三个剖面的稳定性进行迭代计算。

4．3 参数取值

滑面自然状态下强度参数值为根据多个滑带土室内试验值的平均值，饱和状态下强度参数根据经验值和反算值综合考虑，其计算参数选取如表1所示。

表1 滑坡稳定性计算参数取值Table 1 Calculattion parameters of landslide stability

为了核对选用参数是否合理，选择滑坡坡脚切坡变形前的状态进行计算［7］。本文选择D－D′剖面切坡变形前的地面情形进行剩余推力计算（将坡脚被切部分还原），最终下滑力是否符合于极限平衡（原始堆积体呈自然放坡状态，久雨饱和时其坡体应处于极限平衡状态）。经计算自然状态剩余推力为－41．2kN／m，安全系数1．22，为稳定状态；久雨饱和状态下剩余推力为134．5kN／m，安全系数0．99，表明土体接近极限状态。以上参数计算结果符合切坡前的实际状况，说明采用的容重、粘聚力和内摩擦角适合实际情况。

4．4 计算结果

采取表1中参数对滑坡的三个剖面分别进行计算，计算结果如下：

表2 剖面稳定系数计算结果Table 2 Calculation results of stability coefficient

根据相关规范要求，滑坡稳定性的评价标准：Fs＜1．0，不稳定；1．0≤Fs＜1．05，欠稳定；1．05≤Fs＜1．15，基本稳定；Fs≥1．15，稳定。根据剖面稳定性计算结果可知：在自然状态下，A－A′剖面所在区域目前均处于稳定状态，C－C′剖面和D－D′剖面区域均处于基本稳定状态。在久雨饱和状态下，滑坡三个剖面区域均处于不稳定状态。

通过分析三个剖面各条块的推力计算数据（表3～表5），以天然状态为例，均是上部和下部坡体有抗滑力储备，中间部分由较大的剩余推力，滑面倾角较大的部位滑坡的推力较大。说明该滑坡在失稳条件下坡体并不是以整体下滑，而是在C－C′剖面第2条块和D－D′剖面的第4条块的附近形成拉张裂缝，下部坡体滑动，而上部的部分坡体保持稳定。

表3 A－A′剖面滑坡推力及计算参数Table 3 Landslide thrust and calculation parameters of A－A′section

表4 C－C′剖面滑坡推力及计算参数Table 4 Landslide thrust and calculation parameters of C－C′section

表5 D－D′剖面下滑推力及计算参数Table 5 Landslide thrust and calculation parameters of D－D′section

5 结 论

（1）坡脚不合理的开挖使滑坡前缘边坡高陡，斜坡应力失衡，是诱发该滑坡的主要因素。地表排水系统失效、不利的气象条件是加剧滑坡失稳的关键。该滑坡的形成受人为活动影响明显。

（2）采用不平衡推力法对滑坡稳定性进行计算，结果表明，天然状态下滑坡A－A′剖面区域较稳定，C－C′剖面和D－D′剖面区域滑坡将处于欠稳定或不稳定状况。久雨饱和状态下，整个滑坡处于不稳定状态。

（3）分析三个剖面各条块的推力计算数据，认为该滑坡失稳时可能不是整体滑动。由于上部和下部坡体有抗滑力储备，中间部分由较大的剩余推力，所以滑坡在失稳时滑坡会在坡体中部滑面倾角变化较大处拉裂，裂缝下部坡体滑动，而上部坡体保持局部稳定。

6 防治建议

结合林川滑坡体形态特征、变形规律、形成原因及稳定状况，综合各种工程的适宜性、经济性、可操作性及工期等方面因素，建议该滑坡采用如下防治方案：

（1）地表排水，后缘洼地填埋处理。在地表建立排水网，单条排水沟积水面积不宜过大，对滑坡体后缘的洼地采用黏土填埋夯实，并对后期沉降区域进行二次填埋以保证该处洼地不会形成积水。

（2）植被恢复。居民在坡体上的耕作致使滑坡表层土体疏松，抑制了降雨时坡面产流，加大了雨水的入渗强度，不利于滑坡的稳定。建议滑坡区域停止种植，恢复植被。

（3）坡脚支护。不合理的开挖使滑坡的抗滑力下降，对坡脚进行支护以弥补由于切坡造成的抗滑力损失，有效降低滑坡发生的风险。

［1］张发明，陈祖煜，弥宏亮．滑坡体稳定性评价的三维极限平衡方法及应用［J］．地质灾害与环境保护，2002，13（2）：55－58．

［2］王宝亮，彭盛恩，陈洪凯．推移式滑坡形成机制的力学演绎［J］．地质灾害与环境保护，2010，21（2）：74－77．

［3］晏同珍，骆培云，王建锋，等．滑坡灾害与滑坡学科略论［J］．中国地质灾害与防治学报，1996，7（增刊）：20－26．

［4］Zhou C H，Lee C F，Li J，et al．On the spatial relationship between landsl ides and causative factors on Lantau Island，Hong Kong［J］．Geomorphology，2002，43：197－207．

［5］孙云志，苏爱军，崔政权．三峡库区万州和平广场滑坡成因与防治对策研究［J］．武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2003，27（6）：853－855．

［6］刘传正．论滑坡稳定性评价的几个关键问题［J］．中国地质灾害与防治学报，1996，7（3）：55－59．

［7］BAI Shi－biao，CHENG Chen，WANG Jian et al．Regional Scale Rainfall－and Earthquake－triggered Landslide Susceptibility Assessment in Wudu County，China［J］．Mt．Sci．，2013，10（5）：743－753．

［8］杨志刚，刘建刚，杜明亮．边坡稳定性分析方法综述［J］．西部探矿工程，2007，14（2）：14－18．

［9］殷昊，胡伏生，隋松宇，等．基于统计和数值模拟的黄土滑坡地形因子敏感性分析［J］．干旱区资源与环境，2010，24（12）：138－144．

［10］陈邦栋．滑坡检算［J］．土木工程学报，1960，7（2）：26－36．

［11］齐明柱．不平衡推力法在滑坡治理工程中的应用［J］．中国地质灾害与防治学报，2011，22（2）：34－38．

［12］殷跃平，康宏达，杨华林，等．三峡库区云阳五峰山滑坡防治工程方案研究［J］．水文地质工程地质，2003（6）：25－29．

［13］Espinoza R D，Boudeau P L，Muhunthan B．Unified formulation for analysis of slopes with general slip surface［J］．Geotech．Engrg，ASCE，1994，120（7）：1185－1204．

［14］李开文．传递系数法计算边坡安全系数的影响因素探讨［J］．路基工程，2011，156（3）：79－82．

［15］郑颖人，时卫民，杨明成．不平衡推力法与sarma法的讨论［J］．岩土力学与工程学报，2004，23（17）：3030－3036．

［16］苏爱军．滑坡稳定性评价原理与方法－条分法的改进［M］．武汉：中国地质大学出版社，2008．

［17］方玉树．关于滑坡稳定性在滑坡安全系数取值中的作用讨论［J］．中国地质灾害与防治学报，2007，18（3）：149－153．