西南某滑坡基本特征及多种破坏模式稳定性分析

陈　彦，黄　勇，肖　洋，曾阳益

(四川省地质环境监测站，成都 610081)



西南某滑坡基本特征及多种破坏模式稳定性分析

陈彦，黄勇，肖洋，曾阳益

(四川省地质环境监测站，成都 610081)

摘要：西南某滑坡5.12强烈地震后发生明显的失稳破坏迹象，该滑坡是古滑坡，前缘发育有一次级滑坡，该滑坡规模较大，受连续降雨及施工扰动等外界因素的不断影响，通过现场调查、钻孔监测等途径掌握滑坡变形破坏的基本特征，并根据刚体极限平衡法对3种不同的破坏模式进行稳定性现状和发展趋势的分析预测，为滑坡治理提供可靠依据。

关键词：滑坡；基本特征；破坏模式；稳定性计算；稳定性评价

0引言

我国是一个地质灾害频发的国家。尤其是在西南地区，山体众多，山势陡峻，土壤结构疏松，易积水，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的滑坡地质灾害。滑坡是地质灾害的一种，它对人民财产安全、国家基础设施建设造成了巨大的危害[1-4]。在充分了解滑坡基本特征、成因机制等基础上，通过稳定性计算，对滑坡地质灾害进行有效的预防以及治理，将其对生命财产安全的威胁降低到最小程度。

滑坡在“5.12”地震之前已存在变形，但未造成明显损失。“5.12”地震之后滑坡发生了较明显的变形破坏。滑坡主要危及村庄40户200余人的生命财产安全以及村庄连接外界的道路。本文针对该滑坡的区域地质环境特征，研究其基本特征，尤其是变形情况，分析其稳定性，并预测其发展趋势，为该滑坡的预防和治理提供可靠依据。

1工程概括

勘查区位于岷江支流草坝河谷左岸，地貌形态总体上属中山河谷斜坡地貌。河谷两侧地形陡峻，山高坡陡，大小沟谷发育，沟谷形态多呈“V”字形，沟谷切割深度最大达1 000 m左右。勘查区斜坡总体上近南北走向，前缘以草坝河为界；地势北高南低，斜坡总体落差约200 m左右，地形坡度一般20°～40°之间。

勘查区斜坡组成物质从上至下主要有第四系残坡积、第四系滑坡堆积层、第四系冲洪积及泥盆系危关群(Dwg1)。

勘查区内总体上为中山河谷区，地表沟谷较发育，冲沟与草坝河共同构成工作区地表水排泄网络。大气降水通过冲沟汇集向草坝河排泄。草坝河自西向东流经工作区，为区内地表水、地下水排泄基准面。区内地下水按其赋存的形式可分为基岩裂隙水和松散层孔隙水两种类型。

勘查区位于龙门山华夏系构造体系之中南段的九顶山华夏系构造带内，又属于甘孜—松潘地槽褶皱带与扬子地台之间隙褶皱亚系，构造复杂。

2滑坡基本特征

2.1滑坡形态

滑坡位于岷江一级支流草坝河左岸斜坡地带，地势北高南低，滑坡后缘高程约1 991～1 998 m，前缘至草坝河，高程约1 840 m，总体落差约150～160 m。根据现场调查滑坡中后缘分布1个次级滑体、2个小变形体。另外，紧挨变形体1发育1个溜滑体。

滑坡呈明显的圈椅状地貌，总体上属中山河谷斜坡地貌，滑坡后缘及两侧均为高大陡坡，滑坡地势较低，总体位于槽型地带。滑坡剖面上呈上下缓中间陡的台阶状。根据现场调查，滑坡区微地貌特征主要表现为斜坡、台地、陡壁、陡坎及冲沟等形态。

图1　勘查区工程地质平面图

图2　滑坡全貌图

滑坡平面形态呈舌形状，纵向长360 m，横向宽约40～170 m不等，面积约4.7万m2。滑坡剖面上地面形态主要呈台阶状，后缘高程1 995 m左右，前缘高程约1 840 m左右，前后缘高差约155 m，纵向平均坡角20.2°。据本次勘查资料分析，滑体深度一般10～22 m不等，总体积约(65～70)×104m3，属中型土质滑坡。

滑坡后缘为高度2～3 m的陡壁，为滑坡整体滑动后下错所致，目前现场调查还可以清晰地被看到。滑坡西侧边界：其中后缘主要是根据分布的剪切裂缝确定；前缘主要为现存的自然冲沟，滑坡西侧边界局部地段基岩出露。滑坡东侧边界：其中中后缘边界为一段连续陡坡，坡脚局部分布有小冲沟。据访问，原冲沟沿边界基本连通，后由于修路局部被填埋；前缘主要多数基岩出露。滑坡前缘至草坝河，前缘可见基岩出露。根据滑坡上裂缝等变形形迹方向及滑坡边界条件推算，主滑方向165°。

2.2滑坡物质组成及结构特征

滑坡滑体物质主要为块碎石土和粉质黏土，以粉质黏土为主，滑体表层结构松散，深部滑体较密实。碎石成分主要为灰色千枚岩、砂质千枚岩，碎石大多数为强风化，多数呈片状及棱角状。块石主要为白色石英岩、灰色细粒硅质石英岩，块石多数为中风化，常见块径为30～100 cm，粉质黏土，灰色、深灰色、浅黑色，呈硬塑—可塑状态。

滑体土的结构不均匀，土石比在空间上的变化较大，但从地域上看无明显的变化规律，滑体中碎块石含量较少者仅10%左右，碎块石含量较高者可达70%左右(zk13)，一般含量为15%～30%。在垂向上，碎块石含量的变化也较大，有时以块碎石为主，有时以粉质黏土为主，但滑体中碎块石的含量一般也无明显的垂向变化规律。

在勘查中，多个钻孔及山地工程都不同程度地揭露了滑移带或软弱带，综合起来，滑带土主要为含角砾小碎石的粉质黏土，角砾碎石含量一般10%～20%，局部纯粉质黏土，角砾成分以千枚岩为主，含少量石英颗粒，千枚岩角砾一般呈鳞片状，石英角砾有一定的磨圆性，表面有磨光痕迹。粉质黏土灰色或浅黑色，与上下土体颜色有较大差异，部分钻孔土体有挤压搓揉破碎特征；湿度相对较大，可塑状；黏性普遍较高，常常有滑腻感。(如图3～4所示)。

图3　ZK08滑带

滑移带的厚度有明显的差别，一般介于0.2～1.9 m之间，平均值为0.50 m。

根据钻孔揭露，滑床主要为泥盆系危关群组(Dwg1)千枚岩，岩层产状212°-248°∠47°-78°，岩体一般呈薄层状结构，受构造作用，小规模褶皱较发育，岩层产状变化较大，区内岩层表层风化强烈较破碎。

图4　探槽6滑带

2.3滑坡变形破坏迹象

“5.12”地震后滑坡变形明显再次加剧，特别是滑坡中部平台内侧变形迹象尤为明显。根据调查，滑坡中后部出现了一系列拉张裂缝，其中位于滑坡后缘公路附近的拉裂缝近乎贯通，裂缝延伸长度约60～70 m，裂缝张开度10～30 cm不等，裂缝外侧土体下挫2～3 m不等，并导致上山碎石路错断约50 m。滑坡后缘砖房后侧堡坎明显倾斜。

滑坡中部平台变形迹象也相当明显，平台内侧堡坎受后侧滑体挤压推移，局部墙体整体外移约1 m左右，目前堡坎多数距离前部房屋不足1 m。堡坎底部简易水沟也因挤压严重压缩，目前水沟宽度不足20 cm，排水沟地面隆起变形明显。滑坡中部平台水泥硬化路面受次级滑坡推移作用，多处地面位移隆起，其中以沙排小学操场地面隆起最为明显，初步调查地面相对位移达50 cm左右，地面隆起高度约20 cm，隆起裂缝延伸长度约30 m,导致小学校舍严重变形，楼梯明显错位，现场调查校舍二楼楼面都明显隆起。平台房屋基础多数存在明显位移。

此外滑坡东侧边界附近街道水泥路面外侧出现明显拉裂缝，裂缝延伸长度约10～15 m，裂缝张开度2～3 cm不等，裂缝外侧土体下挫1 cm不等。

从勘查期间裂缝简易变形监测来看，多数裂缝存在不同程度的相对位移，最大位移量大于2 cm，普遍裂缝相对位移在2～9 mm之间，说明滑坡现状稳定性较差。

2.4滑坡成因机制及演化过程

分析滑坡及其次级滑体主要是由于后缘崩塌加载、前缘牵引以、降水、地震及人为切坡综合作用形成的。滑坡处于中山河谷斜坡地带，区域内岩体主要由千枚岩组成，岩体易风化剥落，原始斜坡在后缘不断崩塌加载情况下，中部前缘土体在临空条件较好时发生了局部牵引，滑体堆积在下坡坡脚形成主滑体。

图5　滑坡形成过程示意图

后由于修建房屋人为在中部缓坡区大量切坡，致使滑坡后缘临空面增大，在地震及降雨作用下，诱发后缘土体次级滑移。次级滑体形成与人为切坡有很大关系。

综上所述，滑坡是在后缘崩塌堆积物的不断加载、前缘牵引以及地表水雨水大量入渗等诸因素的综合作用下形成的沿基岩面和土体内软弱面次级滑

动的混合式土质滑坡。

2.4.1地层岩性

滑坡区地层岩性为泥盆系千枚岩，遇水易软化，属滑坡灾害的易发地层。另外，千枚岩极易受风化，其风化后多形成松散的粉质黏土夹碎石或角砾，透水性一般较弱，但若其母岩含石英角砾丰富，则透水性稍好，在水的作用下易饱水、变形。

2.4.2大气降雨

滑体主要为千枚岩风化后形成的碎块石土，坡体物质松散透水性较好，降雨多在重力作用下入渗至坡体内，增加坡体自重，影响坡体稳定性。

目前在滑坡后缘边界附近有多条拉张裂缝分布，降雨可直接沿裂缝进入滑体或至滑坡土岩接触带(滑面)，软化滑带会进一步影响坡体稳定性。

2.4.3地震对滑坡的影响

在“5.12”地震过程中，坡体受到震动影响，使该滑坡出现了变形加剧，降低了坡体的稳定性，也使坡体堆积物更趋松散化，更易于降雨的入渗。

2.4.4人类活动对滑坡的影响

滑坡体上，土体耕作引水灌溉，增加了地表水的补给量，增大了坡体自重；滑坡体上修路筑房大面积切坡，破坏了斜坡原有结构，同时又增大了临空面，诱发局部滑塌变形。滑坡前缘正河截流修建水库，致使水位抬高，滑坡前缘受水位影响。

3滑坡稳定性评价

3.1稳定性计算原理

采用传递系数法计算其稳定性系数。传递系数法就是将滑动土体竖直分成若干个土条，把土条看成是刚体，考虑了条块间的相互作用力，并假定条块剩余下滑力平行于该条块滑面，然后分别求出作用于各个土条上的滑动力矩和抗滑力矩，受力分析如图6所示。

图6　传递系数法(折线型滑面)计算模型

3.1.1稳定性系数计算公式

(1)

其中：

Ri=(Wi((1-rU)cosθi-Asinθi)-RDi)tanφi+CiLi

(2)

Ti=Wi(sinθi+Acosθi)+TDi

(3)

(4)

式中：ψi为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)即：

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1；

(5)

3.1.2剩余下滑推力计算公式

Pi=Pi-1ψi-1+KS×Ti-Ri,

(6)

式中：Pi为第i条块推力(kN/m)；Pi-1为第i条块的剩余下滑力(kN/m)；Ks为设计安全系数，取1.15。

3.2滑坡变形破坏模式及工况

本次对滑坡的3条纵剖面都进行了稳定性计算，每条剖面采用3种滑动模式(次级滑动、前缘牵引滑动、整体滑动)，根据传递系数法的原理对滑体进行条分(附稳定性计算剖面条分图)。

根据崩塌堆积体的特征及其可能出现的各种荷载情况及组合，计算中主要考虑自重、降雨、地震等，本次选定如下3种工况计算上述各剖面的滑坡稳定性及各滑块的剩余下滑力，具体方案如下：工况1：自重；工况2：自重+暴雨状态；工况3：自重+地震(图7)。

图7　滑坡不同剖面不同滑动模式计算模型

3.3滑坡稳定性计算参数选取

3.3.1滑体重度的确定

根据可研和本次勘查所取细粒土常规试验分析资料及现场大重度试验资料，结合滑体土的平均土石比确定计算时采用的滑体土重度值为：滑体天然重度：19.5 kN/m3，滑体饱和重度：20 kN/m3。

3.3.2滑带土C、φ值确定

1)室内试验。滑带土C、φ值根据岩土试验成果及反算结果综合分析确定。勘查共取9组滑带土原状样进行室内试验，在不同状态下的抗剪强度统计值见表2-3。由于本次室内进行的是滑带土反复残余剪切试验，试验值明显偏小，不宜采用，本次仅采用滑带土快剪试验值参与抗剪强度综合取值。

2)反算。该滑坡为地震后变形，滑坡变形主要受震后降雨影响，本次1-1′剖面作为反演计算剖面，给定稳定系数为1.0，经过反算得出其饱和抗剪强度为：C=10.1 kPa，内摩擦角=17.6°。

图8　滑坡滑带参数反演计算条分图

综合上述结果，最终确定滑坡滑带土抗剪强度参数值见表1。

表1　滑坡滑带土抗剪强度取值表

3.4稳定性计算结果及分析

利用传递系数法对各剖面进行稳定性计算，得到的计算结果见表2。

从计算结果来看，滑坡后缘次级滑体在天然状态下多处于基本稳定—欠稳定之间，滑坡西侧2-2′剖面稳定性最差，处于欠稳定状态，在暴雨及地震状态下3剖面次级滑体均处于不稳定状态。根据现场变形迹象，滑坡次级滑体西侧变形迹象明显大于东侧，且从勘查期间裂缝简易变形监测来看，多数裂缝存在不同程度的相对位移，最大位移量达2 cm，普遍裂缝相对位移在2～9 mm之间，说明次级现状稳定性较差，与计算结果较吻合。

滑坡主滑体，计算结果显示滑坡天然状态下多处于基本稳定—欠稳定之间，暴雨及地震工况下均处于不稳定状态。从滑坡长期变形形式来看，在中部未切坡前，滑坡平台外侧陡坎就存在局部溜滑现象。前缘牵引式滑体计算结果也显示滑坡前缘滑体存在牵引滑动可能。综合分析1-1′、2-2′剖面主滑体不具备整体滑移条件，主要为前缘滑体牵引滑动。

表2　滑坡稳定性计算结果一览表

主滑体东侧边界3-3′剖面，勘查资料显示滑坡剖面滑体埋深较大，滑面倾角较陡，滑面几乎无阻滑段，从计算结果来看3-3′剖面具备整体滑动条件。

4结语

1)滑坡长期蠕动变形及可能失稳的主要影响因素有4个方面：一是滑坡区地层岩性为泥盆系千枚岩，遇水易软化；二是滑体主要为千枚岩风化后形成的碎块石土，且坡体物质松散透水性较好；三是坡体受到震动影响，使该滑坡出现了变形加剧；四是人类活动对滑坡的影响，土体耕作灌溉、修路筑房切坡、滑坡前缘水库致使水位抬高。

2)滑坡主滑体，计算结果显示滑坡天然状态下多处于基本稳定—欠稳定之间，暴雨及地震工况均处于不稳定状态。滑坡后缘次级滑体在天然状态多处于基本稳定—欠稳定之间，滑坡西侧2-2′剖面稳定性最差，处于欠稳定状态，在暴雨及地震状态下3-3′剖面次级滑体均处于不稳定状态，需要对该滑坡进行及时治理。

针对该滑坡的变形特征、滑坡性质、滑体物质组成特征影响坡体稳定的敏感因素及所保护的对象等综合分析，本着技术可行、经济合理的原则，建议采用抗滑桩对滑坡及次级滑体实行分级支挡。建议沿滑坡后缘修建截排水沟防止地表水大量入渗。

参考文献

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

[2] 徐邦栋．滑坡分析与防治[M]．北京：中国铁道出版社，2001．

[3] 郑颖人，陈祖煜，王恭先，等．边坡与滑坡工程治理[M]．2版．北京：人民交通出版社，2010．

[4] 交通部第二勘察设计院．路基[M]．2版．北京：人民交通出版社，1996．

The Southwest Landslide Basic Characteristics and Stability of Variety of Failure Mode Analysis

CHEN Yan, etc.

(StationSichuanGeologicalEnvironmentalMonitoring,Chengdu610081,China)

Abstract：The southwest landslide after the 5.12 earthquake occurred obvious signs of loosing stability failure. The landslide is the ancient landslide, and the front development has a secondary landslide. This landslide is with a large scale by the influence of some external factors such as continuous rainfall and the construction disturbance. Through field investigation, drilling monitoring way to master the basic characteristics of the landslide deformation and failure, and according to the rigid body limit equilibrium method to make an analysis and predictions to stability status and development to three different failure modes in order to provide reliable references for landslide dispose.

Key words：landslides; the basic characteristics; failure mode; the stability calculation; stability evaluation

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2016)01-0080-07

中图分类号：P694

作者简介：陈彦(1979-)，男(汉)，四川成都，工程师

收稿日期：2015-11-24

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.019

主要研究地质灾害防治。