湖南石门元家台滑坡成因机制及稳定性分析

曹顺红 谭佳良 宋厚园 赵祈溶

摘 要  元家台滑坡位于石门县皂市水库北西侧，现今仍威胁当地10户50余人的生命和财产安全。分析了元家台滑坡的成因机制：斜坡自身稳定性较差，长期降雨和人类活动等因素的共同作用促成了滑坡的发生;利用滑体岩土样品的实验分析数据，结合滑坡形成机制，计算分析了不同工况下元家台滑坡的稳定性：工况一（自重+地面荷载）处于基本稳定状态，工况二（自重+地面荷载+暴雨）为不稳定状态，存在再次滑动可能。

关键词  皂市水库;元家台滑坡;成因机制;稳定性

中图分类号：P642.22 文献标识码：A

Genesis Mechanism and Stability Analysis of Yuanjiatai Landslide in Shimen County， Hunan

Cao Shunhong， Tan Jialiang， Song Houyuan， Zhao Qirong

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410016）

Absrcat： Yuanjiatai landslide， located in the northwest side of Zaoshi Reservoir in Shimen County， which still threatens the lives and property of more than 50 people in 10 families. It is found that the slope belongs to a slide-prone slope， and the combination of long-term rainfall and human activities contributes to the occurrence of landslides. The experimental analysis data of rock and soil samples of the slide body are used to calculate the stability of the landslide. The mechanism of slope formation is analyzed. The stability of Yuanjiatai landslide under different working conditions is analyzed. Working condition 1 （self-weight + ground load） is basically stable， while working condition 2 （self-weight + ground load + rainstorm） is unstable， and there exists the possibility of sliding again.

Keywords： zaoshi reservoir; yuanjiatai landslide; genesis mechanism; stability

滑坡是山区和丘陵地区常见的地质灾害，近年来，随着经济建设的发展和环境地质条件的恶化，我国滑坡地质灾害越来越严重，滑坡地质災害引起了人们的广泛重视。

元家台滑坡（图1）位于湖南省石门县皂市水库西北方向，区域位置属于武陵山东缘的中低山-丘陵区，山脉多呈近东西向展布，山间谷地高程150～300m，地势总体西北高，东南低，一般高程800～900m降至200～500m;构造位置位于石门-桑植复向斜构造带内，该区地质灾害频发，并往往导致较为严重的危害。元家台滑坡发生于2012年8月，所处地貌类型为砂页岩剥蚀丘陵地貌，所处斜坡高130m，坡向95°，坡度约30°，下部基岩为志留系兰多弗里统溶溪组（S1r）泥岩、粉砂质泥岩，产状194°∠25°，该斜坡属横向坡。滑坡体宽度200m，坡长150m，平均厚度约7m，规模约2.1×105m3，属中型牵引式岩土质滑坡，滑坡平面形态呈矩形，剖面形态呈凹形。该滑坡现今仍威胁滑坡中上部的10户50余人、房屋80间、农田3亩，威胁财产61万元，故而查明该滑坡的成因机制及稳定性状况具有重要意义。

1  地层岩性与岩土工程地质特征

针对元家台滑坡进行了一些勘察工作，包括6个钻孔、5个探槽及数个调查点。通过这些实地勘察工作，查明了该滑坡滑动层面位置关系及要素，绘制了数条工程地质剖面图（如图2）。可将斜坡表层岩土体按照岩性特征自上向下划分为5个部分：①填土、②碎石土、③块石土、④强风化泥岩、⑤中风化泥岩。具体特征为：

①填土：褐红色夹灰黑色，稍密—中密状，稍湿，主要由粘性土及生活垃圾、少量碎石填筑而成，碎石粒径2-6cm，呈次棱角状，主要成分为泥岩。厚度0-1m。

②碎石土：褐红夹褐黄色，中密状，稍湿，碎石含量50-60%，角砾含量约15-20%，少量粘性土充填，碎石不规则分布，碎石粒径2-8cm，角砾粒径2-7mm，呈次棱角状，主要成分为泥岩、粉砂质泥岩。厚度2.0-2.4m。

③块石土：浅灰色夹褐红色，中密状，块石含量20%，碎石含量15%，少量粘性土充填，不规则分布，块石厚度0.2-0.4m，主要成分为泥岩、粉砂质泥岩。厚度11.8-15.2m。

④强风化泥岩：浅灰色夹灰绿色，泥质结构，薄层状，节理裂隙发育，岩体破碎，风化不均，局部全风化呈土状。厚度2.5-2.7m。

⑤中风化泥岩：浅灰色，泥质结构，薄层状，节理裂隙较发育，裂隙呈水平发育，裂面新鲜无浸染。本层未揭穿，厚度不详。

2  滑坡成因机制分析

2.1 元家台滑坡的影响因素

（1）地形地貌条件

地形地貌条件是滑坡形成的基础。元家台所处地貌类型为砂页岩剥蚀丘陵地貌，滑坡体所处斜坡高130m，坡向95°，坡度约30°，高陡的斜坡为滑坡的发生创造了有利条件。

（2）地层岩性条件

由槽探、钻探等勘察手段得知滑体成分为填土、碎石土、块石土，结构均疏密不均，孔隙度高，利于地下水的储存和迁移，地下水沿着土体孔隙渗流形成地下水渗流通道，使渗流带土体发生软化，导致土体的抗剪强度降低，同时，地下水的渗流又陆续带走土体中的细小颗粒（泥粒、砂粒等），造成土体结构疏松。

滑床成分为强风化、中风化泥岩，多呈薄层状，岩石强度低，易变形、易软化、抗风化能力差，岩体节理裂隙较为发育。尤其泥岩强风化状态下呈泥状，其对比表层碎石土、块石土可成为相对隔水层。当地下水渗入相对隔水层时，可使结构面软化、膨胀，进而促成滑动面的形成。

（3）降水条件

降水是促成滑坡形成的一个重要条件，地下水可以软化土体、弱化土体结构、降低抗滑能力，同时在斜坡内部产生静、动水压力，破坏斜坡的稳定状态。元家台所处斜坡底部为北北东流向的小溪沟，溪水对坡底形成冲刷作用，长时间积累下，必然引起斜坡失稳。

（4）人类活动

在元家台所处斜坡，坡体上部修建有简易公路、民房、狭窄梯田等，这些工程生产活动均伴随有开挖坡体的形为，导致形成局部的陡峭坡面和临空面，极大的威胁着边坡的稳定状态。

2.2 元家台滑坡的形成机制

元家台滑坡是上述多种因素共同作用下形成的，其形成机制为：斜坡本身产状高陡，人类工程生产活动也产生了系列陡峭坡面和临空面，影响边坡应力平衡;斜坡表层岩土体主要由粘土、泥岩碎石等组成，由于地下水位埋藏较浅，岩土体长期处于饱和状态，抗剪强度降低，边坡应力平衡进一步遭受破坏;地下水由表层土体渗入相对隔水层时，使结构面软化、膨胀，促成滑动面的形成;在暴雨或者连续强降雨的条件下，表层岩土体荷载急剧增大，边坡应力平衡彻底被破坏，滑体沿滑动面发生位移，滑坡产生。

3  滑坡稳定性分析

3.1 计算剖面的选取

选取滑坡计算剖面时，一般要综合考虑计算剖面方向与滑坡滑动方向、地形地貌、河流等因素的关系，通常选取与滑坡主滑方向近似一致、与地形等高线近似垂直、与河流方向近似垂直的剖面。综合上述因素，选取C-C′剖面作为计算剖面，C-C′剖面工程地质剖面图如图2。

3.2 计算工况

该滑坡外荷载主要为地面荷载、降雨及地下水产生的水压力和地震荷载，根据全国地震烈度区划，该滑坡所在区域的地震基本烈度为Ⅵ度，所以在进行滑坡稳定性计算时，只考虑暴雨的影响，最终选择以下二种工况进行计算：

工况一：自重+地面荷载，取天然重度、天然抗剪强度试验值;

工况二：自重+地面荷载+暴雨，取饱和重度和饱和抗剪强度试验值。

3.3 计算参数c和φ值的确定

滑动面抗剪强度参数的准确性是计算滑坡稳定分析的关键。可通过室内试验、野外原位试验或根据已知资料反算来计算抗剪强度指标。室内试验选择的原状土或重塑土重复剪试验可根据滑坡的具体地质条件来确定，实际工作中，选取了滑体及滑带上的部分岩土样，包括碎石土、块石土、全风化泥岩等，取得了室内实验分析资料（表1）。

滑坡反演分析中，工况一的稳定系数取值1.05，工况二的稳定系数取值0.95，由此反算出的参数值（表1）与实验分析数据较为接近，结合其他类似工程参数，确定了最终的计算参数：滑体的天然重度γ=18.67 kN/m3，饱和重度γsat= 21.39kN/m3，抗剪强度指标：天然状态下c =44.13kPa，φ=21.12°;饱和状态下 c =26.62 kPa，φ=18.84°。

3.4 稳定性计算

对选取的C-C′剖面，采用传递系数法计算，计算取滑坡单位宽度为 1. 0 m。根据《岩土工程勘察设计规范》（GB50021-2001），滑坡稳定性系数计算公式如下：

（公式1）

Ψi=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi-1）tanφi+1

（公式2）

式中：F为滑坡稳定性系数;ψi为传递系数，Ri为作用于第i块的抗滑力（kN/m）;Ti为作用于第i条块滑动面上的下滑分力（kN/m）;φi为第i条块的内摩擦角（°）;θi为第i条块底面倾角（°），反倾时取负值。

利用上述计算公式，结合元家台滑坡数值模型图（图3）的条分方式，分別计算工况一（自重+地面荷载，取天然重度、天然抗剪强度试验值）和工况二（自重+地面荷载+暴雨，取饱和重度和饱和抗剪强度试验值）的稳定性系数，结果见表2。

上述计算结果表明，元家台滑坡在天然状态下，处于较稳定状态，在暴雨或连续强降雨的条件下，稳定性降低，存在失稳滑动的可能。

4  结论及建议

（1）元家台滑坡是在多种因素的共同作用下发生的：内因包括高陡的斜坡和松散的岩性，外因主要有充沛的降雨和长期的人类活动。人类工程生产活动让本就高陡的斜坡形成更为陡峭的后缘，在降雨入渗作用下，松散的表层岩土体失去自然平衡从而整体上形成向下滑力。

（2）元家台滑坡滑体主要为表层粉质粘土、碎石土、块石土等，滑床为强风化泥岩和中风化泥岩。通过计算，元家台滑坡在自然状态下处于基本稳定状态，但在暴雨、连续强降雨时为不稳定状态，存在再次滑动可能。建议相关部门对该滑坡进行变形监测，在暴雨或连续强降雨情况下做好避险工作。

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