观音滩滑坡变形特征及稳定性分析

吴亚子，朱建东，李福德，刘文东

(1.化学工业第一勘察设计院有限公司，河北省沧州市运河区御河路28号 061001； 2.成都理工大学环境与土木工程学院，四川省成都市成华区二仙桥东三路1号 610059； 3.沧州水利勘测设计院，河北省沧州市新华区交通大街8号 061001)

全球范围内凡是有人类居住和工程活动的山岭地区，几乎都有滑坡灾害发生，滑坡已成为各灾种中频度最高、损失最大的地质灾害类型[1]。降雨作为诱发滑坡的众多因素之一，很多国家和地区的斜坡失稳都与降雨有密切关系[2]。众多的事实表明，降雨是导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素，是滑坡最关键的触发因素[3-5]。

众多学者对降雨滑坡的形成过程、稳定性与成因机制进行了研究。Skempton等[6]、Pradel等[7]、Sung等[8]对降雨条件下发生的浅层滑坡，以无限边坡模型为基础，分别提出了不同适用条件的边坡模型。林孝松和郭跃[9]从暴雨频次、降雨的周期变化、降雨历时、降雨量以及雨型等方面进行研究，发现它们与滑坡的发生存在着密切的联系。刘礼领和殷坤龙[10]考虑边坡裂隙对降雨入渗的影响，采用Bishop法对不同埋深滑动面的稳定性做了计算分析，表明在评价降雨入渗对斜坡稳定性的影响时，要充分考虑裂隙的存在。冯杭建等[11]以淳安县作为研究区，选取高程、坡度、坡向、曲率、工程地质岩组、距断层距离、距道路距离、土地利用和植被等9个滑坡影响因子，利用GIS技术与确定性系数分析方法，对这9个影响因子开展敏感性分析，表明工程地质岩组、坡度、曲率、植被对是否发生滑坡有重要影响。张朝阳[12]对雅安市张家沟滑坡进行野外勘察、室内物理实验，采用定性分析方法、定量分析方法对滑坡体进行了稳定性分析与评价，表明降雨强度的大小对滑坡的发生将起着决定性的作用，人类工程活动加剧了滑坡失稳的风险。文中在前人已有研究的基础上，对2010年四川“8.19暴雨”引发的观音滩滑坡的稳定性与成因机制进行分析。

1 滑坡区工程地质概况

观音滩滑坡位于雅安市名山县城东乡，紧邻县道名王路，距名山县城约1.5km，行政区划隶属名山县城东乡平桥村二组，其地理位置如图1(a)所示。滑坡区属亚热带季风性湿润气候区，“夏无酷日、冬无严寒”，气候宜人，降雨充沛，日照少、无霜期长、四季分明。该区年平均气温15.4℃，历年极端最高气温34.70℃，极端最低气温-5.40℃；相对湿度年平均82%，最高日为86%，最低77%；年均降雨1500mm，降雨时段多在6～9月份4个月，多为大到暴雨、连续降雨、夜雨，春、秋、冬为小雨到中雨。山县区域地质构造属成都平原凹陷、熊坡背斜雁行带，形成与龙门山构造带走向一致的蒙顶山背斜、总岗山背斜夹名山向斜的褶皱凹陷地带。滑坡区以台地、丘陵和浅丘、平坝为主，丘陵平缓起伏，边缘为低山。

(a)滑坡地理位置

(b)滑坡全貌

图1观音滩滑坡示意图
Fig.1DiagramofGuanyintanlandslide

观音滩滑坡处于所在斜坡中下部，坡脚处民房集中。滑坡后缘及两侧壁以裂缝及下错陡坎为界，前沿以滑坡堆积物与原人工堆土间形成的凹陷槽为界(图1(b))。该滑坡主滑方向275°，前沿宽85m，后缘宽57m，平均纵长约170m，平面上面积约1.23×104m2；滑坡后缘高程700m，前沿高程644m，高差约56m，坡度一般15°～20°，最陡处约30°；滑体厚度一般3～10m，局部超过13m，平均厚度6.6m，空间上存在北侧薄，南侧厚的特点；滑坡体积约8.1万m3，属小型滑坡，滑坡体平面形态呈舌形。滑坡区工程地质平面如图2所示。

图2 滑坡工程地质平面

滑坡体的厚度变化空间较大，滑坡体在纵向上表现为薄-厚-薄，坡体后部厚3～4m，中部厚5～13m，前部厚3～8m；在横向上，北部厚3～10m，中部厚4～13m，南部厚3～12m。据钻孔、探井、探槽揭露，滑坡体物质主要由红棕色、棕黄色块碎石土夹卵石组成，结构松散。块碎石成分主要为泥岩、泥质粉砂岩，直径一般为5～50cm，最大直径超过100cm，含量约60%～70%；卵石成分主要为石英砂岩、砂岩，直径一般为5～30cm，最大直径约70cm，含量约10%～20%，余为粉质粘土，软塑-可塑。滑坡工程地质剖面如图3所示。

图3 滑坡工程地质剖面

2 滑坡变形特征分析

2.1 坡表变形特征

观音滩滑坡于2010年受“8.19”暴雨诱发产生，滑坡产生强烈的变形，形成一个明显的下陷凹地，在滑坡后缘及北侧壁处形成高约1～4m左右的下错陡坎(图4a)，北侧壁底部出露基岩上可见明显擦痕(图4b)，在距离后壁约80m左右的范围内，地面普遍低于周边2～4m，前缘堆积区鼓胀隆起；在主滑体南侧靠近坡顶处存在次级滑动，后缘地面开裂，裂缝张开5～30cm，地面下陷约20cm，形成70°左右的临空面。

(a)滑坡后壁

(b)擦痕

图4 滑坡后壁及擦痕
Fig.4 Backwall and scratch of landslide

该滑坡表面变形迹象主要分布在滑坡中后部，在滑坡后缘、侧壁及中后部发育7条明显裂缝，裂缝均呈折线型，各裂缝特征如表1所示。

表1 滑坡变形裂缝调查统计表

根据现场踏勘和访问知，该滑坡自2010年形成以来，后缘及侧壁每至雨季均有不同规模的变形破坏，今年8月暴雨后主滑体后缘处又发生新的滑塌，方量约140m3。据此，判断名山县城东乡平桥村二组观音滩滑坡自2010年发生滑移破坏后现在仍继续变形，滑坡后部强变形区处于蠕滑变形阶段。

2.2 滑带变形特征

根据勘探工程揭示，滑坡的滑动带主要由泥岩和泥质粉砂岩在滑坡滑动过程中形成的小碎石和粘性土组成。碎石为强风化，易碎；粘性土呈可塑至软塑状，稍湿—很湿。其厚度为0.2～0.5m。根据滑坡体地形地貌、岩性和钻孔、探井等勘探资料综合分析，滑坡体滑动带埋深为3.1～13.1m。滑面形态空间变化较大，在纵向上滑面倾角表现为缓—陡—缓。后部及前沿附近约为5°～15°，陡坎附近滑面倾角约为39°～50°；在横向上滑面形态总体较平缓，部分地段起伏较大。

3 滑坡稳定性分析

选取2-2′剖面作为计算剖面，建立稳定性计算模型(图5)，分别计算天然状态、暴雨状态及地震状态3种工况下的滑坡稳定性。采用普遍使用的传递系数法进行稳定性分析计算[13]，因工程勘察中未揭露地下水位，进行稳定性计算时忽略地下水位的影响。在计算地震工况下的滑坡稳定系数时，先用QUAKE/W程序计算地震状态应力分布，然后将应力分布导入SLOPE /W程序计算稳定性系数。

图5 滑坡稳定性计算模型

本次计算中的渗透性参数与力学强度参数由滑坡勘查的室内试验结果、参数反演法综合确定，具体参数取值如表2所示。地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期0.35s。

表2 滑坡稳定性系数计算参数取值

边坡稳定性计算结果如表3所示。观音滩滑坡在天然状态下处于稳定状态，稳定性系数为1.541；地震状态下稳定性系数为1.072，处于稳定状态，但是安全系数已经较低；在暴雨状态下处于欠稳定状态，稳定性系数为1.019。由计算结果和地质调查资料分析，目前滑坡整体处于基本稳定状态。但在汛期发生暴雨等不利情况下，地表水渗入滑体，可能会导致滑坡体失稳，若不治理，一旦滑坡体再次出现滑动，将对居住在滑坡体前沿及影响区范围内的居民生命财产安全和生活构成较大威胁。

表3 滑坡稳定性系数计算成果表

4 滑坡影响因素与变形破坏机制分析

4.1 滑坡影响因素

(1)地形地貌条件。名山县城东乡平桥村二组观音滩滑坡处于斜坡中下部，主滑体坡度较缓，约15°～20°，局部为30°，这类地形有利于降雨及地下水向滑坡区汇集；次级滑体处于斜坡地势陡峭处，坡度为30°～40°，最陡处约70°，为滑坡剪出提供了临空条件，同时，也为滑坡的形成提供了一定的势能条件。

(2)地层因素。名山县城东乡平桥村二组观音滩滑坡体于2010年发生了滑移破坏，滑坡体主要由块碎石土、含卵石粉质粘土、强风化泥岩等组成，结构松散，透水性强，有利于地下水的入渗，增加坡内土体重量，增大下滑力。滑动带主要由泥岩和泥质粉砂岩在滑坡滑动过程中形成的小碎石和粘性土组成，饱水时抗剪强度将大大降低。地层岩性及空间组合是滑坡形成的物质基础。

(3)人为因素。名山县城东乡平桥村二组居民在滑坡体上进行生产活动，增加了滑体自重；在其前沿下方修筑民房、公路，造成前沿部分削坡，产生临空，减少了阻滑部分。

(4)降雨因素。在强降雨过程中，大量雨水渗入松散的滑坡堆积体内，增加坡内岩土体重量，增大下滑力，同时地下水使滑带的力学性质下降，抗剪强度降低，导致滑坡体产生蠕滑变形。暴雨是滑坡发生滑移破坏的主要诱发因素。

(5)地表水排泄不畅。滑坡体上只有若干零星的小土沟，并缺乏疏导，造成滑坡区地表水排泄不畅。降雨时斜坡体上部地表水通过地表渗流于滑坡体内导致滑坡，因此地表排水不畅也是影响滑坡稳定性的重要因素之一。

4.2 变形破坏机制定性分析

观音滩滑坡的形成过程可概括为以下几方面。

(1)边坡开挖，产生临空条件。原有砖厂(早已关闭多年)在斜坡前沿削坡，对基岩进行生产性开挖，导致斜坡前沿形成高陡坎，产生临空面，具备了滑坡形成的临空条件。

(2)农业生产，加剧变形。村民在斜坡体上进行农业生产，在一定程度上增加了坡体自重，同时斜坡前沿下方修筑民房、公路，造成部分削坡，产生临空，减少了阻滑部分。

(3)降雨作用，边坡失稳。2010年发生“8.19暴雨”，在强烈降雨作用下，大量雨水渗入坡内，增加坡内岩土体重量，导致下滑力增大，同时地下水作用使原有不连续面的抗剪强度大大降低，最终使得抗滑力小于下滑力，斜坡岩土体沿基岩中不连续面产生滑动，导致滑坡的发生。

因此，观音滩滑坡属滑坡堆积体滑坡，现仍在继续变形，滑坡后部强变形区处于蠕滑变形阶段，其地质力学模式为滑移拉裂[14]。

5 结论

(1)观音滩滑坡从2010年8月19日发生滑移破坏至今，后缘及侧壁每至雨季均有不同规模的变形破坏，滑坡体后缘、侧壁均有多条裂缝发育，前沿部分地段出现地面隆起。

(2)观音滩滑坡的产生首先是由于人为削坡产生高临空面，之后在长时间降雨作用下，因地表排水系统不完善，排水不畅，导致坡体上部地表水流入滑坡体内，加之斜坡地层条件等综合因素影响产生滑动，其地质力学模式为滑移拉裂。

(3)采用SLOPE /W对边坡稳定性进行计算，在天然状态下稳定性系数为1.541，地震状态下稳定性系数为1.072，在暴雨状态下处于欠稳定状态，稳定性系数为1.019。

(4)根据现场调查和稳定性计算分析，目前滑坡整体处于基本稳定状态。但在汛期发生暴雨等情况条件下，地表水渗入滑体，可能会导致滑坡体失稳。若不治理，一旦滑坡体再次出现滑动，将对居住在滑坡体前沿及影响区范围的居民生命财产安全和生活构成较大威胁。