贵州织金垮坡组滑坡成因分析及稳定性评价

李海军， 董建辉， 朱要强， 邹银先， 丁 恒

(1.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， 成都610059； 2.成都大学 建筑与土木工程学院， 成都610106； 3.贵州省地质环境监测院， 贵阳 550000)

贵州独特的地质环境决定了其为滑坡地质灾害频发的省份之一[1]。2012年6月29日, 贵州大榕滑坡，造成约348户1020名群众受到威胁[2-3]。2019年7月23日，贵州省水城县鸡场镇坪地村岔沟组发生特大型山体滑坡,截至2019年7月29日，造成42人死亡，失联9人， 27栋房屋损坏，其中21栋被埋[4]。2019年6月16日至2019年6月24日期间，贵州省毕节市织金县三塘镇岩硐口村垮坡组连续降中至暴雨，2019年6月27日在后山发现地表开裂现象，最大开裂宽度约5 cm，直接威胁着下部垮坡组居民7户34人及垮坡至纳雍县张家湾镇乡村公路上过往行人及车辆的生命财产安全。2019年7月30日，发生了山体滑坡，滑坡体体积约14.95万m3，造成垮坡至纳雍县张家湾镇乡村公路约100 m严重损毁，由于避险得当，未造成人员伤亡。

关于滑坡成因及稳定性评价，穆鹏等[5]通过对陇南红土坡滑坡进行现场调查，研究了形成该滑坡的主要因素，并做出了稳定性评价；刘德平等[6]通过对滑坡区详细的勘察，分析了滑坡成因，并对稳定性进行了定量分析；魏昌利等[7]采用工程地质分析、定量计算和数值模拟方法对滑坡堆积体稳定性及变形破坏机制进做了研究，并对滑坡稳定性进行了预测；杜岩等[8]以重庆开县桌子石滑坡为案例,基于最新的研究成果和现场勘察结果,对滑坡的成因机制进行分析并对稳定性计算公式进行修正；郭宁[9]通过对普格县姚家山滑坡的基本特征及影响因素分析，研究了滑坡成因机制，并进行了稳定性计算；李海军等[10]通过对贵州发耳煤矿尖山营的地形、地貌特征详细查明，研究了滑坡的变形破坏特征及成因机制；马平等[11]通过对瓮马高速公路顺层边坡现场详细的调研，研究了顺层边坡的失稳机理。滑坡地质灾害严重威胁着人民的生命财产安全[12-14]。因此，通过对贵州织金垮坡组滑坡成因及稳定性的分析，为其边坡的治理提供科学的依据。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区地貌类型属中山地貌，居民点主要分布滑坡区的东北侧。区内出露地层为第四系、长兴组及飞仙关组，出露地段为地层反向坡。总体地形特征为北高，南低，高程1 880～1 977 m，最高点位于滑坡区后缘山顶，标高1 977.88 m。最低点位于滑坡区左侧冲沟与后寨-三塘道路交叉点，高程为1 880.77 m，相对高差达97.11 m。垮坡组滑坡工程地质平面图如图1所示。

图1 垮坡组滑坡工程地质平面图

1.2 地层岩性

第四系耕植土层(Q4pd)：分布于滑坡体上原始斜坡地带，呈褐黄色，含植物根系，结构松散，偶夹岩石碎屑块。第四系残坡积层(Qel+dl)：主要分布于滑坡体上原始斜坡地带，呈黄褐～灰褐色，可塑状，含少量碎石，碎石呈棱角形，其含量约占10%，为粉砂岩、泥岩风化产物；三叠系下统飞仙关组(T1f)：岩性为薄至中厚层状灰黄色、紫灰色粉砂质泥岩及泥质粉砂岩，强风化粉砂岩、泥岩，呈灰黄、紫灰色，岩体完整程度为碎裂，少部分为极破碎，中风化粉砂岩、泥岩，呈灰黄、灰绿色，岩体较破碎，岩石为软岩，浸水后崩解，手折可断。

1.3 水文地质条件

研究区属于长江流域乌江水系，区内地表水体不发育，主要为季节性冲沟，最大水量约30.0 l/s，最小水量约0.4l l/s。在滑坡体上大部分为旱地，滑坡体中下部初露有一泉眼，流量0.421 l/s。该部分地表水体易流入滑床，造成部分水渗入滑坡体中。滑坡工程地质剖面图如图2所示。

图2 工程地质剖面图

2 滑坡变形破坏特征

地带：滑坡右侧缘上部公路上出现有大小不同的裂缝，裂缝发育具有拉张性，集中在公路一带滑坡体上，裂缝呈间断性，总体走向220°～280°，最长缝长10.0 m、宽度0.05～0.25 m的裂缝，同时也有近垂直滑向裂缝。下部以负地形沟槽控制，直到冲沟下部。滑坡全貌图如图3所示。

图3 滑坡全貌图

据调查，Ⅰ变形区位于已发生滑坡后缘，地坪标高1 972.50～1 963.56 m，纵长16～32 m，横向宽124 m，平均厚8 m，总体约1.98万m3。该变区块上出现大小不同的裂缝许多条，具有代表性的1条性质属拉张裂缝，如图4所示。裂缝走向为238°，张开度150～200 cm，裂缝下错高度150～200 cm，下错方向160°；裂缝多呈折线性，部分裂缝为间断性的贯通，可见明显的下错现象。

已发生滑坡左右两侧公路上，分布有大小不一的许多条张拉裂缝，越靠近滑坡面的地区裂缝的张拉程度逐渐增大，下错的现象也越为明显，其中裂缝张开度最大20～50 cm，下错最大高度50～80 cm。滑坡左侧挡土墙发生拉裂，前侧道路及挡土墙严重变形损毁，左侧建筑物同样出现张拉裂缝并错位变形，如图5所示。

Ⅱ堆积区，该区由滑坡滑体构成，整体呈“鞋履”状，纵长约230 m，横向宽26～105 m，平均厚10.0 m，总体约14.95万m3，相对高差约49 m。主要成分为土体、岩屑及块石，土体极为松散，土石比约7∶3，分布极为不均，见杉树林呈倾伏状，部分根系翻出，如图6所示。

图4 Ⅰ变形区裂缝

图5 滑坡损坏的公路

图6 Ⅱ堆积区

3 滑坡成因分析

垮坡组滑坡受岩体结构、岩性特征、地形特征、强降雨条件及人类工程活动等综合因素的影响。

3.1 岩体结构

由于受区域构造的影响，研究区地层产状总体较稳定，总体岩层产为142°∠13°，节理裂隙较发育。天然基岩露头地段，对滑坡区节理裂隙进行了详细的地表调绘及统计，滑坡区节理裂隙玫瑰花图如图7所示。

图7 滑坡区节理裂隙玫瑰花图

根据对节理玫瑰花图分析，比较清楚的反映出主要节理发育走向，同时结合研究区的滑坡坡向，总结出滑坡坡向与近平行或近垂直节理关系。即与顺层滑坡坡向近垂直一组节理(62°～85°∠65°～90°)，使滑坡体容易与后缘陡斜的稳定体(母体)发生脱离；另一组节理(115°～152°∠78°～89°)的走向与坡向近平行，同样使滑坡体与左侧缘斜坡稳定体(母体)发生脱离，最终形成现状滑坡形态特征。

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3.2 岩性特征

研究区坡体结构为缓倾角顺向斜坡，岩体主要为泥岩、粉砂质泥岩，节理发育，部分节理裂贯通性好，强风化层岩体破碎，而地表土体呈松散状，构成斜坡坡体自身稳定较差。

3.3 地形特征

斜坡坡面多呈台阶状，台阶高低不一，前缘为陡缓不一临空面，为滑坡形成提供了较好的临空条件。此外，阶梯状的地形不利于雨水的排泄，极易形成集水地带，加之地表松散的岩土体条件，造成降雨之后的水体渗入滑体及滑面之中，导致滑面抗剪强度降低，潜在滑体重量增重，从而进一步加快了斜坡发生变形破坏。

3.4 强降雨

强降雨是该滑坡产生变形的另一诱发因素，由于滑坡体上土体结构松散，加上滑坡体内节理裂隙发育，坡面汇集的地表径流极易沿节理裂隙下渗而转化成地下水，在下部滑床的阻隔下，地下水在滑带附近汇集，对滑带土进行长时间的浸泡和软化，降低岩带土体的物理力学性质，使其成软塑-流塑状态，其上部滑体与滑床之间的粘聚力、内摩擦角降低，有利于滑坡向前缘蠕滑变形，促进后缘拉裂缝的形成及演化。同时，由于地下水的汇集，并在滑面以上形成水压力，后缘拉裂缝中形成动水压力，从而加剧了滑坡的变形和发展。

3.5 人类工程活动

未发生大规模滑动前，其坡脚有煤矿企业自建道路环绕而过，而修建道路时切坡切断了岩体的连续性，道路下方一陡斜坡则形成了较好的剪出条件。运输煤炭的车辆在道路上通过时，可视为加载于坡体上连续的外荷载。

4 滑坡稳定性分析

4.1 滑坡稳定性定性分析

1)内在因素：从滑坡形态特征角度，地形坡度均较陡，且滑坡前缘具有高陡临空面，这为滑坡的滑动变形提供了有利的空间几何条件和临空条件；从滑坡岩土组合特征角度，滑坡体浅地表为第四系松散体及全(强)风化层，下覆基岩为泥岩，这些都为滑坡的滑动变形破坏提供了有利的物质组合条件。

2)外在因素：对滑坡体进行开挖修建公路，扰动了岩体稳定性，新建公路主要用于运煤车通行，增加了坡体的荷载；在滑坡前几天研究区普降中至暴雨，下渗的水体为滑坡的滑动提供动力，且水体渗入坡体对滑面起到润滑作用。

4.2 滑坡稳定性定量分析

1)计算方案。根据岩层分布情况及其岩性特征，滑坡滑动面位于坡积层内，按照土质滑坡稳定性分析方法，滑动面的形态按折线型，采用不平衡推力法进行边坡稳定性计算，计算公式如下：

Pi=Pi-1ψi+Ti-Ri/Fs

(1)

ψi=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs

(2)

Ti=(Wi+Qi)sinθi

(3)

Ri=cili+(Wi+Qi)cosθitanφi

(4)

式中：Pi—第i计算条块与第i+1计算条块单位宽度剩余下滑力(KN/m)；Pn=0；Wi—第i条块的重量(kN/m)；Qi—第i条块上受到的外力(kN/m)；Ti—作用于第i块段滑动面上的滑动分力(kN/m)，出现与滑动面方向相反的滑动分力时，取负值；Ri—作用于第i块段抗滑力(kN/m)；ψi—传递系数；θi—第i条块滑面倾角(°)；φi—第i条块内摩擦角(°)；ci—第i条块内聚力(kPa)；li—第i条块滑面长度(m)；Fs—稳定系数。

2)计算参数。根据在该滑坡区采取的试验样品分析测试结果，对比参数反演结果并结合以往经验进行取值。参数反演结果的内聚力c值与试验结果的内聚力值接近，该参数与滑坡滑动破坏的实际情况较吻合，而试验的内摩擦角φ值较低，采用反演值与试验值按权重比例确定作为抗剪强度中的φ值；而饱和状态下的c值和φ值均偏低，因此采用试验值与反演值按权重比例取值，并以反演值为主。在天然状态(工况Ⅰ)下和饱和状态(工况Ⅱ)下的计算参数取值见表1，计算示意图如图8所示。

表1 滑坡稳定性分析计算参数取值表

图8 坡体条块划分

该滑坡发生之前连续强降雨，边坡上部有一条公路，因此，在稳定性计算中考虑天然、暴雨和公路边坡开挖几种工况。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，三塘镇的地震烈度为Ⅵ度，区域地壳稳定性相对较好，按规范要求可不做地震工况计算。边坡上的交通荷载按照《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)中对于计算荷载由标准规定取车重G=300 KN，考虑荷载分项系数γ=1.2。交通荷载以外荷载的形式作用在边坡上。

工况Ⅰ：天然自重状态；工况Ⅱ：自重+持续暴雨；工况Ⅲ：自重+边坡开挖；工况Ⅳ：自重+暴雨+边坡开挖。

3)计算结果分析。根据上述计算，结果汇总见表2。

表2 计算结果汇总表

注：Ⅰ：自重状态；Ⅱ：自重+暴雨；Ⅲ：自重+边坡开挖；Ⅳ：自重+暴雨+边坡开挖。

由表2可知，运煤公路开挖之前，在天然状态下，织金县三塘镇岩硐口村垮坡组滑坡的稳定系数大于1.05，小于1.15，坡体处于基本稳定状态；在饱和状态下，稳定系数为0.711，坡体处于不稳定状态。运煤公路开挖之后，边坡开挖与车辆荷载作用对整个边坡稳定性的影响极小，天然状态下，坡体处于基本稳定状态；在连续强降雨，滑面岩土处于饱和状态的条件下，坡体处于不稳定状态。

通过稳定性计算表明，水对滑坡体的影响极大，敏感性也极强，因此水是促发此次滑坡的主要因素。

5 结论

本文通过对垮坡组滑坡成因及稳定性分析，得到以下结论。

1)滑坡平面形态总体呈“鞋履”，纵长16～32 m，横向宽124 m，平均厚10 m，总体14.95万m3，属于中型土质滑坡。

2)诱发该滑坡的因素分为内因与外因，主要原因是强降雨抬升地下水位，增加了坡体自重，软化滑动带土体，降低滑带土体的抗剪强度，影响坡体稳定性。

3)根据定性分析结果，地层岩性为第四系松散体和泥岩，滑坡前地形坡度均较陡，为滑坡提供了前提条件，遇到强降雨与坡脚开挖，使得坡体发生了整体滑动。根据定量分析结果，坡体在自重状态、自重+坡脚开挖下都处于基本稳定状态，在自重+暴雨、自重+暴雨+坡脚开挖状态下都处于不稳定状态。因此，强降雨是此次滑坡的主要诱发因素。