遵义市汇川区新田滑坡成因机理分析*

解 超，高福兴，赵振远，羊永夫

（贵州有色地质工程勘察公司，贵州 贵阳 550002）

新田滑坡位于贵州省遵义市汇川区山盆镇新华村庙岗组，属于降雨诱发型推移式滑坡。该滑坡经多次降雨后，出现蠕滑迹象，后缘形成多条延伸长度为10～30m的张拉裂缝，滑坡中前部出现鼓胀，严重威胁滑坡区内15户共74人的生命及财产安全。潜在经济损失约449.7万元。文中通过分析滑坡区内的地质环境条件、滑坡变形破坏特征，利用GeoStudio软件，对滑坡渗流场-应力场进行耦合分析研究，对贵州同类型降雨诱发型滑坡具有一定的参考价值。

1 滑坡区地质环境条件

研究区位于贵州高原北部，处于黔北山原向黔中丘原过渡地带，区内海拔高程为590～700m，相对高程为110m，整体属于侵蚀中低山河谷地貌。滑坡区域为斜坡带，滑坡区西南高、东北低，坡面呈阶梯状，以陡坎、斜坡及冲沟微地貌为主。滑坡区植被分布不均衡，主要为耕地。

根据钻探并结合现场地表调查，斜坡表面覆盖为第四系（Qel+dl）残坡积物，下伏基岩为侏罗系中下统自流井组（J1-2z），其岩性主要为紫红色黏土岩夹细粒石英砂岩。岩芯多呈短柱状、碎块状，少许呈长柱状，强风化层较厚。

工作区位于羌塘-扬子-华南板块（一级构造单元）、扬子陆块（二级构造单元）、上扬子地块（三级构造单元）、黔北隆起区（四级构造单元）、毕节弧形褶皱带内（五级构造单元），位于长岗向斜核部。勘查区受区域构造影响，地层产状略有变化，总体上岩体呈单斜产出，岩层产状100°∠12°，场区岩层节理裂隙较发育。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形态及规模

新田滑坡斜坡坡度为10～15°，主滑方向为55°。滑坡体长230m，前缘宽190m，中部宽186m，后缘宽140m，平面形态呈半圆状，面积为3.6×104m2。前缘高程为609m，后缘高程为700m，纵向上呈“后缓-前陡”的地形，滑坡中部660～670m高程处，为滑坡强变形区。滑体厚度在前部最深，为8～11m；后部厚度为6～7m；中部较薄，为5～7m。滑体平均厚度为7.3m，滑坡整体体积约28.8×104m3，属于中型滑坡[1]。

经钻探揭露，滑坡体物质组成主要为上覆第四系残坡积含碎石粉质黏土：黄褐色，碎石、角砾含量为10%～20%，粒径为0.2～5.0cm，厚2.6～3.0m；松散多孔的特征使其具备良好的透水性，大气降水赋存堆积体中大大增加了坡体的自重。

滑带第四系含碎石粉质黏土与下伏基岩接触带，厚度在0.2～0.5m不等。钻孔揭露滑面沿12～15°基岩层面延伸，局部钻孔取得滑带物质为暗红色软塑状粉质黏土。

滑床为基岩，岩性为侏罗系下统自流井组（J1-2z）黏土岩、石英砂岩互层，属软硬互层岩组。地下水类型为基岩裂隙水，渗透性较弱，为相对不透水层。受构造影响，岩层产状在纵向上有变化，呈上陡下缓。

2.2 滑坡变形破坏特征

滑坡自2008年7月发生险情后，随着降雨的不断影响，目前已造成滑坡中部建筑物出现明显的变形，地面形成鼓胀（鼓胀高度约0.3m）裂缝，坡体上出现较多裂缝。根据现场调查，共发现坡体上裂缝11条，随着汛期雨水不断下渗，坡体稳定性下降，造成坡体上裂缝不断发育，原有裂缝不断延长，深度不断加深，裂缝数量不断发育，变形特征明显。滑坡前部鼓胀变形示意图如图1所示，各裂缝特征如表1所示。

图1 滑坡前部鼓胀变形

3 滑坡渗流场有限元数值模拟

采用GeoStudio中SEEP模块对滑坡渗流场进行有限元的数值计算，可以了解滑坡孔隙水压力的瞬态变化规律及分布情况。通过观察各时刻孔隙水压力的变化情况，有助于分析渗流场的变化情况，研究滑坡渗流场的动态变化规律[2]。

表1 坡体裂缝特征描述

3.1 模型建立

选取新田滑坡主滑方向的典型工程地质剖面，建立模型如图2所示。滑坡模型横宽340m，高90m；模型网格划分采用四边形和三角形单元，共计划分为5013个节点、4887个单元。各介质采取用的土水特征曲线如图3～图5所示。综合现场直接试验和室内土工试验资料，获得滑坡各类岩土体力学参数如表2所示。

图2 计算模型（单位：m）

图3 滑坡体水土特征曲线

图4 滑坡体水土特征曲线

图5 滑坡体水土特征曲线

表2 岩土体物理力学参数表

（1）计算步骤及边界条件。计算采用SEEP/W模块进行不同时刻的降雨渗流模拟，然后将计算得到的滑坡体内各点孔隙水压力导入SIGMA/W模块中，进行应力场分析。计算分析中的模型边界条件：在SEEP/W模块中设置斜坡表面为降雨入渗边界，两边为固定水头边界，底部为不排水零流量边界。

（2）计算方案。根据调查，滑坡体出现最大一次变形为2016年汛期，根据当地降雨量统计，采用5d强降雨、降雨强度为25mm/d进行数值模拟分析。

3.2 降雨入渗过程

根据SEEP/W模拟5d的降雨过程，可将新田滑坡成因机理分为雨水垂直入渗阶段、雨水向坡脚渗透阶段和渗流通道形成阶段三个阶段。

（1）雨水垂直入渗阶段（1～2d）。从降雨第一天到第二天孔隙水压力与水流矢量图来看，1～2d内，降雨形成的地表水主要以垂直向下的入渗为主，并没有形成向坡脚的渗流通道。雨水下渗速度也相对较小，滑体内并未出现饱和区。此阶段雨水对滑坡体主要起到了增加容重的作用。第二天孔隙水压力云图与水流矢量图如图6所示。

图6 第二天孔隙水压力云图与水流矢量图（单位：m）

（2）雨水向坡脚渗透阶段（3～4d）。从降雨第三天到第四天孔隙水压力与水流矢量图来看，随着雨水持续渗入，滑体内出现饱和区，并不断向下扩展。第四天，滑体后部土体饱和深度为2m左右。从水流方向可以看出，地表水存在垂直入渗和向坡脚渗流两种运动方式，雨水在滑体中开始沿基覆界面向坡脚方向渗流，但未形成贯通。此阶段主要为雨水加载和渗透动水压力对滑坡体的作用。第四天孔隙水压力云图与水流矢量图如图7所示。

图7 第四天孔隙水压力云图与水流矢量图（单位：m）

（3）渗流通道形成阶段（4～5d）。从降雨第四天到第五天孔隙水压力与水流矢量图来看，滑体后部已经完全饱和，滑面处渗流通道已经贯通，水流以向坡脚渗流为主，坡脚处滑带土已完全饱和，下部滑带处的地下水对滑体产生向上浮托力，阻滑段的抗阻能力随之减弱。此阶段主要为雨水的扬压力和渗透动水压力共同对滑坡体作用。第五天孔隙水压力云图与水流矢量图如图8所示。

图8 第五天孔隙水压力云图与水流矢量图（单位：m）

4 滑坡渗流场-应力场耦合有限元数值模拟

由于持续降雨会引起坡体内应力场和应变场发生改变，因此在计算模型中需要考虑持续强降雨下滑坡的应力和应变的变化。采用SIGMA/W模块在天然状态下计算模型的应力场基础上，再与SEEP/W模块中的降雨渗流计算结果进行耦合计算。

4.1 数值模拟计算方案

将计算模型中各点的孔隙水压力结果中导入SIGMA模块中进行渗流场-应力场耦合有限元数值模拟分析计算[3]。

（1）最小主应力变化。降雨前后滑坡最小主应力云图如图9、图10所示。由图可以看出，降雨前滑带中后部处最小主应力为-150～-100kPa，滑带中部为-50kPa；降雨后滑带中后部小主应力增加至-100～-50kPa，滑带中部处为0kPa。可见，降雨导致滑带处最小主应力增大，滑体局部出现拉应力。

图9 降雨前滑坡最小主应力云图（单位：m）

图10 降雨后滑坡最小主应力云图（单位：m）

（2）最大剪应力变化。降雨前后滑坡最大剪应力云图如图11、图12所示。由图11和图12可以看出，斜坡整体剪应力基本与斜坡面平行向坡内递增分布。降雨前坡脚滑带处为0kPa，中部滑带出剪应力值为100kPa；降雨后坡脚滑带处增大为100kPa，中部滑带出剪应力值增大为200kPa。可见，降雨导致斜坡剪应力也出现一定程度的增加。

图11 降雨前滑坡最大剪应力云图（单位：m）

图12 降雨后滑坡最大剪应力云图（单位：m）

（3）X、Y方向位移变化。降雨前后滑坡X方向位移图如图13、图14所示，降雨前后滑坡Y方向位移图如图15、图16所示。从图13、图14可以看出，降雨前斜坡X方向上的位移不明显，主要集中在斜坡坡度较陡处，其位移量为0.005m；经过5d的降雨，斜坡X方向上的位移整体均有所增大，其中滑坡后部和中前部最为明显，最大位移量达0.035m，这与现场调查后部拉裂缝和前缘隆起位置相符。从图15、图16分析可知，降雨前滑坡Y方向无明显位移；降雨5d后，斜坡前部有明显正位移，其值为0.025m，是滑坡前部阻滑段在降雨后形成鼓胀变形产生的。

图13 降雨前滑坡X方向位移图（单位：m）

图14 降雨后滑坡X方向位移图（单位：m）

图15 降雨前滑坡Y方向位移图（单位：m）

图16 降雨后滑坡Y方向位移图（单位：m）

（4）最大剪应变变化。降雨前后滑坡最大剪应变云图如图17、图18所示。从图17、图18可以看出，降雨前整个滑坡无明显的剪应变集中区域；经过5d降雨后，最大剪应变已从滑坡后部沿基覆界面贯通到坡脚，滑坡已处于不稳定状态[4]。

图17 降雨前滑坡最大剪应变云图（单位：m）

图18 降雨后滑坡最大剪应变云图（单位：m）

5 结论及建议

通过对新田滑坡降雨渗流-应力耦合数值模拟，对新田滑坡的成因机理有如下认识：

（1）自然条件下，由于坡面坡度相对较缓，为12～15°，滑坡处于稳定状态。

（2）在新田村村民对斜坡整体坡形进行局部改造后，斜坡应力场发生轻微改变，在坡面陡低地方出现了应力集中带，斜坡依然处于基本稳定状态。

（3）在极端降雨条件下，由于滑体滑床双层结构的存在，雨水在滑带处出现暂态饱和区，之后顺坡向下渗透，形成从坡顶向坡脚渗透的动水压力。在连续降雨3d后，滑带后部处出现饱和区，之后雨水沿滑带顺坡向下渗流，形成从滑坡后缘向坡脚渗透的动水压力。随着降雨的持续，中后部的滑体基本处于饱和状态。滑体在动水压力、雨水加载和强度软化的共同作用下，滑面的剪应变量逐步增大，并且从上向下扩展，最终贯通。因此，滑坡首先在后部失稳启动，推挤前部阻滑区。这与野外调查滑坡后部存在多条张拉裂缝、前缘出现鼓胀裂缝相符。

综上分析，降雨是滑坡失稳的主要因素，滑动破坏基本模式为推移式滑坡。数值模拟结果与现场调查结果基本相符[5]。