多结构面倾斜地层滑坡形成机制及治理研究

黄祥宽，黄卫平

（1.四川广旺能源发展（集团）有限责任公司，四川 广元 628017；2.浙江省地质调查院，浙江 杭州 311203）

0 引言

受强降雨影响，某矿副斜井上方山体发生滑坡地质灾害，威胁到前缘副斜井机房及安全生产指挥中心大楼的安全。滑坡坡脚处为副斜井井口、机房及安全生产指挥中心大楼，滑坡发生时前缘堆积体已达副斜井机房后侧。在降雨等条件影响下将可能再次诱发滑坡发生，将会造成井口封堵、副斜井机房及安全生产指挥中心大楼受损。因此迫切需要开展对该处滑坡的勘察，查明滑坡形成机制，并研究制定治理方案，及时开展应急治理工程，尽快消除地质灾害隐患，确保煤矿正常生产、生活。

1 地质环境条件

1.1 地层岩性

1.1.1 第四系全新统地层

1）人工填土（Q4ml）：灰色、灰黑色，稍湿，多为人工填筑土，成分主要为碎石，局部见块石。

2）含碎石粉质黏土（Q4el+dl）：褐黄色、灰黄色，可塑，稍湿，干强度高，略有摇震反应，断面见黑色斑点，局部夹灰白色粘土条纹，含约 20 %～30 % 碎石，厚0.8～2.0 m，分布于地表层，局部地段含有孤石，表层多被开垦成耕地。

3）碎石土（Q4del）：灰色、灰黄色、紫红色，稍湿，稍密～中密均有分布，成分主要为强～中风化泥质粉砂岩、长石石英砂岩，棱角状，含量 60 %～80 %，充填少量角砾，含有块石。该层主要分布在滑坡区，为滑坡发生后岩体解体形成，该层底部分布有厚度 5.0～12.0 cm 厚的粉质黏土，主要为滑坡发生时岩层错动研磨形成，局部含有碎石、角砾。

4）碎石土（Q4col+dl）：灰黑色，稍湿，稍密，成分主要为强～中风化泥质粉砂岩、长石石英砂岩，次棱角状，含量 60 %～70 %，充填约 15 % 粉质黏土，充填少量角砾。该层主要分布于滑坡前缘。

1.1.2 侏罗系中统泥质粉砂岩（J2xs）

紫红色、灰褐色泥质粉砂状结构，中厚层状构造，局部呈薄层状，含泥质条带，有方解石脉。

1.1.3 长石石英砂岩（J2xs）

灰黄色、绿灰色，中粒砂状结构，中厚～厚层状构造，矿物成分以石英为主，长石次之，局部含泥质条带。

1. 2 滑坡形态分布

滑坡从后缘到前缘表现为陡壁-台坎-斜坡地貌。滑坡前缘至副斜井机房外侧挡墙上方，分布高程535～541 m；后缘拉裂形成约高 2 m 的陡坎，分布高程570～571 m。前缘与后缘最大相对高差约 36 m。边坡岩土层如前述。危害对象等级为二级。

1.3 基岩产状

基岩岩层产状为 178°～182°∠34°～38°。主要发育有两组裂隙：LX1：293°～308°∠67°～72°，延伸长度 0.6～1.1 m，裂面微张 1～3 mm，裂面粗糙，充填泥质、岩屑，局部见石英脉；LX 2：349°～350°∠72°～74°，延伸长 1.2～1.5 m，裂面微张 1～2 mm，裂面粗糙，局部充填泥质条带、岩屑；另外在副斜井机房上部发现有一组裂隙 LX3：190°∠26°，裂面粗糙，局部见有泥质充填。

1.4 地表水

滑坡南侧分布有一冲沟，该沟宽约 2.5 m，深1.2～2.0 m，勘察期间未见地表水流过。降雨时坡体地表水汇聚至该水沟流向坡底，不利于滑坡的稳定。

滑坡前缘安全生产指挥中心大楼西侧分布一条河流，于勘察区北部流入本区，以弯曲状的形式由北向南贯穿矿区及勘探区，对滑坡的形成和发育无影响。

1.5 地下水

滑坡区内地下水主要包括松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水。松散堆积层孔隙水零星分布、面积小，含水层厚 1.0～7.5 m，水位变化主要受季节性降水的控制，局部受基岩裂隙水补给。滑坡区侏罗系为一套长石石英砂岩、泥质粉砂岩互层的陆相碎屑岩建造，其中砂岩是主要含水层，砂岩孔隙极少，地下水赋存于裂隙之中，多以浅部裂隙潜水形式出现，主要受降雨及上部松散堆积层孔隙水补给，影响滑坡的形成和发育。

1.6 人类工程活动

区内的人类工程活动主要表现为在坡体开垦耕地、种植和坡前修建房屋开挖坡脚等。耕种导致水土流失，灌溉用水易渗入坡体内，冲刷坡面表层土层，增加土体自重，降低土层的抗剪强度，致使边坡局部土体出现垮塌；而在坡脚修建道路，对坡脚开挖，增大了临空面，破坏了坡体平衡，成为边坡失稳的诱发因素之一［1］。

2 滑坡工程地质特征

2.1 范围、规模、形态特征

滑坡区平面形态呈不规则的梯形，主滑方向为203°，后部宽 30 m，中前部宽 50 m，滑体平均长 62 m，平面面积（0.33×104）m2，滑体厚度平均约 6 m，总体积约（2.0×104）m3。

滑坡南东侧以自然冲沟为界，北西侧以基岩陡壁为界。滑坡后缘上部斜坡上部为阶梯状农田，局部见有基岩出露，整体坡度约为 25°。滑坡区内地貌表现为陡壁、平台、台坎等，平均坡度 25°～30°。

2.2 滑体特征

滑坡体主要由原岩体在滑坡作用下解体形成的碎石组成，灰色、灰黄、紫红色，稍湿，稍密-中密，成分主要为泥质粉砂岩、长石石英砂岩，次棱角状，粒径一般4～12 cm，最大 20 cm，碎石含量 60 %～80 %，充填少量角砾，并含有不均匀的块石，局部有架空现象。滑坡后缘及北西侧滑体较薄，在中部及前缘滑体较厚，最大厚度约 7.5 m，平均厚度约 6.0 m。

2.3 滑动带特征

根据钻探揭露，滑动带物质主要为粉质黏土，粉质黏土呈灰黄色或紫红色，稍湿，可塑状，略有摇震反应，干强度中等，手捏有砂感，局部含约 15 % 碎石、角砾，粒径 0.5～3.5 cm。滑动带土体主要为滑坡发生时岩层错动研磨形成，碎石与粉质黏土接触面可见有摩擦痕，滑带厚度 5.0～12.0 cm。滑动带底部分布高程在 536 m（前部）～569 m（后部）之间。

2.4 滑床特征

滑坡滑床主要由基岩（泥质粉砂岩与长石石英砂岩互层）构成。侏罗系中统泥质粉砂岩呈灰色、深灰色，中风化，泥质粉砂状结构，中厚层状构造，局部呈薄层状，含泥质条带，见有方解石脉；长石石英砂岩呈灰黄色、绿灰色，中风化，中粒砂状结构，中厚～厚层状构造，矿物成分以石英为主，长石次之，局部含泥质条带。

滑床在纵向上呈折线型，横向上为不规则凹形弧面。

2.5 滑坡水文地质特征

滑体上地表水不发育，滑坡南侧发育有 1 条冲沟，对滑坡的稳定性不利。

滑体主要为滑坡发生后岩体解体形成的碎石组成，分选性差，滑坡上钻孔钻进过程中均不返水，上部漏浆严重，在坡脚处有渗水现象，滑坡滑体渗透性较强。滑坡体下部有一层粉质黏土及含碎石粉质粘土，为相对隔水层，地下水易在该层附近蓄积。

该滑坡滑体渗透性较强，地表水易沿孔隙下渗，并在滑带附近蓄积，降低滑带土物理力学性质，诱发滑坡变形失稳，极不利于滑坡的稳定［2-3］。

2.6 滑坡变形破坏特征

由于滑动变形，在滑坡体上见有多条拉张裂缝及阶梯状陡坎（见表 1），滑坡两侧为剪切作用形成的陡坎。

2.7 滑坡类型

根据前述滑坡体的地层岩层组成、滑体厚度、运移形式、滑体规模，判断该滑坡为推移式浅层小型切层滑坡。

3 多结构面影响下滑坡的形成机制

3.1 结构面分析

根据实测岩层产状、裂隙产状和边坡走向及坡角等因素，在赤平投影（见图 1）基础上，分析了 10 组结构面的稳定性，其中为稳定结构面的 6 组，为不稳定结构面的 4 组。

图1 结构面赤平极射投影图

3.1.1 稳定结构面

1）岩层层面。岩层走向与边坡走向小角度相交，岩层倾角大于边坡坡度，边坡不易沿层面发生大规模滑动，为基本稳定结构面。

表1 滑坡裂缝特征一览表

2）LX 1 裂隙面。该裂隙面走向与边坡走向呈大角度相交，边坡不易顺裂隙面产生滑动，为较稳定结构面。

3）LX 2 裂隙面。该裂隙面走向与边坡走向呈小角度相交，倾向相反，边坡不易顺裂隙面产生滑动，为稳定结构面。

4）LX 1 与 LX 2 裂隙切割迹线。LX 1 与 LX 2 切割岩体形成的切割迹线，倾向与坡向相反，边坡在自重力作用下不易沿该切割迹线发生滑动，为稳定结构面。

5）LX 2 与 LX 3 裂隙切割迹线。LX 2 与 LX 3 切割岩体形成的切割迹线，倾向与边坡坡向大角度相交，边坡在自重力作用下不易沿该切割迹线发生滑动，为稳定结构面。

6）LX 2 裂隙切割岩层层面迹线。LX 2 裂隙切割岩层层面形成的切割迹线，倾向与坡向大角度斜交，边坡岩体不易沿切割面发生楔形滑动，为稳定结构面。

3.1.2 不稳定结构面

1）LX 3 裂隙面。该裂隙面走向与边坡走向小角度相交，且倾角与边坡坡度相差不大，边坡在自重力作用下易沿该裂隙面发生滑动，为不稳定结构面。

2）LX 1 与 LX 3 裂隙切割迹线。LX 1 与 LX 3 切割岩体形成的切割迹线，倾向与边坡坡向相近，倾角小于边坡坡角，边坡在自重力作用下易沿该切割迹线发生滑动，为不稳定结构面。

3）LX 1 裂隙切割岩层层面迹线。LX 1 裂隙切割岩层层面形成的迹线，倾向与边坡坡向相近，倾角略小于边坡坡角，边坡在自重力作用下易沿该切割迹线发生小规模的楔形滑动，为不稳定结构面。

4）LX 3 裂隙切割岩层层面迹线。LX 3 裂隙切割岩层层面形成的迹线，倾向与边坡坡向相近，倾角小于边坡坡角，边坡在自重力作用下易沿该切割迹线发生滑动，为不稳定结构面。

3.2 多结构面在“岩水”作用下的滑坡形成机制

3.2.1 不稳定结构面对滑坡形成的控制

在边坡岩（土）体自重力作用下，极易沿 4 组不稳定结构面楔形滑动。加之基岩岩性主要为泥质粉砂岩、长石石英砂岩互层，岩体较破碎，在岩层层面及裂隙对岩层切割的影响下，特别是 LX 3 一旦贯通，极易造成边坡大规模失稳破坏，此为滑坡形成的主要内控因素。

3.2.2 “岩水”作用对滑坡形成的激发

4 组不稳定结构面是该区倾斜地层形成滑坡的基础。当大量雨水沿着岩体结构面特别是节理裂隙面进入坡体内，在“岩水”耦合作用下，岩体物理、力学以及化学性质发生改变，岩体结构面或层面中充填物随着含水量的增加，由固态向塑态、液态转变，岩体力学性能减低，内聚力和内摩擦角减小，斜坡的稳定性急剧变差，形成滑坡。

3.2.3 其它诱发因素

1）在 2008 年“5.12”大地震影响下，滑坡后缘地表土体形成裂缝，后在降雨条件下地表水易于沿裂隙下渗进入坡体，沿强风化层节理裂隙继续下渗、汇集，降低了岩土土体的抗剪强度，是滑坡形成的内在影响因素［4］。

2）滑坡原地貌表现为阶梯状斜坡，整体坡度 25°～30°，由于修建副斜井及机房，对斜坡前缘开挖切坡，形成高 6～7 m 左右的陡坡临空面，虽在后期修建了挡土墙，但该工程活动破坏了斜坡体原有的应力平衡，对滑坡的产生有一定的影响。

3）在后期的强降雨因素影响下，地表水沿后缘土体裂缝下渗进入坡体，并在强风化层某一部位汇集，大大降低了岩体的抗剪强度，造成上部基岩失稳滑动，致使下部岩土体内 LX 2 逐步贯通，进而推动下部斜坡失稳滑动，最终整个坡体失稳滑动，形成了滑坡。

综上所述，多组不稳定结构面是形成滑坡的主控因素，地震和人类活动加剧了岩体的破坏进程，强降雨过程中的“岩水”耦合作用，激发了滑坡的发生。

4 滑坡稳定性分析及评价

4.1 滑坡稳定性定性分析及评价

滑坡区滑动前为阶梯状斜坡，整体坡度25°～ 30°，坡体上主要为耕地。斜坡上层主要由含碎石粉质黏土层组成，下层侏罗系中统下沙溪庙组泥质粉砂岩及长石石英砂岩组成。由于滑动变形，在滑坡体上见有多条拉张裂缝及阶梯状陡坎，滑坡两侧为剪切作用形成的陡坎，滑坡现状基本稳定［5］。经持续观察，滑坡体上局部裂缝有变宽现象，在降雨影响下，雨水易沿裂缝下渗入滑体，降低土体的抗剪强度，对滑坡稳定不利，易造成滑坡发生二次滑动。

4.2 滑坡稳定性定量分析及评价

4.2.1 滑坡岩土体的测试成果及工程特性指标

对滑坡体内进行 2 组现场大容重试验，同时采取滑带扰动土样进行室内重塑试验，重塑后获得滑带粉质黏土的物理力学参数，含碎石粉质黏土的天然容重为23.0 kN/m3，饱和重度为 24.0 kN/m3。

滑带土重塑后天然容重 γ=20.2 kN/m3，饱和容重 γw=21.2 kN/m3；天然抗剪强度标准值 C=28.6 kPa，φ=21.6°，天然残余抗剪强度标准值 C=19.1 kPa，φ=17.9°；饱和抗剪强度标准值 C=19.2 kPa，φ=18.2°，饱和残余抗剪强度标准值 C=12.8 kPa，φ=16.1°。

场地地基土壤对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构均具有微腐蚀性。滑床泥质粉砂岩天然容重 γ=23.5 kN/m3，饱和容重 γw=24.2 kN/m3；天然抗压强度标准值 8.69 MPa，饱和抗压强度标准值5.19 MPa；天然抗剪强度标准值 C=0.94MPa，φ=36.3°，由于本场地长石石英砂岩强度指标优于泥质粉砂岩，以不利因素考虑，场地基岩强度指标按上述泥质粉砂岩试验结果取值。

4.2.2 计算方法及模型

钻探结果显示滑坡滑面位于碎石土与基岩接触面，整体呈折线型滑动面，选用沿滑坡主滑方向纵向中轴实测断面为控制剖面计算，采用传递系数法计算滑坡稳定性（见图 2）。综合结合滑坡现状调查、室内岩土试验资料分析、反演分析（见图 3）和工程类比法，确定稳定性系数计算的适用值。

图2 传递系数法计算说明图

4.2.3 分析结论

1）滑坡现状整体处于稳定状态；

2）在地震工况下整体处于基本稳定状态；

图3 反演分析计算剖面图

3）在暴雨工况下处于不稳定状态。边坡土体含水量增加引起抗剪强度降低，是边坡稳定性系数降低的主要原因，水对边坡稳定性起着主要控制作用。因此，在工程建设中应做好边坡区及周边环境中的地表水的排水工作，控制和减少降雨及地表水对边坡的影响。边坡坡脚处应合理设置支挡结构，以确保下部建筑物安全。

4.3 滑坡发展变化趋势与危害性预测

由于滑坡在遭受地震、降雨或地表水冲刷作用下易发生二次滑坡，如不采取必要的治理措施，随着垮塌、滑坡的继续，可能诱发坡体发生整体滑动，危及坡脚处副斜井、机房、安全生产指挥中心大楼及人员的安全，因此需对滑坡采取必要的治理措施。

5 结论及防治方案

5.1 结论

1）区内无大的构造穿过，区域稳定性较好。

2）滑坡体主要由原基岩岩体在滑坡灾害作用下形成的碎石土（Q4del）组成、滑床为侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）泥质粉砂岩、长石石英砂岩组成。在降雨影响下易发生二次滑坡地质灾害，影响到坡脚处副斜井、机房、安全生产指挥中心大楼及人员的安全，需对滑坡采取治理措施。

3）勘察区内水文地质条件较简单，滑坡南侧发育有 1 条冲沟，降雨时该沟两侧坡体地表水汇聚至该水沟流向坡底。水流冲刷沟床，造成滑坡坡脚切坡，对滑坡的稳定性不利。

4）根据国家标准 GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》），区内地震设防烈度为 6 度，设计地震基本加速度为 0.05 g，地震动反应谱特征周期为 0.35 s。

5）根据边坡现状和计算结果，通过与当地类似治理工程类比，边坡的治理措施、方案具有可行性。

5.2 防治目标原则

采取综合治理措施，使滑坡区的地质环境问题得到有效的治理与控制，重点放在对建（构）筑物及人员安全有重大影响的方面，从根本上消除安全隐患。

5.3 防治工程方案

1）在滑坡中前部设置抗滑桩，并在前缘及南东侧冲沟设置挡土墙进行支挡，对滑坡体裂缝进行黏土回填夯实处理。在滑坡后缘外设置截水沟，在滑坡前缘设置排水沟。截水沟与排水沟形成统一的坡面排水网络，加强地表排水措施，减少降雨和地表水的影响［6-7］。

2）应急治理施工必须在下一个雨季到来之前完成，以免滑坡发生二次滑动，对下部建筑物及人员安全造成危害［8］。

3）在治理施工开展前，应加强滑坡的动态监测，掌握发展变化动态，及时做好预报，防患于未然［9］。

4）科学组织施工工序，严格按施工组织设计施工，在未做好支护的情况下，不任意开挖坡脚［10］。

6 结语

不稳定结构面是地层产生滑坡的主要控制因素。通过分析边坡地层结构面的稳定状况及影响因素，无论是对滑坡的预测，还是对滑坡的治理，都是十分重要的环节。本文所涉及工程实施后，经数年观测，治理效果达到预期目的。