水城县尖山营滑坡成因及稳定性分析

黄海韵

(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1 020名群众受到威胁[2-3]。2020年9月8日至2020年9月14日期间，贵州省水城县尖山营出现持续性强降雨，于2020年9月15日下午两点尖山营发生第一次滑坡，在接下来3天里尖山营一直出现滑动现象，直接威胁着下方居民及乡村公路上过往行人及车辆的生命财产安全。2020年9月18日，滑坡体停止滑动，滑坡体体积约55万m3，造成下方7户居民房屋损坏，由于当地政府避险得当，未造成人员伤亡。

近年来，诸多学者对滑坡成因及稳定性评价展开了大量研究。穆鹏等[4]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；邹德兵等[5]以汤章滑坡为工程背景，通过现场地质勘察及实时监测资料，采用三维数值模拟的方法对该滑坡的稳定性进行了研究；石天文等[6]通过对山区边坡开挖诱发的边坡失稳进行现场勘察，对其滑坡成因及机制进行了分析；李宗发等[7]通过对贵州省印江县革底滑坡进行现场地质调研，对该滑坡的变形特征及成因机制进行了研究；朱永浩[8]、吕利等[9]、张大权等[10]、李海军等[11]通过对滑坡现场进行调查，对滑坡的成因机制进行了研究。滑坡地质灾害严重威胁着人民的生命财产安全[12-14]。因此，通过对水城县尖山营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

发耳滑坡位于贵州高原西部，地形叠宕起伏，切割强烈，属于构造侵蚀而成的低中山至中低山地貌。滑坡后缘顶端高程1 400 m，坡脚高程1 310 m。尖山营滑坡全貌如图1所示。

图1 尖山营滑坡全貌

滑坡区域内地层出露有第四系(Q)：厚0～80.50 m，主要以残积物、坡积物为主，分布在同向坡及单斜谷中；下统飞仙关组(T1f)：主要分布于滑坡区西部，岩性为上部为灰绿色、紫色相间，钙质泥岩与细砂岩互层，中部及底部夹较多的细砂岩透镜体，中部为粉砂质泥岩或细砂岩；底部见黑色斑粒，碳化植物化石，总厚530.03～875.16 m，平均厚632 m；二叠系上统龙潭组(P3l)：由灰—深灰色粉砂岩、泥岩及煤组成，主要分布于滑坡区东部。

2 滑坡变形破坏特征

据现场调查，滑坡体纵长约650 m，前缘横宽410 m，坡度上陡下缓，平均为20°，滑坡区面积约0.14 km2，厚度2～8 m不等，平均约6 m，体积约8.4×105m3。滑坡体长年受地下煤层重复采动，使得坡体岩土体破碎，与强降雨雨水极易渗入坡体内部，在滑坡形成后，在滑坡前缘位置出现一出水点。

2.1 滑坡前缘变形破坏特征

滑坡前缘右侧堡坎因受到滑坡体推移变形，产生倾斜现场，墙体抹灰层崩落。坡体上水池出现裂缝，这些迹象以肉眼可见速度产生变形破坏，坡体物质松散，呈软塑-流塑状黏土，含水率高。如2020年9月16日10时，堡坎尚未被滑坡表层松散物质掩埋，水池墙体裂缝仅贯穿墙体高度的1/3，如图2(a)所示。随着滑坡的蠕动变形，最终于2020年9月18日停止滑动，滑坡前缘房屋受损严重，如图2(b)所示，且前缘公路在受到挤压作用下部分路段隆起，并形成大量错断裂缝，如图2(c)所示。

图2 滑坡前缘破坏

2.2 滑坡堆积体特征

由滑坡滑体构成，整体呈“鞋履”状，纵长约200 m，横向宽26～105 m，平均厚10 m，总体约84万m3，堆积体目前相对高差约52 m。主要成分为松散的土体、岩屑及块石，如图3(a)所示，见果树林呈倾伏状，如图3(b)所示，部分根系翻出并折断，且局部有地下水流出，如图3(c)所示。

图3 滑坡堆积体破坏

2.3 滑坡体后缘变形破坏特征

滑坡后缘处于尖山营地势陡、缓斜坡交界线一带，后缘宽约200 m，如图4(a)所示，且出现不同大小裂缝，在后缘的左侧有一条张拉裂缝，裂缝走向156°，张开度为20～50 cm，下挫高度为100～200 cm，下挫方向45°，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，如图4(b)所示。

图4 滑坡体后缘变形破坏

3 滑坡成因分析

根据野外地质调查及相关收集资料分析认为，诱发该滑坡的主要因素有地形条件、地层岩性、降雨、人类工程活动。

3.1 地形条件

该滑坡原地貌呈多级平台，滑坡体呈不规则倾斜扇形，前缘形成高差30 m的陡坎，为滑坡提供了足够的卸荷空间，这种地貌为滑坡的启动提供了良好的地形条件，如图5所示。

图5 前缘陡坎

3.2 地层岩性条件

滑坡体浅层为三叠系下统飞仙关组的灰绿色、紫红色强风化粉砂质泥岩与泥岩互层，该岩层强度低，为滑坡体提供了易发滑动面；滑坡体深部为二叠系上统龙潭组，由深灰色粉砂岩、泥岩及煤层互层，呈软硬相间，泥岩和煤就构成了形成软弱的平台，自然条件下产生流变导致肩部拉裂，易形成滑坡的基础条件，如图6所示。

图6 滑坡破碎岩土体

3.3 水文地质条件

根据现场调查，在滑坡前缘有一出水点，如图7所示，由于滑坡体正下方多年来煤层采动，使得坡体岩土体较破碎，破体内部裂隙较多，雨水在坡面顺着裂隙侵入坡体，地下水在滑床上部被隔绝不能继续向下渗流，在滑带处汇聚，最终在滑坡体前缘流出，地下水长时间地对滑带土浸泡，降低了滑带土的物理力学性质，最终在滑带处形成了渗流通道，加速了滑坡的启动。

图7 前缘出水点

3.4 降雨

根据发耳镇雨量统计，在2020年9月9日至2020年9月14日期间降雨总量达到579 mm，如图8所示，在降雨条件下，由于在滑坡体中上部具有大量裂缝，雨水易沿着裂缝下渗，对地下水位极大的提升，降雨在滑坡体表层岩土体中具有滞后性，在滑坡体内增加了水压力及滑坡体自重，且浅层泥岩及粉砂质泥岩遇水易软化，易形成滑动面，使得岩土体向软弱结构面发生倾斜，如前缘临空面、采空区方向，并产生滑动推力，加快了滑坡体变形破坏速率。

图8 尖山营2020年8—9月降雨量

3.5 人类工程活动

据资料显示，滑坡区位于发耳煤矿第三采区之上，多年来地下煤层的重复采动，使得采空区顶板临时支护破坏，上覆岩层发生冒落、裂缝、离层及断裂，造成的破坏传递到地表，坡体内岩土体破碎，使地表原有标高受到采动影响后下降，滑坡整体在采空区影响范围内，使得坡体覆岩产生较大弯曲下沉，前缘受到较大的水平推力并产生水平位移，为滑坡的形成创造了有利条件。

4 滑坡稳定性分析

4.1 滑坡稳定性定性分析

1)内在因素：从滑坡的地形地貌分析，地形坡度在10°～30°，高差在20～30 m，且前缘为临空面，为滑坡提供了足够的卸荷空间；从坡体的物质组成来分析，滑坡体为浅地表为第四系松散体及全(强)风化泥岩层，滑带为易溶于水的粉砂质泥岩层，这些内在条件组合在一起为滑坡的启动提供了有利条件。

2)外在因素：多年来地下煤层重复采动使得浅表层岩土体松散，扰动了岩土体原始应力状态，打破了岩土体原始平衡，极大地降低了岩土体的稳定性；在滑坡启动的前几天研究区普降中至暴雨，雨水通过松散的岩土体渗入到坡体内部，雨水增大了坡体的静水压力与动水压力，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

4.2.1 计算方案

由于滑坡为第四系残坡积层滑坡，且各滑(带)面为折线形，采用传递系数法计算滑坡的稳定性和剩余下滑推力。传递系数法假定条块间的相互作用力的方向平行于上一条块的底滑面；最后一个条块的稳定性系数代表整个斜坡的稳定性系数；条块间不能承受拉力，当任何条块推力为负时，则推力不再向下传递，对下一条块取推力为零。传递系数法的基本公式[参考《滑坡防治工程勘查规范》(GB/T 32864—2016)]为

(1)

Rn={Wn[(1-ru)cosan-Asinan]-

RDn}tanφn+CnLn；

Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDn；

式中：Kf为稳定性系数；ψi为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)，即ψi=cos(ai-ai+1)-sin(ai-ai+1)tanφi+1；Ri为第i计算条块坡体抗滑力，kN/m；Ti为第i计算条块坡体下滑力，kN/m；ai为第i条块坡面倾角，(°)；Ni为第i计算条块坡体在滑动面法线上的反力，kN/m；Ci为第i计算条块滑动面上岩土体的黏结强度标准值，kPa；φi为第i计算条块滑带土的内摩擦角标准值，(°)；Li为第i计算条块滑动面长度，m；A为地震加速度，g。

4.2.2 计算参数

滑带土在暴雨工况下抗剪强度参数根据反演分析取值。现场调查判断，在暴雨作用下，滑坡整体产生明显的蠕滑拉裂变形迹象，后缘和前缘表现尤为明显，表明滑坡整体在暴雨工况下处于变形-滑动状态。因此，反演过程中稳定性系数取值如表1所示。

表1 滑坡稳定性分析计算参数取值

工况Ⅰ为天然自重状态；工况Ⅱ为自重+持续暴雨。

4.2.3 计算结果分析

根据上述计算，结果汇总于表2。

表2 计算结果汇总

由表2可知，在天然状态下，水城县尖山营滑坡的稳定系数为1.075，其结果大于1.05，小于1.15，坡体处于基本稳定状态；在持续强降雨条件下(饱和状态)，稳定系数为0.724，尖山营坡体处于不稳定状态。在连续强降雨，滑面岩土处于饱和状态的条件下，坡体发生滑坡。

通过稳定性计算表明，持续的强降雨对坡体的稳定性影响极大，坡体的自身形态在强降雨作用下，诱发了此次滑坡，因此水是促发此次滑坡的主要因素。

5 结论

通过对尖山营现场的详细地质调研，对滑坡的变形破坏特征、成因及稳定性进行了分析，得到以下结论：

1)滑坡体纵长约650 m，前缘横宽410 m，坡度上陡下缓，平均为20°，滑坡区面积约0.14 km2，厚度2～8 m不等，平均约6 m，体积约8.4×105m3。

2)此次滑坡主要在内因和外因的共同作用下启动，主要原因是多年来地下煤层开采，造成滑坡体土体松散，强降雨渗入坡体抬升地下水位，对坡体的自重有极大增加，软化滑动带土体，降低滑坡体的抗滑力，影响坡体稳定性。

3)根据定性分析结果，从坡体的物质组成来分析，滑坡体为浅地表为第四系松散体及全(强)风化泥岩层，滑带为易溶于水的粉砂质泥岩层，这些内在条件组合在一起为滑坡的启动提供了有利条件。根据定量分析结果，在持续强降雨条件下(饱和状态)，稳定系数为0.724，尖山营坡体处于不稳定状态，因此，强降雨是此次滑坡的主要诱发因素。