四川汉源县二道坪滑坡成因及稳定性分析

董建辉, 唐 然, 李大鑫, 李海军

(1.成都大学建筑与土木工程学院， 成都 610106； 2.四川省地质工程勘察院集团有限公司， 成都 610072；3.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)

在地质灾害中滑坡是最为常见和最为频发的灾害，每年在世界上都会造成巨大的经济损失和人员伤亡[1]。由于地质构造复杂、新构造运动强烈，滑坡灾害在四川西部地区极为发育[2]，例如，2017年四川茂县新磨村滑坡，造成83人死亡[3]；2018年8月6日四川汉源康家坡滑坡，造成了1人失踪，威胁10户36人的生命财产安全[4]。

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，例如，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；邹德兵等[6]以汤章滑坡为工程背景，通过现场地质勘查及实时监测资料，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[7]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[8]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；常亚婷等[9]通过对滑坡区的详细调查，结合三维数值模拟方法对其滑坡成因机制进行了分析；朱永浩[10]、张大权等[11]和李海军等[12]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[13-14]。因此，为了保护二道坪附近居民的人身安全及财产安全，对二道坪滑坡成因及稳定性的分析，以期为其边坡的治理提供科学可靠的依据。

1 滑坡区地质环境条件

滑坡区位于四川省汉源县大渡河中游，流沙河右岸中山斜坡区，人工耕作形成梯级耕地，梯坎高度0.5～2.0 m，整体地势表现为北高南低，滑坡区平面图如图1所示。

图1 滑坡区全貌图

2 滑坡特征分析

2.1 发育特征

滑坡体平面形态呈“圈椅” 状，近东西向展布，后缘高程1 361 m，前缘高程1 334 m，相对高差27 m。该滑坡区整体地势西高东低，坡体平均坡度11°，主滑方向为100°，纵向长约174 m，横向宽约92 m，滑坡体面积约1.50万m2，滑体平均厚度约4.5 m，体积约6.75万m3，属小型滑坡。如图2所示。

图2 滑坡区工程地质平面图

2.2 物质与结构特征

滑体厚度分布从纵向上看，后部厚度相对较厚，一般3～7 m，前部厚度较薄，一般2～5.5 m；从横向上看，右侧较薄，中间和左侧较厚，最厚可达7 m。从整个滑体纵向来看，越往上部碎石含量越高，越往下部碎石含量越少；从横向来看，中部碎石含量较高，两侧碎石含量相对较少；从滑体垂直分布特征来看，越往上部粗巨粒土含量越低。

据钻探与探槽资料显示，近基岩顶部为含角砾粉质黏土，碎石含量相对较低，滑坡变形体中前部滑动带(面)为基覆界面，滑带土为含角砾粉质黏土，黄色、黄褐色、褐红色，具有弱膨胀性，局部见擦痕，角砾呈次棱角状。上部含碎石粉质黏土结构松散，渗透性好，降雨入渗软化基岩顶部含角砾粉质黏土层，降低其抗剪强度，从而易形成滑动带(面)；滑坡变形体后部坡体为含碎石粉质黏土，结构松散，渗透性好，局部黏粒富集，具有弱膨胀性，碎石含量相对较低，存在相对软弱面，潜在滑带土为的含碎石粉质黏土。前缘由粉质黏土和含碎石粉质黏土组成，结构松散，局部地带受地下水影响存在粉质黏土，具有弱膨胀性，含水量较高，抗剪强度较低，易形成滑动带(面)。如图3所示。

图3 滑坡区现场图片

3 滑坡成因机制分析

3.1 滑坡控滑因素

根据现场环境条件和调查所揭示的滑坡体结构，滑坡的控滑因素主要有地层岩性、地质构造、地形地貌、降雨。

(1)地层岩性：滑坡区基岩主要为浅变质细粒钙质石英砂岩，间夹薄层状碳质页岩，软硬相间的岩层力学性质较差，滑坡面为薄层状碳质页岩。

(2)地质构造：近场地区构造行迹主要有九襄断裂、金坪断裂及宜东向斜，场地区位于宜东向斜的东南翼，并位于一次生背斜核部偏北东翼，倾角变化较大。金坪断裂、九襄断裂分别位于场地区的北西、南东两侧，场地区距离最近的金坪断裂约5 km，造成了该区域应力场背景值高，局部存在特殊的高应力集中机制，造成了背斜核部基岩面有一定的缺失，也造成了滑坡的右侧比左侧低十余米。

(3)地形地貌：区地貌类型为中山深切割地貌。滑坡坡体后缘及左侧坡度较陡，滑坡体主要为崩滑堆积，其物质结构较松散，坡度10°～20°，从地形地貌上来看，利于汇水渗入到滑面；利于滑坡变形的产生和进一步发展。

(4)降雨：是滑坡发生的主要诱因，因为地形地貌利于降雨入渗坡体，增加土体自重，降低土体力学参数，孔隙水压力增大，造成滑坡沿着基岩面进行了滑动，滑坡经过滑动之后，目前滑坡残留体处于稳定状态。

3.2 滑坡形成演化过程

根据现场调查所揭示的现象，分析了在滑坡形成过程中起到关键作用的因素，滑坡演化示意图如图4所示。滑坡的形成机制如下。

图4 滑坡演化示意图

(1)河流快速下切，坡体前缘坡度随之变陡，为滑坡的形成提供了临空面。

(2)滑坡位于一次生背斜核部偏东北翼一百余米，受背斜的影响岩体结构破碎，经过长时间的风化作用粉砂岩顺着炭质页岩进行了活动，其炭质页岩裸露在地表中。

(3)蠕滑变形体后缘和侧缘的陡峻山体受到长时间的物理风化剥蚀逐渐崩落，为滑坡提供了滑体物质来源。

(4)崩塌堆积于滑坡的薄层状碳质页岩基岩面上，这个为滑坡形成提供了潜在滑面的条件。

(5)崩塌堆积体经过长期雨水的浸泡，其薄层状碳质页岩基岩面进一步软弱化，逐渐成为滑面。

(6)在一次强降雨的情况下，滑坡体顺着薄层状碳质页岩基岩面进行了滑动，在蠕滑变形体前缘的冲沟堆积，形成了目前地形地貌的状态，在无外界的因素干扰下，该滑坡及其堆积体保持了稳定状态。

4 滑坡稳定性分析

滑坡稳定性分析，就是将复杂的边坡问题精简化，首先通过现场勘测对边坡的稳定性进行宏观分析，然后建立力学模型转化为静力平衡问题，分析某一点处或某一个面的受力情况，最后通过受力情况来判断边坡是否处于稳定状态。根据二道坪滑坡区变形破坏迹象、物质组成及结构特征，结合区内地质环境及影响滑坡稳定性的主导因素，分别从定性和定量两个方面对区内稳定性展开研究。

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与粉质黏土，滑带为易溶于水的粉质黏土层，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：由于地面开挖，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；如遇持续暴雨，雨水将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

根据坡体物质组成的分布特征，坡体物质分布相对均匀，结合本地区的工程经验，综合确定土体土容重值。天然状态下土体土容重(γ天)综合取值为19.8 kN/m3，饱和状态下土体土容重(γ饱)综合取值为20.5 kN/m3。根据室内试验资料，按野外调查期间暴雨工况下稳定系数选取1.15，进行参数反算；此时坡体处于基本稳定状态，稳定性计算参数取值如表1所示。

表1 滑坡滑带土C、φ值综合取值表

采用综合野外与室内分析的滑面即软弱面来计算，滑面呈折线形，故稳定性计算采用折线型滑动面计算公式，剩余下滑力计算按传递系数法。

稳定性计算公式按折线型公式计算，稳定系数Kf计算如式(1)所示：

(1)

(2)

Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDn

(3)

(4)

式中:Kf为稳定性系数；Wi为第i条块自重，kN/m;Wn为第n条块自重，kN/m；TDi为第n-1计算条块上坡体下滑力，kN/m；RDi为第n-1计算条块坡体抗滑力，kN/m；ru为孔隙压力比；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；Rn为第n计算条块坡体抗滑力，kN/m；Tn为第n计算条块坡体下滑力，kN/m；ai为第i条块坡面倾角，°；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(重力加速度g)。

4.2.2 计算工况

根据现场调查及已有资料可知，滑坡范围为耕地，拟建建筑尚未修建，可不考虑建筑荷载；滑体组成物质结构松散，渗透性好，可不考虑动静水压力对滑坡的影响；滑坡范围内无稳定地下水位，不考虑地下水的影响；工作区地震烈度为Ⅶ度，要考虑地震荷载；工作区降雨集中，暴雨多发，要考虑暴雨增加滑体自重及对滑带软化的影响(采用20年一遇暴雨)。综上所述，选定3种工况进行滑坡体稳定性计算评价。工况Ⅰ：自重工况；工况Ⅱ：自重+暴雨工况；工况Ⅲ：自重+地震工况；工况Ⅳ：自重+暴雨+地震工况。

4.2.3 计算结果与分析

根据上述计算，结果汇总如表2所示。

表2 滑坡稳定性计算成果表

由表2可知，在天然状态下，二道坪滑坡的稳定系数为1.71，其结果大于1.15，坡体处于稳定状态；在持续强降雨条件下(饱和状态)，稳定系数为1.05，其结果大于等于1.05，小于1.15，坡体处于欠稳定状态；在暴雨和地震共同作用下，坡体发生滑坡。

通过稳定性计算表明，持续的强降雨和地震对坡体的稳定性影响较大。

5 结论

通过对二道坪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)滑坡区整体地势西高东低，坡体平均坡度11°，主滑方向为100°，纵向长约174 m，横向宽约92 m，滑坡体面积约1.50万m2，滑体平均厚度约4.5 m，体积约6.75万m3，属小型滑坡。

(2)滑坡的主要在内因和外因的共同作用，主要原因是坡体开挖，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含角砾粉质黏土层，滑带为易溶于水的含角砾粉质黏土层，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1.05，二道坪坡体处于欠稳定状态，在地震和暴雨条件下将会启动滑坡。

(4)二道坪滑坡位于四川省汉源县大渡河中游，该区域上部地层主要为粉质黏土，处于可塑-硬塑状态，局部地带受地下水影响呈可塑状粉质黏土，地质环境条件较差。通过对二道坪滑坡成因机制及稳定性分析，为汉源县大渡河中游其他工程治理提供可靠依据。