广汉市红层地区滑坡地质灾害形成机制

周亚辉 庞 鑫

（四川省华地建设工程有限责任公司，四川 成都 610400）

随着经济的发展，各级政府对地质灾害的防治工作越来越重视，同时对于丘陵地区，红层地区的滑坡防治工作就显得极为重要，因此对广汉市红层地区滑坡的形成机制研究，对揭示滑坡形成机制和防灾减灾具有重要的现实意义。

1 数据源

根据广汉市风险调查评价，广汉市区域地质环境总体上来说，广汉市条件简单，地质灾害分布较为集中，主要集中在东部丘陵地区。根据调查，广汉市目前发育地质灾害共42处，其中滑坡灾害30 处，占全市地质灾害的71.4%，崩塌共发育12 处，占比29.6%，由此可见，广汉市主要发育滑坡地质灾害。

2 浅表层土质滑坡的形成条件

区内残坡积物是由下覆砂岩和泥岩风化形成的，继承了母岩的物理、水理性质。在降雨作用下，雨水沿坡积层中的空隙和裂隙入渗至下覆基岩层，由于基岩为相对隔水层，并软化基覆界面，最终形成滑坡（见图1）。

图1 浅表层土质滑坡概化图

2.1 地形地貌条件

斜坡坡度对滑坡的发育起着重要的作用，它在一定程度上控制了坡体的应力分布、覆盖层的厚度及微地貌等。由滑坡区自身地质环境条件所决定，斜坡太缓，上覆土层提供的下滑力不足以克服滑动面的摩擦力发生下滑；而斜坡太陡，坡脚的应力集中，长时间的应力集中会导致斜坡变形，失稳，所以坡度太缓或太陡的斜坡在长期的地质作用下会失稳破坏难以保留。

滑坡孕育形成与坡形的关系是密切相关的。适度的坡形产生滑坡的几率更高。据调查，被人工改造过后的斜坡由于植被变得稀疏，且农溉水的长期浸泡，导致该类斜坡稳定性反而较崩坡积、滑坡堆积层斜坡差，在降雨作用下，极易快速饱水，导致失稳破坏。凹形坡多出现在老滑坡体上，在地质历史时期，老滑坡体滑动后,滑坡周界与下错滑体形成一个圈椅状凹形“盆地”,在其后的沉积过程中逐渐形成凝箕状地形,其前缘不具备良好的临空条件。凸形斜坡反映了河谷下切速度由慢而快的过程,多为新生型滑坡或老滑坡的复活。广汉市浅表层土质滑坡坡形统计见表1。

表1 广汉市浅表层土质滑坡坡形统计表

2.2 物质结构条件

只有特定的斜坡结构才能满足滑坡变形演化的物质条件。覆盖层主要成分为残、坡积物粉质粘土和粉质粘土夹碎块石，是由附近或原地岩块、岩石风化土等物质形成的。据统计表明，在广汉市红层斜坡体中，如果残坡积层厚度超过5m，地下水将无法入渗到基覆界面，就不能形成软弱带。

2.3 地层岩性条件

广汉市浅表层土质滑坡的滑体岩性一般为第四系残坡积层，为粉质粘土夹碎石组成。这是由于红层软岩的岩体结构特征、物质组成、力学特征、物理力学、水理性质等方面所致的。红层泥质软岩较软弱、强度低、力学性质差、水敏性强，浅表层出露基岩多为全风化～强风化，结构面发育，一方面成为滑坡体的物质来源；另一方面，红层软岩遇水易软化、泥化，常于上部覆盖层与下部基岩分界处形成软弱带，这为滑坡的发生提供了天然滑移面。

2.4 诱发因素条件

据统计表明，广汉市红层区内的浅表层土质滑坡，95%以上的滑坡与降雨有关，可见降雨入渗对浅表层土质滑坡的作用包括化学作用和物理作用。

物理作用主要会引起土体含水量的变化，土体多项强度指标与饱和度有着密切的关系。当粉质粘土饱和度由50%升高至80%时，粘聚力缓慢减小，当饱和度超过80%时，粘聚力急剧下降，土的抗剪强度也随之降低。

化学作用主要表现在水对基覆界面的软化作用。雨水自地表入渗以后，通过表层土体空隙和裂隙入渗至基覆界面，由于基岩的渗透系数远远小于上部覆盖层，为相对隔水层，对上覆土体形成扬压力，进一步降低了坡体的稳定性，一旦下滑力超过抗滑力，导致失稳破坏。

3 浅表层土质滑坡的过程分析

通过调查研究，现将浅层土质滑坡的变形演化过程划分为三个阶段：初始变形阶段、蠕变变形阶段、加速变形破坏阶段。

初始变形阶段：广汉市自然地表坡度多为10°～25°，大部分居民民房都修筑在半山腰或斜坡后缘。为了民房修筑的方便，在斜坡开挖过程中，由于没有多余的放坡范围，开挖形成的坡角一般近乎垂直地面，多数处于70°～80°。并且在民房在修筑过程中，对土体进行基础开挖、场地整平后，通常采用条石进行边坡前缘的支挡，这种方式对滑坡的发生具有一定的控制作用，但其稳定性不高；大部分农村民房都未进行边坡前缘地支挡，在未支挡的情况下易造成边坡前缘的临空，为滑坡的发生提供了一定的条件。在多次降雨作用下，斜坡发生缓慢的蠕滑。变形开始出现，以张开度较小的拉裂缝为主（见图2）。

图2 初始变形阶段

蠕变变形阶段：后缘张拉裂缝形成后，利于降雨入渗坡体。降雨时，斜坡在水压力和土体自重作用下，变形进一步发展。后缘裂缝张开度增大，滑坡后界出现主弧形裂缝，两侧出现张扭性裂缝，前缘出现少量裂缝。该阶段房屋建筑出现开裂现象，但不会产生大的破坏。在没有降雨时，斜坡一般不发生大的变形，斜坡的变形和降雨存在密切的关系，并具有滞后效应（见图3）。

图3 蠕变变形阶段

裂缝扩张破坏阶段：后缘拉裂缝被完全拉开（图4）。在一场强降雨作用下，斜坡沿着岩、土界面滑动，发生失稳破坏。坡体中部会出现局部垮塌，台坎，前缘出现鼓胀带。房屋出现不均匀沉降，墙体大量开裂，地面隆起。

图4 裂缝扩张破坏阶段

4 堆积层土质滑坡的形成机制

4.1 堆积层土质滑坡的形成机制分析

堆积层滑坡是沿某个剪应力集中面发生的滑动，滑动面为圆弧形滑动面。堆积层滑坡主要发生在斜坡具有临空优势的部位，由于堆积层较厚，容易向着临空面方向形成应力集中，在降雨作用下，岩土体力学性质降低，坡体容易沿着剪应力集中面滑动破坏(图5)。

图5 堆积层滑坡概化图

4.1.1 地形临空面外倾

堆积层滑坡一般在30°～50°之间。无论是崩坡积成因，还是滑坡堆积成因，最终堆积体斜坡坡度多以自然休止角分布，修建房屋时对地基的处理和屋后斜坡、陡坎的开挖，常形成较好的临空面。在强降雨作用下或是前缘开挖形成临空面条件下易于失稳。

4.1.2 地层岩性较软

堆积层滑坡是沿着土体内部的剪应力集中面滑动形成的，滑动面是土体内部的一个弧形滑动面，所以堆积层滑坡的组成物质主要为第四系松散覆盖层，粉质粘土为浅黄色粉质粘土或褐红色粉质粘土，厚度一般在5～10m。红层地区较厚的松散覆盖层一般为斜坡崩坡积物或滑坡堆积物在斜坡某个洼地或具有临空优势的地方堆积形成，它们同样具亲水性强、遇水易软化的典型特点，为滑坡的孕育形成提供了良好的物质基础。

4.1.3 斜坡结构应力集中

斜坡的结构条件对滑坡的变形规模及变形破坏模式有着关键的控制作用，堆积层滑坡是指斜坡土体在局部临空条件优越的地方沿着堆积层土体内部的圆弧形面向临空方向变形滑动。它一般发生在覆盖层较厚的斜坡体上，其坡面形态为折线性，在局部具有临空优势的斜坡体上，在靠近临空面的土体内，其最大主应力由垂直于坡面方向逐渐向平行于坡面的方向转变，并最终形成剪应力集中，在降雨诱发下，斜坡失稳，向临空面方向发生变形破坏。

4.1.4 诱发因素条件

4.1.4.1 降雨

根据对广汉市区内堆积层滑坡的调查研究发现，降雨是堆积层滑坡的一个主要诱发因素。降雨过程中，由于土是三相物质，土体中存在很多空隙，雨水沿着空隙渗入坡体，一方面增加了坡体物质的含水率，增加坡体的自重，导致坡体下滑力增强。另一方面雨水自地表入渗以后，在雨水与土体接触的过程中，由于堆积层滑坡土体的亲水性强、易软化，进而雨水将持续软化土体，导致其力学性质降低，抗滑力下降，土体下滑力一旦超过抗滑力将导致斜坡失稳破坏。

4.1.4.2 人类工程活动

人类工程活动也是诱发堆积层滑坡的另一个重要因素，包括道路修建造成的边坡开挖，修建房屋时对地基的处理和屋后斜坡、陡坎的开挖，在斜坡上修筑灌溉水渠等。这些工程的开挖在斜坡体上形成了较好的临空面，改变了坡体内的应力分布，使原来在坡体中连续分布的应力变得不连续，造成应力重分布，引起开挖处应力集中。在降雨条件下，斜坡缓慢蠕滑，很容易失稳。

4.2 堆积层土质滑坡的演化过程分析

通过对多个堆积层滑坡的调查分析的得出，堆积层滑坡主要发生在斜坡具有临空优势的部位，由于堆积层较厚，容易向着临空面方向形成应力集中，在降雨作用下，岩土体力学性质降低，坡体容易沿着剪应力集中面滑动破坏。其形成、变化和发展过程其主要影响因素就是降雨。因此，堆积层滑坡的形成演化主要有以下四个阶段（见图6）。

图6 堆积层滑坡形成演化过程图

红层地区沟谷两岸或汇水条件集中的坳地，斜坡覆盖层较厚，覆盖层通常为粉质粘土夹碎石组成，结构较松散，同时沟谷的切割在斜坡前缘形成了非常好的临空面（图6（a））；由于堆积层较厚，斜坡前缘又具有非常好的临空条件，在自重应力作用下，斜坡向临空方向发生缓慢的蠕变变形，并在斜坡坡脚和斜坡后部某个位置形成应力集中，并在斜坡后缘形成拉裂缝（图6（b））；在强降雨作用下，雨水沿着空隙渗入坡体，一方面增加了坡体物质的含水率，增加坡体的自重，导致坡体下滑力增强。另一方面雨水自地表入渗以后，在雨水与土体接触的过程中，由于堆积层滑坡土体的亲水性强、易软化，进而雨水将持续软化土体，导致其力学性质降低，斜坡内部裂缝持续往下扩展，沿着应力集中面形成一贯通的圆弧形滑面（图6（c））；在圆弧形滑面形成贯通后，在降雨诱发下，土体下滑力一旦超过抗滑力将导致斜坡发生失稳破坏（图6（d））。

5 结论

广汉市红层地区的滑坡类型主要为浅表层土质滑坡，这类滑坡滑体物质主要由残坡积物构成。通过以上分析其最主要形成条件有地形地貌与斜坡结构类型双重作用，主要诱发因素为降雨。其演化过程分为:a.初始阶段：斜坡临空面松散物堆积；b.初始阶段：斜坡临空面缓慢蠕变变形；c.变形阶段：持续变形滑面贯通;d.破坏阶段：斜坡发生失稳破坏。