强降雨诱发茅台镇某滑坡复活变形机理及稳定性研究

阮 凡 何旭东 唐文佳 陈佳斌

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000）

0 引言

强降雨是引起滑坡复活变形破坏的最广泛的诱因之一［1-3］。除了浅表的剧烈浸润侵蚀作用下引起浅层滑坡以外，强降雨还会造成坡体入渗条件良好的深层老滑坡的复活变形破坏［4-5］。通常该类滑坡的启动受到地形、降雨持时、坡体结构、岩土体水敏感性等因素的影响，而斜坡稳定性也是由前述多因素共同耦合作用控制的［6-7］。

2019年主汛期以来，仁怀市持续降雨，茅台镇（6月1日—7月30日降雨量达302.6 mm），多地出现地质灾害险情。7月29日17时05分，茅台镇仁文村海椒坪滑坡地质灾害隐患点产生新的开裂变形，滑坡区多处产生滑塌，滑坡地表裂缝呈现加剧发展趋势。本研究基于现场调查、坡体长期监测及室内岩土体试验结果等，对强降雨条件下滑坡的复活成灾机理与演化规律进行了深入分析。总结了研究区该类滑坡的破坏特征，相关成果可为西南山区强降雨触发滑坡灾害科学防治与应急管理提供参考与借鉴。

1 研究区环境地质条件

研究区地貌类型属侵蚀低山河谷地貌，地貌类型顺应构造迹象发育。根据现有地貌及地质骨架推测，地质历史上滑坡区应为连续的山体，然而软硬相间岩组遭受两组倾共轭节理切割后在内外地质营力作用下发生大规模的崩塌滑坡，形成滑坡区今天的地貌轮廓，即多级宽缓平台与陡缓斜坡相间的似槽状地形。

研究区主要有第四系全新世以来发生崩滑堆积而成的含碎石粉质黏土、碎石土、碎块石夹粉质黏土、侏罗系中统沙溪庙组砂岩夹泥岩。区域水文地质条件较简单。根据滑坡区钻孔地下水位量测，滑坡体地下水位埋深在0~19.5 m，地下水受滑坡中后部高位水池渗漏就近补给影响，总体水位趋势为中后缘埋深大于前缘，但局部受早期老崩滑堆积体堆积物质的分纵向坡渗透系数差异较大，如图1所示。

图1 钻孔揭露岩层及地下水埋深特征

2 滑坡基本特征及岩土体特性

2.1 滑坡形态

海椒坪滑坡为老崩滑堆积层滑坡，纵剖面上由三级宽缓平台与陡缓斜坡交替组成，初始变形时间为1985年，历年来处于蠕变阶段，受近期持续强降雨影响，老滑坡部份复活，变形更加强烈，如图2所示。老滑坡纵长约410~490 m，横宽约130~280 m，厚度3~20 m，平均厚度15 m，总体积150×104 m3，面积8.3×104 m2，主滑方向217°，平面形态为“倒舌形”，滑面为折线型，为大型中层推移式堆积层滑坡。

图2 滑坡全景及分区图

2.2 滑体特征

滑体土结构复杂，成因为老崩滑堆积体，物质组构成层性差，物质成分以碎块石夹粉质黏土、碎石土、黏性土夹碎石、含碎石粉质黏土为主，厚度0.5~20 m，稍密~中密，多为黄褐色、灰褐色，稍湿~湿润，表层为硬塑状，中下部为可~软塑状，粉质黏土无摇振反应，稍有光滑。

2.3 滑带特征

现场开展了地表工程地质测绘、钻探、井探和槽探等多种勘探手段，同时通过13个钻孔测斜监测滑坡变形，如图3所示。测斜数据和滑坡后缘探井开挖揭露滑动面情况，滑面（带）追踪和沿着老崩滑堆积体与下伏基岩层面发育，形成以该界面形态为主的非线性形的滑面（带），滑带土为软塑的粉质黏土夹少量碎块石。从钻孔地下水位观测可知，大部份滑带土处于地下水位以下，处于饱水状态。滑坡深部位移监测曲线总体为“r”型，为滑坡典型滑动面位移特征曲线，例如钻孔测斜ZK06孔，如图4所示。

图3 滑坡全景及分区图

图4 ZK06钻孔测斜位移曲线

2.4 岩土体参数

现场选取滑体土样9件；开展现场大剪实验6组；渗水试验9组；滑体土大重度试验6组。滑体土重度按室内试验与现场大重试验统计数据的平均值确定，含碎石粉质黏土、碎石土的天然重度取平均后与钻孔取样重度偏差率0.49%，说明钻孔取土样测试重度可靠度较高，故碎石土饱和重度按钻孔取土样饱和重度确定，其取值见表1。渗透系数前缘为0.545 m/d，中后部为0.933 m/d。

表1 滑体土重度 单位：kN/m3

现场大剪试验获取滑体原位强度参数见图5。实验时试样的制备和实验设备的安装应尽快完成，以保持试样的天然含水率状态。此次试验共完成测点7个，其中1、4号试体因数据异常舍去。试体分别施加梯度法向应力，再施加剪切应力。将试验数据进行线性拟合，得到内摩擦角为25.4°，黏聚力为18.0 kPa。

图5 现场大剪试验及抗剪强度参数

3 滑坡成因机理及稳定性评价

3.1 计算模型

计算模型主要是根据滑坡各勘探剖面，监测数据分析，结合地质环境条件和滑坡变形破坏特征建立的。滑坡选择4条典纵剖面进行计算（这里以2-2＇为例），分别计算老滑坡整体稳定性与滑坡Ⅰ区次级剪出部分的稳定性，计算模型如图6所示。计算参数根据前述前期现场试验和室内试验结果进行取值。设定计算工况1为自重+地下水+附加荷载（设防安全系数取1.20），工况2为自重+地下水+20年一遇暴雨+附加荷载（设防安全系数取1.15），工况3为自重+地下水+50年一遇暴雨+附加荷载（校核安全系数取1.10）。滑坡体渗透系数为1.08×10-5m/s~5.4×10-6m/s，渗透系数大于1×10-7m/s，地下水位以下范围内滑体取浮重度，计算渗透压力，抗滑力计算采用有效应力法。

图6 剖面2-2＇计算模型

3.2 模拟结果及成灾机理分析

计算结果表明，随着降雨量的增加，斜坡整体稳定系数逐渐降低，次级剪出口逐渐由基本稳定向欠稳定方向发展，表明在该地形及岩土地层条件下，强降雨加剧坡体的开裂变形，影响滑带及坡体岩土参数。为进一步探究滑坡变形机理，选取岩土体参数开展敏感性分析研究。影响滑坡稳定性主要因素包括滑带抗剪强度参数、滑体饱水情况及容重变化等。本次敏感性主要针对C、φ值做分析，计算选取2-2＇剖面次级剪出部分研究其变化对滑坡稳定性的作用，如图7所示。当C值每增加1 kPa时，则稳定系数提高在0.38%~0.99%，当φ值每增加1°时，则稳定系数提高在1.62%~7.11%，尤其是稳定系数小于1.05前段，变化斜率更陡。这表明抗剪强度参数Φ值较抗剪强度参数C值的敏感性强，说明Φ值对滑坡稳定性影响较C值大，由此可知降雨入渗和滑带土饱水程度是影响土体抗剪强度的关键因素。

图7 抗剪强度参数敏感性分析

前期研究表明，海椒坪滑坡主要受大气降雨、地下水、岩土结构和属性控制。首先，滑坡区地形成总为槽状地形，两侧为山脊，剖面上以阶梯状为主，总体呈现上陡中缓下陡的趋势，三级平台间临空条件好，下伏基岩为顺坡向结构，为滑坡的滑动与剪出提供了有利的条件。其次，松散堆积岩土组物质成分复杂，成层性差，土体渗透系差异大，有利于地表水垂直下渗。滑坡为顺向坡，出露地层为层状碎屑岩组，斜坡整体稳定性受软弱泥岩夹层控制，对水较为敏感。滑体土长期处于饱水状态，力学强度低，地下水赋存和泾流条件较复杂，易沿其下覆基岩面或内部产生滑动。最后，土体饱水和含水量丰富，顺坡向结构使得基岩裂隙水源源不断的补给老崩滑堆积体，软化含碎石粉质黏土层，地下水水力梯度发生改变，动水压力的形成不利于滑坡稳定。

4 结论

①该滑坡是由不利的地形地貌、岩土结构组合、持续降雨和地下水等自然因素诱发的老滑坡局部复活。目前滑坡整体处于稳定状态，中后缘次级剪出部分处于基本稳定及欠稳定状态，剪出口位于前缘陡临下部缓坡地段。

②强降雨引起了地下水渗透运移和滑坡岩土体参数劣化，从而触发了坡体位移并逐步加剧滑坡变形。在水致劣化作用下，内摩擦角对坡体稳定性的影响系数是黏聚力的5~7倍。

③如再遇类似2019年6—8月份的持续强降雨天气，滑坡体有可能出现较大规模变形，整体复活，甚至整体下滑形成泥石流，铲刮滑坡下部陡斜坡区强风化泥岩及土层，堵塞自然溪沟，形成堰塞湖，严重威胁自然溪两侧村民的生命财产安全。