会理县邹家湾子滑坡成因机制及稳定性分析

彭培雄 刘岁海 罗明 韩民赛

［关键词］ 滑坡；成因机制；稳定性分析；FLAC3D；安全系数

［摘 要］ 以四川省凉山彝族自治州会理县邹家湾子滑坡为研究对象，采用综合勘察方法对滑坡的发育特征、工程地质条件进行详查，继而对滑坡的成因机制进行分析，再基于FLAC3D软件从天然和暴雨两种工况对滑坡进行稳定性评价，数值计算显示：滑坡体在天然工况下滑坡的安全系数为1.25，滑坡体最大水平位移量为4.5 cm，最大竖向位移量为3 cm，有小范围的应力集中现象，滑坡体变形收敛；而暴雨工况下滑坡的安全系数为0.9，滑坡体最大水平位移量超过10 cm，最大竖向位移量超过6.4 cm，有大范围的应力集中现象，滑坡体变形不收敛。预测天然工况下滑坡体发生小变形且处于稳定状态，滑坡体不会突然发生滑动，然而强降雨将诱发滑坡体复活。

［中图分类号］ P642.22；S157  ［文献标识码］ A  ［文章编号］ 1000－0941（2023）05－0066－05

滑坡是最常见的地质灾害，一旦失稳则容易造成房屋倒塌、人员伤亡。诱发滑坡的因素很多，如降雨、边坡开挖以及地震等。滑坡稳定性分析的方法多种多样，极限平衡法与数值分析法是目前最常用的两种。

研究区会理县属于川西地区，地质构造复杂、新构造运动强烈，因此发育了很多滑坡灾害，尤其在2008年“5·12”汶川地震发生后，诱发了大量的滑坡，造成巨大损失[1-2]。本研究利用FLAC3D软件对会理县邹家湾子降雨诱发滑坡的过程及机制进行分析，以期对滑坡灾害预防提供参考。

1 邹家湾子滑坡概况及特征分析

1.1 工程地质条件及滑坡概况

邹家湾子滑坡位于会理县内东乡横山村8组。滑坡在平面上整体呈现一种不规则的“圈椅状”，滑坡前缘高程约为1 927 m，后缘高程约为2 022 m，相对高差为95 m，滑坡整体表现为上缓下陡，坡度多在22°～25°，主滑方向为331°。滑坡平均坡长200 m，平均宽180 m，覆盖层厚度在5.4～11.8 m，滑体平均厚度8 m，滑坡体积约28.8万m3，属于中型土质滑坡，滑坡区见图1。

滑坡主要由第四系滑坡堆积粉质黏土夹角砾、碎石组成，多为微湿状态。从滑坡形态以及变形特征分析，整个滑坡呈多级阶梯状。滑坡后缘为山脊地带，覆盖层相对较薄，厚度约3 m，滑坡右侧发育剪切裂缝，裂缝长4～8 m，张开度5～10 cm，地形无明显变化，滑坡左侧位于坡体陡缓交界处，在靠近后缘位置可见基岩出露，滑坡前缘为一小型冲沟，常年有水，但流量较小。

1.2 滑坡体岩土分区

滑坡目前表现为堆积体滑移，可能沿基覆界面滑动，钻探结果显示：①滑坡体表层为耕作土，厚度2.3～3.5 m；②耕作土以下为含碎石粉质黏土层，土层呈黄褐色，可塑，碎石含量在10%～15%，粒径一般在0.5～20.0 mm，偶见块径大于0.5 m的大块石；③滑坡体后缘可见基岩出露，基岩为白垩系下统小坝组砂泥岩互层，岩层较硬，裂隙发育，可见软弱夹层，夹层处岩心破碎。滑坡岩体类型主要为我国西南地区常见的红层岩体，不稳定，较容易发生滑坡。

1.3 滑坡体变形破坏特征

根据现场走访调查，滑坡自变形以来，每年均会出现少量滑移，1992年7月发生过一次大规模滑动，位置在滑坡中上部，形成古滑面，至今该滑面依旧是滑坡体最脆弱的部位。滑坡变形主要发生在雨季，以蠕滑变形为主。到目前为止，该滑坡并未造成人员伤亡及财产损失。滑坡变形主要表现为后缘局部蠕动下错，前缘出现一定程度的土溜，在滑坡后缘及右侧分别发育有张拉裂缝和剪切裂缝（见图2），其主要特征见表1。

2 滑坡的形成机制

从邹家湾子滑坡周边地形条件来看，滑坡后缘为山脊地带，覆盖层相对较薄，滑坡右侧发育剪切裂缝，滑坡左侧位于坡体陡缓交界处，滑坡前缘为一小型冲沟，具备滑坡形成条件。首先，滑坡体主要成分为含碎石粉质黏土，结构比较松散，孔隙度比较大，为滑坡的发生提供了必要条件，滑面以下为粉砂质泥岩，岩性属于亲水岩，抗风化能力弱，极容易被水软化，在暴雨工况下，地表水大量下渗进入坡体，底部粉砂质泥岩的透水性相对较差，成为相对隔水层，使坡体饱和，地下水的动水压力和对坡体物质的软化作用降低坡体抗剪强度，这就为滑坡的变形和不稳定创造了条件；其次，滑坡前缘可见一小型冲沟，沟内水流长期对坡脚进行掏蚀，使坡体前缘局部临空，一定程度上也为滑坡的局部复活提供了有利条件；最后，由于前期坡体的蠕动产生了大量裂缝，连续的降雨提高了滑体的容重，从而降低了滑带强度，使得坡体的稳定性降低，从而诱发牵引式破坏。现场踏勘发现，滑坡前缘局部垮塌，后缘发育张拉裂缝，右侧发育剪切裂缝，近期整体滑坡处于缓慢蠕动形变阶段，以后可能逐步形成深部张拉裂缝，达到滑坡临界状态。滑坡体现有的变形裂缝加速了降雨入渗，在强降雨入渗作用下，会使土的抗剪强度大大降低，坡体内部土体容重增大，即降雨会加速滑坡的进一步变形，诱发滑坡复活。

3 邹家湾子滑坡稳定性数值模拟

本研究数值模拟通过ANSYS辅助建模，再导入FLAC3D软件进行计算，建模过程中将岩土体视为弹塑性材料，采用Mohr-Coulomb模型計算了邹家湾子滑坡在天然工况、暴雨工况下的稳定性。滑坡模型剖面见图3。

3.1 数值计算模型

模型单元类型为四面体单元，模型网格含11 594个节点，34 291个单元。 彭培雄等：会理县邹家湾子滑坡成因机制及稳定性分析滑坡区自上而下地层分为含碎石粉质黏土、强风化粉砂质泥岩、中风化粉砂质泥岩3种。数值计算模型及网格划分见图4。

3.2 岩土力学参数选取

3.3 计算结果分析

对数值模型进行应力初始化计算，得出初始垂直应力场分布（见图5）。由计算结果可知，应力场随地面起伏呈层状均匀分布，无异常状态，地层越深应力越大。该数值计算模型无网格划分错误，可进行下一步计算分析。

3.3.1 位移场分析

图6为两种工况下数值计算得到的滑坡水平位移云图，当滑坡变形不发展时，则滑坡变形收敛，反之则不收敛。图6（a）天然工况下滑坡体位移较小，在无外力条件下变形不再发展，最大水平位移发生在坡体中部的平台上方，滑坡体变形收敛，最大水平位移约4.5 cm。图6（b）暴雨工况下，滑坡体孔隙水压力增大，强度降低，滑坡变形主要表现为后缘局部蠕动下错，前缘出现一定程度的土溜，在滑坡后缘及右侧分别发育有张拉裂缝和剪切裂缝，该滑坡属于牵引式滑坡，滑坡体沿古滑面发生滑动，其中坡体中部平台以上的部分水平位移大于滑坡体前部，最大水平位移超过10 m（变形未收敛）。

图7为滑坡竖向位移云图。由图7（a）可知，天然工况下滑坡体竖向位移较小，最大竖向位移发生在平台上方的坡体中后部，最大沉降量为3 cm。暴雨工况下滑坡体竖向变形不收敛，因此图7（b）中坡体竖向变形很大并且坡体沿古滑面滑动，其中坡体中后部的竖向位移大于坡体前部的，最大竖向位移发生在滑坡体后缘和滑坡中部平台上方的斜坡内部，最大竖向位移量超过6.4 m。

图8为滑坡体的总位移云图。对比两种工况发现，暴雨工况下的滑坡体发生很大的变形，且远远大于天然工况的。由于滑坡体前部坡度较缓，因此滑坡体前部的变形小于后部的。滑坡表现为多级滑坡，沿滑坡中部的平台可将滑坡分为两级，平台上方的次级滑坡体变形大于平台下方的。可见，饱水状态下，坡体中部平台上方较陡的斜坡会先失稳，随着该部分滑体向前滑动，滑坡体前部坡度较缓的部分也发生滑动，从而引发整个滑坡体复活而整体下滑。天然工况下坡体最大总位移量为5.3 cm，暴雨工况下坡体变形不收敛，即图中的滑坡体还在继续发生滑动。

3.3.2 应力场分析

图9、图10分别为滑坡体内部最大、最小主应力分布云图。图9（a）显示，天然工况下坡体滑带附近有小范围的最大主应力集中现象，主要发生在坡体中部平台下方。图9（b）显示暴雨工况下滑带附近发生大范围的应力集中。对比发现，暴雨工况下滑带附近最大主应力集中范围大于天然工况。同样，图10中暴雨工况下滑带附近最小主应力集中现象比天然工况明显。

图11为滑坡体内部的主应力迹线。天然工况和暴雨工况滑坡体内的主应力均发生偏转，尤其在滑带附近，主应力方向发生偏转更明显，最大主应力方向近似平行于滑面。此外，暴雨工况下的最大主应力明显大于天然工况。

3.3.3 潜在滑面分析

最大剪应力增量能反映边坡可能的滑动变形趋势，图12为滑坡体内部的最大剪应力增量云图。通过FLAC3D自带命令，对天然工况和暴雨工况下分别进行强度折减计算，当计算出的安全系数等于1时说明滑坡体处于极限平衡状态；当安全系数大于1时说明滑坡体处于稳定状态，在没有外力的情况下不易发生滑动；当安全系数小于1时，滑坡的稳定性很差，处于失稳状态。图12（a）显示天然工况下滑坡体的安全系数为1.25，潜在滑面仅发生在坡体中部小范围内，潜在滑面没有贯通坡体前部和后部，因此滑坡不会发生滑动。图12（b）显示暴雨工况下滑坡体的安全系数为0.90，潜在滑面贯通整个滑坡体前部和后部，并从滑坡体中部的平台剪出，因此滑坡会沿着潜在滑面发生整体滑动。暴雨工况下滑坡表现为多级滑坡，以滑坡中部平台为界，可将滑坡分为上部次级滑块和下部次级滑块，滑坡体后部次级滑块的潜在滑面贯通坡面，从滑坡平台后剪出。根据数值模拟，在暴雨工况下，地表水长期渗入岩体，导致红层岩体面受水浸泡软化，逐渐形成贯通，在长时间的演化过程中，滑坡极有可能转化为红层岩质滑坡，引发更大一级滑坡。

4 结 论

（1）鄒家湾子滑坡特征明显，滑坡变形主要表现为后缘局部蠕动下错，前缘出现一定程度的土溜，在滑坡后缘及右侧分别发育有张拉裂缝和剪切裂缝，该滑坡属于牵引式滑坡。

（2）通过数值模拟分析，邹家湾子滑坡在天然工况下安全系数为1.25，处于稳定状态，在暴雨工况下安全系数为0.90，处于不稳定状态。通过位移云图分析，暴雨工况下的滑坡体发生了很大的变形，且远远大于天然工况。暴雨工况下发生了大范围的应力集中现象，且最大主应力明显大于天然工况。通过潜在滑面分析，天然工况下潜在滑面没有贯通坡体前部和后部，滑坡不会发生滑动，暴雨工况下滑坡表现为多级滑坡，滑坡体后部次级滑块的潜在滑面贯通坡面，从滑坡平台后剪出。在暴雨工况下，地表水长期渗入岩体，滑坡极有可能转化为红层岩质滑坡，引发更大一级滑坡。

[参考文献]

[1] 董建辉，唐然，李大鑫，等.四川汉源县二道坪滑坡成因及稳定性分析[J].科学技术与工程，2021，21（22）：9258-9263.

[2] 王壮，苏雷，时伟，等.基于FLAC数值模拟的巧家县白泥沟滑坡稳定性分析[J].青岛理工大学学报，2022，43（1）：24-30.

［作者简介］ 彭培雄（1996—），男，福建泉州人，硕士研究生，研究方向为地质工程；通信作者刘岁海（1971—），男，陕西咸阳人，副教授，硕士，主要从事工程地质勘察与评价方面的工作。

［收稿日期］ 2022-08-19

（责任编辑 杨傲秋）