黄土—泥岩接触面滑坡发育特征及稳定性评价——以伊犁大洪纳海沟滑坡为例

曹小红，许 涛，王伟中，蔡明明，龚 泽

（1.新疆工程学院，新疆乌鲁木齐 830000；2.新疆地质灾害防治重点实验室，新疆乌鲁木齐 830000）

黄土滑坡是我国重要的滑坡类型之一，根据滑坡体物质组成及滑面的发育位置，将黄土滑坡进一步划分为黄土层内滑坡、黄土—泥岩接触面滑坡、黄土—泥岩顺层滑坡和黄土—泥岩切层滑坡四种基本类型[1]。黄土—泥岩接触面滑坡主要指黄土沿下伏泥岩等接触面滑动的黄土滑坡，是黄土发育区主要的滑坡类型之一。伊犁地区是我国17 个黄土集中分布区之一，也是地质灾害较为发育的区域之一。伊犁滑坡的结构类型分别是黄土+泥岩结构、黄土+基岩（灰岩）结构和黄土+砂砾石+软岩（泥岩）结构[2]，其中黄土—泥岩接触面滑坡是伊犁滑坡灾害的重要类型之一，具有发生频繁，且在雨季/融雪季节以及丰水期具有“群发性”的特点，给当地居民的生产生活带来较大的危害。本文在前人研究成果的基础上，分析总结了大洪纳海沟黄土—泥岩滑坡的滑坡形态、滑坡结构、活动特征等，运用定量计算方法，对该滑坡的稳定性进行评价，为减灾防灾提供参考[3-4]。

1 大洪纳海沟滑坡基本特征

大洪纳海沟滑坡位于研究区省道S237线西南侧约80m的山坡处，该滑坡平面形态整体呈“喇叭形”，坡向320°，坡度23°～30°，主体滑坡滑动方向为85°；滑坡体高150m，纵向长达300m，横向宽约900m，分布面积约5.4×104m2[5]。滑坡体坡面呈复合形态，顶部为平台，上部稍陡，中部及下部较为平缓。滑坡体表面凹凸不平，滑体滑动方向散乱、滑体变形破坏严重，坡面经再次滑动、流水冲蚀等作用形态较为复杂。滑坡后壁平面形态呈直线型，由西北向东南延伸，后壁形态较为明显，处于斜坡中上部，滑坡后壁呈陡坎状，坡度45°～75°，高度3～6m。滑坡前缘出露于斜坡坡脚部位，平面形态以舌形为主，前缘鼓胀，坡度较为平缓。滑坡体中部有2处基岩出露（图1a），对斜坡第四系残坡积物覆盖层（滑体）的下滑起到了缓冲和分流作用，在两处基岩出露区域之间及两侧形成了3个不同方向滑动的次级滑坡体H1、H2、H3，呈“川”字形分布（图1a）。这3个次级滑坡被2条切割较浅的冲沟分割，这2条冲沟的走向分别为52°和94°。在H1和H2之间的冲沟内的基岩底部有地下水溢出，沿冲沟缓缓流向斜坡下方坡底（图1b）。在坡体表面发育有鼓丘、坡面冲沟、地下水溢出点等，未发现明显的裂缝、滑移面、滑床和剪切口[5]。

图1 大洪纳海沟滑坡体形态及地质现象a.滑坡体形态（镜头指向西）；b.滑坡区工程地质图；1.等高线；2.植被覆盖区；3.地质剖面位置；4.物探剖面位置；5.浅井位置

2 滑坡形成条件

2.1 岩土体性质与结构

滑坡区出露基岩属侏罗系地层，裂隙较发育，主要由互层的泥岩、砂岩组成，属软岩—较软岩，抗风化、剥蚀能力弱，泥岩遇水易软化。基岩顶部泥岩全风化为土状物，浸水后呈泥状、流塑，形成滑带土。相对结构较为松散的含砾粉质粘土和砂、砾层直接覆盖在侏罗系基岩上，构成滑坡体，是滑坡发生与发展的物质基础。岩土测试分析结果表明，滑坡体粉质粘土中含砾，土层虫孔、大孔隙构造和垂直节理比较发育；砂砾层结构松散，透水性强。在长期春季融雪水和雨水及地下水的作用下，上部土层的抗剪强度随着含水量的增加迅速下降，而成为易滑地层[6]。

2.2 地形条件

滑坡区为凹形缓微冲沟地形，为水体的聚集提供地形条件，松散物质在降水汇集坡面流、坡面冲沟水及地下水长期入渗软化、冲刷及潜蚀作用下，抗剪强度明显降低，形成不稳定的坡体。

2.3 地下水

该滑坡为坡积层土质滑坡，可见地下水溢出，促使滑移面发育。地下水长期入渗坡体表层松散堆积层，基岩顶面泥岩透水性相对较差，从而基岩顶面和覆盖层底部附近岩土体饱水状态长期偏高，大部分岩土体处在饱和状态，入渗地下水对堆积层底部及基岩顶面泥岩形成浸泡、软化和潜蚀作用，在堆积层底部和基岩顶部形成连续的软弱带（滑带土），滑带土抗剪强度降低无法承受坡体施加的下滑力作用时，就会发生滑坡[5]。

2.4 大气降水

降雨和融雪不仅为地下水提供了补给，还在隔水层之上形成局部上层滞水。降水及融雪水入渗使得坡体土层的含水量不断增加，一方面增加了坡体的自重、增大了下滑力，另一方面也降低了土体的抗剪强度，形成了软弱滑带土，破坏了坡体的稳定平衡状态。周期性大气降水导致上述过程重复发生，在多次重复剪切下使滑带土体抗剪强度不断降低，从而诱发形成滑坡。季节性的降水及融雪，亦使得土体抗剪强度遭到累积性破坏，加之地下水参与的季节性冻融作用也会使土体的力学性质趋于劣化，更加大了滑坡发生的可能性[7]。

3 稳定性定量分析

3.1 边坡二维计算模型

野外地质剖面和探井工程显示，该滑坡体上部为第四系上更新统残坡物层，下部为风化破碎的泥岩夹砂岩层。残坡积层的厚度在3.8～10.2m，平均厚度7m。根据勘探线剖面显示该滑坡为“黄土+泥岩”的二元结构（图2），物探剖面测量显示该滑坡的结构类型为黄土层+侏罗系泥岩层[2]。滑坡的稳定性计算模型分别以滑坡PM2、PM3、PM4主勘探线剖面进行稳定性计算，稳定性评价时分别以PM2、PM3、PM4剖面为主进行评价。

图2 PM3实测地质剖面

3.2 计算方法选取

根据伊犁地区已经发生滑坡形态和西部地区黄土滑坡研究成果，确定其滑面以折线形为主，故本次滑坡稳定性计算采用剩余下滑力，用瑞典条分法计算稳定系数，下滑推力计算采用传递系数法。利用理正边坡稳定性分析软件对滑坡进行稳定性分析并计算下滑推力。

研究区滑坡已发生变形，反演参数时将滑坡恢复到刚滑动的瞬间，即认为滑坡正处于极限平衡（k=1）的状态，反演滑带土的抗剪强度参数。

3.2.1 稳定系数计算（瑞典分析法）

瑞典条分法是条分法中最古老而又最简单的方法，除假定滑动面为圆柱面及滑动上体为不变形的刚体外，还假定不考虑土条侧面上的作用力，不考虑地下水作用其计算式[8-9]：

式中：Ks——稳定性系数；

Wi——第i条块的重量，kN/m；

Ci——第i个条块内聚力，kPa；

φi——第i个条块内摩擦角，（°）；

αi——第i条块滑面倾角，（°）；

A——地震加速度，g。

3.2.2 下滑推力计算（传递系数法）

滑坡推力计算公式[8-9]：

Pi=Pi-1ψ+KstTi-Ri

其中：

下滑力：Ti=Wi(sin αi+A cos αi)

抗滑力：Ri=Wi(cos αi-A sin αi)tan φi+CiLi

传递系数：ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tan φi

式中：Pi、Pi-1——第i块、第i-1条块滑坡推力，kN/m；

Kst——滑坡稳定性系数；

Ci——第i个条块内聚力，kPa；

φi——第i个条块内摩擦角，（°）；

Li——第i个条块沿滑动面的长度，（m）。

3.3 物理力学参数及稳定性系数确定

物理力学参数包括重度、粘聚力c和内摩擦角φ，其中重度取室内试验平均值，确定PM2 剖面天然状态下为20.93kN/m3，饱和状态下为23.45kN/m3，PM3 剖面天然状态下为20.93kN/m3，饱和状态下为22.45kN/m3，PM4 剖面天然状态下为20.93/m3，饱和状态下为22.45kN/m3。本次勘察对通过钻孔、浅井取到的岩土样进行了c、φ值测定，但这些数据不能准确反映滑坡滑带土的抗剪强度，严格的说，即使取到滑带土土样，几个点的测试数据也不能完成全反映整个滑带土的性状，所以c、φ值的取值显得十分困难。

据以往对此类滑坡的勘察经验，c、φ值的选取采用试验、经验数据类比和反演计算相结合的方法确定。根据岩土力学性质指标试验结果，参考以往此类滑坡勘察工作提供的经验值，综合考虑该滑坡取c 值为10.050kPa，φ值则采用反演计算的方法求出，公式如下：

式中：α——滑动面与水平面的夹角，（°）；

W——滑块重力，kN；

c——滑带土的平均粘聚力，kPa；

φi——第i个条块内摩擦角，（°）；

Ks——稳定系数，取1.0；

Li——第i个条块沿滑动面的长度。

3.4 不同工况下稳定性分析

根据现状特点，稳定性分析按现状天然条件、暴雨导致土体饱和及地震等影响因素进行工况选择。

滑坡稳定性分析计算状态选以下三种工况：

工况1：现状工况；

工况2：暴雨或久雨工况（强度重现期为二十年的暴雨）；

工况3：暴雨或久雨+地震工况。

工况分析中，物理力学参数根据试验数据、经验数据和反演计算结果综合确定，稳定性计算中安全系数根据表1确定。

表1 滑坡稳定性安全系数

工况1 现状条件：重度取天然状态重度，滑动带抗剪强度指标取室内试验、反算结果和经验值综合确定值，稳定性计算中稳定性系数取1.05。

工况2 暴雨或久雨条件：重度取饱和状态重度（根据饱和重度计算公式γsat=γ(G+e)/(1+e)求得）；根据经验，一般粉质粘土浸水饱和后粘聚力c值降低约为原值0.43倍，内摩擦角φ值降低约为原值0.83倍[10]，滑动带饱和抗剪强度指标根据规范和经验进行取值。稳定性计算中稳定性系数取1.05。

工况3暴雨或久雨+地震工况条件：物理力学参数取值与工况2 相同；地震系数由表2 确定，地震烈度为Ⅷ度，地震系数取0.15[8,11]，稳定性计算中稳定性系数取1.01。确定稳定性计算的各项物理力学参数见表2。

表2 稳定性计算物理力学参数选用表

3.5 滑坡推力计算参数确定

选取滑坡体中主滑方向的主勘探线作为反算剖面，反算时稳定系数取1.0。天然状态假定c值反求φ值；饱和状态下的抗剪强度指标根据经验粘聚力c值降低约为原值0.43倍，内摩擦角φ值降低约为原值0.83倍计算。综合实验结果、反算结果和经验分析，确定推力计算的各项参数见表3。

表3 滑坡推力计算参数一览表

4 稳定性评价

滑坡稳定系数计算结果见表4。

表4 滑坡稳定系数F计算结果

定量计算结果显示（表4）：该滑坡现状工况下稳定系数F＝1.72078～1.75253＞1.15，处于稳定状态；暴雨工况下稳定系数F=1.13310～1.15898≥1，处于基本稳定状态；暴雨+地震工况下稳定系数F=0.91245～0.94450＜1，处于不稳定状态[9]。

5 结论

（1）伊犁大洪纳海沟滑坡为黄土—泥岩接触滑坡类型，具有黄土+基岩的二元结构。

（2）在现有工况和暴雨工况下，该滑坡处于稳定/基本稳定状态，在暴雨或久雨+地震工况下，处于不稳定状态。