山区碎石土滑坡形成原因分析及稳定性评价

周新伟 赫星学 吴 翼 苟安田

（1.四川二八二核地质工程有限公司，四川 德阳 618000；2.云南万蓝工程勘察设计有限公司，云南 昆明 650051）

0 引言

我国受两大地震带影响，地质灾害频发，给人民群众的生命财产安全造成严重的威胁。滑坡作为最频发的地质灾害之一，众多学者对其进行了深入研究。许强等[1]对甘肃黑方台滑坡形成机理进行了分析，明确是因为灌溉导致孔隙水压力过大，土体液化，引起整体滑动。杜文杰等[2]认为降雨增加了土体静水压力和动水压力，对土体抗剪强度造成影响。刘磊等[3]分析了降水对浅层滑坡的影响，表明降雨时间、强度、基质吸力对坡体的稳定性都有影响。谭银龙等[4]通过数值模拟发现，岩质边坡的稳定性受裂隙发育程度影响很大雨水通过裂隙进入坡体引起渗流场发生变化，土体基质吸力降低，对坡体稳定性造成影响。裴小龙等[5]采用试验和数值模拟等方法，验证了水库蓄水对滑坡稳定性的影响。张秋霞等[6]基于具体滑坡得出坡体稳定性受地形、断裂、岩性等因素影响，并认为降雨是其诱发滑坡的主要原因。还有许多专家和学者[7-10]研究了典型滑坡的形成机制和稳定性。

本文以山区碎石土滑坡为例，采用野外调查、钻探、测绘等技术手段，查清滑坡规模、发育阶段、成因，分析出诱发滑坡的主导因素，为定量分析提供依据。通过对该滑坡形成机制的分析和稳定性的评价，为滑坡治理工程提供理论基础，对同类型滑坡的认识和研究提供借鉴。

1 区域概况

某滑坡位于云南省红河县红河支流垤玛河流域范围内。滑坡区属亚热带山地季风气候，气候温和，年平均气温15.9℃。该地区雨量充沛，旱季和雨季分明，年平均降雨量1628mm，80%的雨量集中在6~10月。

滑坡区域地处哀牢山系中部，属构造侵蚀-剥蚀中山地貌，位于红河与泗兰江近分水岭东侧，两条河流下切强烈，区内山高谷深，山脉走向与构造线方向一致，近南北展布。下覆地层岩性为三叠系上统一碗水组（T3y）强风化泥质砂岩，滑坡体主要为第四系残坡积层（Q4el+dl）碎石土。滑坡区域所处的地质构造比较复杂，地处哀牢山压扭性断裂带内的垤玛冲断层附近，受区域构造的影响和作用，区段内的岩层发生强烈褶曲，岩层产状变化大，节理裂隙发育，浅层岩层风化强烈，较破碎。滑坡区抗震设防烈度7度，地震加速度值为0.10g。

2 滑坡体基本特征

2.1 表观特征

滑坡体平面形态近长方形，呈南北向展布，如图1所示。

图1 滑坡平面示意图

滑坡体主滑动方向177°，平均坡度30°；横宽约75m，纵长约40m，平面面积约0.45×104m2，平均厚度约7.5m，滑体方量约3.4×104m3，属小型滑坡。滑坡前缘剪出口最低高程1357m，后缘最高高程1390m，相对高差33m。滑坡体后缘以拉张裂缝界定，分布在1369~1390m之间，裂缝发育在便道南侧，与便道走向基本一致。滑坡体前缘没有发生明显的剪出或隆起等变形迹象，依据地形条件、地层岩性等综合确定，以斜坡底部地形陡缓转折部位界定为滑坡前缘，分布在1357m~1360m之间。滑坡西侧以剪切裂缝及延伸方向界定，剪切裂缝变形明显，坡体剪切位错，外围未见变形，裂缝延伸方向与后缘发育的裂缝相接。东侧没有出现剪切变形，以地形低洼区为滑坡东侧边界。滑坡整体上北高南低，坡面植被较发育。

2.2 形变特征

据调查，该滑坡的形变特征主要表现为地表裂缝，根据成因分为滑坡引起的裂缝和不均匀沉降形成的裂缝。滑坡引起的裂缝根据力学性质不同分为拉张裂缝和剪切裂缝两大类，两种裂缝在该滑坡均有出现。拉张裂缝常呈弧形，在受拉力作用下延伸较长，所形成的弧形指向滑坡滑动方向；剪切裂缝在剪应力作用下比较顺直，常呈梭形，延伸不远。地基土不均匀沉降引起的裂缝形态较复杂，裂缝宽度不一，常见的有正八字裂缝和斜向裂缝，裂缝形成速度快，形成之后变形缓慢。该滑坡变形主要以张拉裂缝和剪切裂缝为主，分布在滑坡后缘及两侧。沉降引起的地表裂缝分布在村道公路，整体上不均匀沉降形成的裂缝不发育。滑坡区域裂缝统计情况如表1所示。

表1 滑坡区域裂缝统计表

2.3 岩土结构特征

滑坡体主要由第四系残坡积碎石土组成，整个滑体结构单一，以浅层分布的含碎石粉质粘土为主，呈褐、褐红色，可~硬塑状，稍湿~湿，切面有光泽，碎石含量15%~20%，粒径一般在0.2~0.5cm 之间，棱角-次棱角状。碎石成分主要为强风化砂岩、泥岩，厚5.3~8.0m，底部与强风化岩层接触带的碎石含量少，含水量较高，呈可塑状，平面上厚度变化为：从东至西呈中间厚两侧薄，自北向南呈上薄下厚的特征，分布较稳定。

下覆基岩为三叠系上统一碗水组（T3y）强风化泥质砂岩，岩层产状为325°∠5°，节理较发育，裂隙面呈舒缓波状，微张，泥质充填；薄~中厚层状，岩体完整性差，属碎裂结构，钻探岩芯存在差异性风化，局部地段岩芯呈短柱状，为稳定岩层。从钻孔揭露情况来看，该滑坡的滑动带位于残坡积层与强风化泥质砂岩的接触带。滑动带的碎石含量少，呈可塑状，在斜坡地段顺坡均有分布，亲水性强，遇水易软化。

3 滑坡成因分析

3.1 地形和地质条件

3.1.1 不利的地形条件

滑坡区整体地形较陡，坡度在25°~35°之间，相对高差较大，1390m以上地形坡度为25°~30°之间，1390m以下地形坡度在30°~35°之间，形成上缓下陡的折线坡地形，滑坡前缘主要为陡斜坡，存在应力释放的临空面，为坡体的变形和滑动提供了条件。

3.1.2 不利的地质条件

滑坡体主要为碎石土，含有15%~20%碎石，在地下水作用下，滑带土体抗剪强度降低，为滑坡变形提供了动力条件。下覆基岩为三叠系一碗水组强风化泥质砂岩，裂隙发育一般，风化程度较高。在表层碎石土和基岩接触面之间，由于存在岩土体风化程度、渗透性、物理性质等差异，两者之间易形成明显的交接地带，钻孔资料也同样表明，在表层第四系碎石土与下覆基岩之间部分区域存在滑动面。该层面主要由含碎石粉质黏土组成，界面粘性土含量增加，含水量较高，呈可塑状，导致抗剪强度下降。

3.2 降雨因素

降雨往往是引发滑坡的直接因素，降雨不仅会增加坡体岩土的容重并改变坡体应力分布，还会降低滑带土的抗剪强度。降雨入渗补给地下水的过程中，基岩和覆盖面之间的岩土体存在渗透差异，导致地下水位有所升高，下滑方向的渗透力增大，由于滑床较上部的碎石土渗透性强，而位于滑床附近碎石土的粘粒含量较高，渗透性较弱，易形成局部上层滞水带，使滑带土的含水量增大，加大土层的湿容重，造成土体自重荷载增加；同时，降雨入渗还会增大土体动水压力和静水压力，影响土体抗剪强度。此外当降雨在地表形成径流时，由于坡面为松散土层，会对坡面形成冲刷和动水压力，破坏原有坡脚和坡面，改变坡体结构和应力分布。滑体及滑带土在入渗水的物理及化学作用下抗剪强度会降低，同时，非饱和带孔隙水压力变化也将使其抗剪强度大幅度降低。

3.3 居民活动因素

居民建筑及乡村公路的修建形成了边坡，对坡体径流产生影响，破坏了坡体原有的平衡状态。该滑坡体前缘坡体为高陡坡，在坡体前缘作用力牵引下，后缘坡体发生变形，导致前缘进一步破坏变形，整个滑坡体发生失稳破坏。因此，坡脚房屋建设和坡体生产活动进一步降低了坡体的稳定性。

4 滑坡体的稳定性评价

4.1 定性评价

根据野外调查和分析，该滑坡面积约0.45×104m2，体积约3.4×104m3，依据滑坡划分标准，该滑坡属小型滑坡。坡体前缘以陡缓交界处为界，边坡有明显的变形裂缝，整体坡度30°，坡体后缘较为平缓，属牵引推移复合式滑坡。目前滑坡后缘以张拉裂缝为主，坡体两侧出现剪切裂缝，滑坡前缘整体变形不明显，坡体处于蠕滑变形阶段。根据对该滑坡体的分析，从变形特征来看，滑坡整体处于欠稳定状态，在强降雨等极端情况下坡体存在沿基岩-覆盖界面发生大规模滑动的可能。

4.2 定量评价

4.2.1 计算剖面选取与参数确定

根据滑坡体基本特征，采用折线法进行稳定性计算。从滑坡岩土体的结构分析结果来看，构成潜在滑面的区域主要是工程性质存在明显差异界面、力学性质变化较大的层面。因此，选取三条剖面作为计算模型，分别为1-1′、2-2′、3-3′，计算剖面的位置以及剖面情况如图2和图3所示。

图2 滑坡区域计算剖面位置

图3 滑坡稳定性计算剖面图

勘查结果显示，滑带土体整体薄，且部分区域未发现该层土体，根据土样试验结果结合反算法、区域经验值法等综合确定土体的相关参数，见表2。

表2 滑坡岩土体物理力学参数取值表

4.2.2 计算公式

运用折线法[11]进行滑坡稳定性计算，计算公式如下：

4.2.3 计算结果

为全面分析滑坡在各种工况下的稳定状态，稳定性分析采用天然工况、暴雨工况、地震工况三种工况进行计算分析。计算结果如表3所示。

表3 滑坡稳定性计算结果

根据折线法计算滑坡稳定性的结果表明：滑坡在天然工况下稳定系数在1.032~1.079之间，处于欠稳定~基本稳定状态；在暴雨工况下稳定系数在0.961~1.001 之间，处于不稳定~欠稳定状态；在地震工况下稳定系数在0.977~1.023之间，处于不稳定~欠稳定状态。

5 结束语

综上所述，根据野外调查和分析得出滑坡面积约0.45×104m2，滑体平均厚度约7.5m，滑坡体体积约3.4×104m3，属牵引推移复合式小型浅层滑坡；该滑坡的失稳受多种因素共同影响，其中，降雨是诱发该滑坡变形滑动的主要因素；滑坡体主要为碎石土，坡体变形以张拉和剪切裂缝为主，处于蠕滑变形阶段。计算结果表明：坡体在暴雨或地震不利工况下稳定系数为0.961~1.023，处于不稳定~欠稳定状态，滑坡在不利工况下启动可能性大。