草坪上滑坡形成機制及其穩定性評價

孫瑜，曾四和，曹樹波

（四川省核工業地質調查院，成都 610061）

草坪上滑坡形成機制及其穩定性評價

孫瑜，曾四和，曹樹波

（四川省核工業地質調查院，成都 610061）

位于九寨溝雙河鄉的草坪上滑坡屬高烈度大型滑坡，一旦失穩，危害嚴重。通過對滑坡地質背景、結構特征和變形破壞特征的分析，確定該滑坡變形屬重力蠕滑型。結合試驗資料，通過參數反演確定計算參數，利用傳遞系數法對滑坡穩定性進行定量評價。評價表明，在天然、地震或暴雨工況下，滑體整體處于穩定狀態。暴雨條件下，其前緣穩定性迅速降低，可能失穩。

草坪上滑坡；地質特征；形成機制；穩定性；評價

草坪上滑坡位于九寨溝縣雙河鄉草坪上村，白水江左岸的斜坡地帶，坡腳有雙河鄉水泥廠，對岸為雙河鄉集鎮和中和村，205省道從雙河鄉通過。雙河鄉距離九寨溝縣城約8km。該滑坡縱向總長約850m，后緣稍窄，橫向寬約110m，中前部較寬，寬約550m，平面面積約3.5×105m2，據鉆探揭露，滑體平均厚30m?；驴傮w積約1 000×104m3，屬大型滑坡（圖1）。

“5.12”地震使得草坪上滑坡體滑動加劇，造成多處沉陷、裂縫和前緣垮塌，致使草坪上村村民86戶共467人被迫搬遷，所幸無人員傷亡。

目前該滑坡危害對象主要為堵塞白水江、損毀坡下水泥廠，其次為白水江對岸的雙河鄉、中和村村民及205省道。據不完全統計，受該滑坡有直接或隱患威脅較大的人數約2 000人。

1 滑坡區地質環境條件

草坪上滑坡前緣為第四系松散臺階式陡坎，剪出口之下為基巖陡坡，坡度在45°～55°之間，植被覆蓋率較差，沖溝發育，斜坡形態上完整性差；中部為一小型臺塬，原草坪上村位于其上，地形較平坦，平均坡度5°～10°，“5.12”地震后，村民已陸續搬遷到別處，現主要為耕地，其間亦有陡坎發育，高5～6 m，延伸10～30m不等，近垂直于主滑方向；后緣為斜坡地形，坡度40°～50°，植被較發育，也有多級臺坎發育?；潞蟊跒橐桓呒s8m、長15m的陡坎?；麦w后緣之上山頂較渾圓，為一山原地貌，土地肥沃，有大量耕地分布。

圖1 草坪上滑坡工程地質平面圖Fig.1 Geological engineering plan of the landslide

2 滑坡基本地質特征

滑坡體的兩側邊界主要受地形及地質特征的控制，南北兩側以山脊為界，后緣最高處在陡壁的中部，前緣邊界在臨空面中部的基巖與松散層接觸帶附近；在平面上呈現為中前部寬、頂上部窄的“扇”形體，剖面上表部地形表現為前緣、后緣陡，中部相對平緩的“座椅形”。

滑坡為大型土質牽引式滑坡，主滑方向為245°。草坪上滑坡又是一古滑坡。從地貌形態上，發現其具有上小下大的塔式外貌，淺表層的錯臺、陡坎發育，橫向裂隙也分布密集，可以推斷古滑坡屬于牽引式滑坡。因早期滑坡體上下各段滑動速率的差異，在微地貌上表現為臺階狀，從下至上可分為5個臺階（圖2）。第一臺階：剪出口至草坪上村平臺外側坡體上部；第二臺階：外側坡體上部至村莊里側坎腳，即村莊所在平臺；第三臺階：村莊里側至后緣坡腳部位；第四臺階：后緣坡腳至后緣中上部陡坎；第五臺階：后緣中上部陡坎到后緣滑壁。

圖2 草坪上滑坡縱剖面圖Fig.2 Longitudinal profile of the landslide

滑坡體由第四系松散堆積層沿與基巖接觸面附近的殘坡積層（滑帶土）發生滑動而形成，據鉆孔和露頭斷面揭露，其主要物質成分從地表至下依次為黃土、含碎石的角礫土、殘坡積層（滑帶土）等，局部夾塊石透鏡體。

滑帶物質為含礫粘土，呈灰－黃褐色，中密。角礫、碎石的主要成分為強風化灰巖，礫石含量為20%，粘土含量為80%。鉆孔巖芯中土體揉皺現象明顯，泥質含量高，部分細顆粒呈定向排列，遇水呈軟塑狀態，力學性質極差?；瑒訋У撞繛樗缮优c基巖的接觸帶，揭露的殘坡積層厚度為1.5～3.1 m，其中的滑帶土厚度為0.2～0.5m。

滑面主要依據地質測繪、鉆探、槽探等綜合確定?；娲笾略诨步缑娓浇瑸檎劬€和鋸齒形的組合，滑面外傾，具有前緣陡、中部緩、后緣陡等特征。在縱向上呈近似圓弧的折線型，橫向上為凹形弧面，形態總體與原自然地形相似。在滑面上，據現場開挖揭露，多處可見清晰的擦痕。在外側坡體中部滑面附近有少量潛水滲出。

滑床為二疊系下統黑河組上段的灰巖夾砂巖、板巖組成?；矌r層層理和板理發育，層間結合力較差，層面上可見擦痕與摩擦鏡面。在構造作用下，巖層中節理裂隙發育，裂隙面多平直光滑，張開1～5mm，裂面多鐵質，部分為紫紅－黃褐色風化次生物和粘土充填?；矌r體完整性較差，局部呈碎塊狀?；麦w的剪出口位于前緣強風化灰巖內部。

3 滑坡變形特征及形成機制分析

3.1 變形特征

滑坡在先后所經歷的多期滑動中多表現為錯動、垮塌，形成陡壁、裂縫，并由裂縫發展演變成塌陷坑。據現場不完全統計，滑坡體上共發現72條裂縫，28個塌陷坑。

在滑坡體的前緣，即第一臺階所在區域，邊坡高陡，坡頂與白水江水面最大高差在350m以上，順坡面坡角38°～48°，見垮塌解體后形成的10m以上的陡坎錯臺。張裂縫的可見延伸長度10～30m不等，可見深度1～2m，縫寬一般10～30cm，最寬可達50cm，局部寬度近1m；裂縫是在前緣松散土體崩解后向臨空面垮塌形成的，多為拉張裂縫。

第二、三臺階所在區域，即滑坡體的中部，地形較平緩，為原草坪上村居民的住宅、林地和耕地分布區。在搬遷后原有村民房屋舊址的墻上，仍可看見規模不等的裂縫。分布在平臺上林地里的裂縫性質為拉張裂縫，可見長度10～15m不等，寬度20～40 cm不等，可見深度30～40cm，見9個大小不等的塌陷坑。據調查走訪，在靠近滑坡體較平緩段后部坡腳部位，前、后高，中部低的凹陷溝，溝底寬30～50m，為古滑坡形成，現為耕地。

第四、五臺階所在區域，即滑坡體的后緣，坡角30°～45°，最頂部見滑面陡壁，坡面中部見錯動后形成的陡坎，高度一般為3～5m，局部8～15m，將后緣坡體分割成2個臺階。坡腳和坡體中部有拉張裂縫數條，裂縫的可見延伸長度10～20m，可見深度1～2m，縫寬30～50cm。

滑坡體近南北兩側，可見規模相對較小的裂縫數條，縫寬3～10cm，可見延伸長度大于10m。主要為剪切裂縫，由中部向下整體滑動后形成，在兩側側面以剪切破壞為主，裂縫未張開，為規模較小的錯動，局部可見兩條呈“X”形分布。同時也存在一些順主滑方向的剪切裂縫。

3.2 滑坡形成因素分析

草坪上滑坡的滑動與環境因素和人為因素是密不可分的。

自然條件和環境因素具體又可分為：

地形地貌條件：滑坡前緣和后壁陡且臨空，中部較緩。

物質組成條件：表層大部分為垂直節理發育的黃土，遇水崩解濕陷；下部為碎石土或角礫土，結構較松散，未膠結；底部含粘粒的角礫土中泥質含量高遇水呈軟塑狀態，力學性質極差。

氣象條件：滑坡區地處川西高原氣候的暖溫帶干濕河谷氣候區，每年降雨多集中在雨季（5～9月），這必然導致夏、秋兩季坡體內空隙水壓力的激增。

地震條件：滑坡所在的九寨溝縣所處地質構造單元具有較強構造活動性，據《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001，2008年版），九寨溝縣抗震設防烈度達8度。

人為因素具體又可分為：

村莊建設：草坪上村位于滑坡中部，村莊規模的不斷發展壯大，使得坡體重量不斷增加。

人為改變水文地質條件：滑坡區內的農田多為反坡梯田，使得坡體表面粗糙度增加，地表水易于下滲。此外，村民生產生活用水的不合理排放，也導致大量地表水入滲滑坡體中，浸潤滑坡體。

植被破壞：隨著人類活動加劇，草坪上滑坡所處地區很多植被遭到破壞，使得區內水土流失嚴重，生態環境日益脆弱。

3.3 滑坡破壞機制分析

滑坡前緣坡陡，坡度達40°，有很好的臨空條件，致使坡體向坡前臨空方向發生剪切蠕變。滑坡體土層結構松散，坡體表層大面積分布的黃土中垂直節理極為發育，加之淺部的塊碎石粒徑分布不均，級配差，架空現象明顯，造成雨季高強度的集中降雨后，大量雨水入滲坡內，使滑坡和滑帶土飽水程度增高，滑體容重增大，重力勢能增加，滑帶土抗剪強度減小，又進一步加速了坡體向下的蠕滑變形?；轮骰魏蜖恳蜗蚯耙苿庸餐茢D抗滑段滑體，促使主拉裂縫向滑體兩側延伸并張開加大和下錯，滑體中前部出現眾多拉裂縫、錯臺、塌陷坑?；碌臏\生時效變形進入累進性破壞階段，一旦潛在剪切面被剪斷貫通，則發展為滑坡。加之滑坡區人類活動的影響，加速了蠕滑變形，從而形成蠕滑－拉裂型滑坡。

4 穩定性評價

4.1 計算方法及參數選取

根據滑面的形態，采用以極限平衡理論為依據的折線形滑面條分法和傳遞系數法來計算滑坡的穩定性系數和剩余下滑力。

通過室內巖土試驗、工程類比分析和參數反演，綜合確定了滑坡穩定性及推力計算的物理力學參數，具體取值見表1。

4.2 穩定性計算及評價

根據滑坡的地質背景及形成機制，以及九寨溝縣所處的特殊地理構造位置，計算中主要考慮降雨和地震等因素，選取工況如下：自重；自重＋地震；自重＋暴雨。計算剖面如圖3，計算結果見表2。

表1 草坪上滑坡物理力學性質指標建議值Table 1 Proposed values of physical and mechanical indexes for the landslide

圖3 滑坡體Ⅱ－Ⅱ′剖面穩定性計算條分圖Fig.3 Stripe map of stability calculation for SectionⅡ－Ⅱ′

從表2的計算發現，由于滑體厚度和滑床形態在橫、縱向上的變化較大，各控制性剖面的穩定系數變化較大，這也反映了滑坡穩定性在空間上的變化較大。Ⅰ－Ⅰ′、Ⅱ－Ⅱ′和Ⅲ－Ⅲ′主勘探剖面在3種工況下整體均處于穩定狀態。而分塊計算表明，3條主勘探剖面的第一臺階在暴雨工況下處于欠穩定－基本穩定狀態。正因為如此，該滑坡體在歷史上，第一臺階在暴雨等因素的誘發下，強變形區的前緣陡坎產生錯動、垮塌，形成錯臺和坡面碎屑流等，牽引中、后部也產生了規模不等的滑動變形破壞。

5 結論及建議

（1）草坪上滑坡為大型牽引式土質滑坡，變形破壞模式為漸進后退式，目前仍處于蠕滑變形中。

（2）滑坡從地表形態、物質組成和內部結構等方面都具有分區分段性，這與其發育過程和形成機制密不可分。

（3）滑坡形成機制分析和穩定性計算結果表明，滑坡在現今條件下是穩定的，在地震工況下滑坡前緣穩定系數明顯下降，偏于基本穩定；在暴雨工況下，滑坡前緣將沿主滑方向發生失穩。

（4）建議采取以下措施防止災害的發生：加強滑坡變形的監測，建立并完善滑坡災害的預警系統；完善地表截排水工程；填筑滑坡區內的裂縫和塌陷坑；在滑坡前緣興建抗滑支擋工程。

表2 草坪上滑坡穩定性計算成果匯總Table 2 Results of stability calculation for the landslide

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FORMATION MECHANISM OF THE CAOPINGSHANG LANDSLIDE AND ITS STABILITY EVALUATION

Sun Yu，Zeng Si－he，Cao Shu－bo
（Sichuan Institute of Nuclear Geology，Chengdu 610061，China）

The landslide，a large－scale landslide of high－intensity located at Shuanghe Township of Jiuzhaogou，will cause serious hazards in case of instability.It is determined as a gravity－creep type through an analysis of its geological background，structural features and deformation－failure characteristics.The transfer coefficient method is applied to assess its stability quantitatively，with experimental data used and calculation parameters determined by the parameter inversion method.It is assessed to be stable as a whole in natural，earthquake or heavy rain conditions，yet with the possibility of its leading edge being unstable in storms.

Caopingshang Landslide；geological features；formation mechanism；stability；evaluation

P642.22

A

1006－4362（2011）04－0061－05

2011－02－16 改回日期：2011－10－09

孫瑜（1984－ ），男，助理工程師，2006年畢業于成都理工大學，主要從事水文地質及工程地質研究。