錦屏專用公路K48＋722～800段滑坡形成機制分析

李宏俊，胡浩林，嚴明，劉明

（1.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059；2.中國水電顧問集團成都勘察設計研究院，成都 610072）

錦屏專用公路K48＋722～800段滑坡形成機制分析

李宏俊1，胡浩林2，嚴明1，劉明1

（1.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059；2.中國水電顧問集團成都勘察設計研究院，成都 610072）

通過對滑坡地質環境和變形監測的分析，論述從持續強降雨入滲，經土體飽水軟化，到滑動面孕育的滑坡形成機制。并通過數值模擬分析變形破壞前后應力場、變形場和破壞區的分布特征，以深化對滑坡變形破壞特征的認識。

滑坡；監測；形成機制；數值模擬

1 前言

2010年8月30日暴雨后，錦屏對外專用公路K48＋722～800段，高程從1 695m到1 777m的區域，變形破裂跡象明顯，形成一個邊界較為完整的滑坡，直接危及其下方20余戶居民的生命財產安全，成為專用公路工程安全的重大隱患。在實地調研和監測分析的基礎上，本文揭示滑坡變形破壞的機制，以期對治理工作有重要的參考和指導價值。

2 地質背景

滑坡區位于羊房溝左岸斜坡地帶，走向N50°～60°W，剖面呈上緩下陡的凸形坡形態（圖1），高程1 660～1 700m 以下坡度較陡（40°～45°）；高程1 800m 以上為滑坡平臺坡度 （20°～30°），高程1 800～1 700m之間坡度30°～35°。錦屏對外專用公路即從高程1 760m通過。

圖1 滑坡區1－1＇工程地質剖面圖Fig.1 1－1＇engineering geological section of the landslide

分布于斜坡的中上部的基巖，巖性為灰色板巖夾炭質板巖、石英砂巖，抗風化能力較弱；分布于中下部的為灰色中細粒含石英閃長巖、細?；◢彴邘r及中細粒綠簾石石英巖，抗風化能力較強。覆蓋層主要為第四系殘坡積物（Q4el＋dl），厚度變化較大，從上向下可分為3層：上部：黃褐色、灰色礫質粉土或碎石土，成分主要為板巖碎片、花崗巖，潮濕、松散－較密實，厚度1～5m；中部：灰褐色、棕紅色礫質粘土，成分主要為板巖碎片、花崗巖，潮濕、較密實，厚度2～4m；下部（接觸帶土）：灰黑色（黑褐色）、含礫粘土，染手、軟塑－可塑，成分主要為板巖碎片，該層分布較連續，厚度0～1.5m，遇水易軟化、性狀較差。

滑坡區主要構造形跡為裂隙，基巖內無傾向坡外的軟弱結構面，中傾－中緩傾坡外的裂隙也不發育。整個斜坡內并無統一的地下水位，水位較為低平。由于炭質板巖以及接觸帶土的阻水作用，在斜坡的強風化帶基巖、殘坡積層內，雨季局部存在上層滯水［1］。

3 滑坡變形破壞特征

3.1 滑坡變形破壞跡象

滑坡區平面形態呈不規則的長條形，前緣位于第2道里莊路上方即1 695m高程，后緣位于臘窩公路上方即1 777m高程，縱向長度150m，寬度40～60m，面積約7 000m2，體積約2.8×104m3?；瑒臃较騈30°E。第1道里莊公路、專用公路、臘窩公路即從滑坡的上部通過。第1道里莊路以下滑體的面積約4 000m2，體積約1.0×104m3。

在坡面、路面共發現20余條裂縫（圖2），專用公路路面板出現開裂、斷板、下沉，專用公路外側的路肩墻、內側的路塹墻出現傾倒、下沉、撕裂現象。①滑坡由前部向后緣有4道延伸較長的裂縫：L6～L11、L3～L8、L2、L1。這4道裂縫在剖面上呈迭瓦狀。其中除L6～L11呈封閉形態，其余3道裂縫均呈朝坡下撒開的（近似）半圓弧形態。②在滑坡左右兩側邊界，裂縫平面展布呈左旋斜列（L2西段、L3、L6）、右旋斜列（L2東段、L8、L9、L10、L12），顯示出明顯的張剪性特征。③裂縫的長度、張開及錯臺量、發育數量反映了滑坡的變形程度，據此可將滑坡分為3個區：Ⅰ區位于裂縫L2～裂縫L1之間的區域，屬輕微變形區（影響區）；Ⅱ區位于裂縫L2以下、L6～L11以外的區域，該區域中上部裂縫數量少而延伸長、下部裂縫數量多而延伸短。總體上，該區裂縫發育數量較多，但裂縫之間的土體大體保持原狀結構，屬嚴重變形區；Ⅲ區即由裂縫L6～L11所圍限的、溝心附近的區域。雖然裂縫數量不多，但延伸長，而且土體結構已經完全破壞，屬沖刷解體區。

圖2 滑坡區變形跡象分布圖Fig.2 Distribution of deformation signs

3.2 滑坡變形監測成果分析

滑坡上部布置了8個表觀監測墩。臘窩公路外緣2個（C5、C6），專用公路4個（C1～C4）、第1道里莊公路外緣2個（C7、C8）（圖2）。從2010年9月2日17∶20開始，10月21日，共觀測了48.7d，315個測次（C4監測墩觀測至9月5日截至2010年10月21日，此后因觀測墩損壞停止觀測，累計完成31個測次）。

（1）滑坡變形發展階段經歷了以下4個階段（圖3）：①緩慢變形階段（9月2日至9日），總位移平均速率為5.3～14.9mm/d；本階段的總位移量43～115mm。②加速變形階段（9月9日至14日），變形呈明顯急速趨勢，總位移平均速率2.8～64.0mm/d；本階段的總位移量60～277mm。③減速變形階段（9月14日至19日），變形呈明顯加速趨勢，總位移平均速率為6.0～27.7mm/d；本階段的總位移量30～135mm。④穩速變形階段（9月19日至10月21日），本階段變形速率較小，并略呈減小趨勢。上述的減速變形是在實施了一定數量的鋼管樁之后出現的，說明搶險加固已初見成效。

（2）滑坡總位移量自8月31日、9月1日滑坡產生“大動”以來，滑坡仍然發生了較大變形，總位移量介于150～656mm之間。橫向上看，大體處于同一高度的測點（C5－C6、C1－C2－C3、C7－C8），滑坡西側的變形較大，東側的較小，變形不對稱?？v向上看，滑坡西側的4個測點（C5、C1、C2、C7），由后向前總位移量有減小趨勢，顯示出明顯的推移式特征?；聳|側的3個測點，則無上述現象，表明滑坡東側的（由后向前）變形傳遞不順暢，或者說在C6測點附近還存在局部（相對獨立的）滑動變形。

圖3 總位移曲線與降雨量過程線對比圖Fig.3 Correlation between total displacement curve and rainfall hydrograph

4 滑坡形成機制分析

4.1 定性分析

滑坡上方斜坡呈凹形（負地形）。地表水匯集之后形成股狀流水產生溝水沖刷，地下水向溝心匯集后使得溝心附近坡體飽水比例增加，在滑坡下部基覆界線附近滲出時還可能產生滲透變形。滑坡區具有匯集地表水、地下水的地形地貌條件。根據磨房溝站最近6a的降雨觀測資料：未出現超過200mm的單日降雨（即特大暴雨）；2010年雨季最大單日降雨量為112mm（7月12日）。累計降雨量超過100 mm的持續降雨事件共發生過11次。以2010年7月7～26日的持續降雨歷時最長（20d），累計降雨量最大（306mm），達到年降雨量的30%。早期對滑坡降水過程的研究，主要是建立滑坡發生和降水臨界值之間的經驗公式。Onordera et al.（1974年）發現，在日本，累積雨量≥150mm，或每小時降雨強度≥20mm時，將發生滑波；美國SanBenito和Alameda把過程降水量累積≥180mm定為滑坡發生的臨界值；加拿大滑坡發生的臨界累積雨量值≥250 mm；中國香港則≥350mm，且日雨量＞100mm，小時雨量＞40mm；巴西滑坡的暴雨強度臨界值為250～300mm［2］。周國兵等（2003年）對重慶市20世紀70年代以來153個滑坡個例進行統計，發現降水誘發的滑坡占96.7%，其中24h降水量是誘發山體滑坡的最主要因素，同時也與連續降水的累計值有關［3］。根據磨房溝站降雨觀測資料，結合目前國內一些地區對誘發滑坡的降雨閥值的統計結果看，該段滑坡產生應與持續強降雨有關；2010年的持續降雨事件是最為不利的、最有可能誘發滑坡的?；掳l生“大動”以來，除9月16～25日連續9d無雨外，其余時間里基本上斷斷續續地都有降雨（小雨－中雨）（圖3）。9月28日滑坡區變形突然增大（跳動），與持續降雨有關。這說明滑動發生“大動”、滑裂面貫通后，對降雨變得更為敏感。降雨對滑坡變形及穩定具有極為不利的影響：一是力的作用，當降雨入滲補給地下水時，將使地下水位抬高，順滑坡方向的滲透力增大，當降雨入滲在淺層形成滯水時，將使非飽和帶土層的含水量增加，加大該土層的濕容重，使自重荷載增加，同時使非飽和帶負孔隙水壓力減??；當降雨在地表形成坡面徑流時，會對坡面形成沖刷力及動水壓力，侵蝕坡腳、破壞坡體、改變邊坡結構和應力分布。上述各種力的增加，對滑坡穩定及變形均屬不利因素。二是對強度的影響：滑體及滑帶在入滲水的物理及化學作用下均會使其抗剪強度參數降低，非飽和帶負孔隙水壓力減小也將使其抗剪強度大幅度地降低［4］。

從坡體物質組成看，殘坡積層中上部，由粒度較細的塊碎石土組成，其滲透性屬弱－中等（弱于一般塊碎石土）；下部為分布較連續、具有一定阻水性的黑褐色、黃褐色粘土層（接觸帶土）。從基覆界面形態看，基覆界面呈開口向坡外的寬緩槽形，這就使得降雨入滲量會受到一定的限制，入滲后運動將較為緩慢，并極易在接觸帶土（或基覆界面）以上富集形成上層滯水，飽水部分的土體軟化，坡體發生緩慢變形。第2道里莊公路以上的斜坡區域，大部分已被開墾成坡地。這些坡地呈“梯田”狀，破壞了天然植被，對降雨形成的面流具有延緩作用，有利于降雨入滲。

4.2 滑坡形成機制的FLAC2D模擬分析

二維模擬計算剖面選取1－1′工程地質剖面。計算結果：①天然情況下（飽水前），變形范圍較小，變形較大的區域主要位于第1層里莊公路外側。滑坡區變形量值較小，1－1′剖面最大總位移5.85cm（圖4），而且坡體變形隨時步呈收斂趨勢（圖5（d））。這種變形實際上反映的是坡體自然調整壓密的過程。②暴雨情況下，整個滑坡區變形明顯增大，并由前緣向后緣呈減小趨勢。滑坡前緣的總位移為60.5 cm，專用公路附近為40～50cm，臘窩公路外緣為30～40cm。臘窩公路上方變形不明顯（圖5（a）），較好地揭示了滑坡“大動”前及“大動”時的后退式變形特征。③位移矢量圖（圖5（b））顯示臘窩公路外緣附近，位移矢量傾角較陡，專用公路路基及其外側較緩且平順。④剪應變增量分布圖（圖5（c））顯示，剪應變增量主要分布于基覆界面附近，總體呈連續分布，說明滑動面已基本貫通。⑤設置于模型中的位移跟蹤點的總位移－時步曲線（圖5（d））顯示，滑坡位移具有不收斂的特征。進一步表明，滑坡“大動”后變形屬于一種非穩定變形。

綜合FLAC2D模擬結果得出：滑坡變形具有非穩定變形的特征，即隨著時間（步）的增長，變形不斷發展，沒有收斂跡象（無支護下）。

圖4 坡體總位移云圖及矢量（1－1′剖面，飽水前）Fig.4 Total displacement and vector of the slope（1－1′section before saturation）

圖5 1－1′剖面FLAC2D計算結果（飽水后）Fig.5 FLAC2Dcalculations for 1－1′section（after saturation）

5 結論

該滑坡屬小型淺層殘坡積層滑坡。滑坡的形成機制，就是“持續（強）降雨入滲－土體飽水軟化－斜坡緩慢蠕變－滑動面孕育”。路基涵管泄水加劇了溝水沖刷淘蝕，進一步促進了滑坡變形的孕育與發展。在滑坡“大動”及其以前，變形是由前向后，即后退式發展；自“大動”后（滑裂面出現后），變形則具有推移式的特征。目前滑坡整體上處于變形階段，滑坡下部靠溝底部位已出現解體破壞跡象。

［1］嚴明，林鋒.錦屏專用公路K48＋722～800段滑坡穩定性評價報告［R］.2010.

［2］魏麗，單九生，章毅之，等.暴雨型滑坡災害形成機理及預測方法研究思路［J］.江西氣象科技，2005，28（3）：19.

［3］周國兵，馬力，廖代強.重慶市山體滑坡氣象條件等級預報業務系統［J］.應用氣象學報，2003，14（1）：122－124.

［4］艾志雄，牛恩寬，劉波.降雨誘發滑坡分析［J］.災害與防治工程，2005，（2）：9－11.

FORMATION MECHANISM OF THE LANDSLIDE ON SECTION K48＋722～800 OF JINPING HIGHWAY

Li Hong－jun1，Hu Hao－lin2，Yan Ming1，Liu Ming1
（1.State Key Laboratory of Geo－hazard Prevention and Geo－environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.Chengdu Hydropower Investigation，Design and Research Institute，China Hydropower Consultation Group，Chengdu 610072，China）

The formation of the landslide is discussed by analyzing its geo－environment and deformation monitoring.The formation goes from infiltration of continuous heavy rainfalls，through soil softening at saturation，to development of sliding surface.Numerical simulation is used to analyze the distributions of stress field，deformation field and failure zones before and after its failure for deepened understanding the deformation characteristics.

landslide；monitoring；formation mechanism；numerical simulation

P642.22

A

1006－4362（2011）03－0007－05

2011－03－30 改回日期：2011－05－23

李宏俊（1980－ ），男，在讀碩士研究生，主要從事地質工程勘察、設計、施工和地質災害危險性評估等方面的研究工作。