嵩縣白河街南山滑坡形成機理分析及穩(wěn)定性評價

王偉峰，宇 杰，王 楓，左 偉

(1.河南省地質調查院，河南 鄭州450001;2.河南省欒川縣地質礦產(chǎn)局，河南 欒川471500;3.河南省地礦局第一地質工程院，河南鄭州450001)

嵩縣白河街南山滑坡形成機理分析及穩(wěn)定性評價

王偉峰1，宇 杰2，王 楓2，左 偉3

(1.河南省地質調查院，河南 鄭州450001;2.河南省欒川縣地質礦產(chǎn)局，河南 欒川471500;3.河南省地礦局第一地質工程院，河南鄭州450001)

白河街村滑坡位于南山北部斜坡上，滑坡由老滑坡與新發(fā)育的變形體組成，研究其滑坡與變形體可能形成潛在滑移的機制和穩(wěn)定性評價對于后期防治有極其重要的意義。從斜坡基本條件入手，分析滑坡與變形體的形成機制，計算和評價其穩(wěn)定性，為后期滑坡與變形體的防治設計提供理論基礎和地質依據(jù)。

滑坡;變形體;機理分析;穩(wěn)定性

白河街村屬于河南省嵩縣白河鄉(xiāng)政府所在地。該村坐落在不穩(wěn)定斜坡下部，該斜坡中下部曾于20世紀初發(fā)生過滑動。2010年，受7月3日至24日降水(降水量累計612.4 mm)影響，南山北部斜坡坡體開裂，25日，裂縫增多，導致山體中上部新增2處坡面泥石流，中下部老滑坡局部復活，且有大規(guī)?；瑒涌赡?。坡面泥石流及復活滑坡不僅造成白河鄉(xiāng)初級中學及街道居民建筑物變形破壞，而且現(xiàn)在仍呈蠕動或蠕滑狀態(tài)。因此，需要對滑坡及變形體滑動的形成機理與穩(wěn)定性進行分析和評價，以便對斜坡災害體體采取相應的防治措施。

1 滑坡體與變形體基本條件

依據(jù)地質災害發(fā)育變形特征分為老滑坡與變形體兩類災害體(圖1)。

老滑坡位于斜坡中下部(發(fā)生在上世紀20年代)，變形體則基本位于老滑坡上部(圖1)。

該斜坡最高點776 m，最低點約560 m，相對最大高差216 m，屬低山地貌。地形總體呈南高北低中下部中間低洼的形態(tài)，坡腳受白河侵蝕切割形成有陡坎，高度4～10 m，坡陡約 60°～80°。斜坡坡向約 35°，地形坡度 20°～45°。

地表巖性為中、上更新世坡積殘積與沖洪積物，下部巖性為上元古界寬坪群的角閃片巖夾二云石英片巖。巖層傾向 26°～40°，傾角 20°～40°。

地層受構造活動影響強烈，巖石發(fā)生變質，并形成諸多北西走向線性褶皺與斷裂組。距工作區(qū)北部1.10 km與南部約2.5 km的斷層發(fā)育2條斷裂。因此，該區(qū)受斷裂組影響嚴重，地層擠壓變形破壞。元古代后期，該區(qū)上升成陸地接受剝蝕。在以后多次地質構造運動中，地層又發(fā)生變形與破壞，致使古地形多變，基巖風化破碎層厚度較大。

歷史上，區(qū)內無強震震中記載，工作區(qū)外圍半徑80 km范圍內歷史上無5級以上(含5級)的地震記錄。2008年四川等省發(fā)生8.9級地震時本區(qū)有震感。據(jù)2001年《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306－2001)，該區(qū)地震動峰值加速度0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，相應的地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)，屬于穩(wěn)定區(qū)。

滑坡區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。松散巖類孔隙水主要賦存于滑坡殘坡積物、沖洪積中，而基巖裂隙水主要賦存于片巖裂隙中。主要補給來源為大氣降水，排泄主要為徑流、蒸發(fā)、下滲補給基巖裂隙水。

本區(qū)受人類活動影響造成大量陡坎與平臺，坎高1～5 m，陡坎和小平臺相間分布，改變了原來斜坡地貌和工程地質條件，易造成斜坡失穩(wěn)。

2 老滑坡與變形體基本特征

老滑坡:位于斜坡中下部，總體周界明顯，后緣以高程645 m處大圓弧形陡坎為界，前緣有陡坎，滑坡區(qū)前緣寬度120 m，縱向長度約140 m，面積16 000 m2，體積約24 200 m3，主滑方向 54°。

滑體物質為殘破積粉質粘土夾碎塊石，滑體厚度一般10～20 m。滑體物質結構松散，孔隙、空隙發(fā)育，降水入滲能力強。碎塊石最大直徑約4 m左右，一般0.20～1.00 m。

滑床為上元古界寬坪群的角閃片巖夾二云石英片巖。巖心較破碎，強風化層巖心破碎，呈碎塊狀及短柱狀，下部為弱風化層，巖心呈短柱狀及柱狀。

滑帶位于基巖與殘破積層接觸面之上，厚度0.5～2 m，主要由殘破積物質組成。

老滑體主要變形特征是滑體上發(fā)生多條裂縫及局部出現(xiàn)復活。裂縫長度19 ～70 m，寬度0.05 ～0.70 m，下挫量0.05～2.00 m。復活滑坡位于老滑坡西部的中下部區(qū)域，主滑方向約48°，縱向長70 m，寬約40 m，后緣高程598 m左右，前緣剪出口高程566 m左右，面積2 401 m2，體積約9 600 m3。滑坡呈圈椅狀陡坎，后緣陡坎高度2左右，兩邊邊界明顯，均為陡坎，高度約2～4 m?；w快速沖出滑床，越過白河渠道，沖垮中學食堂外墻，滑移最遠距離約70 m。滑坡滑移中毀壞水渠1條、鄉(xiāng)初級中學圍墻70 m、學校學生食堂1處、學校房屋2間。

變形體:位于白河街村南山斜坡中上部(滑坡體上部)，西部前緣高程561 m，中東部前緣則為老滑坡后緣，最大高差159 m，地形坡度角約 28.5°。

變形體空間形態(tài)基本為兩邊高中間稍低的洼地形態(tài)，縱向平均長度約160.0 m，西部前緣寬度約30.0 m，中部前緣寬度約120 m。變形區(qū)面積24 200 m2，體積約243 000 m3。潛在滑移方向40°左右。

變形體主要變形特征:中部新增兩處坡面泥石流，同時，斜坡上出現(xiàn)多條裂縫。坡面泥石流發(fā)生在斜坡中部，整體運移方向38°，長45～100 m，寬度約8～15 m，后緣高程675～683 m左右，前緣出口位于老滑坡區(qū)內，高程610 m左右，泥石流沖走體積約5 300 m3。裂縫長度10～86 m，寬度0.05～0.70 m，下挫量 0.05 ～1.50 m。探槽揭示深度超過 4.50 m。

3 滑坡形成機理分析

嵩縣白河鄉(xiāng)白河街村南山滑坡形成機理如下:

2010年7月，白河鄉(xiāng)白河街村遭受連續(xù)降水，且降水強度較大，導致南山北部斜坡土體地下水處于飽和狀態(tài)，增加了土體自重，同時，由于地下水處于飽和狀態(tài)，降低了土體的力學強度，為斜坡土坡滑動提供了重要條件。

因斜坡前緣臨空面高度3～8 m，滑體向下蠕動時失去阻擋能力，為滑坡發(fā)生蠕滑或滑移提供便利條件及空間。

因殘坡積物降水入滲能力強，連續(xù)或高強度的降水大量滲入到殘坡積物內，造成淺層土體飽和，自重增加。隨著降水與滲透繼續(xù)，淺部土層地下水逐步向下滲透。隨著時間延續(xù)，土體力學強度降低，從而引發(fā)滑體前部地段的土體沿某一裂隙面向下游方向發(fā)生蠕滑變形，因前緣有臨空面存在，土體移動失去阻力，導致滑坡體前部表層一定深度的范圍內出現(xiàn)拉張裂縫。

滑坡體前緣土體拉張裂縫出現(xiàn)后，在降水作用下，拉張裂縫中充填地下水，加大土層內裂隙水壓力和滲透壓力，導致地下水繼續(xù)向下滲透，進而引發(fā)深部土體自重加大，誘發(fā)土體蠕動變形。同時，隨著裂縫加寬，孔隙水壓力增大，導致前緣土體的蠕變變形不斷增加，裂縫寬度繼續(xù)加大，為滑坡體中部土體蠕動提供新的空間。

滑坡中部的土體因前端失去支撐后，在受到降水等因素作用下，前緣土體反復發(fā)生變形，引發(fā)中部土體發(fā)生蠕動或滑移，導致中部表層土體產(chǎn)生拉張裂縫。

隨著中部裂縫逐步擴大，又為后緣滑體產(chǎn)生蠕滑提供機會。這種過程持續(xù)進行，進而又引發(fā)后緣土體蠕動。當?shù)叵滤竭_基巖面后，因基巖滲透能力差，一部分繼續(xù)向下滲透，一部分則沿基巖面流動，軟化基巖面上部土體，降低其力學強度，增加了基巖面上部土體的地下水滲透壓力。當上部土體自重和孔隙水壓力達到一定程度，加之基巖面上部的滲透壓力，土體發(fā)生快速滑移。

滑體在滑移過程中，中前部的淺層滑體快速沖出剪出口，堆積于平地之上形成阻力，滑坡體后緣及深部滑體則在慣性動能作用下快速向前運動，因前方阻力很大，無力沖出地表，導致滑坡體前端基巖面上部的土體產(chǎn)生反翹。

4 滑坡穩(wěn)定性評價

4.1 計算模型

該斜坡的滑坡或變形體為順層滑移，滑面形態(tài)受層面微起伏的總體控制，后壁順裂隙面拉開。結合滑面自身形態(tài)特點，并充分考慮穩(wěn)定性計算模型與滑坡特點的適應性，本次計算模型采用適合于任意形態(tài)滑面的推力系數(shù)傳遞法公式。

4.2 計算方案與參數(shù)

4.2.1 計算方案

為了研究滑坡體及變形體在各種情況下的穩(wěn)定性，對滑坡體和變形體分別采用以下3種工況下進行穩(wěn)定性計算:①工況Ⅰ，天然狀態(tài);②工況Ⅱ，自重+暴雨(50年一遇)，指坡體由于暴雨處于完全飽水狀態(tài)下;③工況Ⅲ，自重+暴雨(50年一遇)+地震(地震烈度為6度，在計算分析中水平地震系數(shù)取 0.05)。

4.2.2 參數(shù)選取

依據(jù)該區(qū)滑坡參數(shù)反演、實驗室資料和地層情況，最終確定滑坡體的穩(wěn)定性計算參數(shù):C=23.82 kPa，φ=19.10;變形體 C=26.26 kPa，φ =17.20;天然容重 19.1 KN/m3，飽和容重 19.8 KN/m3。

老滑坡與變形體穩(wěn)定性系數(shù)計算結果見表1。

表1 白河街村南山滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計算表

依《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218－2006)“表12滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標準”劃分:在天然“自重”工況下，老滑坡與變形體均穩(wěn)定;在“自重+暴雨”工況下，老滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，變形體處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在“自重+暴雨+地震”工況下，老滑坡與變形體均為不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結語

1)白河街村南山滑坡位于南山北面的斜坡上，由老滑坡和新發(fā)生的變形體組成。

2)老滑坡發(fā)生在基巖上部的土層內，屬于中—淺層順層土質滑坡。

3)在降水作用下，巖土體飽和，自重增加，巖土體力學指標降低，由于前緣有河流沖刷成臨空面，因此，前緣的巖土體易向下蠕動，后緣出現(xiàn)拉裂峰，這又給后緣的巖土體提供蠕動機會，進而逐步形成滑坡。

4)經(jīng)評價，老滑坡在“自重+暴雨”處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而變形體則為欠穩(wěn)定狀態(tài);在“自重+暴雨+地震”工況下老滑坡與變形體均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5)經(jīng)對該區(qū)進行綜合分析與研究認為:白河街村地處深山區(qū)，土地較緊張，無法滿足整體搬遷建房用地需求;治理滑坡可達到如下目的:可美化白云山旅游景區(qū)地貌景觀、可保障通往南山溝里30名居民出行安全、可保障通往白云山景區(qū)和上莊坪村公路暢通。因此，建議設計及主管單位選擇滑坡治理措施，主要采是取裂縫回填，危石清理，修建排水工程，實施錨固與抗滑工程，使滑坡可能發(fā)生的危害降到最低，可能造成的損失減少到最小。

［1］伍保祥，沈軍輝，劉維國，等.金沙江上游藏曲.口滑坡形成機制及穩(wěn)定性分析［J］.地質災害與環(huán)境保護.2008.19(1).

［2］沈軍輝.兩河口水電站雅礱江主庫區(qū)滑坡發(fā)育規(guī)律［J］.水文地質工程地質.2007(4).

［3］朱容辰，沈軍輝，劉毅，等.兩河口水庫區(qū)素依村滑坡形成機制及穩(wěn)定性評價［J］.地質災害與環(huán)境保護.2008.19(4).

［4］工程地質手冊.編委會.工程地質手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2007.

P642.22

B

1004－1184(2012)04－0193－02

2012－03－07

王偉峰(1957－)，男，河南方城人，工程師，主要從事水文地質與環(huán)境地質調查與研究及技術業(yè)務管理工作。