四川5.12地震災區陳家大院子滑坡形成機理分析與穩定性評價

劉曉曉，楊少華，李巧剛

（北京市地質研究所，北京 100120）

0 緒論

陳家大院子滑坡位于四川省德陽市什邡市紅白鎮吳桂平村4社，滑坡體于2008年“5.12”地震后坡體后緣位置出現部分拉張裂縫；經過2009年雨季后坡體變形跡象進一步加劇。直接危險滑坡體下方5戶共165人生命財產安全及已建鄉村公路、電力、水利等基礎設施安全[1～2]。此次筆者經現場勘察后對其形成機理進行了分析，并選取一條滑坡體主剖面，采用極限平衡法對該滑坡的穩定性做出了評價，為后期滑坡防治工作提供必要的依據。

1 滑坡區地質環境條件

1.1 滑坡概況

滑坡地處什邡市紅白鎮五桂坪村4社陳家大院子西北側坡地，區域上屬于侵蝕-構造地貌；滑坡體位于中山區，地勢西北高、東南低，最高海拔1051m，最低海拔859m，山體坡度一般為40°～60°，相對高差150～190m。

陳家大院子滑坡為中型淺層土質牽引式滑坡。滑坡東、西兩側以天然沖溝為界，滑坡北側后緣以地表出現的明顯拉張裂縫處與出露基巖地區為界，坡體前緣以居民建筑房屋開挖坡腳處為界；滑坡體后緣位置最高海拔1019.8m，前緣最低海拔898.8m，前后緣相對高差121m，沖溝寬一般為2～3m。

陳家大院子滑坡坡體東西寬145m，南北長156m，上覆第四系崩坡積與殘坡積覆蓋物2～11m，呈“兩側薄中間厚，后緣薄前緣厚”的形態。坡體東、西兩側第四系覆蓋物厚1.2～1.5m，中部最厚處第四系覆蓋物為6～8m。坡體后緣處第四系覆蓋物厚1.0～1.4m，前緣最厚處第四系覆蓋物為5～11m。上覆第四系平均厚度5～6m，總方量約為11.3×104m3，屬于中型淺層牽引式土質滑坡，滑坡體主滑動方向為140°。坡體后緣基巖出露產狀為316°∠26°；前緣產狀290°∠50°，屬逆向坡，據現場調查顯示滑坡體下伏基巖穩定性較好，并未發現變形跡象（圖1、圖2）。

圖1 陳家大院子滑坡全景照片

圖2 陳家大院子滑坡平面圖

1.2 地層巖性

根據區域地質資料、及鉆探、槽探成果及地表出露的地層巖性調查分析，滑坡區出露地層主要為三疊系須家河組和第四系殘、崩坡積物，并以崩積碎石土層分布最為廣泛。

（1）三疊系上統須家河組（T3xj）

主要出露在滑坡體西北側坡地與南側河床處。

以灰色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主，夾泥巖、煤層、及透鏡狀菱鐵礦層，間夾海相層。其上與自流井群呈不整合或假整合接觸，下與小唐子組呈假整合接觸。

灰白色細砂巖，滑坡體南部河流基座階地與滑坡體北部出露，層狀結構、塊狀構造，含少量泥質及石英顆粒，一般粒徑0.2mm，含煤層，巖層傾向290°～316°，傾角26°～50°。細砂巖層風化較強烈，敲擊即碎，節理發育，節理面呈棕黃色，泥質含量底。

（2）第四系崩坡積、殘坡積層（Q4）

崩坡積層：主要分布在滑坡體中部及后緣處，厚度2～4m。主要以灰白色風化砂巖為主，含少量黑色碎石土。粒徑2～120cm，結構較松散，呈棱角狀，分選性差、磨圓差。

殘坡積層：主要分布在滑坡體前緣位置，厚度為3～10m以黑色沙質碎石土為主，含生活垃圾及礫石，礫石直徑2～30cm，呈棱角狀。無可塑性，結構較為松散，透水性較好，分選性差、磨圓度差。

2 滑坡發育特征

2.1 滑體特征

陳家大院子滑坡滑坡體組成主要為第四系崩坡積與第四系殘坡積層。滑體沿坡體從上至下不均勻分布，空間形態呈“中間厚、兩翼薄；前緣厚、后緣薄”的形態，其滑體厚度最薄處僅為1.0～1.4m，其最厚處可達6～11m，平均厚度為5～6m。

2.2 滑床特征

陳家大院子滑坡滑床為下伏基巖，巖性為三疊系上統須家河組（T3xj）。據鉆孔及探槽揭露，以灰白色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主，夾煤層；風化層厚度一般2～3m。巖體結構較為破碎，節理發育、卸荷裂隙發育，層狀結構、塊狀構造。沿坡體成折線形分布。

2.3 滑動帶特征

通過地面工程地質測繪及鉆孔、探槽揭露，綜合確定陳家大院子滑坡滑帶為折線形。后緣及中部位置位于上覆第四系覆蓋物與基巖接觸界面，前緣部分沿臨空面從土體中剪出。滑帶土巖性主要為粉質粘土，結構較為完整，風化較嚴重，呈黃色-黃褐色；含礫石，礫石粒徑0.5～10cm，含量為8%～10%，分選性中等，磨圓度較差。厚度一般為16～20cm，埋深為1.2～10m。結構比上層碎石土與崩坡積礫石層密實，具有一定的粘結程度。在探槽開挖過程中有少量水向外滲出，透水性較好，土體較濕潤，呈可塑-軟塑狀，由于該土體長期處于飽水狀態，故其土體強度較低[3]。

2.4 滑坡體變形破壞特征

五桂坪村4社陳家大院子滑坡于“5.12”大地震后開始有變形跡象，據當地村民反映，地震過后由于坡體失穩，山上曾有小塊碎石滑落。2009年8月雨季時期，坡體局部變形跡象開始有所加劇。

經現場調查后發現，滑坡后緣地表處由于地震破壞與坡體的滑動變形的共同作用出現一條明顯的拉張裂縫；裂縫主要走向260°，由于裂縫表面覆蓋大量植被與第四系堆積物，故裂縫在地表呈不連續出露，總長度為140m，裂縫寬40cm，可見深度30～50cm。探槽揭露，裂縫只在第四系覆蓋物發育，未切割至基巖，其表面土體有錯斷現象。

在滑體靠近其中、后緣的位置發現由于坡體表層部分土體發生滑塌，土層表面生長的樹木隨著土層移動而發生傾倒。其樹木傾倒方向與滑坡體滑動方向基本一致。

滑坡體前緣部分由于當地居民在此修建居民安置點與道路，不可避免的形成人工開挖邊坡，造成滑坡體臨空面發育。但因為是09年雨季過后開挖，降雨還未對該人工邊坡造成直接影響，故滑坡體還未發生整體滑動變形。人工開挖邊坡高6～8m，長190m，坡度70°。在開挖過程中只有少量第四系覆蓋物滑落，滑坡體前緣剪出不強烈。

圖3 滑坡1-1’工程地質剖面圖

3 滑坡體穩定性評價

3.1 計算模型與工況

此次穩定性評價工作選取滑坡體1—1/主剖面進行計算（圖3、4）。根據布置在滑坡不同標高坡地上的鉆孔、探槽揭露及地形地貌、破壞變形情況等，綜合確定陳家大院子滑坡具多級、多塊的特征，滑坡主剖面的滑面呈折線形，故采用傳遞系數法計算滑坡穩定性系數。

綜合分析陳家大院子滑坡巖土體特征及其可能承受的各種荷載，確定出此次穩定性計算的3種計算工況及荷載組合[4]，詳見表1。

表1 陳家大院子滑坡穩定性計算工況與荷載組合

圖4 滑坡1-1’計算剖面圖

3.2 計算方法與參數選取

（1）計算方法

采用野外與室內綜合分析確定的滑動面進行計算。陳家大院子滑坡滑面均呈折線形，故穩定性計算采用極限平衡法折線型滑動面計算公式，剩余下滑力按傳遞系數法計算。

（2）參數選取

9) 越控。當控制位置在集控臺時，按下集控臺上的“越控”按鈕，取消遙控系統相關限制保護功能，同時向電噴控制系統發出越控指令。

①滑體土容重

根據陳家大院子滑坡體物質的分布特征，滑體物質分布相對均勻，取室內土工試驗平均值成果，作為滑體天然重度、飽和重度值。天然狀態下滑體土重度為20.29kN/m3，飽和狀態下滑體土重度取值21.29kN/m3。

②滑動帶土抗剪強度參數c、φ值

陳家大院子滑坡滑動帶土抗剪強度參數c、φ值采用試驗、反演、經驗相結合的綜合分析方法確定[5]。反演分析采用基于滑坡推力法的單剖面強度參數反算方法進行陳家大院子滑坡滑面強度參數的反演計算[6]。

穩定性宏觀判斷：目前，在天然狀態下，陳家大院子滑坡可視為處于固結階段，整體處于穩定狀態，實際穩定系數Fs大于1，可取1.15～2.00；在地震條件下坡體后緣位置出現拉張裂縫，但是坡體整體并無其它變形跡象，處于整體欠穩定狀態，實際穩定系數Fs介于1.00～1.02；在持續降雨條件下，陳家大院子滑坡發生了進一步的蠕動變形，后緣拉張裂縫有所發育，坡體表層部分土體出現滑塌，整體處于欠穩定狀態，實際穩定系數Fs大于1，可取1.00～1.05[7]。

反演綜合分析：采用單剖面參數反演綜合分析方法確定滑動帶土體強度參數。選取1—1/主剖面開挖坡腳之前的地形剖面作為反算剖面，采用飽和狀態來擬合持續降雨條件。由于滑帶土中顆粒含量較高（8%～10%）且未進行現場大剪實驗，參照《滑坡工程勘查規范》及相關工程經驗，其綜合取值時應將室內快剪實驗得出的內摩擦角乘以1.15～1.25的增大系數。結合室內試驗數據綜合確定滑坡滑動帶土強度參數見表2。

表2 滑動帶土計算參數綜合取值表

3.3 穩定性計算與結果評述

對陳家大院子滑坡的1-1/剖面進行條塊劃分，按折線型不平衡傳遞系數法進行滑坡穩定性計算，計算結果見表3。

表3 陳家大院子滑坡穩定性計算結果統計表

在天然狀態時：陳家大院子滑坡穩定系數為1.46～1.47，處于穩定狀態，這與陳家大院子滑坡在天然狀態下未發生滑動相一致；

在持續降雨工況時：陳家大院子滑坡穩定系數為1.01，處于欠穩定狀態，這與2009年雨季期間滑坡局部發育拉張裂縫、表層部分土體發生小面積滑塌等變形，但坡體整體并未發生滑動變形相一致；

在天然+地震工況時：陳家大院子滑坡穩定系數1.00～1.01，處于欠穩定狀態，這與“汶川5.12地震”時坡體未產生整體變形跡象相一致[8]。

3.4 滑坡推力計算與結果評述

陳家大院子滑坡的防治安全等級為Ⅲ級，其安全系數在自然工況下取1.15，持續降雨工況下取1.05，地震工況下取1.02。利用傳遞系數法計算各種工況下剩余下滑力，結果見表4、5、6。

由推力計算表可見，在天然工況下，陳家大院子滑坡整體穩定性較好；地震工況下次之；在持續降雨條件下，斜坡滑動變形的可能性較大。

3.5 滑坡形成機理分析

表4 1—1′剖面I（天然）工況剩余下滑力計算成果表

表5 1—1′剖面2（暴雨）工況剩余下滑力計算成果表

表6 1—1′剖面3（地震）工況剩余下滑力計算成果表

陳家大院子滑坡屬于中型土質牽引式土質滑坡，自然狀態下處于整體穩定狀態；在暴雨、地震等不利工況條件下可能發生滑動變形跡象。分析影響其穩定性的因素主要有以下5個方面[9][10]：

（1）滑坡體由第四系崩坡積累與殘坡積含碎塊石土組成。滑坡區為單向斜坡，前緣具臨空面，地表水和后緣地下水的補給使得巖體層面上的土體軟化而強度降低。在自重、暴雨和人為因素的影響下，土體沿基伏界面滑動形成牽引式的松散堆積層滑坡。

（2）降雨對滑坡的影響。滑坡區雨季水量較大，雨量充沛，持續時間較長，歷年月最大降雨量為518mm。雨水入滲使斜坡土層潮濕軟化，致使斜坡土體的抗剪強度降低，靜水壓力、動水壓力增大，是激發滑坡的主要因素。

（3）坡體植被破壞對滑坡體的影響。當地村民伐木造房，致使滑坡體上絕大多數樹木被砍伐，雨季時期由于少了森林對降水的吸收，雨水直接沿坡面形成徑流沖刷坡面，并且滲入至坡體內部使得坡體土層軟化，抗剪強度降低。

（4）由于居民建筑房屋而在滑體前緣開挖形成臨空面，使得土體強度降低，應力卸荷，坡體前部支撐力降低，形成牽引式滑坡。

（5）“5.12”地震過程中，強大的地殼運動為區內坡體變形的發生提供了外部動力，在原有土體結構松散的條件下，直接誘發了滑坡的發生。

4 結論

（1）陳家大院子滑坡2008年“5.12”地震后開始出現變形跡象，滑坡后緣土體出現拉張裂縫，2009年6～9月雨季期間，在連續降雨情況下坡體發生蠕滑變形，坡體上樹木發生傾倒變形，部分土體發生滑塌，坡體后部拉張裂隙繼續發育。

（2）誘發陳家大院子滑坡的主要因素是地震、連續降雨和坡體下方的開挖坡腳等人類活動。雖然目前滑坡并未出現明顯的滑動變形跡象但應做好防范措施，以防滑坡對坡下居民人生及財產安全帶來威脅。

（3）根據陳家大院子滑坡其穩定性分析得知，陳家大院子滑坡在天然自重情況下處于穩定狀態；在自重+持續降雨條件下處于欠穩定狀態，在自重+地震條件下欠穩定。建議盡快采取治理措施，設計工況為自重+持續降雨條件下[12]。

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