西南某滑坡基本特征及多種破壞模式穩定性分析

陳　彥，黃　勇，肖　洋，曾陽益

(四川省地質環境監測站，成都 610081)

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西南某滑坡基本特征及多種破壞模式穩定性分析

陳彥，黃勇，肖洋，曾陽益

(四川省地質環境監測站，成都 610081)

摘要：西南某滑坡5.12強烈地震后發生明顯的失穩破壞跡象，該滑坡是古滑坡，前緣發育有一次級滑坡，該滑坡規模較大，受連續降雨及施工擾動等外界因素的不斷影響，通過現場調查、鉆孔監測等途徑掌握滑坡變形破壞的基本特征，并根據剛體極限平衡法對3種不同的破壞模式進行穩定性現狀和發展趨勢的分析預測，為滑坡治理提供可靠依據。

關鍵詞：滑坡；基本特征；破壞模式；穩定性計算；穩定性評價

0引言

我國是一個地質災害頻發的國家。尤其是在西南地區，山體眾多，山勢陡峻，土壤結構疏松，易積水，溝谷河流遍布于山體之中，與之相互切割，因而形成眾多的滑坡地質災害。滑坡是地質災害的一種，它對人民財產安全、國家基礎設施建設造成了巨大的危害[1-4]。在充分了解滑坡基本特征、成因機制等基礎上，通過穩定性計算，對滑坡地質災害進行有效的預防以及治理，將其對生命財產安全的威脅降低到最小程度。

滑坡在“5.12”地震之前已存在變形，但未造成明顯損失。“5.12”地震之后滑坡發生了較明顯的變形破壞。滑坡主要危及村莊40戶200余人的生命財產安全以及村莊連接外界的道路。本文針對該滑坡的區域地質環境特征，研究其基本特征，尤其是變形情況，分析其穩定性，并預測其發展趨勢，為該滑坡的預防和治理提供可靠依據。

1工程概括

勘查區位于岷江支流草壩河谷左岸，地貌形態總體上屬中山河谷斜坡地貌。河谷兩側地形陡峻，山高坡陡，大小溝谷發育，溝谷形態多呈“V”字形，溝谷切割深度最大達1 000 m左右。勘查區斜坡總體上近南北走向，前緣以草壩河為界；地勢北高南低，斜坡總體落差約200 m左右，地形坡度一般20°～40°之間。

勘查區斜坡組成物質從上至下主要有第四系殘坡積、第四系滑坡堆積層、第四系沖洪積及泥盆系危關群(Dwg1)。

勘查區內總體上為中山河谷區，地表溝谷較發育，沖溝與草壩河共同構成工作區地表水排泄網絡。大氣降水通過沖溝匯集向草壩河排泄。草壩河自西向東流經工作區，為區內地表水、地下水排泄基準面。區內地下水按其賦存的形式可分為基巖裂隙水和松散層孔隙水兩種類型。

勘查區位于龍門山華夏系構造體系之中南段的九頂山華夏系構造帶內，又屬于甘孜—松潘地槽褶皺帶與揚子地臺之間隙褶皺亞系，構造復雜。

2滑坡基本特征

2.1滑坡形態

滑坡位于岷江一級支流草壩河左岸斜坡地帶，地勢北高南低，滑坡后緣高程約1 991～1 998 m，前緣至草壩河，高程約1 840 m，總體落差約150～160 m。根據現場調查滑坡中后緣分布1個次級滑體、2個小變形體。另外，緊挨變形體1發育1個溜滑體。

滑坡呈明顯的圈椅狀地貌，總體上屬中山河谷斜坡地貌，滑坡后緣及兩側均為高大陡坡，滑坡地勢較低，總體位于槽型地帶。滑坡剖面上呈上下緩中間陡的臺階狀。根據現場調查，滑坡區微地貌特征主要表現為斜坡、臺地、陡壁、陡坎及沖溝等形態。

圖1　勘查區工程地質平面圖

圖2　滑坡全貌圖

滑坡平面形態呈舌形狀，縱向長360 m，橫向寬約40～170 m不等，面積約4.7萬m2。滑坡剖面上地面形態主要呈臺階狀，后緣高程1 995 m左右，前緣高程約1 840 m左右，前后緣高差約155 m，縱向平均坡角20.2°。據本次勘查資料分析，滑體深度一般10～22 m不等，總體積約(65～70)×104m3，屬中型土質滑坡。

滑坡后緣為高度2～3 m的陡壁，為滑坡整體滑動后下錯所致，目前現場調查還可以清晰地被看到。滑坡西側邊界：其中后緣主要是根據分布的剪切裂縫確定；前緣主要為現存的自然沖溝，滑坡西側邊界局部地段基巖出露。滑坡東側邊界：其中中后緣邊界為一段連續陡坡，坡腳局部分布有小沖溝。據訪問，原沖溝沿邊界基本連通，后由于修路局部被填埋；前緣主要多數基巖出露。滑坡前緣至草壩河，前緣可見基巖出露。根據滑坡上裂縫等變形形跡方向及滑坡邊界條件推算，主滑方向165°。

2.2滑坡物質組成及結構特征

滑坡滑體物質主要為塊碎石土和粉質黏土，以粉質黏土為主，滑體表層結構松散，深部滑體較密實。碎石成分主要為灰色千枚巖、砂質千枚巖，碎石大多數為強風化，多數呈片狀及棱角狀。塊石主要為白色石英巖、灰色細粒硅質石英巖，塊石多數為中風化，常見塊徑為30～100 cm，粉質黏土，灰色、深灰色、淺黑色，呈硬塑—可塑狀態。

滑體土的結構不均勻，土石比在空間上的變化較大，但從地域上看無明顯的變化規律，滑體中碎塊石含量較少者僅10%左右，碎塊石含量較高者可達70%左右(zk13)，一般含量為15%～30%。在垂向上，碎塊石含量的變化也較大，有時以塊碎石為主，有時以粉質黏土為主，但滑體中碎塊石的含量一般也無明顯的垂向變化規律。

在勘查中，多個鉆孔及山地工程都不同程度地揭露了滑移帶或軟弱帶，綜合起來，滑帶土主要為含角礫小碎石的粉質黏土，角礫碎石含量一般10%～20%，局部純粉質黏土，角礫成分以千枚巖為主，含少量石英顆粒，千枚巖角礫一般呈鱗片狀，石英角礫有一定的磨圓性，表面有磨光痕跡。粉質黏土灰色或淺黑色，與上下土體顏色有較大差異，部分鉆孔土體有擠壓搓揉破碎特征；濕度相對較大，可塑狀；黏性普遍較高，常常有滑膩感。(如圖3～4所示)。

圖3　ZK08滑帶

滑移帶的厚度有明顯的差別，一般介于0.2～1.9 m之間，平均值為0.50 m。

根據鉆孔揭露，滑床主要為泥盆系危關群組(Dwg1)千枚巖，巖層產狀212°-248°∠47°-78°，巖體一般呈薄層狀結構，受構造作用，小規模褶皺較發育，巖層產狀變化較大，區內巖層表層風化強烈較破碎。

圖4　探槽6滑帶

2.3滑坡變形破壞跡象

“5.12”地震后滑坡變形明顯再次加劇，特別是滑坡中部平臺內側變形跡象尤為明顯。根據調查，滑坡中后部出現了一系列拉張裂縫，其中位于滑坡后緣公路附近的拉裂縫近乎貫通，裂縫延伸長度約60～70 m，裂縫張開度10～30 cm不等，裂縫外側土體下挫2～3 m不等，并導致上山碎石路錯斷約50 m。滑坡后緣磚房后側堡坎明顯傾斜。

滑坡中部平臺變形跡象也相當明顯，平臺內側堡坎受后側滑體擠壓推移，局部墻體整體外移約1 m左右，目前堡坎多數距離前部房屋不足1 m。堡坎底部簡易水溝也因擠壓嚴重壓縮，目前水溝寬度不足20 cm，排水溝地面隆起變形明顯。滑坡中部平臺水泥硬化路面受次級滑坡推移作用，多處地面位移隆起，其中以沙排小學操場地面隆起最為明顯，初步調查地面相對位移達50 cm左右，地面隆起高度約20 cm，隆起裂縫延伸長度約30 m,導致小學校舍嚴重變形，樓梯明顯錯位，現場調查校舍二樓樓面都明顯隆起。平臺房屋基礎多數存在明顯位移。

此外滑坡東側邊界附近街道水泥路面外側出現明顯拉裂縫，裂縫延伸長度約10～15 m，裂縫張開度2～3 cm不等，裂縫外側土體下挫1 cm不等。

從勘查期間裂縫簡易變形監測來看，多數裂縫存在不同程度的相對位移，最大位移量大于2 cm，普遍裂縫相對位移在2～9 mm之間，說明滑坡現狀穩定性較差。

2.4滑坡成因機制及演化過程

分析滑坡及其次級滑體主要是由于后緣崩塌加載、前緣牽引以、降水、地震及人為切坡綜合作用形成的。滑坡處于中山河谷斜坡地帶，區域內巖體主要由千枚巖組成，巖體易風化剝落，原始斜坡在后緣不斷崩塌加載情況下，中部前緣土體在臨空條件較好時發生了局部牽引，滑體堆積在下坡坡腳形成主滑體。

圖5　滑坡形成過程示意圖

后由于修建房屋人為在中部緩坡區大量切坡，致使滑坡后緣臨空面增大，在地震及降雨作用下，誘發后緣土體次級滑移。次級滑體形成與人為切坡有很大關系。

綜上所述，滑坡是在后緣崩塌堆積物的不斷加載、前緣牽引以及地表水雨水大量入滲等諸因素的綜合作用下形成的沿基巖面和土體內軟弱面次級滑

動的混合式土質滑坡。

2.4.1地層巖性

滑坡區地層巖性為泥盆系千枚巖，遇水易軟化，屬滑坡災害的易發地層。另外，千枚巖極易受風化，其風化后多形成松散的粉質黏土夾碎石或角礫，透水性一般較弱，但若其母巖含石英角礫豐富，則透水性稍好，在水的作用下易飽水、變形。

2.4.2大氣降雨

滑體主要為千枚巖風化后形成的碎塊石土，坡體物質松散透水性較好，降雨多在重力作用下入滲至坡體內，增加坡體自重，影響坡體穩定性。

目前在滑坡后緣邊界附近有多條拉張裂縫分布，降雨可直接沿裂縫進入滑體或至滑坡土巖接觸帶(滑面)，軟化滑帶會進一步影響坡體穩定性。

2.4.3地震對滑坡的影響

在“5.12”地震過程中，坡體受到震動影響，使該滑坡出現了變形加劇，降低了坡體的穩定性，也使坡體堆積物更趨松散化，更易于降雨的入滲。

2.4.4人類活動對滑坡的影響

滑坡體上，土體耕作引水灌溉，增加了地表水的補給量，增大了坡體自重；滑坡體上修路筑房大面積切坡，破壞了斜坡原有結構，同時又增大了臨空面，誘發局部滑塌變形。滑坡前緣正河截流修建水庫，致使水位抬高，滑坡前緣受水位影響。

3滑坡穩定性評價

3.1穩定性計算原理

采用傳遞系數法計算其穩定性系數。傳遞系數法就是將滑動土體豎直分成若干個土條，把土條看成是剛體，考慮了條塊間的相互作用力，并假定條塊剩余下滑力平行于該條塊滑面，然后分別求出作用于各個土條上的滑動力矩和抗滑力矩，受力分析如圖6所示。

圖6　傳遞系數法(折線型滑面)計算模型

3.1.1穩定性系數計算公式

(1)

其中：

Ri=(Wi((1-rU)cosθi-Asinθi)-RDi)tanφi+CiLi

(2)

Ti=Wi(sinθi+Acosθi)+TDi

(3)

(4)

式中：ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(j=i)即：

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1；

(5)

3.1.2剩余下滑推力計算公式

Pi=Pi-1ψi-1+KS×Ti-Ri,

(6)

式中：Pi為第i條塊推力(kN/m)；Pi-1為第i條塊的剩余下滑力(kN/m)；Ks為設計安全系數，取1.15。

3.2滑坡變形破壞模式及工況

本次對滑坡的3條縱剖面都進行了穩定性計算，每條剖面采用3種滑動模式(次級滑動、前緣牽引滑動、整體滑動)，根據傳遞系數法的原理對滑體進行條分(附穩定性計算剖面條分圖)。

根據崩塌堆積體的特征及其可能出現的各種荷載情況及組合，計算中主要考慮自重、降雨、地震等，本次選定如下3種工況計算上述各剖面的滑坡穩定性及各滑塊的剩余下滑力，具體方案如下：工況1：自重；工況2：自重+暴雨狀態；工況3：自重+地震(圖7)。

圖7　滑坡不同剖面不同滑動模式計算模型

3.3滑坡穩定性計算參數選取

3.3.1滑體重度的確定

根據可研和本次勘查所取細粒土常規試驗分析資料及現場大重度試驗資料，結合滑體土的平均土石比確定計算時采用的滑體土重度值為：滑體天然重度：19.5 kN/m3，滑體飽和重度：20 kN/m3。

3.3.2滑帶土C、φ值確定

1)室內試驗。滑帶土C、φ值根據巖土試驗成果及反算結果綜合分析確定。勘查共取9組滑帶土原狀樣進行室內試驗，在不同狀態下的抗剪強度統計值見表2-3。由于本次室內進行的是滑帶土反復殘余剪切試驗，試驗值明顯偏小，不宜采用，本次僅采用滑帶土快剪試驗值參與抗剪強度綜合取值。

2)反算。該滑坡為地震后變形，滑坡變形主要受震后降雨影響，本次1-1′剖面作為反演計算剖面，給定穩定系數為1.0，經過反算得出其飽和抗剪強度為：C=10.1 kPa，內摩擦角=17.6°。

圖8　滑坡滑帶參數反演計算條分圖

綜合上述結果，最終確定滑坡滑帶土抗剪強度參數值見表1。

表1　滑坡滑帶土抗剪強度取值表

3.4穩定性計算結果及分析

利用傳遞系數法對各剖面進行穩定性計算，得到的計算結果見表2。

從計算結果來看，滑坡后緣次級滑體在天然狀態下多處于基本穩定—欠穩定之間，滑坡西側2-2′剖面穩定性最差，處于欠穩定狀態，在暴雨及地震狀態下3剖面次級滑體均處于不穩定狀態。根據現場變形跡象，滑坡次級滑體西側變形跡象明顯大于東側，且從勘查期間裂縫簡易變形監測來看，多數裂縫存在不同程度的相對位移，最大位移量達2 cm，普遍裂縫相對位移在2～9 mm之間，說明次級現狀穩定性較差，與計算結果較吻合。

滑坡主滑體，計算結果顯示滑坡天然狀態下多處于基本穩定—欠穩定之間，暴雨及地震工況下均處于不穩定狀態。從滑坡長期變形形式來看，在中部未切坡前，滑坡平臺外側陡坎就存在局部溜滑現象。前緣牽引式滑體計算結果也顯示滑坡前緣滑體存在牽引滑動可能。綜合分析1-1′、2-2′剖面主滑體不具備整體滑移條件，主要為前緣滑體牽引滑動。

表2　滑坡穩定性計算結果一覽表

主滑體東側邊界3-3′剖面，勘查資料顯示滑坡剖面滑體埋深較大，滑面傾角較陡，滑面幾乎無阻滑段，從計算結果來看3-3′剖面具備整體滑動條件。

4結語

1)滑坡長期蠕動變形及可能失穩的主要影響因素有4個方面：一是滑坡區地層巖性為泥盆系千枚巖，遇水易軟化；二是滑體主要為千枚巖風化后形成的碎塊石土，且坡體物質松散透水性較好；三是坡體受到震動影響，使該滑坡出現了變形加劇；四是人類活動對滑坡的影響，土體耕作灌溉、修路筑房切坡、滑坡前緣水庫致使水位抬高。

2)滑坡主滑體，計算結果顯示滑坡天然狀態下多處于基本穩定—欠穩定之間，暴雨及地震工況均處于不穩定狀態。滑坡后緣次級滑體在天然狀態多處于基本穩定—欠穩定之間，滑坡西側2-2′剖面穩定性最差，處于欠穩定狀態，在暴雨及地震狀態下3-3′剖面次級滑體均處于不穩定狀態，需要對該滑坡進行及時治理。

針對該滑坡的變形特征、滑坡性質、滑體物質組成特征影響坡體穩定的敏感因素及所保護的對象等綜合分析，本著技術可行、經濟合理的原則，建議采用抗滑樁對滑坡及次級滑體實行分級支擋。建議沿滑坡后緣修建截排水溝防止地表水大量入滲。

參考文獻

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[4] 交通部第二勘察設計院．路基[M]．2版．北京：人民交通出版社，1996．

The Southwest Landslide Basic Characteristics and Stability of Variety of Failure Mode Analysis

CHEN Yan, etc.

(StationSichuanGeologicalEnvironmentalMonitoring,Chengdu610081,China)

Abstract：The southwest landslide after the 5.12 earthquake occurred obvious signs of loosing stability failure. The landslide is the ancient landslide, and the front development has a secondary landslide. This landslide is with a large scale by the influence of some external factors such as continuous rainfall and the construction disturbance. Through field investigation, drilling monitoring way to master the basic characteristics of the landslide deformation and failure, and according to the rigid body limit equilibrium method to make an analysis and predictions to stability status and development to three different failure modes in order to provide reliable references for landslide dispose.

Key words：landslides; the basic characteristics; failure mode; the stability calculation; stability evaluation

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8984(2016)01-0080-07

中圖分類號：P694

作者簡介：陳彥(1979-)，男(漢)，四川成都，工程師

收稿日期：2015-11-24

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.019

主要研究地質災害防治。