黃角樹古滑坡穩定性分析

楊 紹 平， 王 子 忠

(1.四川水利職業技術學院 ， 成都 崇州 611231;2.四川省水利水電勘測設計研究院 ，四川 成都 610072)

黃角樹古滑坡穩定性分析

楊 紹 平1， 王 子 忠2

(1.四川水利職業技術學院 ， 成都 崇州 611231;2.四川省水利水電勘測設計研究院 ，四川 成都 610072)

根據黃角樹古滑坡的基本地質條件、滑坡體及滑帶土物質特征，分析并得出該古滑坡形成機理，通過模型計算分析其穩定性，得出的結論是局部存在復活的可能性，從而為擬建的水利工程和當地場鎮建設提供了治理依據。

黃角樹古滑坡；穩定性；分析

黃角樹古滑坡位于巴中市某擬建水庫庫區河流左岸，近年來其堆積體前緣出現開裂，滑坡體上的房屋陸續出現裂縫，表明古滑坡有復活的跡象，當地已進行了局部加固治理。當擬建水庫建成蓄水后，古滑坡體前緣處于庫水位下，一旦失穩將危及場鎮居民人身及財產安全，同時，滑坡形成的涌浪可能會影響大壩安全，若形成堰塞壩，還將影響庫容和水庫運營調度。這些問題將成為擬建水庫成庫和安全運營的關鍵性問題。

為此，筆者針對滑坡區的地質條件、巖土體結構特征等地質現象進行了調查，認為對古滑坡形成機理及復活性進行分析是對其穩定性進行評價的前提，亦是對滑坡處理方案進行選擇的前提。

1 黃角樹古滑坡的基本地質條件

滑坡區地處華鎣山斷裂帶、大巴山南緣推覆構造帶和龍門山斷裂帶圍成的塊體內，近場區構造形跡主要表現為一系列疏緩寬展的褶皺，兩翼傾角多小于5°。滑坡區為順向坡，坡面平滑，地表物理風化強烈。據野外測繪與巖芯分析，滑坡堆積層為Q4殘坡積土、崩坡積碎石土、滑坡堆積塊碎石土和沖洪積砂卵石等，基巖為侏羅系上統蓬萊鎮組(J3p)砂巖、粉砂巖夾泥巖互層。地層巖性單一，受古滑坡間歇性滑動影響，堆積層物質出現不均一與疊置現象。

滑坡區內分布孔隙水和基巖裂隙水。孔隙水主要賦存于Q4崩坡積和沖洪積堆積層中，受大氣降水和地表水補給，排泄于河流或沖溝，水量不豐。基巖裂隙水主要分布于構造裂隙發育的砂巖夾層中，出露點較分散，流量一般為0.01～0.2L/s，受大氣降水補給，隨季節變化大，就地排泄于溝谷。

古滑體堆積于河道，使得河流由凹岸變為凸岸，在古滑體東部邊緣分布拉裂形成的近南北向陡崖。古滑坡下游左岸階地發育，保存完整。滑面出露高程為352m(擬建水庫死水位高程357m)，水庫蓄水后滑面處于庫水位以下，受水位變動影響，地下水水壓力及浮托力將影響滑坡的穩定性。

2 古滑坡的工程地質特性

2.1 古滑坡的判別及邊界確定

據野外調查得知：其地形地貌具有明顯的河流改道現象，改道河流長度約為250m，滑坡堵河使得滑體上游受到河水的側蝕作用形成一個凹岸。從巖性巖相觀察分析得知，現場出露的地層為J3p砂泥巖互層，其在堆積體的上游、下游和后緣部位都出露有相同的砂巖陡壁，鉆探揭示堆積體內出現該砂巖塊碎石，巖芯顯示有以粘土夾塊碎石為主的滑帶，滑動擦痕清晰可見。從巖層產狀可見：在前緣岸邊出現因古滑坡在下滑過程中前緣受阻而發生的前緣巖土體鼓脹-彎折引起的反翹；同時，其堆積體上建有場鎮，這些跡象均表明這是一個古滑坡。

滑坡在河流上游側的邊界根據基巖陡壁展布方向、基巖在地表的出露位置、地表裂縫分布和前緣河岸邊大塊石堆積區邊界綜合確定，上游側邊界總體較平直；下游側邊界根據基巖陡壁展布方向，基巖在地表的出露位置、鉆孔資料綜合確定，下游側邊界總體呈弧狀；后緣邊界以基巖陡壁為依據進行圈定；前緣邊界以河流和下游階地周界確定，其前緣和中部稍寬，后緣則逐步收斂，在平面上滑坡體邊界整體上成圈椅狀。滑坡體縱長(近似垂直河流方向)約為390m，橫寬(近似平行河流方向)約為280m，面積約為1.01×105m2，堆積體平均厚度約19m，滑體方量約1.9×106m3。

2.2 古滑坡區巖土體物質結構特征

古滑坡發育于砂泥巖互層地區。筆者通過對6個鉆孔巖樣進行分析得知，泥巖或滑帶土中伊利石的含量均大于20%，具有明顯的膨脹性。

據鉆探資料，該滑坡滑動面埋深約4～33m，滑動帶下部為J3p弱風化灰白～淺紫色泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖，而滑動帶上部主要為碎石土堆積層，碎石主要為紫紅色砂巖、泥質粉砂巖。筆者結合古滑坡體地表以及鉆孔內的物質特征，將古滑坡體物質結構分為三個區：

(1)前緣孤石-漂石堆積區：地形坡度約為8°～10°，自滑坡前緣上游側邊界向下游長約250m、寬約20～50m的范圍堆積了具有一定磨圓的孤石和漂石，粒徑約0.3～2m，巖性以紫紅色泥質粉砂巖為主，下部偶有紫紅色粉砂質泥巖出露，出現巖層反翹現象。

(2)中部塊石-孤石堆積區：位于370～400m高程范圍，坡度約為11°～14°。覆蓋層較厚，大部分區域被粉質粘土夾砂巖、泥質粉砂巖塊碎石層覆蓋，粉質粘土主要呈紫紅色，地表植被較發育。沖溝內可見棱角狀砂巖塊石-孤石，塊徑約為0.2～1m。

(3)后緣假基巖堆積區：位于400～415m高程范圍，坡度約為4°～7°。分布強風化的崩殘坡積體，地表表現為大塊塊石堆積形成的假基巖，假基巖出露長度一般為10～40m，厚度則大于1m。巖性主要為淺紫色砂巖夾粉砂質泥巖。堆積體覆蓋層厚度小于10m，植被較為發育。

2.3 古滑坡滑帶土特征及力學參數

據鉆孔揭示，古滑坡體內不同深度有多個軟弱夾層，成分為粘土夾粉砂質泥巖、泥質粉砂巖塊碎石，塊碎石呈次棱～次圓狀。部分鉆孔內揭露的軟弱夾層含水量較高，塊碎石磨圓度較好，有細微擾動擦痕。軟弱夾層作為滑體內強度相對較弱的結構面，滑坡的蠕變變形或復活均可能沿軟弱夾層進行。在地質剖面中對比軟弱夾層的空間位置，相鄰鉆孔內的部分軟弱夾層在空間上可以連成比較順直的潛在滑移面。

對鉆孔資料進行分析得知：各鉆孔內滑帶物質組成基本相同，厚度不均一，平均厚度約0.6m。滑帶土物質組成主要為粘土夾塊碎石，塊碎石多呈次棱～次圓狀，滑帶土多有擠壓錯動痕跡，斷面見擦痕鏡面。滑帶界面以下則多見厚至巨厚層狀灰白色～淺紫色細砂巖，細粒結構，裂隙不發育。

通過取樣對滑帶土進行物理力學性質試驗得到的滑帶土物理力學性質參數見表1。

3 古滑坡形成機制分析

3.1 古滑坡成因及變形破壞發育史

現場分析和鉆孔資料顯示，該古滑坡為大型基巖順層滑坡，因此，追溯其變形破壞發育歷史要從滑坡區內的巖層特征入手。據鉆孔資料，區內基巖為J3p砂泥巖互層，巖層緩傾坡外，發育有兩組構造節理，傾角多在70°～80°之間。這種軟硬巖相間又緩傾坡外的巖體容易產生蠕滑并發生拉裂變形。開闊的斜坡具備臨空條件，區內降雨充足，地形平緩利于地表水入滲，從而使泥巖軟弱層抗剪強度降低形成滑動面。因存在這樣的地質背景，古滑坡孕育于軟硬巖相間又緩傾坡外的基巖巖層內，中厚層的巖層沿其下覆相對較軟弱的泥巖層產生蠕滑拉裂變形，且巖層蠕滑產生的拉裂縫不斷向山體深部和高處發展，逐步貫通形成滑移面，受前緣出口地形的約束和滑移方向變化帶來的阻力作用，基巖滑坡的變形模式轉化為滑移彎曲型破壞，經前緣剪切段被完全剪穿，基巖滑坡發生潰決性的下滑并逐步堆積穩定后形成如今的形態。

表1 滑帶土反復剪切試驗成果表

3.2 古滑坡形成機制分析

通過對該滑坡體進行調查與分析，得到其變形破壞的演化過程及變形破壞機制：

(1)緩傾坡外的巖體在構造節理、層理及風化裂隙的切割下被分割為似塊狀巖體。在自重作用下，下部軟弱層變形造成其向臨空方向發生蠕變，節理裂隙進一步擴大，為水的入滲運移提供了通道。

(2)入滲水與泥巖發生物理化學作用，降低了泥巖的抗剪強度，上覆砂巖在自重作用下沿泥巖軟弱帶發生蠕滑變形。因砂巖與泥巖的變形速率存在差異，使其之間產生了剪切裂縫。滲入泥巖的地下水逐漸使泥巖裂隙充水，造成裂隙周圍巖體強度因軟化而降低。

(3)隨著時間推移，變形位移的差異導致構造節理和風化裂隙被不斷拉開，加劇了水巖作用，上覆砂巖與下伏泥巖間的剪切拉裂面逐漸貫通。在略高于坡腳的部位，巖層下滑受阻發生彎曲隆起。

(4)隨著斜坡變形加大，應力在前緣逐步集中，當應力集中到大于斜坡前緣的阻滑力時，累進的變形使貫通的拉裂面也逐漸與前緣的彎曲拉裂面貫通，古滑坡的滑面形態最終形成，斜坡變形體突然沖出并發展為滑坡，前緣堆積物沖進河中形成堵河并使河流改道。

(5)河水不斷壅高，使位于河床部位的滑坡堆積體不斷被河水沖蝕帶走，河流的形態也逐漸向滑坡前的形態恢復。因滑坡堆積物前緣結構相對穩定、受河流沖刷的影響較小，河流在地形地貌上出現改道現象。由于滑坡前緣彎曲鼓脹，最后沖出后前緣巖層出現反翹。

變形破壞的模式隨滑坡變形過程發生變化。初始以蠕滑拉裂為主，隨著拉裂縫不斷發展，砂泥巖交界面處的剪切拉裂縫也不斷貫通，由局部破壞轉為整體破壞。隨著變形破壞的加劇，在前緣受阻的條件下，破壞模式由蠕滑拉裂轉為滑移彎曲，隨著前緣彎曲段的潰決性剪斷，其頂部的砂巖快速沖出形成大滑坡。

4 古滑坡穩定性分析

4.1 影響滑坡復活的因素

目前古滑坡前緣已出現明顯的拉裂縫，說明該古滑坡已經局部復活，通過對當地居民訪問得知，這些拉裂縫是伴隨近年來暴雨出現的，每逢強降雨天氣，拉裂縫的變形速率會加快。

強降雨是滑坡復活最重要的觸發因素和動力來源，它引起滑坡土體靜水壓力、動水壓力、浮托力、巖土體的物理力學性質、非飽和土中的基質吸力及滲流過程等因素改變，從而降低了滑坡體的穩定性。潛在滑帶透水性差，在地下水長期物理化學作用下呈可塑狀或軟塑狀。降水入滲、特別是擬建水庫蓄水后，庫水位高于滑動面，將進一步加速滑體內部的泥化過程，使滑帶土軟弱層進一步軟化，進而為古滑坡的復活創造有利條件。

滑坡前緣河流洪水期的側蝕是古滑坡局部復活的重要誘發因子。主汛期河水暴漲，流速急，對古滑坡前緣變形體的強烈沖刷侵蝕削弱了坡腳的支撐力，造成坡腳應力集中而發生破壞。水庫蓄水使地下水位上升，對古滑坡前緣抗滑段具有浮托減重作用，降低了其抗滑力，可能會出現局部失穩。

堆積體上城鎮規模的擴大加大了外荷載，起到了助滑作用。種植活動破壞了地表排水系統，使地表水更容易滲入到滑體中，促使了滑坡失穩。

4.2 古滑坡復活演化過程數值模擬

4.2.1 地質模型的建立

將地質資料概化后建立地質模型，考慮邊界效應，橫斷面方向長度800m建立模型。指定沿高程增大方向為Z軸正向，沿邊坡坡外方向為Y軸負向，垂直YZ面向外為X軸正向，計算范圍選為X軸方向取800m，Z軸方向取300m，Y軸方向取800m，進行三維分析。

根據滑坡區地形圖，選取模型長寬高為800m×800m×300m。通過軟件讀取地形圖中的坐標，通過sufer軟件進行插值，將地形圖中的數據提取出來生成模型，結合一系列ANSYS生成FLAC3D文件，導入FLAC3D軟件進行數值分析。

4.2.2 靜力邊界條件及巖土體力學參數

計算中，地應力僅考慮巖土層自重，設置計算模型的位移邊界：左面邊界(X=0m)、右面邊界(X=800m)約束X方向位移；前面邊界(Y=0m)、后面邊界(Y=800m)約束Y方向位移；模型的底面(Z=200m)為固定邊界，約束三個方向的位移。在FLAC3D計算中，巖、土體采用摩爾-庫侖彈塑性材料模型，輸入巖石力學參數：體積模量(K)、剪切模量(G)、彈性模量(E)、泊松比(u)。

4.2.3 不同工況下滑坡穩定性計算分析

(1)天然狀態下滑坡穩定性分析。

在自重作用下的初始應力場，計算得到的最大豎向應力σzz=6.06MPa(模型中Z方向為豎直方向)，σxx=σyy=0.97MPa；通過應力應變特征計算，該古滑坡體變形最為明顯的區域位于古滑坡體的前緣，位移為0.475m，該區域也是剪應力最為集中的地區，與野外觀察到的變形跡象一致。

(2)暴雨狀態下滑坡穩定性分析。

據氣象資料，當地最大日降雨量達到135mm/d，利用modelflow軟件進行暴雨條件下地下水位變動分析得知，在暴雨條件下，地下水位上升0.4m，對潛在滑坡前緣起到了浮托減重作用。通過計算得知，在暴雨條件下，滑坡位移量增大，其中位移速率最大的地方是前緣變形體處，最大位移增量達到0.67m，相對天然狀態下位移量增大了0.2m，同時，在暴雨狀態下，前緣變形體剪應力不斷增大。

對比天然條件與強降雨條件滑坡應力應變計算結果得知：在暴雨條件下，降水使坡體自重增加，同時形成靜水壓力與動水壓力，從而增大了滑體的下滑力；強降雨的滲入，導致巖體C、φ值降低，抗剪強度減小；降水入滲，潛在滑坡體含水量增大，基質吸力減小，抗滑力減小，使得前緣位移量相對于天然狀態增大。

4.3 古滑坡復活變形破壞機制分析

古滑坡地形及滑面整體平緩，前緣地層反翹，基本不具有再整體滑動的可能性。鉆探資料顯示，其存在粘性土含量相對較高的潛在滑動帶，易引發局部或淺層滑移。通過對古滑坡體變形跡象進行調查，在前緣見拉裂縫，局部地段拉裂縫分布密集，表明潛在滑動區穩定性亦不均一，從潛在滑坡的巖土體結構特征及裂縫發育速率看，滑坡現處于蠕滑變形階段。

結合數值模擬結果和滑坡復活因素判定古滑坡局部復活機制為：古滑坡逐步穩定后，伴隨著城鎮建設規模擴大，在古滑坡體上建設了越來越多的建筑物，加大了古滑坡體的荷載，在降水入滲以及水庫蓄水使地下水位變動的背景下，古滑坡體內部碎石土與水發生水巖作用，使得古滑坡體物質泥化程度增加，易于形成連貫性的滑動面；近年來強降雨天氣頻發，降水入滲提高了滑坡體的含水量，孔隙水壓力增大，基質吸力減小，降低了有效應力，導致古滑坡體內部巖土體的抗剪強度下降；降水入滲，受到潛在滑面滲透系數低的控制，入滲的降水在潛在滑面處聚集，形成靜水壓力并沿著潛在滑面發生滲流，形成揚壓力和動水壓力，促進了古滑坡局部失穩復活。同時，強降雨天氣能在短時間內提高河水位使水流流速加快，對滑坡前緣的沖蝕作用增強，為古滑坡復活創造了有效的臨空面，并且降低了古滑坡前緣的抗滑力，進而降低了古滑坡前緣的穩定性。

5 結 語

通過河流改道、地層巖性特征和巖層反翹及堆積體上建場鎮可以判定該滑坡為一古滑坡。滑坡體物質主要為紫紅色砂巖，滑帶土以泥夾塊碎石為特征且泥質成分具有明顯的膨脹性。古滑坡孕育于砂巖泥巖互層的巖層內，軟硬巖相間且緩傾坡外的巖層在陡傾的節理控制下，砂巖層沿其下覆相對較軟弱的泥巖層產生蠕滑拉裂變形，巖層蠕滑產生的拉裂縫不斷向山體深部和高處發展，至貫通形成滑移面；受前緣剪出口地形的約束，基巖滑坡的變形模式轉化為滑移彎曲型破壞，待前緣剪固段被完全剪穿、基巖滑坡發生潰決性下滑并產生堆積。

該古滑坡體經過長時間的穩定期，近年來遇強降雨，堆積體前緣地表產生劇烈變形，造成古滑坡復活。筆者結合前緣復活體的變形跡象進行分析得知：新復活體還處于蠕滑-拉裂階段，滑面尚未整體貫通，但預計在后期暴雨或庫區蓄水影響下新復活體可能沿潛在滑面推移-滑出。為此，需進一步研究其在不同工況下失穩的可能性，以及失穩后涌浪對大壩和城鎮的沖擊、滑坡堰塞壩形成預測及對水庫功能的影響等。

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-08

TV7;[TV221.2];TV

B

1001-2184(2017)01-0091-04

楊紹平(1963-)，男，四川劍閣人，系主任，副教授，高級工程師，碩士，從事水文與工程地質、巖土工程教學與生產科研工作；

王子忠(1964-)，男，四川劍閣人，副總工程師，教授級高級工程師，博士，從事水利水電工程勘察設計工作.