沐川縣某滑坡形成機制及復活預測

張光鑫， 楊 強， 馮文凱， 李長順

(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， 四川 成都 610059；2.四川省地質調查院， 四川 成都 610081)

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沐川縣某滑坡形成機制及復活預測

張光鑫1， 楊 強1， 馮文凱1， 李長順2

(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， 四川 成都 610059；2.四川省地質調查院， 四川 成都 610081)

通過對沐川縣某平推式滑坡調查分析得出其形成機制：在地震波作用下，坡體在‘楔劈'效應、杠桿作用和PGA放大效應耦合作用下，于坡肩處產生震裂裂隙；其后在降雨入滲作用下，裂縫發育、貫通，坡體蠕變加速；最后在強降雨作用下，滑坡啟動.模擬計算發現：當降雨強度為2 mm/h時，滑坡復活可能性不大；而當降雨強度分別為5 mm/h、7 mm/h、10 mm/h工況下，持續降雨時間分別達60 h、45 h、30 h時，滑坡有較大概率復活.

平推式滑坡；杠桿作用；降雨強度；滑坡復活

0 引 言

四川盆地西南邊緣，紅層巖土體分布較廣，該區域地質巖性呈現砂巖、泥巖軟硬互層的現象，且巖層傾角小，一般為5°～10°，故坡體一般不會發生滑動.由于紅層巖體易震裂松動，易形成震裂斜坡而引發次生災害，但其形成機制、誘發因素與滑動特征未能確定.

針對該類問題，馮文凱等[1-3]認為在地震作用下，坡體應力失衡且坡體表面持續受到方向不一的反復拉剪作用，并提出了初動拉剪加速破裂效應、重復拉剪破壞效應和雙坡共剪破裂效應，此為紅層巖土體與內震裂斜坡的研究及次生災害治理提供了理論依據；祝艷波等[4]利用van Genuchten模型對紅層軟巖泥化夾層進行分析發現，坡體進氣值與初始含水率呈正相關，進氣值與初始干密度呈正相關，在同等情況下，粗粒含量越高，進氣值越低，軟弱夾層持水能力增強；趙明華等[5]利用分形幾何理論模型，提出了紅層軟巖崩解程度控制指標，并驗證了運用分形理論分析巖石微結構的可行性.此外，相關研究表明，紅層區的平推式滑坡的啟動機制與后緣的拉裂縫的水頭高度有關，同時被風化的軟弱巖體也會促進此類滑坡的形成[6].在此基礎上，本研究以沐川縣某滑坡區域為例，通過現場勘察以及數值模擬等方法對該滑坡體的發育情況及成因機制進行了分析.

1 滑坡區域地質環境

作為研究對象的滑坡區域發育于沐川縣馬邊河流域，該地氣候溫和、雨量充沛、陰濕寡照，年平均氣溫在17.1 ℃左右，年平均相對濕度為81%，年平均日照為885.6 h，年平均蒸發量為817.8 mm，年平均降水量為1 300 mm.該區域地質構造如圖1所示.其地貌類型為構造侵蝕剝蝕中山， 受控于大窩頂—炭庫場背斜，位于其南翼，距背斜核部約4 km；同時，該滑坡區域位于利店—新凡向斜北翼，距向斜核部約3 km.據相關資料顯示，區域內地震動峰值加速度為0.10倍重力加速度，地震動反應譜特征周期為0.40 S，對應地震基本烈度為Ⅶ度.

圖1 區域地質構造圖

2 滑坡發育情況與形成機制

2.1 滑坡發育情況

現場勘察顯示，該滑坡區域斜坡坡向為195°，覆蓋層為第四系殘坡積粉質黏土夾碎石，膠結程度一般.平面形態為階梯型，共3級，剖面形態為折線型(見圖2).該滑坡區域上、中部坡度約為25°，覆蓋層厚度為5～12 m；下部為基巖出露區域，坡度為45°左右.滑坡區域主滑方向平行與坡向為195°，滑坡前緣高程596 m，后緣高程644 m，高程差48 m.滑坡區域長約120 m，寬約150 m，厚10～20 m，估算體積為11×104m3，為中型土質滑坡.下伏基巖為侏羅系上統遂寧組(J3s)砂巖，產狀150°∠9°.

圖2 滑坡剖面圖

2.2 滑坡形成機制

2008年，5·12汶川地震后，該區域斜坡坡肩因震裂而形成拉裂縫，其張開度約5 cm，延伸15 m，而后滑坡前緣變形停止，零星部位有土體溜滑現象.坡體后緣裂縫因雨水下滲等因素持續發育，于2009年8月中旬失穩下滑，其滑動距離最大為10 m，導致坡體區域房屋不同程度受損，個別地基隆起，房屋倒塌.滑坡出現前，該坡體后緣及中部有個別區域出現“噴漿”現象，噴射最大高度為0.2 m；滑坡發生后“噴漿”現象消失，坡體原有的魚鱗狀洼地亦干涸，在滑坡前緣鼓脹區域，有渾濁細流從鼓脹裂隙中流出，持續近30 min.

經過實地勘察，本研究認為該滑坡屬于震裂—滑移型平移式滑坡[5]，其破壞模式以蠕滑—拉裂為主，其變形破壞機理如圖3所示.

圖3 滑坡變形破壞機理圖

具體而言：坡體表面在地震體波作用下反復拉—剪，受潛在的“楔劈”效應、杠桿作用和坡肩與變坡點PGA(場地峰值加速度)放大效應，變形首先從該區域開始，坡體后緣出現震裂裂隙[6].地震發生時，坡體內部在縱波作用下，坡體上下震動導致基巖上覆蓋層孔隙結構改變使部分閉合，地下水原有通道堵塞，滲流場紊亂.其后，受橫波作用，坡體左右晃動，此時，在覆蓋層較厚的斜坡中、上部沿著覆蓋層弱結合(膠結)面發育垂直于橫波傳動方向的拉張裂隙，此類裂隙深度不超過2.0 m，基覆界面由于軟弱結構面存在，將產生蠕滑剪切，臨近區域靜水壓力改性，部分土體液化，形成流塑區[2-3].而在體波傳動過程中，在兩不同界質界面上發生的散射和繞射，進一步增加坡體物質組成的無序度.地震發生后，后緣裂縫持續發育并貫通.此后，在強降雨作用下，雨水下滲而土體內部地下水運移通道尚未打通，將在基覆界面形成托浮力.事實上，后緣裂隙飽水區域靜水壓力和基座底部托浮力是平移式滑坡失穩最直接力學因素[7-9].

3 滑坡復活預測

由于該滑坡區域目前暫未進行工程治理，坡體上方還有居民未搬遷，因此預測其在何種降雨強度下復活具有現實意義.

在導致滑坡失穩的主要因素中，例如降雨、地震、人類工程活動等，降雨作用最為直接和普遍.因此，本研究的預測選擇降雨作為滑坡產生的條件.

預測采用二維有限元分析軟件Geo-studio中SLOPE模塊進行模擬分析.為保證軟件精度和方便計算，進行了以下模型簡化：前端基巖只保留部分，同時與后緣拉張裂隙組進行合并，對控滑主要裂隙進行放大，滑帶由于較薄未在模型中反映.

模擬所涉及材料參數取值參考相關工程資料[6]，具體如表1所示.

表1 材料參數表

據資料收集顯示，該滑坡體在第一次滑動前，過程雨量為288 mm，最大降雨強度為58 mm/h.在此基礎上，本模擬設置4種工況，即降雨條件分為2、5、7、10 mm/h，分別對應實際大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨狀況；降雨持續時間設置為72 h，分12步，步寬6 h.模擬結果如圖4～圖7所示.

數據分析表明：在降雨強度為2 mm/h工況下，

圖4 降雨強度2 mm/h，72 h滑坡穩定

圖5 降雨強度5 mm/h，60 h滑坡復活

圖6 降雨強度7 mm/h，45 h滑坡復活

圖7 降雨強度10 mm/h，30 h滑坡復活

該滑坡體復活可能性不大；在降雨強度分別為5 mm/h、7 mm/h、10 mm/h條件下，該滑坡體有大概率復活可能，復活時間分別為持續降雨60 h、45 h、30 h工況下.

4 結 論

研究表明，該滑坡體為平移式滑坡，變形破壞模式主要為蠕滑—拉裂.變形機制為：地震作用下，體波的潛在‘楔劈'效應、杠桿作用以及變坡點PGA放大效應于斜坡坡肩位置產生震裂裂隙，但深度不超過2m；降雨入滲，催化裂隙發育、貫通，并且于基覆界面臨近區域產生向上的托浮力，于后緣裂隙處產生近水平方向的推力；在多種因素耦合作用下，斜坡失穩，滑坡滑動.數值模擬發現，該滑坡體穩定性在不同工況下的表現為：降雨強度為2 mm/h，滑坡復活可能性不大；降雨強度5 mm/h，持續降雨60 h，降雨強度7 mm/h，持續降雨45 h，降雨強度10 mm/h，持續降雨30 h工況下，該滑坡體可能復活.這一結論可為該滑坡體的工程治理提供參考.

[1]馮文凱,黃潤秋,許強.震裂斜坡形成機理及變形破壞模式研究[J].水文地質工程地質,2009，53(6):42-48.

[2]馮文凱,許強,黃潤秋.斜坡震裂變形發育分布規律及危險性分析[J].成都理工大學學報(自然科學版)，2010,37(6):679-684.

[3]馮文凱,黃潤秋,許強.地震波效應與山體斜坡震裂機理深入分析[J].西北地震學報,2011，33(1):20-25.

[4]祝艷波，余宏明，付克儉，等.紅層軟巖泥化夾層土水特征曲線影響因素[J].中南大學學報(自然科學版)，2013，58(7)：2919-2926.

[5]趙明華，陳炳初，蘇永華.紅層軟巖崩解破碎過程的分形分析及數值模擬[J].中南大學學報(自然科學版)，2007，52(2)：351-356.

[6]黃潤秋,唐川,馮文凱，等.汶川地震地質災害研究[M].北京：地質出版社，2009.

[7]李占飛.四川省沐川縣1∶50 000地質災害詳細調查報告[R].四川省峨眉山四零三建設工程公司,2015.

[8]鐘聲.降雨下滑坡土體滲透性研究——考慮初始含水率及密實度的影響[D].成都：成都理工大學,2015.

[9]劉鵬,高振海,劉瓊.雨水入滲誘發滑坡災害的機制分析[J].土工基礎,2010，30(3):33-35.

Formation Mechanism and Resurrection Forecasting of Landslide in Muchuan County

ZHANGGuangxin1,YANGQiang1,FENGWenkai1,LIChangshun2

(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Geology Investigation Institute of Sichuan Province, Chengdu 610081, China)

Formation mechanism was obtained by investigation and analysis of the horizontal pushing landslide in Muchaun County.Under the influence of the seismic wave,shatter cracks appeared on the slopes due to the coupling of “cuneiform splitting” effects,leverage effects and PGA amplification effects.Then,under the infiltration of rainfalls,the fracture developed,ran through the whole slope and the creep deformation accelerated.Finally in heavy rains,the landslide happened.Simulation calculation finds that when the rainfall intensity is 2 mm/h,landslide is unlikely to happen while when the rainfall intensity achieves 5 mm/h,7 mm/h, 10 mm/h respectively and when the rainfall duration amounts to 60 h,45 h,30 h individually,landslide resurrection is probably to happen.

horizontal pushing landslide;leverage effects;rainfall intensity;landslide resurrection

1004-5422(2017)02-0213-04

2017-04-16.

四川省科技廳青年科技創新研究團隊專項計劃(2017TD0018)資助項目.

張光鑫(1991 — )， 男， 碩士研究生， 從事地質災害預測與防治相關技術研究.

P642.22

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