下芹村巖質(zhì)滑坡變形特征及發(fā)展趨勢研究

王蓓蓓

(山西省第二地質(zhì)工程勘察院，山西侯馬 043011)

1 概述

山西省位于黃土高原西部，由于降雨和人類工程活動等因素的影響誘發(fā)的黃土滑坡災(zāi)害頻發(fā)，但巖質(zhì)滑坡的發(fā)生給當(dāng)?shù)厝嗣裆踩拓敭a(chǎn)安全帶來的威脅也應(yīng)該引起足夠重視。在滑坡形成發(fā)展過程中，對邊坡變形特性的研究極為重要，因為它可以直接反映邊坡的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢。有些學(xué)者［1，2］通過邊坡變形的宏觀監(jiān)測和測量分析滑坡變形特性，而隨著各種試驗方法和微觀技術(shù)的發(fā)展，加之滑坡的破壞實質(zhì)是滑帶土受各種因素的影響發(fā)生變形破壞的過程，因此，通過觀測滑帶土的微觀變形機理［3-5］推測反映滑坡的宏觀變形機理也越來越常見，并且取得了很好的效果。

當(dāng)滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并且由于各種因素的影響可能再次發(fā)生滑動，因此對滑坡發(fā)展預(yù)測的研究也尤為重要，這實際上與滑坡的預(yù)警預(yù)報密切相關(guān)［6］，可以通過監(jiān)測系統(tǒng)［7，8］以及建立模型［9，10］等方法綜合判定滑坡再次發(fā)生的可能。因此，本文以下芹村巖質(zhì)滑坡為例，通過穩(wěn)定性分析及變形特性研究，對滑坡的發(fā)展趨勢進(jìn)行變形特性研究，對滑坡的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，為滑坡治理設(shè)計和防治提供一定依據(jù)。

2 滑坡概況

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

該滑坡所處位置位于陽城縣縣城西部，為中低山斜坡地貌。該處總體地勢南高北低，西高東低，其北部為下芹村住宅小區(qū)及民房，南側(cè)為公安局訓(xùn)練場。研究區(qū)的最高高程為661.5 m，最低高程在滑坡前緣的下芹村住宅小區(qū)內(nèi)，高程 616.2 m，項目區(qū)相對高差 45.3 m。

2.1.2 地層巖性

滑坡所處研究區(qū)的地層巖性從新到老描述如下:

第四系全新統(tǒng)(Q4):主要由碎石、黃色及黃褐色粉土、粉質(zhì)粘土組成，為人工雜填土，局部地區(qū)會有建筑垃圾、磚屑等出現(xiàn)，厚度 2.0 m～4.7 m。

第四系上更新統(tǒng)(Q3):主要為棕色、紅棕色的粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑，豎直節(jié)理發(fā)育，厚度 3.2 m～10.3 m。

石炭系上統(tǒng)太原組(C3t):為主要含煤地層之一。主要由灰色、灰黑色泥巖、不同粒徑的砂巖、灰?guī)r及煤層組成。泥巖呈碎屑結(jié)構(gòu)，極破碎，強風(fēng)化，裂隙發(fā)育。厚63.16 m～109.47 m，平均 85.21 m。

2.1.3 人類工程活動

研究區(qū)內(nèi)影響滑坡穩(wěn)定性的人類工程活動主要為下芹村住宅小區(qū)建設(shè)和公安局訓(xùn)練場建設(shè)，現(xiàn)敘述如下:

1)滑坡前緣下芹村住宅小區(qū)建設(shè)。在小區(qū)建設(shè)中，對山體坡腳進(jìn)行了人工開挖，并修筑了漿砌石擋墻護(hù)坡，高度為4 m，目前較為穩(wěn)定，但在極端降雨、地震等作用下，可能會發(fā)生失穩(wěn)。

2)滑坡中部農(nóng)業(yè)活動。在滑體中部，當(dāng)?shù)鼐用駥ι降剡M(jìn)行了開墾種植，對原有地形地貌進(jìn)行削坡開挖，改變了原有的地形地貌，使山體形成一些臨空面。

2.2 滑坡基本特征

該滑坡所在的原始斜坡為直線型坡，東西走向陡坎較發(fā)育，坎高約1 m～5 m，局部陡坎坡度 50°～70°，平均坡度23°，坡向10°。滑坡平面形態(tài)呈“橢圓形”(見圖1)，近似圈椅狀，東西向延伸，主滑方向為10°。滑坡南北長約140 m，東西寬約300 m，平均厚度25 m，滑體體積約105.0×104m3，屬于大型滑坡。

圖1 滑坡全景圖

3 滑坡變形特征及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡變形特征

根據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)查結(jié)合勘查資料、地質(zhì)資料，將滑坡變形特征總結(jié)并分析如下。

3.1.1 滑坡后緣裂縫

滑坡后緣位于山坡南部公安局訓(xùn)練場，通過野外調(diào)查可清楚的觀察到在訓(xùn)練場周圍及場內(nèi)有近東西向延伸的張拉裂縫，走向110°～130°，寬約 1 cm～5 cm，在滑坡后緣裂縫處挖探槽，拉張裂縫清晰可見，產(chǎn)狀為31°∠80°(見圖2)。

圖2 滑坡后緣拉張裂縫

3.1.2 坡面變形特征

該滑坡坡面變形嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為地表裂縫和坡面松散巖體崩落以及局部小滑坡。

滑坡中后部為高陡坡，高差比較大，出露的泥巖在長期風(fēng)化下強度比較低，加上長期受臨空卸荷影響在滑坡中后部形成了平行等高線的集中卸荷裂隙帶，裂縫寬約20 cm～40 cm。在2017年7月強降雨季節(jié)過后，滑坡坡面變形跡象不斷加劇，在坡體上形成了多道垂直滑動方向的平行張拉裂縫，其中滑體中部的拉張裂縫寬度將近40 cm長約140 m，可見深度達(dá)到0.6 m(見圖3)。

圖3 滑坡中后部裂縫發(fā)展

在滑坡體中部左側(cè)部位，出露基巖主要為泥巖，在長期風(fēng)化作用下極為破碎，由于村民不合理的開挖卸荷導(dǎo)致此處坡面變得比較陡峭，在其自重及強降雨等不利因素下發(fā)生了局部的崩塌(見圖4)。

圖4 滑坡的局部崩塌

位于滑坡中后部右側(cè)處泥巖風(fēng)化嚴(yán)重，坡度較大，節(jié)理裂隙比較發(fā)育。在強降雨及長期風(fēng)化等不利因素下，裂隙不斷加寬加深并貫通，最終導(dǎo)致發(fā)生局部小型滑坡。滑坡長約16 m，寬約18 m，平面上近似橢圓形，主滑方向為10°，與本滑坡主滑方向基本一致(見圖5)。

圖5 坡體的小型滑坡

3.2 滑坡穩(wěn)定性計算

結(jié)合試驗資料和反分析法綜合確定滑帶土的參數(shù)取值，并選取2個合適剖面(如圖6所示)進(jìn)行天然工況和天然+暴雨工況的穩(wěn)定性計算，采用不平衡推力傳遞系數(shù)法對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計算，其計算公式如下:

其中，F(xiàn)s為邊坡穩(wěn)定性系數(shù);ψj為傳遞系數(shù);Ri為第i個滑塊的抗滑力;Ti為第i個滑塊的下滑力;Ni為第i個滑塊在滑動面上的法向反力;ci為第i個滑塊內(nèi)聚力標(biāo)準(zhǔn)值;φi為第i個滑塊內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值;li為第i個滑塊滑動面長度;Wi為第i個滑塊的重力;θi為第i個滑塊與水平面的夾角。

根據(jù)確定的計算參數(shù)和計算剖面分別對滑坡在工況一(自重)、工況二(自重+暴雨)，進(jìn)行穩(wěn)定性和推力計算，并對照相關(guān)規(guī)范確定其穩(wěn)定性是否滿足要求，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)和推力計算成果見表1。

表1 穩(wěn)定性計算結(jié)果

圖6 穩(wěn)定性計算剖面

4 滑坡發(fā)展趨勢預(yù)測

根據(jù)勘查資料和實地調(diào)查結(jié)合相關(guān)分析，可以得出如下結(jié)論:

1)在坡面上垂直節(jié)理發(fā)育，形成了大大小小的裂隙，裂隙延伸至數(shù)米，為降雨等進(jìn)入滑體內(nèi)部提供了通道。

2)滑坡后部由于牽引作用也形成拉張裂縫，在長期風(fēng)化、地表水滲透作用下，裂隙不斷加寬加深。

3)滑坡中前緣的泥巖在雨水長期浸泡下強度大大降低，久而久之泥巖層間軟弱夾層逐步形成(初步推測為潛在滑移面)，并且在滑坡前緣處裂縫發(fā)展到一定程度后與底部軟弱結(jié)構(gòu)面相結(jié)合。

4)當(dāng)遇到強降雨或暴雨時，滑坡巖體荷載增大，在靜水壓力和托浮力的共同作用下，軟弱結(jié)構(gòu)面相貫通，最終導(dǎo)致滑坡前緣失穩(wěn)破壞，滑坡后緣巖體由于失去下部支撐作用，在其自重等作用下向前發(fā)生滑動。

圖7 滑坡最終形成示意圖

綜上，本滑坡總體上穩(wěn)定性差，處于緩慢變形破壞階段，結(jié)合上述穩(wěn)定性計算結(jié)果，可知在強降雨或暴雨等極不利因素影響下，以中后部拉裂縫為后緣拉裂面、泥巖層中經(jīng)受強烈蠕變的軟弱面為潛在滑面發(fā)生滑動(如圖7所示)。

5 結(jié)論

本文以下芹村巖質(zhì)滑坡為研究對象，通過實地調(diào)查結(jié)合分析，得到的主要結(jié)論如下:

1)該滑坡受到降雨和人類工程活動雙重因素的影響，目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2)根據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)查，滑坡變形情況非常嚴(yán)重，包括后緣和坡面的大量拉張裂縫以及坡面形成的小型泥石流，并且在降雨等因素的影響下，變形會進(jìn)一步加劇。

3)結(jié)合穩(wěn)定性計算，可知該滑坡仍舊處于變形階段，在強降雨等極不利因素影響下，可能以泥巖層中經(jīng)受強烈蠕變的軟弱面為潛在滑面發(fā)生滑動。因此，需要引起當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門的重視，做好防災(zāi)減災(zāi)工作。