新疆頭屯河樓莊子水庫左岸邊坡滑坡穩定性評價

蔣新會 張金鑄 劉勝

摘 要：2017年9月27日，新疆頭屯河中上游河道左岸山體邊坡發生滑坡。通過對滑坡的形態特征、物質組成、結構特征調查及巖土體物理力學參數，分析滑坡變形特征，得到滑坡影響因素與變形破壞機制，利用傳遞系數法分別對滑坡在不同工況下的穩定性進行計算和評價，為頭屯河樓莊子水庫左岸山體滑坡監測預警與防治提供參考。

關鍵詞：滑坡;影響因素;變形破壞機制;穩定性評價

中圖法分類號：P642. 22? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0111

新疆頭屯河樓莊子水庫是頭屯河流域上游山區正在建設的控制性民生水利工程，主要任務為防洪、灌溉、城市生活及工業供水，距離昌吉市75km，距離烏魯木齊市85km。2017年9月27日，距離水庫下游1.8km處頭屯河左岸山體發生滑坡，滑坡體位于昌吉市硫磺溝鎮樓莊子村附近（以下簡稱“滑坡區”）。

1? 滑坡區概況

昌吉市南部高中山區屬于天山地槽區北天山褶皺帶，褶皺斷裂構造發育，崩塌、滑坡災害發育[1]。樓莊子滑坡位于頭屯河左岸中、低山區地段。從整個滑坡區的地形地貌條件看，該滑坡曾經為一大型老滑坡，老滑坡體整個滑坡體上可明顯發現至少3次滑動痕跡，老滑坡存在多級錯臺裂縫和滑動痕跡，原老滑坡體中前部滑體在原穩定山體阻擋下，沿左側低洼區域滑動堆積，而右側山丘并未發生滑動跡象。老滑坡體長550m，寬180m，面積約99 000m2，平面形態呈“圈椅”形，滑坡主要發育在侏羅紀砂巖和泥巖互層的地層結構中，巖體結構為緩傾順層結構。

2? 滑坡發育特征

2.1? 滑坡區地貌形態及邊界特征

滑坡體左、右兩側以沖溝為邊界，后緣以錯落陡坎為界，前緣剪出口位于縣道X125線公路上邊坡的砂泥巖層面分界處。滑坡前緣高程1 303m，后緣高程1 399m，高差90m。滑體坡度在10°～30°左右，主滑方向140°。

地形上坡體起伏變化較大，左右兩側滑坡體區地勢起伏較小、中間滑坡體地勢起伏較大。后緣為上侏羅統頭屯河組（J2t） 灰白色夾灰色厚層狀砂巖，陡坎高為6～8m。滑坡體表層為第四系中～上更新統沖積、洪積層含礫粉質粘土、礫砂和上侏羅統頭屯河組（J2t） 泥巖全強風化物，下伏基巖為上侏羅統頭屯河組（J2t） 灰白色夾灰色厚層狀砂泥巖，產狀為110°∠Z15～20°。

2.2? 平面分區特征

本次滑坡主要是沿NW140°方向滑動，后緣主動滑動體在遇到前緣山丘阻擋后，沿兩側低洼溝道滑移，分為左右兩支滑動體。在后緣強大推動力作用下，前緣山丘內部上覆泥巖沿下伏砂巖接觸面附近發生滑動，致使公路被掩埋破壞。整個滑坡體平面上可明顯分為4個分區，即I區后緣滑動區、II區左側滑坡區、III區中部滑坡區和IV區右側滑坡區。

（1）I區后緣滑動區

該區位于滑坡后部，為后緣主動推移區，由于地震震動作用使得滑坡后部在自重作用下沿著泥巖面底面和泥巖層內發生滑動破壞，主滑方向為140°，長80m、寬75m，滑體厚度為5～10m左右。垂直下落距離達5m，滑動砂巖塊體長15～20m左右、厚8m左右，后壁處出露的泥巖滑動面呈30°、擦痕明顯，滑動面呈銹黃色，為長期雨水侵蝕發生軟化作用所致。

該區在自重作用下受地震、降雨等誘發發生主動破壞區，由于塊體差異運動導致滑體塊體分解現象明顯，發育眾多小錯臺，塊體之間的裂縫發育密度大、且相互連通，表層堆積有眾多砂巖破壞塊體、直徑可達2～5m。

（2）II區左側滑坡區

該區為左側被動推移區，主滑方向為105°，長200m、寬70m，滑體厚度為10m左右。該區受I區后緣的推動作用發生被動推移滑動破壞，后由于前緣臨空條件較好、且無阻攔發生二次推動破壞，在中部形成3～4到貫通裂縫和錯臺，裂縫長50m左右，與主滑方向近于垂直，錯臺高差達1～2m。該區前部左右兩側分別發生小規模滑動破壞。

（3）III區中部滑坡區

該區為中部被動推移區，主滑方向為125°，長150m、寬80m，滑體厚度為10m左右。該區受I區后緣的推動作用發生被動推移滑動破壞，后由于前緣臨空條件較好、且無阻攔發生二次推動破壞，前緣臨空面發生層內滑動，堆積掩埋縣道X125公路，該區中部發育3道貫通性裂縫和錯臺，裂縫呈圓弧狀，與主滑方向近于垂直，裂縫長90m、張開寬度為0.5～2m左右，裂縫處錯臺高差達2～3m。

（4）IV區右側滑坡區

該區為右側被動推移區，主滑方向為150°，長150m、寬40m，滑體厚度為10m左右，該區受I區后緣的推動作用發生被動推移滑動破壞，由于前緣臨空條件較好、且無阻攔推動破坊前緣臨空面發生層內滑動，堆積在滑坡右側區，該區滑動距離較大，近5m厚的滑體滑動堆積到右沖溝內，坡面變形破壞特征明顯。

2.3? 變形破壞特征

滑坡體平面呈圈椅狀，滑體各部位變形破壞特征明顯。滑坡后壁清晰，出現明顯后緣平臺和臺坎，高度變化1～10m，滑體上出現多處橫向和縱向拉裂隙，裂隙錯臺高度0.2～1.5m不等，并在滑坡后緣出現裂縫，在已錯動砂巖裂縫內有明顯雨水淋溶現象。

2.4? 滑坡物質結構特征

滑體主要分為兩層：第一層為全風化泥巖，局部為砂巖，厚度2.5～3.5m，侏羅系全風化泥巖，呈紫色，松散，干燥稍濕;第二層為強風化泥巖，厚3.5～7.7m，侏羅系泥巖呈強風化，青灰色夾紫紅色，節理裂隙發育，巖體破碎，巖心呈短柱狀。

本次滑坡屬于砂、泥巖接觸面和泥巖層內的中層滑坡，滑帶為強風化泥巖，呈棕黃色，巖體有明顯擠壓破碎痕跡，斷面處可見少量透明色石英結晶體。泥巖呈可塑—硬塑狀，手捏可變形，滑帶處顏色多呈銹黃色，有泥巖現象，局部可見擦痕。

滑床主要是上侏羅統頭屯河組（J2t） 強—中風化砂巖，層厚 7.0～9.5m，侏羅系中風化砂巖，局部夾少量含礫砂巖，青灰色，層狀構造，巖芯較完整，多呈長柱狀。該層砂巖下部為砂泥巖互層結構，呈順層緩傾結構，巖層產狀110°∠15～20°。

3? 滑坡成因分析

3.1? 滑坡影響因素分析

滑坡區位于頭屯河流域南部山區地質災害易發區，頭屯河左岸為砂泥巖順層地層結構、容易發生滑坡災害、發育眾多古老滑坡體，是昌吉市地質災害重點巡查區[1]。

（1）地層巖性

滑坡區地層為侏羅紀砂巖和泥巖互層的地層結構，砂巖節理裂隙發育，卸荷裂隙發育，風化嚴重，巖體被切割成巖塊，泥巖表層風化嚴重，屬于極軟巖，遇水易崩解軟化，常在與頂板砂巖層接觸面形成隔水層和滑移面，使得砂巖順層結構在自重應力作用下更容易發生滑動破壞。

（2） 地形地貌

滑坡區域位于頭屯河上游中低山區，海拔1 200～1 400m，在后期頭屯河侵蝕下切和山體隆升剝蝕過程中，在河谷兩岸發現4級階地，又加上不同階段河流水動力條件促使侵蝕速率存在差異，滑坡區形成山坡陡峭的階梯狀山體地貌，促使陡峭砂泥巖邊坡常常沿接觸面發生崩塌和滑動破壞。

（3） 降雨

滑坡區多年平均降水量257.5mm，最大積雪深度510mm，豐富降雨和冰雪融水致使水系發有，地下水發育，在滑坡體兩側發育兩條平行溝道，為滑坡滑動提供陡峭臨空面和排水通道，滑坡后緣山坡具有上陡下緩地形特點，具有良好匯水條件。根據2017年9月份氣象數據顯示，滑坡發生前共出現7次降水過程，其中23～24日的降水可能為本次滑坡事件具有重要貢獻作用，前期的有效降水加速泥巖層飽水軟化，促使滑坡處于臨界滑動狀態。

（4） 地震活動

該滑坡區域動峰值加速度為 0.2g，對應基本烈度為V度。區域歷史地震頻發，滑坡附近斷裂發育，致使近場中小地震較為活躍，據2017年9月份地震活動記錄，滑坡附近150km范圍內共發生74次，25km范圍內發生2次地震，其中2017年9月27日2時發生的0.9級地震，可能促使處于臨界狀態的邊坡發生滑動破壞。

3.2? 變形破壞機制

（1）滑坡誘發因素

由于滑坡區2017年9月在滑坡發生前的7次降水過程，尤其是9月23～24日的降水加速泥巖層飽水軟化，促使滑坡處于臨界滑動狀態。2017年9月27日2時發生的 0.9 級地震，促使處于臨界狀態的滑坡后部和臨空的砂巖塊體發生滑動破壞。

（2）滑坡形成演化

根據滑坡發展演化過程，滑坡區主滑方向上縱向形成演化可以劃分為三區：I區后緣主動滑動區、II區中部被動滑動區和III區前緣被動推移區。

I區后緣主動滑動區：該區厚度較大，坡度較大，裂縫發育，在自重作用下受連續降雨+地震作用誘發首先發生主動破壞，滑動距離可達40m，滑動勢能較大，由于塊體差異運動導致滑體塊體分解現象明顯，坡面變形破 壞特征明顯，發育眾多小錯臺和裂縫。

II區中部被動滑坡區：該段左右兩側由于阻力小、首先推移剪出滑坡，由于滑坡后部的I區后緣主動滑動區的推動作用，使得II區中部被動滑坡區變形破壞嚴重，中部山丘后部受推動后形成眾多裂縫，兩側局部受擠壓后形成鼓脹，該區變形破壞特征明顯，塊體分解現象明顯。

III區前緣被動推移區：該區位于滑坡前緣處，由于前緣臨空條件較好、且無阻攔發生二次推動破壞，在中部形成3～4到貫通裂縫和錯臺，該區發生被動破壞后堆積掩埋新建道路，道路上堆積體高5～20m，根據現場觀測，該區從9月27 日開始出現道路堆積，受后部推動作用的不斷向前，主要堆積在縣道X125公路和路基邊坡上。

（3）變形機制分析

根據滑坡誘發因素、滑坡形成演化過程和現場觀測，該滑坡后部在自重作用下受連續降雨加上地震作用誘發首先發生主動破壞，使得滑坡表層全—強風化泥巖沿著下覆砂巖面附近產生滑動，滑體中后部率先變形出現局部滑塌，從而推動前緣變形，滑坡中部和前緣剪出口土體受擠壓后形成鼓脹，故該滑坡破壞模式為推移式。

4? 穩定性分析與評價

4.1? 滑坡穩定性計算

樓莊子滑坡滑面即泥巖與砂巖分界面和泥巖層內滑面計算，滑面主要呈折線形，故采用折線型滑動面計算模型[2]。

坡體上沒有建筑，可不考慮建筑荷載;因坡體為斜坡，地表存水相對較少，可不考慮動靜水壓力對滑坡的影響;坡體內無地下水位，不考慮地下水的影響;本區地震基本烈度為8度，考慮地震影響;本區為降雨集中，暴雨多發區，考慮暴雨對滑體加載及對滑帶軟化的影響。經以上分析綜合本滑坡特征及其各種荷載情況，選定工況1：自重（天然狀況）、工況2：自重+暴雨和工況3：自重+地震，三種工況計算評價滑坡穩定性。根據勘測資料，滑坡穩定性和滑坡推力參數按下表1取值。

根據計算結果對滑坡進行穩定性評價，將穩定性劃分為四級：穩定系數Fs≥1.15為穩定，1.15>Fs≥1.05基本穩定，1.05>Fs≥1.0為欠穩定，Fs< 1.0為不穩定。按照上述工況及方法進行滑坡穩定性計算，計算結果見表2。

4.2? 滑坡穩定性分析評價

根據《滑坡防治工程規范》（DZ/T 0218-2006），邊坡穩定性評價參考邊坡穩定狀態劃分標準評價本次計算的邊坡穩定性，如表3所示。

將滑坡剖面所計算的穩定系數按表邊坡穩定狀態劃分標準進行評價，評價邊坡的穩定性狀態，如表4所示。

由上表可知，該滑坡處于欠穩定狀態，滑坡一定時期內處于蠕動變形階段，在暴雨或地震的條件下發生滑動破壞的可能性較大。

在天然工況下，滑坡穩定性系數在1.022～1.169之間，滑坡處于基本穩定狀態，局部處于欠穩定狀態;滑坡前緣路基處由于堆載過多，其處于欠穩定狀態，容易沿著現路基下邊坡處發生剪切破壞。

在自重+暴雨工況下，滑坡穩定性系數在0.846～0.955之間，滑坡處于不穩定狀態，容易再次發生滑動破壞。

在自重+地震工況下，滑坡穩定性系數在0.871～0.932之間，滑坡處于不穩定狀態，容易再次發生滑動破壞。

5? 結論與建議

樓莊子滑坡長約350m，寬約150m，滑坡主滑方向140°，滑體厚度平均10m，滑坡坡度為15～30°，體積約5.25×105m3。此滑坡屬于中層、大型、推移式自然巖質滑坡。

樓莊子滑坡平面滑動特征復雜，為后緣主動滑動體在遇到前緣山丘阻擋后，分左右兩支沿兩側低洼溝道滑移，同時，在后緣強大推動力作用下，前緣山丘內部上覆泥巖沿下伏砂巖接觸面附近發生滑動，致使公路被掩埋破壞。整個滑坡體平面上明顯分為4個分區，即I區后緣滑動區、II區左側滑坡區、III區中部滑坡區和IV區右側滑坡區。

該滑坡為順層滑坡，地層結構簡單，為上覆泥巖沿下伏砂巖發生滑動。滑體主要分為兩層：第一層為全風化泥巖，層厚2.5～3.5m，第二層為強風化泥巖，層厚3.5～7.7m;滑帶為強風化泥巖，呈棕黃色，巖體有明顯擠壓破碎痕跡，呈可塑—硬塑狀，手捏可變形，有泥巖現象，局部可見擦痕;滑床主要是強—中風化砂巖，層狀構造，巖芯較完整。

樓莊子滑坡是一個典型的自然滑坡災害現象，滑坡區為砂泥巖互層結構，砂巖節理裂隙發育，泥巖風化嚴重，遇水易崩解軟化，砂泥巖順層緩傾結構使得陡峭砂泥巖邊坡坡體在自重應力作用下更容易發生推移滑動破壞。滑坡誘發因素為降雨和地震，滑坡發生前共出現7次降水過程，其中23～24日的降水可能為本次滑坡事件具有重要貢獻作用，前期的有效降水加速泥巖層飽水軟化，促使滑坡處于臨界滑動狀態。其中2017年9月27日2時發生的0.9級地震，可能促使處于臨界狀態的邊坡發生滑動破壞。

根據滑坡發展演化過程，滑坡區主滑方向上縱向形成演化可以劃分為三區：I區后緣主動滑動區、II區中部被動滑動區和III區前緣被動推移區。I區后緣主動滑動區在自重作用下受連續降雨+地震作用誘發首先發生主動破壞，滑動距離可達40m，滑動勢能較大;II區中部被動滑坡區：該段左右兩側由于阻力小、首先推移剪出滑坡，中部山丘后部受推動后形成眾多裂縫;III區前緣被動推移區：該區位于滑坡前緣處，由于前緣臨空條件較好、且無阻攔發生二次推動破壞，該區發生被動破壞后堆積掩埋X125線公路。故該滑坡破壞模式為推移式。

傳遞系數法穩定性計算結果分析，定量計算結果與現場對滑坡的定性分析判斷基本吻合。當前滑坡在天然狀態下，坡體整體處于基本穩定狀態，局部塊體處于欠穩定狀態，在暴雨和地震工況下，坡體處于不穩定狀態。滑坡后部受山包阻攔，仍然存在一定的勢能條件，而且滑面依然存在，容易再次導致推移式滑動。

參考文獻：

[1]白銘.新疆昌吉市地質災害形成機制及其防治對策[J]. 地質災害與環境保護，2009.6（2）：13-15.

[2]陳剛，李世民，蔡敏.高川陳家坡滑坡的形成機制及穩定性評價[J].南水北調與水利科技，2011.9（1）：134-138.