四川漢源縣二道坪滑坡成因及穩定性分析

董建輝, 唐 然, 李大鑫, 李海軍

(1.成都大學建筑與土木工程學院， 成都 610106； 2.四川省地質工程勘察院集團有限公司， 成都 610072；3.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， 成都 610059)

在地質災害中滑坡是最為常見和最為頻發的災害，每年在世界上都會造成巨大的經濟損失和人員傷亡[1]。由于地質構造復雜、新構造運動強烈，滑坡災害在四川西部地區極為發育[2]，例如，2017年四川茂縣新磨村滑坡，造成83人死亡[3]；2018年8月6日四川漢源康家坡滑坡，造成了1人失蹤，威脅10戶36人的生命財產安全[4]。

近年來，諸多學者對滑坡成因及穩定性評價展開了大量研究，例如，穆鵬等[5]通過對隴南紅土坡滑坡進行現場調查，研究了形成該滑坡的主要因素，并做出了穩定性評價；鄒德兵等[6]以湯章滑坡為工程背景，通過現場地質勘查及實時監測資料，采用三維數值模擬的方法對該滑坡的穩定性進行了研究；石天文等[7]通過對山區邊坡開挖誘發的邊坡失穩進行現場勘察，對其滑坡成因及機制進行了分析；李宗發等[8]通過對貴州省印江縣革底滑坡進行現場地質調研，對該滑坡的變形特征及成因機制進行了研究；常亞婷等[9]通過對滑坡區的詳細調查，結合三維數值模擬方法對其滑坡成因機制進行了分析；朱永浩[10]、張大權等[11]和李海軍等[12]通過對滑坡現場進行調查，對滑坡的成因機制進行了研究。滑坡地質災害嚴重威脅著人民的生命財產安全[13-14]。因此，為了保護二道坪附近居民的人身安全及財產安全，對二道坪滑坡成因及穩定性的分析，以期為其邊坡的治理提供科學可靠的依據。

1 滑坡區地質環境條件

滑坡區位于四川省漢源縣大渡河中游，流沙河右岸中山斜坡區，人工耕作形成梯級耕地，梯坎高度0.5～2.0 m，整體地勢表現為北高南低，滑坡區平面圖如圖1所示。

圖1 滑坡區全貌圖

2 滑坡特征分析

2.1 發育特征

滑坡體平面形態呈“圈椅” 狀，近東西向展布，后緣高程1 361 m，前緣高程1 334 m，相對高差27 m。該滑坡區整體地勢西高東低，坡體平均坡度11°，主滑方向為100°，縱向長約174 m，橫向寬約92 m，滑坡體面積約1.50萬m2，滑體平均厚度約4.5 m，體積約6.75萬m3，屬小型滑坡。如圖2所示。

圖2 滑坡區工程地質平面圖

2.2 物質與結構特征

滑體厚度分布從縱向上看，后部厚度相對較厚，一般3～7 m，前部厚度較薄，一般2～5.5 m；從橫向上看，右側較薄，中間和左側較厚，最厚可達7 m。從整個滑體縱向來看，越往上部碎石含量越高，越往下部碎石含量越少；從橫向來看，中部碎石含量較高，兩側碎石含量相對較少；從滑體垂直分布特征來看，越往上部粗巨粒土含量越低。

據鉆探與探槽資料顯示，近基巖頂部為含角礫粉質黏土，碎石含量相對較低，滑坡變形體中前部滑動帶(面)為基覆界面，滑帶土為含角礫粉質黏土，黃色、黃褐色、褐紅色，具有弱膨脹性，局部見擦痕，角礫呈次棱角狀。上部含碎石粉質黏土結構松散，滲透性好，降雨入滲軟化基巖頂部含角礫粉質黏土層，降低其抗剪強度，從而易形成滑動帶(面)；滑坡變形體后部坡體為含碎石粉質黏土，結構松散，滲透性好，局部黏粒富集，具有弱膨脹性，碎石含量相對較低，存在相對軟弱面，潛在滑帶土為的含碎石粉質黏土。前緣由粉質黏土和含碎石粉質黏土組成，結構松散，局部地帶受地下水影響存在粉質黏土，具有弱膨脹性，含水量較高，抗剪強度較低，易形成滑動帶(面)。如圖3所示。

圖3 滑坡區現場圖片

3 滑坡成因機制分析

3.1 滑坡控滑因素

根據現場環境條件和調查所揭示的滑坡體結構，滑坡的控滑因素主要有地層巖性、地質構造、地形地貌、降雨。

(1)地層巖性：滑坡區基巖主要為淺變質細粒鈣質石英砂巖，間夾薄層狀碳質頁巖，軟硬相間的巖層力學性質較差，滑坡面為薄層狀碳質頁巖。

(2)地質構造：近場地區構造行跡主要有九襄斷裂、金坪斷裂及宜東向斜，場地區位于宜東向斜的東南翼，并位于一次生背斜核部偏北東翼，傾角變化較大。金坪斷裂、九襄斷裂分別位于場地區的北西、南東兩側，場地區距離最近的金坪斷裂約5 km，造成了該區域應力場背景值高，局部存在特殊的高應力集中機制，造成了背斜核部基巖面有一定的缺失，也造成了滑坡的右側比左側低十余米。

(3)地形地貌：區地貌類型為中山深切割地貌。滑坡坡體后緣及左側坡度較陡，滑坡體主要為崩滑堆積，其物質結構較松散，坡度10°～20°，從地形地貌上來看，利于匯水滲入到滑面；利于滑坡變形的產生和進一步發展。

(4)降雨：是滑坡發生的主要誘因，因為地形地貌利于降雨入滲坡體，增加土體自重，降低土體力學參數，孔隙水壓力增大，造成滑坡沿著基巖面進行了滑動，滑坡經過滑動之后，目前滑坡殘留體處于穩定狀態。

3.2 滑坡形成演化過程

根據現場調查所揭示的現象，分析了在滑坡形成過程中起到關鍵作用的因素，滑坡演化示意圖如圖4所示。滑坡的形成機制如下。

圖4 滑坡演化示意圖

(1)河流快速下切，坡體前緣坡度隨之變陡，為滑坡的形成提供了臨空面。

(2)滑坡位于一次生背斜核部偏東北翼一百余米，受背斜的影響巖體結構破碎，經過長時間的風化作用粉砂巖順著炭質頁巖進行了活動，其炭質頁巖裸露在地表中。

(3)蠕滑變形體后緣和側緣的陡峻山體受到長時間的物理風化剝蝕逐漸崩落，為滑坡提供了滑體物質來源。

(4)崩塌堆積于滑坡的薄層狀碳質頁巖基巖面上，這個為滑坡形成提供了潛在滑面的條件。

(5)崩塌堆積體經過長期雨水的浸泡，其薄層狀碳質頁巖基巖面進一步軟弱化，逐漸成為滑面。

(6)在一次強降雨的情況下，滑坡體順著薄層狀碳質頁巖基巖面進行了滑動，在蠕滑變形體前緣的沖溝堆積，形成了目前地形地貌的狀態，在無外界的因素干擾下，該滑坡及其堆積體保持了穩定狀態。

4 滑坡穩定性分析

滑坡穩定性分析，就是將復雜的邊坡問題精簡化，首先通過現場勘測對邊坡的穩定性進行宏觀分析，然后建立力學模型轉化為靜力平衡問題，分析某一點處或某一個面的受力情況，最后通過受力情況來判斷邊坡是否處于穩定狀態。根據二道坪滑坡區變形破壞跡象、物質組成及結構特征，結合區內地質環境及影響滑坡穩定性的主導因素，分別從定性和定量兩個方面對區內穩定性展開研究。

4.1 滑坡穩定性定性分析

(1)內在因素：從滑坡的地形地貌分析，地形坡度在10°～30°，高差在20～30 m，且前緣為臨空面，為滑坡提供了足夠的卸荷空間；從坡體的物質組成來分析，滑坡體為淺地表為第四系松散體與粉質黏土，滑帶為易溶于水的粉質黏土層，這些內在條件組合在一起為滑坡的啟動提供了有利條件。

(2)外在因素：由于地面開挖，使得淺表層巖土體松散，擾動了巖土體原始應力狀態，打破了巖土體原始平衡，極大地降低了巖土體的穩定性；如遇持續暴雨，雨水將通過松散的巖土體滲入到坡體內部，雨水增大了坡體的靜水壓力與動水壓力，且水體滲入坡體對滑面起到潤滑作用。

4.2 滑坡穩定性定量分析

4.2.1 計算方案

根據坡體物質組成的分布特征，坡體物質分布相對均勻，結合本地區的工程經驗，綜合確定土體土容重值。天然狀態下土體土容重(γ天)綜合取值為19.8 kN/m3，飽和狀態下土體土容重(γ飽)綜合取值為20.5 kN/m3。根據室內試驗資料，按野外調查期間暴雨工況下穩定系數選取1.15，進行參數反算；此時坡體處于基本穩定狀態，穩定性計算參數取值如表1所示。

表1 滑坡滑帶土C、φ值綜合取值表

采用綜合野外與室內分析的滑面即軟弱面來計算，滑面呈折線形，故穩定性計算采用折線型滑動面計算公式，剩余下滑力計算按傳遞系數法。

穩定性計算公式按折線型公式計算，穩定系數Kf計算如式(1)所示：

(1)

(2)

Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDn

(3)

(4)

式中:Kf為穩定性系數；Wi為第i條塊自重，kN/m;Wn為第n條塊自重，kN/m；TDi為第n-1計算條塊上坡體下滑力，kN/m；RDi為第n-1計算條塊坡體抗滑力，kN/m；ru為孔隙壓力比；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ψi=cos(ai-ai+1)-sin(ai-ai+1)tanφi+1；Rn為第n計算條塊坡體抗滑力，kN/m；Tn為第n計算條塊坡體下滑力，kN/m；ai為第i條塊坡面傾角，°；Ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的黏結強度標準值，kPa；φi為第i計算條塊滑帶土的內摩擦角標準值，°；Li為第i計算條塊滑動面長度，m；A為地震加速度(重力加速度g)。

4.2.2 計算工況

根據現場調查及已有資料可知，滑坡范圍為耕地，擬建建筑尚未修建，可不考慮建筑荷載；滑體組成物質結構松散，滲透性好，可不考慮動靜水壓力對滑坡的影響；滑坡范圍內無穩定地下水位，不考慮地下水的影響；工作區地震烈度為Ⅶ度，要考慮地震荷載；工作區降雨集中，暴雨多發，要考慮暴雨增加滑體自重及對滑帶軟化的影響(采用20年一遇暴雨)。綜上所述，選定3種工況進行滑坡體穩定性計算評價。工況Ⅰ：自重工況；工況Ⅱ：自重+暴雨工況；工況Ⅲ：自重+地震工況；工況Ⅳ：自重+暴雨+地震工況。

4.2.3 計算結果與分析

根據上述計算，結果匯總如表2所示。

表2 滑坡穩定性計算成果表

由表2可知，在天然狀態下，二道坪滑坡的穩定系數為1.71，其結果大于1.15，坡體處于穩定狀態；在持續強降雨條件下(飽和狀態)，穩定系數為1.05，其結果大于等于1.05，小于1.15，坡體處于欠穩定狀態；在暴雨和地震共同作用下，坡體發生滑坡。

通過穩定性計算表明，持續的強降雨和地震對坡體的穩定性影響較大。

5 結論

通過對二道坪現場的詳細地質調研，對滑坡的變形破壞特征、成因及穩定性進行了分析，得到以下結論。

(1)滑坡區整體地勢西高東低，坡體平均坡度11°，主滑方向為100°，縱向長約174 m，橫向寬約92 m，滑坡體面積約1.50萬m2，滑體平均厚度約4.5 m，體積約6.75萬m3，屬小型滑坡。

(2)滑坡的主要在內因和外因的共同作用，主要原因是坡體開挖，造成滑坡體土體松散，強降雨滲入坡體抬升地下水位，對坡體的自重有極大增加，軟化滑動帶土體，降低滑坡體的抗滑力，影響坡體穩定性。

(3)根據定性分析結果，從坡體的物質組成來分析，滑坡體為淺地表為第四系松散體及含角礫粉質黏土層，滑帶為易溶于水的含角礫粉質黏土層，這些內在條件組合在一起為滑坡的啟動提供了有利條件。根據定量分析結果，在持續強降雨條件下(飽和狀態)，穩定系數為1.05，二道坪坡體處于欠穩定狀態，在地震和暴雨條件下將會啟動滑坡。

(4)二道坪滑坡位于四川省漢源縣大渡河中游，該區域上部地層主要為粉質黏土，處于可塑-硬塑狀態，局部地帶受地下水影響呈可塑狀粉質黏土，地質環境條件較差。通過對二道坪滑坡成因機制及穩定性分析，為漢源縣大渡河中游其他工程治理提供可靠依據。