湖南安仁縣地質災害特征與變形機制分析

楊建新，王 劍，唐海英

（湖南省核工業地質局三O二大隊，湖南 郴州 423000）

1 研究區地質條件

1.1 地質構造

研究區位于黃田鋪斷層及楊家源斷層中間部位，巖層總體上呈單斜構造，產狀204°∠26°，與坡面傾向基本一致，局部見小型褶皺，強風化泥質砂巖地層節理極為發育，破碎強烈。

1.2 巖土體特征

根據本次勘察鉆探揭露成果，研究區的主要巖土體主要為第四系粉質黏土（Q4dl），坡積成因，硬-可塑狀態，主要由粘粒和粉粒組成，含少量砂礫，局部含風化巖碎塊，棱角狀為主，少量次菱角狀，刀切面較光滑，干強度較高，韌性中等，無搖震反應[1]。該層廣泛分布于斜坡地帶，厚度較小，一般在1.50m～3.60m之間。其下為泥盆統錫礦山組強風化泥質砂巖，黃褐色，灰褐色，砂質結構，薄層狀構造，原巖結構大部分被破壞，風化差異明顯，風化裂隙極發育，巖體破碎，局部夾頁巖軟弱夾層，風化產物中含有較多粘性礦物，具有親水性、脹縮性、崩解性特征，浸水易軟化，巖芯多呈碎屑狀、土柱狀，少量碎塊狀。下伏基巖為泥盆統錫礦山組中風化石灰巖，灰黑色，灰色，隱晶質結構，中厚層狀構造，巖體較完整，巖芯多呈柱狀，少量短柱狀、碎塊狀，節長5cm～25cm，屬較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅲ級，巖石RQD=55～75。

1.3 水文地質特征

研究區地下水主要為第四系松散堆積物中的孔隙水為主，儲水物質主要為滑坡堆積體、殘坡積體等，其中滑坡堆積體、殘坡積體主要分布在斜坡地帶，其地下水含水層主要受大氣降水及基巖裂隙水補給，不利于儲存，一般沿內部孔隙或基巖面、基巖裂隙徑流，于沖溝低洼處排泄或沿基巖裂隙下滲。

2 滑坡體特征

2.1 形態特征及邊界條件

根據現場地質測繪及調查，滑坡平面形態呈扇形狀，坡面較平直，前緣呈階梯狀。滑坡前緣高程144.61m，滑坡后緣高程193.40m，相對高差近49m，斜坡坡度平均約為25°，滑坡后緣為自然山坡。滑坡主滑方向為192°，滑坡平面投影前緣寬約136m，縱長約100m，正投影面積約8500m2，滑坡體平均厚度約7m，體積約5.95×104m3。該滑坡后緣及右側邊界明顯，可見清晰的滑坡后壁及側壁，前緣剪出口特征明顯，地面出現鼓脹、開裂現象[2]。根據滑坡邊界特征、變形特征及地形地貌特征等綜合判定，該滑坡為一小型淺層牽引式滑坡。

2.2 變形特征

受2019年7月強降雨影響，該滑坡開始變形，坡體已產生局部垮塌開裂和多處拉張裂縫，造成底板局部多處被掏空下沉，外側垮塌等不良地質現象。據現場調查，共發現4處裂縫，裂縫方向均近垂直于主滑方向，詳見下表1。

表1 滑坡裂縫統計表

2.3 物質結構組成特征

根據工程地質測繪及勘探揭示，結合滑坡剖面圖分析，滑坡體發育在第四系全新統（Q4）與上泥盆統錫礦山組上段地層中，其物質結構可分為滑體、滑帶、滑床三個帶，各帶的物質結構特征具體如下：

（1）滑坡體主要由表層粉質黏土及強風化泥質砂巖組成，厚度2.85m～8.50m，厚度變化較大，平均厚度約7m。粉質黏土（Q4dl）：坡積成因，黃褐色，紅褐色，硬-可塑狀態，主要由粘粒和粉粒組成，含少量砂礫，局部含風化巖碎塊，棱角狀為主，少量次菱角狀，刀切面較光滑，干強度較高，韌性中等，無搖震反應[3]。該層廣泛分布于斜坡地帶，厚度較小，本次揭露深度一般在1.50m～3.60m之間。強風化泥質砂巖：黃褐色，灰褐色，砂質結構，薄層狀構造，原巖結構大部分被破壞，風化差異明顯，風化裂隙極發育，巖體破碎，浸水易軟化，巖芯多呈碎屑狀、土柱狀，少量碎塊狀，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。該層分布于第四系覆蓋層底部，本次勘查所有鉆孔均有揭露。

（2）滑帶（面）。本次鉆探工程鉆進過程中，在ZK1鉆 孔4.8m～5.0m處、ZK2鉆 孔5.0m～5.5m處、ZK3鉆孔4.3m～4.6m處、ZK4鉆 孔3.4m～3.6m處、ZK6鉆 孔5.2m～5.6m處、ZK11鉆 孔6.4m～6.7m處、ZK14鉆 孔7.2m～7.5m揭露到滑帶，滑帶潮濕松軟狀、含水量高、濕潤感強，含較多碎石，呈棱角狀，粒徑2mm～20mm（圖1）。同時，在ZK7鉆孔8.3m處、ZK8鉆孔9.2m處、ZK9鉆孔5.1m處、ZK12鉆孔9.1m處滑帶部位，鉆孔漏水明顯、鉆進速度明顯變快。根據鉆孔揭露情況、剪出口特征及地層巖性特征等綜合判斷，滑坡主要沿著強風化泥質砂巖軟弱夾層滑動，為順層滑坡。剖面上，滑面形態為平緩折線狀，折線形態一般后部傾角較陡，中部漸緩，前緣近水平。

圖1 鉆孔揭露的滑帶

（3）滑床。根據鉆孔揭露資料分析，滑床主要為強風化泥質砂巖，黃褐色，灰褐色，砂質結構，薄層狀構造，原巖結構大部分被破壞，風化差異明顯，風化裂隙極發育，巖體破碎，浸水易軟化，巖芯多呈碎屑狀、土柱狀，少量碎塊狀，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。該層厚度較大，分布于第四系覆蓋層底部，本次勘查所有鉆孔均有揭露。強風化泥質砂巖下伏為上泥盆統錫礦山組中風化石灰巖，灰黑色，灰色，隱晶質結構，中厚層狀構造，巖體較完整，巖芯多呈柱狀，少量短柱狀、碎塊狀，節長5cm～25cm，屬較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅲ級，巖石RQD=55～75。該層厚度較大，鉆孔未揭穿，揭露最大厚度為7.40m。

3 滑坡形成機制

3.1 變形機制分析

該坡體上出露主要地層為上泥盆統錫礦山組強風化泥質砂巖，經現場調查，其巖層傾向與坡向基本一致，且節理裂隙極為發育，同時由于切坡建房及切坡修路形成了高陡臨空面，邊坡內側應力發生了改變，破壞了原有坡體的平衡。在連續強降雨條件下，大量水體匯集在廢棄水渠中，集中滲入至坡體內部，同時由于公路內側邊溝未硬化，排水不暢，長期以往導致公路被掏空，路基下方土體不斷軟化，降低了巖土層的抗剪強度，形成軟弱帶，導致坡體產生滑移變形，目前滑坡處于蠕動變形階段。

3.2 穩定性影響因素

3.2.1 地層巖性

研究區出露地層為上泥盆統錫礦山組強風化泥質砂巖、灰巖。泥質砂巖風化程度高，風化產物中含有較多粘性礦物，局部夾頁巖，具有親水性、脹縮性、崩解性特征，其強風化層遇水易軟化泥化，致使其抗剪性能降低，形成軟弱帶。同時，泥質砂巖巖層傾向與坡向基本一致，給滑坡的形成提供有力的條件，是引發滑坡的主要內因之一。

3.2.2 地形地貌

研究區地形坡度較陡，坡度在20°～30°之間，同時斜坡坡向與巖層傾向一致，為順向破，巖土體在陡坡下易沿著軟弱結構面向下滑動，形成滑坡。地形坡度高陡是引發滑坡的主要內因之一。

3.2.3 降雨

該斜坡蠕動變形后，表面裂縫較發育，在連續性強降雨下，雨水沿裂縫下滲，致使巖土體飽和，重量增大、抗剪強度降低，降低了斜坡穩定性，是誘發滑坡的主要外因之一。

3.3 破壞模式分析

該滑坡破壞表現為首先前緣坡腳失穩，引發坡體上產生自地表向深部延伸的拉裂，使整個坡體向下滑動。由于前緣存在臨空面，在長時間降雨或暴雨等因素誘發下，土體軟化，局部產生小型滑坡，破壞坡體原有平衡狀態，不斷牽引后側巖土體失穩。綜合認為，該滑坡破壞模式為牽引式滑坡。

4 穩定性計算

4.1 反演分析

按照《滑坡防治工程勘查規范》（DZ/T0218-2016），根據經驗給定潛在滑帶土粘聚力C值或內摩擦角φ值，根據下列公式反求另一值。計算公式如下：

式中：

c——潛在滑帶土粘聚力（kPa）；

φ——潛在滑帶土內摩擦角（°）；

F——暫時穩定系數，取值見表5；

Wi——第i塊段的重量（kN/m）；

αi——第i塊段的滑面傾角（°）；

L——滑帶長度（m）。

根據現場調查滑坡體變形特征，反演分析選取滑坡主剖面3-3′的滑面按天然工況與暴雨工況進行。在工況Ⅰ（天然工況）該滑坡處于不穩定-欠穩定狀態，選取穩定系數為1.0；在暴雨工況下，滑坡體處于不穩定狀態，選取穩定系數為0.95，反演滑帶（面）土體對應的抗剪強度。

根據上述公式得到反演成果見表2、表3，根據反演參數結果得到F、C、Φ之間的關系曲線見圖2、圖3、圖4、圖5。

表2 滑坡3-3′剖面（天然工況）滑帶土參數反演表

表3 滑坡3-3′剖面（暴雨工況）滑帶土參數反演表

圖2 滑坡3-3′剖面參數反演成果F-Φ關系曲線（天然工況）

圖3 滑坡3-3′剖面參數反演成果F-C關系曲線（天然工況）

圖4 滑坡3-3′剖面參數反演成果F-Φ關系曲線（暴雨工況）

圖5 滑坡3-3′剖面參數反演成果F-Φ關系曲線（暴雨工況）

通過滑坡兩種工況的穩定性計算，進一步說明了飽和狀態下滑坡的穩定性較天然狀態下的穩定性差。因此，大氣降水與地表水的長期下滲是影響滑坡變形的主要因素。

由圖3、圖4、圖5、圖6可見，F-Φ關系曲線中的直線斜率比F-C關系曲線中的直線斜率大，表明滑坡安全系數F對內摩擦角的反應比對粘聚力的反應更靈敏，滑帶土的內摩擦角對滑坡穩定性影響較大。

根據場地內工程地質條件和巖土層特性，參考土工試驗成果、根據土體結構特征、結合地區經驗，建議巖土體設計參數如下表4。

表4 巖土設計參數推薦值

4.2 穩定性計算

本次滑坡穩定性計算選取主滑剖面P3-P3′縱剖面，滑坡滑面呈折線型，采用傳遞系數法對其穩定性進行定量分析計算。

腎司二陰：前陰包括尿道和生殖器，是排尿和生殖的器官。腎主司前后二陰。尿液的貯存和排泄雖屬于膀胱的功能，但須依賴腎的氣化才能完成。因此，尿頻、遺尿、尿失禁以及尿少或尿閉，均與腎的氣化功能有關。

傳遞系數法的計算公式：

Ri——作用于第i塊段抗滑力(kN/m)；

Ni——作用于第i塊段滑動體上的法向分力(kN/m)；

Ni=（Wi+Qi）cosαi

Qi——作用于第i塊段滑動體上的建筑荷載（kN/m2）；

Ti——作用于第i塊段滑動面上的滑動分力(kN/m)，出現與滑動面方向相反的滑動分力時，Ti取負值；

Ti=（Wi+Qi）sinαi+γwAisinαi

Ai——第i塊段飽水面積（m2）；

Tn——作用于第n塊段的滑動面上的滑動分力(kN/m)；

ψi——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)；

αi——第i塊段滑動傾角(°)；

ci——第i塊段滑動面上粘聚力(kPa)；

φi——第i塊段滑帶土內摩擦角(°)；

Li——第i塊段滑面長°(m)；

Wi——第i塊體重量(kN/m)；

剩余下滑力計算公式：

Ei=K〔（Wi+Qi）sinαi+γwAisinαi〕+ψiEi～1-（Wi+Qi）cosαitgφi-cili；

其中：Ei-1——第i-1條塊的剩余下滑力(KN/m)，作用于分界面的中點；

αi——第i條塊所在滑面傾角(°)；

k-滑坡推力安全系數。

該滑坡采用傳遞系數法（條分法）對滑坡進行穩定性計算與分析，計算結果見表5。

表5 滑坡穩定性系數計算成果表

根據定量計算并結合現場定性判斷，安仁縣平背鄉龍頭山村熊古組滑坡天然工況下處于欠穩定狀態，暴雨工況下處于不穩定狀態，坡體在暴雨作用下極有可能發生滑動，亟需進行工程治理。

5 防治措施

根據滑坡的特征和破壞模式，本次治理治理方案建議采用抗滑樁+截排水綜合治理方案：①抗滑樁工程：在滑坡前緣已建簡易道路上布設一排抗滑樁，同時在抗滑樁樁頂設冠梁連接進行有效地阻滑，抗滑樁應進入中風化石灰巖一定深度，布樁方向宜垂直主滑方向。②截排水溝工程：在滑坡坡頂及坡體上修建截排水溝，在已建簡易道路內側修建排水溝，保證場地地表水排泄暢通。

6 結語

①基本查明了滑坡的物質組成、基本特征、變形特征、災情和險情，分析了滑坡的形成機制、破壞模式和穩定性，該滑坡為一小型淺層牽引式滑坡。②根據現場調查與勘查，影響滑坡穩定性因素主要有地層巖性、人類工程活動、大氣降雨、地形地貌，其中地層巖性、地形坡度較陡是滑坡發生的內因，人類工程活動、大氣降雨是誘發滑坡主要的外因。③通過對滑帶土的安全系數、粘聚力、內摩擦角進行反演分析，表明滑帶土的內摩擦角對滑坡穩定性影響更大。④根據穩定性定量計算并結合現場定性判斷，該滑坡在天然工況下處于欠穩定狀態，暴雨工況下處于不穩定狀態。⑤針對該滑坡體的特征及現場條件，建議采用抗滑樁+截排水的綜合治理方案，本工程的成功應用，為今后類似滑坡地質災害治理提供寶貴經驗。