四川省萬源市毛壩子老滑坡變形特征及復活機制分析

王長寶 黎佳 劉江偉 徐鵬

收稿日期：2023-03-07

作者簡介：王長寶（1985—），男，碩士，高級工程師，從事地質災害防治研究.Email：496727944@qq.com

摘要：老滑坡復活失穩主要是以基覆界面附近的滑帶土作為滑面失穩的，萬源市地形起伏較大，雨量充沛，發生過多起滑坡事件.通過工程地質調查及相關地質災害監測手段對毛壩子滑坡的失穩過程分析得出，毛壩子滑坡的誘發首要因素為滑坡前緣基坑開挖，基坑開挖導致整個坡體應力分布表現為坡腳應力集中，出現剪切破壞帶，滑坡開始蠕動變形；在持續的暴雨條件下，地下水位急劇上升，由于拉張裂縫的存在使雨水容易進入坡體內，滑體的抗剪強度降低，因粉質黏土的存在，使得孔隙水壓力的消散產生較大的滯后性，基巖的隔水作用使坡體局部產生揚壓力對滑坡產生托頂作用；人工開挖誘使滑坡發生蠕動變形，在持續暴雨條件下進行加速變形階段，最終導致滑坡失穩.

關鍵詞：老滑坡；復活；降雨；開挖；變形特征

中圖分類號：P642.22

文獻標志碼：A

0引言

近些年來，老滑坡復活失穩頻繁發生，造成了巨大的生命和財產損失［1-3］.對此，國內外學者對堆積體失穩做了大量的研究，主要通過傳統現場調查、模型試驗與數值模擬來研究堆積體失穩的影響因素及形成機制.宋琨等［4］以三峽庫區秭歸縣譚家灣大型深層老滑坡為例，在地表宏觀裂縫時空分布規律的精細描述基礎上，結合15年的人工監測和2年的實時監測數據，分析了老滑坡的復活變形特征和發展過程，通過滑坡階躍階段的位移與降雨（當前降雨和前期降雨）的相關性分析，提出了降雨對深層滑坡復活變形演化過程的動態作用機制.杜飛等［5］利用Geo Studio軟件動力響應Quake模塊，對該滑坡局部復活機制進行模擬研究.結果表明，地震響應下滑坡變形破壞受地質條件和地形坡度的影響顯著，同一地震波，相對于基巖，滑坡體對地震波具有明顯的放大效應.陳春利等［6］以延安市王窯村滑坡為例，通過數值模擬研究了開挖過程中最危險滑面上的應力及強度變化趨勢，揭示了坡腳開挖誘發古滑坡復活的變形破壞機制.結果表明，坡腳開挖改變了坡體中下部的應力分布，抗滑段土方開挖減小了滑坡抗滑力，增大了下滑力，最終滑坡下滑力超過抗滑力，導致古滑坡復活.Okura［7］在室內進行滑坡物理模型試驗，證實降雨誘發滑坡滑動的主要因素是由于孔隙水壓力的上升而導致的.Rosso 等［8］在邊坡模型的基礎上加入了滲流水文要素，分析了淺層堆積型滑坡在不同強度降雨條件下的穩定性變化規律.

已有研究大多是在室內進行模型試驗，由于室內模型尺寸受限，不能反映真實情況，因而缺乏真實性和準確性.四川省萬源市由于地形起伏較大，城區四面環山，周圍山體上覆蓋有大量的第四系崩坡積體，該地區強降雨持續且頻繁，歷史上發生過多起滑坡事件［9］.太平鎮毛壩子滑坡屬于老滑坡，曾在20世紀70年代發生滑動，并在2013年7月發生兩處次級滑動（淺層滑動），隨后進行了治理，治理主要采用3排抗滑樁、格構護坡、鋼管樁和截水溝等.此外，場地修建了多級砌石擋墻.2019年4月，由于棚戶區改造對滑坡前緣進行開挖，6月中下旬，萬源市持續強降雨，造成該滑坡再次復活、急劇變形.隨后四川省地質工程勘察院集團有限公司對該滑坡進行了應急調查及相關的變形監測，通過工程地質調查，以及對滑坡變形進行全天候位移監測，以此來分析滑坡的變形機制，這對該地區與該類型的滑坡形成機制，以及監測、預警和治理有重要的指導意義.

1滑坡區工程地質條件

毛壩子滑坡區位于四川省萬源市區南部太平鎮毛壩子村（見圖1），距離市政府約2 km，中心地理坐標為東經108°01′57.8"、北緯32°03′47.8"，有市區道路長征路通往滑坡前緣，并有村道通往滑坡后緣及中部，交通較為便利，緊鄰后河，東北方向為包茂高速公路.

該區系北亞熱帶秦巴季風氣候區，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，雨熱同季，多年平均降雨量為1 169.3 mm.本區屬四川盆地弱活動斷裂構造區，斷裂活動性與地震活動均較弱，河流的侵蝕作用比較明顯.研究區地形地貌為侵蝕構造中山嶺脊—峽谷地形，為山前臺地，場地地形起伏變化較大，地貌單元屬山前坡地，整體地勢南高北低，地形陡緩相間，地形坡度變化較大，地形較復雜.從地形來看，整個坡體陡緩交替，地形坡度變化較大，整體呈“陡—緩—陡—緩”的特點，后緣較陡，兩側發育有沖溝，具有滑坡的特征，初步推斷為老滑坡.

根據區域地質圖、工程地質測繪調查、鉆探資料結合鄰近場地勘查資料，研究區區內地層主要包含2部分，分別為第四系覆蓋層及基巖.第四系堆積層主要包括第四系全新統滑坡堆積層（Qdel4）及滑坡前緣崩坡積層下沖洪積層（Qal+pl4），基巖主要為三疊系上統須家河組地層（T3xj）.通過鉆探揭露滑坡體下部（基坑開挖區）塊石土堆積于沖洪積卵礫石之上，可以看出，該滑坡具有明顯的推鏟作用，由此推斷該滑坡體為一個老滑坡.

通過工程地質測繪調查分析，地表水主要為降雨產生的坡面流以及沖溝水流.坡體覆蓋層較厚，滑坡后緣地下水以基巖裂隙水為主，基巖破碎，與第四系空隙潛水有較好的連通性，豐水期水力坡降大，局部承壓；第四系松散層孔隙水存在于滑體中，無統一水位，由于局部含有粉質黏土層，透水性差，因此存在上層滯水，水文地質條件復雜.

2滑坡基本特征

從滑坡工程地質平面圖來看，整個滑坡平面上呈“舌形”，縱向長約640 m，橫向寬約270 m，平均厚度約30 m，方量約520×104 m3，屬大型深層土質滑坡.滑坡呈北西/南東方向展布，東南高西北低，最低點位于勘查區北面長征路，標高639 m，最高點位于勘查區南面山坡，標高890 m，相對高差251 m.總體地形坡度5°～25°，局部陡坡坡度40°～60°，后緣陡壁坡度80°～90°（見圖2）.滑移方向334°.滑坡范圍內現狀分布有建筑物、耕地和林地，植被較發育.滑坡邊界結合地形地貌、基覆界線和坡體變形特征綜合確定，滑坡后緣與右側以基巖與覆蓋層分界線為界，左側邊界以沖溝為界，前緣以向前廣場與長征路交界處樓梯鼓脹裂縫為界.

2.1滑體

滑體為老滑坡堆積層（Qdel4），主要由塊碎石土和含碎石粉質黏土組成，沿整個坡表互層分布，分布不均，厚度不一，具體描述如下：

塊碎石土層：該層層底深度約16～48 m不等，淺黃色、灰白色，結構較松散，主要物質成分由塊石、碎石和粉質黏土組成，塊石粒徑范圍20～150 cm，大小分布不均勻，塊石含量占50%～60%，碎石及角礫含量占15%～20%，塊石和碎石成分以砂巖為主，其余為粉質黏土充填，沿著坡向逐漸變厚.

含碎石粉質黏土層：淺黃色、灰褐色，塑性狀態各異，可塑～流塑均有揭露，碎石含量5%～25%，其母巖成分為砂巖，切面稍光滑.該層廣泛分布，與塊石土層呈互層狀，或以夾層的形式存在于塊石土層中.

2.2滑帶土

根據鉆孔揭露（見圖3），滑帶土埋深在10～46 m不等，呈淺黃色、褐灰色，含碎石粉質黏土，碎石含量占5%～15%，主要礦物組成為長石、石英和云母，濕，可塑～軟塑狀，結構松散，均在鉆孔中揭露，坡體上部分布較淺，中部及下部較深.

2.3滑床

滑坡基巖滑床為三疊系上統須家河組地層（T3xj）砂巖，灰色、青灰色，中—粗粒結構，中—巨厚層狀構造.礦物成分以長石、石英和云母為主，少量巖屑及暗色礦物等，泥、鈣質膠結，巖質較硬，局部可見鐵錳質銹染或煤線.

3滑坡主控因素及變形特征

3.1主控因素

結合工程地質調查、滑坡位移及氣象監測發現，誘發滑坡的主要因素有3個方面.

3.1.1地形地貌和地層巖性

滑坡所處斜坡整體地勢南高北低，地形陡緩相間，地形坡度變化較大，整體呈“上緩下陡”的趨勢，斜坡兩側發育小型沖溝，形成三面臨空，為滑坡形成提供了較好的地形條件.該斜坡為一個老滑坡，地質結構脆弱.滑坡體主要由第四系堆積體組成，主要為碎石土及粉質黏土夾碎石，坡體結構較松散，架空現象嚴重，且下伏基巖為砂巖，透水性較弱，為滑坡下滑提供了必要的物質條件.

3.1.2降雨及地下水作用

從2019年降雨情況來看，進入6月份以后降雨明顯增多，大雨和暴雨次數明顯增多，在對坡體地表位移監測可知，降雨與坡體變形具有明顯的對應性.在2019年7月15日到7月18日期間降雨量極大，累計降雨量達到213 mm左右，同時從圖4（A）和圖4（B）可以看出，在強降雨期間，位移急劇變大，說明降雨是引起滑坡變形的主要因素，速率曲線及加速度曲線表明，滑坡前中部以緩慢的蠕動變形為主.滑坡后部偶有突發性的變形，這一點也可以從圖4（C）和圖4（D）中監測點GJ06在7月19日左右有較大的位移速率和加速度得到說明.從地表位移監測數據分析可知，滑坡以水平運動為主，坡體前部基本趨于穩定，坡體中后部位移較大.因此存在次級剪出的可能（鐘家院子和蔣家院子）.

同時降雨也導致地下水位上升，由于局部存在粉質黏土分布，且局部承壓.一方面，滑帶土孔隙水壓力增大，有效應力降低，從而降低滑帶土抗剪強度，另一方面，承壓水對滑帶土形成的揚壓力對滑坡穩定性也有較大影響.由于土體含較多粉質黏土等細粒成分，透水性相對較差，地表水下滲量小，但坡體上形成的張裂縫導致地表水下滲量不斷增大，致使孔隙水壓力增大，有效應力降低，加速了滑坡變形的發展，從而使坡體的安全系數減小.

3.1.3人類工程活動

2019年4月，向前廣場棚戶區改造三期項目基坑開挖，設計開挖深度為12 m，長度150 m，總挖方量約4×104 m3.2019年6月18日基本已挖至設計標高.據調查，裂縫最早在2019年4月中旬發現，少部分裂隙形成于6月13日前，大量的裂縫在6月底形成.裂縫發育過程與基坑開挖卸荷時間基本一致.

由于老滑坡前緣基坑開挖（挖方量約4×104 m3），相當于對滑坡進行前緣減載，基坑開挖后，該滑坡處于極限平衡狀態；滑坡長期處于該狀態，導致坡體應力重分布，前緣基坑的變形不斷加劇，由于斜坡變形補償，引起滑坡后部應力不斷調整，最終促使滑坡出現剪切帶，應力調整促使滑坡剪切帶形成的同時，也導致土體抗剪強度降低，誘發滑坡失穩變形.由此可知，人類工程活動（棚戶區改造基坑開挖卸荷）是誘發滑坡失穩的直接因素.

3.2滑坡變形特征分析

現階段滑坡處于滑動變形階段，變形造成了大部分建筑物的破壞，其中包括坡體上的居民房及滑坡前緣的高層建筑物，危害巨大.結合現場工程地質調查及位移監測，該滑坡的變形有以下幾個特征：

1）坡體及房屋變形裂縫較多，總體可分為3類：①張拉裂縫，主要分布于蔣家院子、鐘家院子、向前廣場南側居民樓及其硬化內部道路，裂縫走向大致與滑動方向垂直，如圖5（A）所示；②剪切裂縫，主要分布于滑坡右側邊界，裂縫走向大致與滑動方向平行，如圖5（B）所示；③鼓脹裂縫，主要分布于滑坡前緣向前廣場，鼓脹高度3～5 cm，如圖5（C）

所示.從裂縫統計情況來看，主要以垂直于滑向的張拉裂縫為主，如圖6所示.

2）根據水平位移監測，滑坡變形特征在橫向上表現為水平位移中間大，兩邊??；縱向上水平位移后緣大，中部及前緣??；前緣由于受到基坑回填及堆載反壓的影響，應力重新調整，水平位移方向較為雜亂；總體滑坡變形呈現后部大于中部，中部大于前部，廣場區大于基坑區的特點，體現出在該階段滑坡變形不斷從上向下推擠，并存在轉向推擠的現象.

3）由于坡體上有大量人工開挖的臺階，因此有發生多級剪出的可能，蔣家院子和鐘家院子后部為較陡斜坡體，在陡緩交界處存在次級剪出的可能.

4滑坡形成機制分析

綜上所述，老滑坡前緣由于人工開挖深度較大，整個坡體的應力重新調整，坡腳發生應力集中，并通過利用Geo Studio軟件對滑坡前緣基坑開挖前后工況進行模擬.從圖7可以看出，坡腳應力與開挖前相比存在應力集中現象.從圖8可以看出，此時滑坡前緣已出現緩慢的位移變形，后緣逐漸出現拉張裂縫，由于坡體變形補償，引起滑坡后部應力不斷調整，最終促使滑坡變形出現剪切帶，應力調整促使滑坡變形剪切帶形成，也導致其抗剪強度降低.持續的暴雨致使地下水位上升明顯，滑帶土的孔隙水壓力大幅增加且由于粉質黏土層的存在使得孔隙水壓力的消散有很大的滯后性，因而導致抗剪強度在較長時間內處于一個很低的水平，抗滑力大幅減小.又由于砂巖的存在形成相對隔水層，使得坡體產生局部的承壓托頂作用，滑體的穩定性大幅降低.最終在重力與水壓力的耦合作用下，堆積體沿著基覆界面產生滑動，坡體發生失穩.

從監測數據分析可知，總體滑坡變形呈現后部大于中部，中部大于前部的特點，體現出在該階段滑坡變形不斷從上向下推擠，并存在轉向推擠的現象；從滑坡變形特征分析，滑坡變形中部拉張裂縫較發育，且其走向基本與滑動方向垂直，多條張拉裂縫可見明顯下錯，最大下錯約3 cm，裂縫發育特征符合推移式的典型特征.綜合分析，該滑坡變形破壞模式由前期的牽引式轉換為后期的推移式.

5結論

通過本次對毛壩子滑坡的調查，主要得出以下結論：

1）萬源市毛壩子滑坡屬于大致以基覆界面為滑面的大型土質滑坡，其主要由滑坡前緣基坑開挖誘發，由于開挖深度較大，導致應力分布重新調整，在地形及巖土體性質的作用下，坡體發生滑動變形.

2）通過地表位移監測發現，在持續的強降雨作用下，尤其是2019年7月15至18日，累計降雨量高達213 mm，使其進入加速變形階段，表現出前緣鼓脹裂縫及左右兩側的剪切裂縫，對房屋破壞較大.

3）滑坡前緣的基坑開挖是老滑坡發生復活的直接觸發因素，三面臨空的地形條件—人工開挖（應力重分布，坡腳應力集中）—持續強降雨導致滑體的抗剪強度大大降低，三者的綜合作用下，坡體發生失穩，變形破壞模式為推移式.

4）由于坡體中部有大量人工開挖的陡坎，因此存在次級剪出的可能，要加強監測預警，以及相關的防治措施.

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（實習編輯：羅媛）