皖南山區(qū)某典型碎石土滑坡變形特征及穩(wěn)定性

徐靜，周毅

（1成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；2.陜西煤田地質(zhì)化驗(yàn)測(cè)試有限公司，西安 710054；3.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，西安 710043）

皖南山區(qū)地形地貌單元豐富多樣，地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，是安徽省滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)、頻發(fā)區(qū)域。隨著國(guó)家對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治力度不斷加大，安徽省政府對(duì)皖南山區(qū)滑坡防治給予了充分的關(guān)注與重視［1－5]。在安徽省國(guó)土資源廳大力支持下，獲取截至2010年汛前皖南山區(qū)16個(gè)縣的有效滑坡信息1 303條，據(jù)統(tǒng)計(jì)：碎石土滑坡占滑坡總數(shù)的60%，古滑坡堆積體的局部或整體復(fù)活滑動(dòng)約占滑坡總數(shù)的8%，巖質(zhì)滑坡約占滑坡總數(shù)的32%［6]。結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查發(fā)現(xiàn)，碎石土滑坡數(shù)目最多且與人類工程建設(shè)關(guān)系密切，對(duì)居民生產(chǎn)生活威脅最大，有必要對(duì)該類滑坡開展研究。目前安徽省地質(zhì)災(zāi)害研究成果多為區(qū)域性規(guī)律和宏觀的把握，未見針對(duì)皖南山區(qū)碎石土滑坡的細(xì)類研究［7－10]；研究區(qū)碎石土滑坡“點(diǎn)多、面廣”，不能大范圍安裝有效的監(jiān)測(cè)設(shè)備，故有必要選取典型碎石土邊坡，監(jiān)測(cè)坡體變形情況，分析坡體穩(wěn)定性，既為當(dāng)?shù)卣块T提供地質(zhì)災(zāi)害防治依據(jù)，又為皖南山區(qū)碎石土類滑坡研究積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

合豐外東山滑坡位于黃山市歙縣金川鄉(xiāng)東南外東山合豐村，滑坡威脅158戶居民、502人，合計(jì)財(cái)產(chǎn)約600萬(wàn)。該地區(qū)與浙江接壤，有鄉(xiāng)村公路通過(guò)，交通較便利，當(dāng)?shù)厣胶颂摇⒉枞~等經(jīng)濟(jì)作物豐富，居民賴以生存，搬遷難度大，急需有效的防治措施。

合豐外東山滑坡位于整個(gè)斜坡的中后緣，現(xiàn)有局部滑動(dòng)兩處，總滑動(dòng)區(qū)域長(zhǎng)約250 m，寬約185 m，該區(qū)N W側(cè)以沖溝為界，SE側(cè)以季節(jié)性流水沖溝為界?；滤谛逼抡w坡向244°，1996年6月暴雨引發(fā)小滑坡，形成小規(guī)模的槽狀地貌，小滑坡長(zhǎng)約150 m，寬約40 m，通過(guò)鉆孔勘查揭露，滑坡堆積體厚度在5～13 m，平均厚度10 m，體積約6×104m3，屬于小型堆積體滑坡。2011年6月19日，在雨水影響下合豐村公路邊坡堆積體發(fā)生垮塌，整體坡高12 m，延伸長(zhǎng)度100 m，滑坡體體積4 000 m3，造成當(dāng)?shù)毓纷枞?，房屋部分損毀；同時(shí)在合豐滑坡N W近沖溝側(cè)堆積體產(chǎn)生多條與蠕滑方向垂直的拉張裂縫，截至調(diào)查結(jié)束，坡上裂縫未貫通。幾處破壞跡象及鉆孔位置如圖1。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

研究區(qū)地處皖南山區(qū)屬于淺切割低山地貌單元，除中西部地區(qū)約200 k m2范圍為平原或丘陵平原外，余皆為中、低山地［11]。境內(nèi)山巒起伏，河流深切，多處有1 000 m以上的山峰，普遍存在滑坡產(chǎn)生形成的高位勢(shì)能及臨空面，為滑坡的形成、產(chǎn)生孕育了動(dòng)力條件和空間條件。

圖1 典型碎石土滑坡邊界勘查及監(jiān)測(cè)布置平面圖Fig.1 Investigation and monitoring layout of the landslide boundaries

合豐滑坡所在斜坡呈典型的陡－緩－陡地形形態(tài)，以公路為界，斜坡前緣較陡，坡度一般25°～35°；公路以上，到斜坡中后緣合豐滑坡位置為一較緩，坡度一般在11°左右；斜坡后緣地形坡度變陡，直到巖質(zhì)陡崖崖腳附近，坡度一般25°～35°，后緣巖質(zhì)陡崖傾角60°～70°不等，局部近直立。斜坡前緣高程510 m左右，后緣分水嶺處山脊高程約845 m，高差約335 m，整個(gè)斜坡縱坡向長(zhǎng)約700 m，呈典型的陡－緩－陡形態(tài)；橫向?qū)捈s300 m，橫向上斜坡地形起伏不大。

2.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

通過(guò)鉆孔勘探及現(xiàn)場(chǎng)踏勘確定，研究區(qū)基巖為震旦系中統(tǒng)藍(lán)田組－皮園村組（Z2l－p）巖體，為黑褐色、灰黑色、灰綠色?。駥訝畹墓栀|(zhì)巖及硅質(zhì)灰?guī)r地層，局部零星含有條帶狀的石英脈。堆積體主要為第四系崩坡積物：黃褐色粉土、粉質(zhì)粘土夾塊碎石構(gòu)成，半膠結(jié)；塊碎石均呈棱角狀，粒徑較小，一般1～20 cm不等，無(wú)磨圓，雜亂堆積，巖性為強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖。

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，新老地層交替出現(xiàn)，NN W向的背斜核部從斜坡中后緣穿過(guò)，合豐地區(qū)整體處在背斜構(gòu)造的SW翼，SW翼代表產(chǎn)狀：N20°W／SW∠30°，受區(qū)域構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)擠壓帶（面）、節(jié)理裂隙及小型褶皺密集發(fā)育。

2.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)氣候濕潤(rùn)、雨水豐富，地表徑流強(qiáng)烈，各類巖組裂隙發(fā)育，地下水富集條件良好。地表水主要以大氣降雨補(bǔ)給為主，徑流排泄主要以坡面流形式為主，入滲部分以孔隙水或基巖裂隙水等形式排泄?？紫端饕x存于第四系松散堆積物中，豐雨期滑坡前緣近沖溝側(cè)堆積體內(nèi)有成股的水流出；受構(gòu)造作用和風(fēng)化變質(zhì)作用強(qiáng)烈，巖體中結(jié)構(gòu)面十分發(fā)育，為裂隙水提供良好賦存條件。

3 坡體結(jié)構(gòu)特征

經(jīng)鉆孔勘查確定，滑體厚度2～10 m，合豐滑坡屬于松散堆積體淺表層沿基覆接觸帶滑動(dòng)，在小山脊及沖溝處均有基巖出露。

（1）滑體特征：通過(guò)縱剖面、橫剖面（圖2、圖3）綜合分析發(fā)現(xiàn)，1996年形成滑坡處和2011年產(chǎn)生裂縫區(qū)域堆積體厚度相對(duì)較大，最大厚度約15 m。鉆孔取芯物質(zhì)主要由灰黃色、黃褐色的粉質(zhì)粘土夾灰塊碎石組成。塊碎石粒徑較小，一般1～5 cm，巖性為灰褐色、灰黑色硅質(zhì)巖，同出露風(fēng)化基巖巖性一致。在孔深4～7 m范圍，灰黑色塊碎石含量較坡表減少。斜坡中下部堆積體厚度較上部大，斜坡上部殘坡積強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度50～60 cm。

（2）滑帶特征：滑帶土分布在鉆孔5.6～9.6 m深度，在強(qiáng)風(fēng)化基巖上部，主要土性為白色粉土、粉質(zhì)粘土，細(xì)膩、濕潤(rùn)可塑－軟塑，手搓有滑膩感，多夾有白色砂粒，為含鈣質(zhì)較高的硅質(zhì)巖風(fēng)化變質(zhì)成類似于石膏狀產(chǎn)物，部分與黃褐色粉土混雜（圖4）。在1996年已滑坡體鉆孔滑帶土分布較連續(xù)，在2011年變形斜坡的鉆孔中，多為白色粉土與黃褐色粉質(zhì)粘土混雜土體。

圖2 滑坡1－1′實(shí)測(cè)工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Measured engineering geological profile of Landslide 1－1′

圖3 滑坡3－3′實(shí)測(cè)工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 Measured engineering geological profile of Landslide 3－3′

圖4 鉆孔取芯Fig.4 Coring

（3）滑床特征：滑床基巖主要為震旦系中統(tǒng)皮園村組（Z2l－p）硅質(zhì)巖偶夾鈣質(zhì)條帶，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡所在斜坡上覆于背斜SW翼，堆積體坡角一般7°～40°，背斜SW翼出露巖層產(chǎn)狀一般：N17°～40°W／SW∠19°～45°。從鉆孔取出弱風(fēng)化巖心為灰白色、青灰色硅質(zhì)巖，巖心沿層面產(chǎn)生的斷面法線與巖心中軸線交角26°～30°，與背斜SW產(chǎn)狀吻合，巖心多見鈣質(zhì)充填的節(jié)理裂隙，充填寬度1～2 mm。

4 變形特征監(jiān)測(cè)分析

為了及時(shí)獲取合豐外東山滑坡的穩(wěn)定性相關(guān)信息，選用北京微瑪特公司的SMARTDATA系列監(jiān)測(cè)儀器，主要包括深部位移監(jiān)測(cè)、一體化地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)及一體化自動(dòng)降雨監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)儀器自2011年8月安裝調(diào)試完畢，自監(jiān)測(cè)方案實(shí)施半年以來(lái)，坡體的總體位移較小。位移監(jiān)測(cè)由上到下有3處傾斜測(cè)點(diǎn)，以鉆孔ZK6為例，測(cè)斜儀分別安置在距離地表0.8 m、4.2 m、7.9 m處（圖5），測(cè)斜儀能測(cè)得X、Y垂直坐標(biāo)下兩個(gè)方向，將X軸向安裝固定與主滑方向一致記為A方向，處理數(shù)據(jù)時(shí)，向下滑動(dòng)為正，將3個(gè)深度測(cè)得數(shù)據(jù)疊加后得到該測(cè)點(diǎn)垂直與主滑方向總位移量。Y軸方向設(shè)置為垂直于主滑方向的側(cè)向位移量測(cè)記為B方向，將3個(gè)深度測(cè)得數(shù)據(jù)疊加后為該測(cè)點(diǎn)側(cè)向總位移量。垂直滑坡主滑向位移量約為20 mm，位移變化呈波狀，未出現(xiàn)較大的位移突變，但滑坡體不同深度位移存在一定程度的差異，位于坡體中部4.2 m處位移監(jiān)測(cè)顯示，位移量不到10 mm，淺表層0.8 m深處位移量可達(dá)30 mm，結(jié)合鉆孔揭露的滑坡堆積厚度來(lái)看，在堆積體較厚的部位位移較大且坡體淺表層滑動(dòng)可能性大。

圖5 zk6深部位移監(jiān)測(cè)曲線Fig.5 Monitoring curve of deep displacement at zk6

將雨量數(shù)據(jù)以相同時(shí)間疊加到位移圖上，明顯發(fā)現(xiàn)位移波動(dòng)受降雨量影響，并呈良好的相關(guān)性和滯后性，往往在降雨后3 d左右引起位移波動(dòng)。

5 降雨作用下變形特征分析

降雨是碎石土滑坡主要的誘發(fā)因素，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，選取1－1′剖面，采用 Geost udio2007軟件的sig ma、slope和seep模塊，耦合降雨條件分析坡體在天然情況以及暴雨作用下的變形特征。降雨邊界條件，每天降雨4 h，每小時(shí)雨量與物理模擬實(shí)驗(yàn)相同保持36 mm／h，即每日降雨量144 mm，與皖南山區(qū)大暴雨情況降雨量吻合。經(jīng)過(guò)持續(xù)5 d降雨，坡體由最初的穩(wěn)定性系數(shù)1.132降低至1.085，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生位移由最初的12 mm變?yōu)?5 mm（表1），其中第三天位移值33 mm與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近，表明目前斜坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在雨季，當(dāng)位移數(shù)據(jù)發(fā)生陡增突變時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋茏尨胧?/p>

表1 降雨作用下穩(wěn)定性變化Table 1 Stability variation under rainfall

以M－P法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)隨降雨天數(shù)關(guān)系曲線為：

x方向位移－降雨時(shí)間關(guān)系曲線為：

y方向位移隨降雨時(shí)間變化關(guān)系曲線為：

根據(jù)規(guī)范［12]中穩(wěn)定性系數(shù)Fs劃分值帶入（1）式求得降雨天數(shù)x，將x帶入（2）、（3）式求得不同穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)的位移值（表2）。

表2 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分Table 2 Divisions of landslide stability states

通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果計(jì)算分析表明：降雨作用是影響合豐外東山滑坡的主要因素，當(dāng)累積雨量小于518 mm、位移監(jiān)測(cè)值小于48 mm時(shí)，坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)累積雨量在518～633 mm時(shí)，滑坡可能產(chǎn)生位移48～77 mm，穩(wěn)定性系數(shù)在1～1.05之間，滑坡進(jìn)入欠穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)向當(dāng)?shù)卣块T提出防災(zāi)建議，適當(dāng)加密變形觀測(cè)。當(dāng)累積雨量大于633 mm，監(jiān)測(cè)坡體位移值大于77 mm范圍且有連續(xù)降雨天氣，應(yīng)向防災(zāi)部門發(fā)出預(yù)警，組織居民做好防災(zāi)避讓準(zhǔn)備，持續(xù)觀測(cè)坡體變形，如變形持續(xù)增大，適當(dāng)采取“砍頭壓腳”等緊急支護(hù)措施；如變形產(chǎn)生陡增突變，應(yīng)及時(shí)組織居民轉(zhuǎn)移。

6 結(jié)論

（1）皖南山區(qū)碎石土滑坡眾多，在兼顧科研與地方政府防災(zāi)工作需要的前提下，將變形跡象明顯、搬遷難度高、威脅居民多的合豐外東山滑坡定為典型碎石土滑坡。

（2）合豐外東山滑坡為碎石土沿基巖－覆蓋層接觸帶滑動(dòng)淺表層滑坡，滑體厚度在2～10 m，滑帶土特征明顯，為含鈣質(zhì)較高的硅質(zhì)巖風(fēng)化變質(zhì)成類似于石膏狀產(chǎn)物；滑面傾角與滑床基巖層面一致在26°～30°之間。

（3）1996年已滑動(dòng)堆積體現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，垂直滑坡主滑向位移量約為20 mm，位移變化呈波狀，未出現(xiàn)較大的位移突變，但滑坡體不同深度位移存在一定程度的差異，位于坡體中部4.2 m處位移監(jiān)測(cè)顯示，位移量不到10 mm，淺表層0.8 m深處位移量可達(dá)30 mm，坡體可能再次發(fā)生淺表層滑動(dòng)。在位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)陡增突變時(shí)應(yīng)引起政府決策部門的重視，通知居民采取適當(dāng)避讓措施。

（4）通過(guò)數(shù)值模擬分析，在每天降雨144 mm的條件下，降雨3 d產(chǎn)生位移33 mm與監(jiān)測(cè)位移數(shù)值吻合，穩(wěn)定性系數(shù)為1.085，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)累積雨量大于633 mm，監(jiān)測(cè)位移77 mm，穩(wěn)定性系數(shù)小于1，滑坡進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，加之遇到連續(xù)降雨天氣時(shí)應(yīng)向防災(zāi)減災(zāi)部門發(fā)出預(yù)警，組織居民做好防災(zāi)避讓準(zhǔn)備。

［1]黃健敏，吳泊人.安徽省2004－2009年地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析［J].安徽地質(zhì)，2010，（4）：306－311.

［2]安徽省國(guó)土資源廳地質(zhì)調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測(cè)中心資料［R].

［3]沈艷杰.安徽省地質(zhì)災(zāi)害分類及統(tǒng)計(jì)分析［J].地質(zhì)科技情報(bào)，2000，（2）：83－87.

［4]張潤(rùn)霞.安徽省主要自然災(zāi)害及綜合減災(zāi)戰(zhàn)略構(gòu)思［J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1994，（3）：15－23.

［5]賀平.安徽省地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究 ［J].安徽地質(zhì)，1998，（2）：33－36.

［6]徐靜，巨能攀，吳泊人，等.皖南山區(qū)滑坡主要類型及分布規(guī)律研究 ［A].安徽省重要地質(zhì)成果論文集［C].2012，（10）：130－137.

［7]楊則東，李良軍，鹿獻(xiàn)章，等.徽（州）杭（調(diào)）高速公路（安徽段）地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查與評(píng)價(jià) ［J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2001，（1）：86－93.

［8]張?chǎng)?李雙應(yīng)，等.安徽省環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及防治對(duì)策 ［J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2003，（4）：15－23.

［9]王桂英.安徽省環(huán)境地質(zhì)特征與地質(zhì)災(zāi)害 ［J].安徽地質(zhì)，2004，（3）：213－215.

［10]吳躍東，向釩，等.安徽“兩山一湖”地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害與防治［J].災(zāi)害學(xué)，2004，（4）：40－46.

［11]安徽省區(qū)域地質(zhì)志 ［M].地質(zhì)出版社，1987.

［12]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.滑坡崩塌泥石流災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查規(guī)范（1∶50 000）（S）.