梅溪河流域明水中學滑坡形成機理與穩(wěn)定性評價

連志鵬， 伏永朋

(中國地質調查局武漢地質調查中心,武漢 430205)

梅溪河流域明水中學滑坡形成機理與穩(wěn)定性評價

連志鵬， 伏永朋

(中國地質調查局武漢地質調查中心,武漢 430205)

明水中學滑坡位于梅溪河左岸，為典型的松散堆積體滑坡。通過分析坡體結構、形態(tài)、組成及變形特征等滑坡工程地質條件，認為該滑坡形成大致經(jīng)歷了“崩塌堆積—滑移—趨穩(wěn)定—復活”4個階段。運用GEO-SLOPE軟件對滑坡變形狀態(tài)進行定量分析，確定滑坡穩(wěn)定性。計算結果表明，明水中學滑坡目前整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生整體滑動的可能性較小，但在天然工況下，滑坡體前緣已接近極限平衡狀態(tài)，產(chǎn)生滑移的可能性較大。

梅溪河; 滑坡; 形成機理; 穩(wěn)定性評價

0 引言

梅溪河為長江支流，發(fā)源于巫溪縣岳王巖南麓，干流累計長約97.7 km，流域面積約1 979 km2。明水中學滑坡在梅溪河流域滑坡災害中具有代表性，滑坡位于奉節(jié)縣明水鄉(xiāng)場鎮(zhèn)，地處梅溪河左岸，為一古滑坡。“長江上游宜昌—江津段環(huán)境工程地質調查”項目曾對該滑坡進行重點勘查。本文在現(xiàn)場勘查的基礎上，分析該滑坡的形成過程，選取滑坡體主剖面，采用GEO-SLOPE軟件對該滑坡的穩(wěn)定性進行定量分析，為后期滑坡防治工作提供參考。

1 滑坡區(qū)地質概況

滑坡是在一定的地形、地貌、地層巖性、地質構造和氣候等自然條件下發(fā)育或發(fā)生的地質現(xiàn)象?；骂愋?、發(fā)生分布特征及活動規(guī)律等均受自然環(huán)境條件的制約和影響[1]。

1.1 地形地貌

如圖1所示，明水中學滑坡為長江一級支流梅溪河左岸臺階狀斜坡。斜坡后緣相對中前部較陡，坡度20°～25°； 斜地中部為自然緩坡，坡度約15°，經(jīng)人工改造形成較寬緩的平臺，一般寬100～140 m； 前緣斜坡近梅溪河河谷帶坡角一般25°～28°，部分坡角達35°。古滑坡后部為緩坡或近似平臺，兩級平臺高差50～60 m，斜坡總體呈北高南低之勢，構成臺階狀斜坡地形。前緣梅溪河河谷寬20～40 m，在滑坡兩側邊界處變寬，寬度150～200 m。

1.侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組； 2.殘坡積層; 3.滑坡堆積層; 4.崩坡積層; 5.沖洪積層 圖1 明水中學滑坡地貌形態(tài)示意圖Fig.1 Topography of Mingshui middle school landslide

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)主要出露侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2sx)粉砂質泥巖和泥質粉砂巖、第四系滑坡堆積層、崩坡積層、殘坡積層和沖洪積層。

(1) 滑坡堆積層(Qdel)。主要為紫紅色，局部淺灰色碎塊石土。碎石成分主要為紫紅色泥巖和黃灰色砂巖，含量約60%，碎石粒度一般0.5～7 cm，個別粒徑約10 cm；塊石成分主要為黃灰色長石石英砂巖，塊石粒度局部為1.0～2.3 m。分布于整個滑坡區(qū)域，平均厚25 m。

(2) 殘坡積層(Qel+dl)。主要為紫紅色粉質黏土夾碎塊石，分布于山坡及山頂較平坦地區(qū)，厚度 1～4 m。

(3) 崩坡積層(Qcol+dl)。主要為紫褐色粉質黏土碎石夾塊，碎塊石含量30%～40%，分布于滑坡平臺地段，厚度10～50 m。

(4) 沖洪積層(Qal+pl)。主要為砂卵石及漂(礫)石，卵石磨圓度較好,多呈亞圓狀,粒度一般3～5 cm,最大可達45 cm,含量約55%,充填中粗砂。主要分布于梅溪河兩岸漫灘地段，厚度2～7 m。

(5) 侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2sx)。主要為紫紅色薄—中層狀泥巖、灰白色中厚層及巨厚層細粒長石石英砂巖。

1.3 地質構造

該區(qū)處于揚子準地臺之次級構造單元——四川臺坳與上揚子臺褶帶(亦稱八面山臺褶帶)及大巴山臺緣褶帶二級構造帶的交接復合部位。區(qū)內及其附近未見斷層，主要發(fā)育3組裂隙： ①走向220°～230°，傾向北西，傾角6°～8°，張開寬度0.5～5.0 cm，間距0.3～1.5 m，泥質充填，裂隙面較平直，延伸長度>10 m； ②走向300°～310°，傾向南西，傾角70°～80°，張開寬度0.5～4.0 cm，間距0.3～1.0 m，少量泥質充填，裂隙面較平直，延伸長度一般<5 m，局部穿層； ③走向250°～260°，傾向北西，傾角80°～85°，張開寬度0.3～3.0 cm，間距0.2～1.2 m，無充填，裂隙面較平直，延伸長度較小，局部穿層。

2 滑坡地質特征

2.1 形態(tài)特征

明水中學滑坡邊界特征明顯。后緣以土層與基巖交接面為界，高程345 m； 前緣以梅溪河為界，高程194～197 m； 西側明水中學以西以第二處沖溝為界； 東側以瓦子坪小學東側50 m處沖溝為界。滑坡體南北長550 m，東西平均寬720 m，平均厚約25 m，面積39.6×104m2，體積990×104m3，主滑方向為170°(圖1)。

2.2 物質結構

據(jù)鉆孔資料，該滑坡體自上向下分為3層(表1)。

表1 滑坡體物質結構Tab.1 Structure and constituents of the landslide

2.3 變形特征

據(jù)資料[2]記載，在1975年和1982年，該滑坡發(fā)生過兩次局部變形破壞。2001年以來，滑坡體前緣每年均發(fā)生不同程度的變形，具體表現(xiàn)為滑體前緣渝巴公路兩側房屋出現(xiàn)拉裂。2002年，滑坡前緣再次蠕滑變形，渝巴公路及公路兩側房屋發(fā)生大規(guī)模開裂和下沉，路面開裂達200 m，可見及的最大深度為1.8 m，水平位移最大10 cm，垂直位移最大達18 cm，裂縫走向與滑坡滑動方向近垂直。公路兩側的房屋幾乎均有不同程度的開裂，且開裂程度逐年加劇。裂縫寬度由2001年的幾毫米演變?yōu)槟壳暗氖畮桌迕祝l(fā)展速度近4 cm/a。目前，該滑坡體上多處房屋已成危房，個別房屋內地面有隆起現(xiàn)象。近幾年來，位于滑坡體中部的明水中學操場及教學樓也發(fā)生變形開裂，滑坡變形區(qū)域正逐漸向后擴展(圖2)。

圖2 明水中學滑坡工程地質平面圖Fig.2 Engineering geological plane of Mingshui middle school landslide

3 滑坡形成過程

根據(jù)現(xiàn)場調查及勘查資料分析可以確定，明水中學滑坡為復活性牽引式中層松散層土質巖床類滑坡[3-5]，是梅溪河河谷岸坡自然演化過程中發(fā)生的一種表生改造現(xiàn)象，其發(fā)育和分布特征與地形地貌、地層巖性及地質構造密切相關，同時受河流侵蝕、風化、降雨等影響[6-9]，滑坡形成大致經(jīng)歷了“崩塌堆積—滑移—趨穩(wěn)定—復活”4個階段。

(1)梅溪河由西向東流經(jīng)此處，河流下切，伴隨區(qū)域地殼間歇性隆升，逐漸形成坡體后緣的陡崖，崖下為陡緩相間的階狀原始地貌。上部陡坡、陡崖為侏羅系沙溪廟組(J2sx)地層，巖性軟硬相間，在重力、構造及風化作用下，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙貫通逐漸形成卸荷裂隙，卸荷裂隙追蹤構造裂隙發(fā)展，與其他結構面組合共同切割破壞巖體，破壞巖體的完整性和穩(wěn)定性，巖體發(fā)生崩塌，崩塌體堆積于下部坡體。

(2)明水中學上部危巖體不斷崩塌，陡崖不斷后退，崩塌體在坡下不斷堆積，一方面使斜坡堆積體不斷增加，同時也不斷向堆積體加載，使斜坡堆積體趨于失穩(wěn)。另外，斜坡堆積體下伏砂巖相對隔水，地下水易沿斜坡堆積體與下伏砂巖接觸帶匯集，產(chǎn)生徑流排泄。經(jīng)地下水長期作用，該巖土接觸帶泥化加劇，強度逐步降低而形成軟弱結構帶。同時，斜坡前緣坡腳遭受河流不斷侵蝕沖刷，斜坡前緣逐漸變陡，最終上覆松散堆積體在自重作用下，經(jīng)某次強降雨誘發(fā)滑移。

(3)經(jīng)過大規(guī)模滑動后，斜坡地形較為平緩，形成多級滑坡平臺。在滑坡前緣滑坡堆積物堆積于坡腳，堵塞河道，河流改道，在滑坡前緣上游逐漸形成淤積沉積區(qū)，阻擋滑體繼續(xù)滑動，古滑坡體逐漸趨于穩(wěn)定。

(4)近期由于人類切坡修路、建房等工程活動，古滑坡前緣坡體堆載加劇。梅溪河對滑坡前緣進行沖刷，前緣斜坡逐漸變陡，在某次暴雨下，古滑坡體前緣復活，發(fā)生蠕滑—拉裂變形，并逐步向坡體后緣擴展。

4 穩(wěn)定性分析

明水中學滑坡為一古滑坡，滑動后勢能已經(jīng)釋放。通過鉆孔揭露，滑帶土多為超固結土，強度大幅提高。目前，從地表堆積形態(tài)看，滑坡整體較穩(wěn)定，古滑坡整體復活的可能性較小，僅前緣可能會處于失穩(wěn)狀態(tài)。

目前滑坡穩(wěn)定性定量評價方法大致可分為3類，即極限平衡計算法、數(shù)值分析法和破壞概率計算法[10]。本文采用邊坡穩(wěn)定性分析GEO-SLOPE軟件，對該滑坡進行穩(wěn)定性計算，并綜合評價其穩(wěn)定性。

4.1 計算剖面及工況

根據(jù)布置在滑坡不同標高坡地上的鉆孔、探槽揭露的滑體情況及地形地貌、破壞變形等因素，選取該滑坡中具有代表性的2-2’剖面(圖3,剖面線位置如圖2所示)進行穩(wěn)定性分析。該段滑體長600 m,標高為195～360 m,坡體主要以第四系滑坡堆積粉質黏土夾碎塊石為主,基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2sx)泥質粉砂巖。

圖3 明水中學滑坡工程地質剖面圖Fig.3 Engineering geological section of Mingshui middle school landslide

滑坡前緣為梅溪河，雖然涉水，但是河水漲落變化較小，故此次計算不考慮河水位變化。根據(jù)滑坡的受力特征、可能出現(xiàn)的荷載情況及其組合，計算中主要考慮降雨因素影響，選定2種工況計算滑坡穩(wěn)定性。

工況1： 自重(天然狀態(tài))

工況2： 自重+20年一遇的暴雨

4.2 計算參數(shù)

根據(jù)室內剪切試驗數(shù)據(jù)、反演分析成果并結合臨近地區(qū)工程地質類比數(shù)據(jù)，最終確定滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)值(表2)。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)值Tab.2 Parameter value of landslide stability analysis

4.3 計算結果及評價

利用SLOPE/W計算程序分析圖3所示邊坡的穩(wěn)定性，對處于2種工況下的滑坡整體穩(wěn)定性進行計算。鑒于目前滑坡前緣存在變形破壞，故對滑坡前緣危險滑移面進行搜索，得到前緣變形區(qū)范圍(圖4)，并計算其穩(wěn)定性。由于前緣變形區(qū)一旦失穩(wěn)破壞后，滑坡體可能發(fā)生整體滑動，因此需計算前緣失穩(wěn)后滑坡整體在2種工況下的穩(wěn)定性，計算結果如表3所示。

圖4 明水中學滑坡前緣變形區(qū)示意圖Fig.4 Deformation zone of the front edge of Mingshui middle school landslide

工況整體穩(wěn)定性系數(shù)前緣變形區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)前緣失穩(wěn)后整體穩(wěn)定性系數(shù)工況11.2281.0071.163工況21.1061.0041.052

在天然工況下，明水中學滑坡整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.228，處于穩(wěn)定狀態(tài)； 在暴雨工況下，該滑坡整體穩(wěn)定性下降，整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.106，仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。通過搜索計算，滑坡前緣在天然工況下整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.077，暴雨工況下整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.004，前緣處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。假設前緣失穩(wěn)破壞，該滑坡在天然工況下，整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.163，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)； 在暴雨工況下，整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.052，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上，目前該滑坡整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生整體滑動的可能性較小。但滑坡體前緣變形明顯，若具備一定降雨條件，該滑坡前緣產(chǎn)生滑移的可能性較大。一旦前緣發(fā)生滑移，可能進一步牽引后部斜坡體變形，降低滑坡體整體穩(wěn)定性，將對滑坡體上居民的生命財產(chǎn)安全構成威脅。

5 結論與建議

(1)明水中學滑坡為一古滑坡，屬于復活后牽引式中層松散層土質巖床類滑坡，其形成發(fā)展經(jīng)歷“崩塌堆積—滑移—趨穩(wěn)定—復活”4個階段。

(2)目前該滑坡體整體穩(wěn)定性較好，發(fā)生整體滑動的可能性較小。通過GEO-SLOPE軟件對前緣最危險滑面搜索得到的變形區(qū)范圍，與現(xiàn)場實際調查中圈定的變形范圍基本一致。本文滑坡穩(wěn)定性計算結果符合實際情況，具有較高的可信度。

(3)目前，該滑坡體前緣變形明顯，穩(wěn)定性差。為避免因滑坡前緣局部滑動而進一步牽引后部斜坡體變形，降低滑坡體整體穩(wěn)定性，建議減少對坡腳的開挖改造，同時采取必要的工程防護措施，提高該滑坡體的穩(wěn)定性。

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(責任編輯： 劉永權)

Formation mechanism and stability evaluation of Mingshui middle school landslide in the Meixi River basin

LIAN Zhipeng, FU Yongpeng

(WuhanCenter,ChinaGeologicalSurvey,Wuhan430205,China)

Mingshui middle school landslide, located on the left bank of the Meixi River, is a typical loose deposits landslide. By analyzing the engineering geological conditions of the landslide, including slope structure, morphological characteristics, and deformation features, the formation of the landslide is considered to experience 4 steps: collapsing and accumulating→sliding→going slowly to stable state→moving again. The landslide deformation is qualitatively analyzed and the landslide stability is determined by the GEO-SLOPE software. The result shows that the slide body of this landslide is currently stable, but the front edge of landslide is close to the limit state in natural conditions, which is very likely to slide or collapse.

Meixi River; landslide; formation mechanism; stability evaluation

10.19388/j.zgdzdc.2017.01.10

連志鵬，伏永朋.梅溪河流域明水中學滑坡形成機理與穩(wěn)定性評價[J].中國地質調查,2017,4(1): 69-73.

2016-05-11；

2016-06-22。

中國地質調查局“長江上游宜昌—江津段環(huán)境工程地質調查(編號： 1212010640601)”項目資助。

連志鵬(1985—)，男，碩士，工程師，主要從事地質災害方面的研究工作。Email: lianzhipeng1985@163.com。

P642.22

A

2095-8706(2017)01-0069-05