第三系緩傾角紅層滑坡基本特征及形成機(jī)制研究

李 暢，任光明，韓愛果，李惠民

(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610059)

第三系緩傾角紅層滑坡基本特征及形成機(jī)制研究

李 暢，任光明，韓愛果，李惠民

(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610059)

由于第三系紅層中滑坡災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)該類發(fā)育于弱膠結(jié)地層中的滑坡進(jìn)行系統(tǒng)研究不僅有利于滑坡的早期識(shí)別而且對(duì)其防治措施的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。以第三系地層中發(fā)育的一緩傾角紅層滑坡為研究對(duì)象，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件與滑坡基本特征進(jìn)行了總結(jié)歸納，并定性分析了其形成機(jī)制。結(jié)果表明：該滑坡為典型的推移式降雨誘發(fā)型順層巖質(zhì)滑坡；順坡向、緩傾角的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及軟硬相間的巖性組合是滑坡發(fā)生的地質(zhì)條件；河流的侵蝕是滑坡產(chǎn)生的外部動(dòng)力；強(qiáng)降雨是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的直接誘發(fā)因素。

第三系地層；緩傾角紅層滑坡；基本特征；形成機(jī)制

紅層是指中生代以來的湖相、河流相、河湖交替相或山麓洪積相等形成的外觀以紅色為主的陸相碎屑巖沉積地層，主要為砂巖、泥巖、頁巖及砂巖、泥巖與頁巖互層等軟硬相間的層狀巖體，大量分布于我國的甘肅、四川與云南等省份[1-2]。

紅層地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響人類生命財(cái)產(chǎn)安全，而滑坡災(zāi)害就是其中之一。針對(duì)紅層巖質(zhì)滑坡，大量學(xué)者通常按照巖層傾角將其劃分為兩類[3-4]：一類是巖層傾角近水平的平推式滑坡(3°～5°)，其以天臺(tái)鄉(xiāng)滑坡[5]、南江縣興馬中學(xué)滑坡[6]、垮梁子滑坡[7]等為代表；另一類則是緩傾角滑坡(10°～30°)，該類滑坡以千將坪滑坡[8]、杉樹槽滑坡[9]、Vaiont滑坡[10]等為代表。對(duì)于第三系紅層滑坡研究方面，吳其偉等[11]從工程地質(zhì)條件、變形特征、形成機(jī)制等多方面對(duì)查納滑坡進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。王士天等[12]通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查總結(jié)了灑勒山滑坡的基本特征，并對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行了探討。劉世雄[13]通過物理力學(xué)試驗(yàn)與物理模擬試驗(yàn)對(duì)龍穆爾溝滑坡的失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了研究。

綜上所述，已有學(xué)者對(duì)紅層滑坡開展了大量的研究工作，但對(duì)于第三系緩傾角紅層滑坡的研究鮮見報(bào)道。本文以一發(fā)育于第三系地層中的緩傾角紅層巖質(zhì)滑坡為研究對(duì)象，在總結(jié)歸納了滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、滑坡基本特征的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場(chǎng)勘察對(duì)滑坡的形成機(jī)制進(jìn)行了分析探討，以期為第三系緩傾角紅層滑坡的研究提供參考。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

滑坡區(qū)山體屬于單斜構(gòu)造，為構(gòu)造侵蝕的低山丘陵地貌類型，地勢(shì)東高西低，坡面傾向北西，坡度為19°～33°?；聟^(qū)以古近系名山組地層(E1-2m)為主，巖性組合為粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，巖層產(chǎn)狀為：N6°～15°E/NW∠21°～26°，巖層延伸較穩(wěn)定，傾角略小于坡角?；挛挥诙朊忌降貐^(qū)牛背山背斜的NE翼，滑坡區(qū)內(nèi)無大規(guī)模的活動(dòng)性斷裂發(fā)育?；聟^(qū)內(nèi)除巖層層面外另發(fā)育兩組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面：第一組為陡傾節(jié)理J1，產(chǎn)狀為N3°E/NW∠78°；第二組為中陡節(jié)理J2，產(chǎn)狀為N78°E/SE∠51°，連通性較好。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形態(tài)與規(guī)模

滑坡區(qū)斜坡為軟硬相間的層狀巖體組成的順向坡，故該滑坡為順層巖質(zhì)滑坡，滑坡平面形態(tài)呈“馬蹄形”(見圖1)?；虑熬壐叱虨?53 m，寬約300 m，后緣高程為565 m，寬約460 m，滑坡縱向長(zhǎng)約270 m。根據(jù)鉆探資料顯示，滑坡堆積體于前緣分布較厚，中后部相對(duì)較薄。滑坡堆積體平均厚度約為10 m，面積約0.057 km2，滑體方量約5.7×105m3，屬中型滑坡，主滑方向?yàn)镹80°W。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，可將滑坡劃分為滑源區(qū)(Ⅰ區(qū))與堆積區(qū)(Ⅱ區(qū))。

圖1 滑坡工程地質(zhì)圖

2.2 滑坡邊界特征

滑坡上游側(cè)以沖溝為界，沖溝兩側(cè)巖體的完整程度明顯不同。沖溝右側(cè)為滑體物質(zhì)，巖體結(jié)構(gòu)較破碎，完整性差，以塊碎石為主；而沖溝左側(cè)為名山組地層的完整基巖，具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，巖層延續(xù)性較好?；孪掠芜吔鐬槎竷A的陡坎，走向約70°，與節(jié)理組J2的性質(zhì)一致，因此，滑坡的下游側(cè)邊界為滑坡順J2節(jié)理組走向滑動(dòng)，表現(xiàn)出剪切運(yùn)動(dòng)的特性。由于滑坡區(qū)為單斜構(gòu)造，同時(shí)該滑坡為整體順層滑動(dòng)，因此滑坡的后緣則以滑坡滑動(dòng)后形成的山脊為界，平面上隨山體的走勢(shì)呈弧形展布?；虑熬墑t以龍門硐河右岸河床為界，平面上也隨龍門硐河呈弧形展布。

2.3 滑面(帶)及滑床特征

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)合鉆探手段認(rèn)為該滑坡滑帶土為巖層中的泥巖遇水軟化后形成的泥化夾層，磚紅色，飽水，呈軟塑狀，厚度較薄僅幾厘米?；瑒?dòng)面(帶)產(chǎn)狀受基巖層面控制，縱剖面上表現(xiàn)為中后部緩傾、前緣較平直的兩段折線形(見圖2)?；瑒?dòng)面的埋深具有后淺前深的特征，后部埋深2 m～11 m，前緣埋深13 m～18 m?；瑒?dòng)面上發(fā)育擦痕，其滑移方向與主滑方向一致，受巖層傾向控制，為N80°W(見圖3)。下部滑床基巖為較完整的名山組粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，表現(xiàn)出明顯的層狀結(jié)構(gòu)。

圖2 滑坡B-B’剖面圖

圖3 滑帶土及擦痕

2.4 滑體特征

根據(jù)地形地貌、巖體結(jié)構(gòu)以及滑體的變形破壞特征等又可將滑坡堆積區(qū)(Ⅱ區(qū))劃分為上游側(cè)的塊碎石穩(wěn)定區(qū)(Ⅱ-1區(qū))與下游側(cè)的“假基巖”蠕滑區(qū)(Ⅱ-2區(qū))，如圖1所示。

Ⅱ-1區(qū)滑體堆積于龍門硐河右岸Ⅰ級(jí)階地之上，呈長(zhǎng)條狀展布于滑坡的上游側(cè)，地形起伏明顯，溝槽發(fā)育?；w物質(zhì)以塊碎石為主，結(jié)構(gòu)較破碎，完整性較差，多呈塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)，但該區(qū)滑體未遭受到龍門硐河的侵蝕，人類工程活動(dòng)對(duì)其影響較小，無明顯的變形破壞跡象，故穩(wěn)定性較好。

Ⅱ-2區(qū)為主要堆積區(qū)，滑體呈扇狀展布于滑坡的中下游側(cè)，地形呈中后緣順坡、前緣反翹的靠椅狀(見圖2)。該區(qū)滑體物質(zhì)主要為保留有原巖層序的“假基巖”，僅表層覆蓋有一層第四系松散物質(zhì)。鉆探揭示該區(qū)中后部滑體完整性較好，呈層狀結(jié)構(gòu)，RQD值大多在80%以上；前緣滑體完整性較差，雖保留層狀結(jié)構(gòu)，但層間巖體較破碎，呈層狀碎裂結(jié)構(gòu)(見圖4)。同時(shí)，該區(qū)前緣長(zhǎng)期遭受龍門硐河的侵蝕，受到人類工程活動(dòng)的影響也較強(qiáng)烈，滑體存在明顯的蠕滑變形破壞跡象，主要表現(xiàn)為滑體前緣的局部滑塌以及排水溝渠的錯(cuò)斷。

圖4 層狀碎裂結(jié)構(gòu)滑體

3 滑坡形成機(jī)制分析

3.1 滑坡誘發(fā)因素

誘發(fā)滑坡產(chǎn)生的因素眾多，主要包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)部因素以及風(fēng)化、地震、水的作用、人類活動(dòng)等外部因素[14-16]。而影響該滑坡穩(wěn)定性的主要因素包括以下幾個(gè)方面。

(1) 地質(zhì)巖性?；轮饕傻谌得浇M地層的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等組成，僅表部有薄層的第四系松散堆積物，屬于軟硬相間的層狀巖體。滑坡區(qū)巖層傾向與坡面傾向一致，且?guī)r層傾角為21°～26°，屬于易滑傾角范圍[17]。組成斜坡的主要巖層層理發(fā)育，尤其是夾層泥巖，層面平直、強(qiáng)度較低、摩阻力較小，容易產(chǎn)生滑動(dòng)。同時(shí)，夾層泥巖滲透性較小，為相對(duì)隔水層，降雨入滲后便沿泥巖的層面排泄，當(dāng)排泄不及時(shí)或排泄不暢時(shí)，便在層面滯留，導(dǎo)致地下水位抬升。在周圍巖層的應(yīng)力作用與地下水長(zhǎng)期浸泡的影響下，泥巖夾層逐漸軟化甚至泥化，其物理力學(xué)性質(zhì)顯著降低，原生軟巖逐漸演化為滑帶。因此，順坡向、緩傾角的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及軟硬相間的巖性組合是滑坡發(fā)生的地質(zhì)條件。

(2) 河流侵蝕。龍門硐河從滑坡的坡腳通過。龍門硐河是一條具有一定規(guī)模的河流，河水四季流淌。在雨季，龍門硐河流量增大，河流對(duì)兩岸的侵蝕作用也相應(yīng)增強(qiáng)。同時(shí)滑坡位于龍門硐河凹岸，龍門硐河對(duì)斜坡坡腳的侵蝕作用也更加顯著，在滑坡區(qū)內(nèi)切割較深，而J1節(jié)理組則在河水的侵蝕作用下于斜坡前緣形成陡傾的臨空面，為滑坡的產(chǎn)生提供了空間條件。因此河流的侵蝕是滑坡形成的主要外部動(dòng)力。

(3) 降雨。強(qiáng)降雨是滑坡產(chǎn)生的主要誘發(fā)因素。大量降雨穿過地表的松散堆積物，透過滲透性較好的巖層在滑帶區(qū)富集，其從以下兩個(gè)方面對(duì)斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響：① 大量降雨入滲到地下，不能及時(shí)地排泄或排泄不暢，使得斜坡巖土體充分飽水，增加了滑坡的下滑力。同時(shí)，由于地下水的富集導(dǎo)致滑面處孔隙水壓力增大，降低了滑面的抗滑力。因此，地下水的動(dòng)、靜水壓力對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響程度發(fā)揮了最大作用。② 大量降雨沿斜坡節(jié)理裂隙入滲到地下，沿泥巖層面運(yùn)移，不斷浸泡軟化或泥化泥巖，使得滑帶由非飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，基質(zhì)吸力喪失，泥巖的抗剪強(qiáng)度大幅降低[18]。

3.2 滑坡形成機(jī)制

該滑坡為一順層巖質(zhì)滑坡，滑坡主體為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層泥巖，僅表層覆蓋薄層第四系松散物質(zhì)，巖性相對(duì)脆弱，具有易滑的地層巖性以及軟硬相間的巖性組合結(jié)構(gòu)。在長(zhǎng)期地質(zhì)營力的作用下，巖層中的泥巖經(jīng)歷了由原生軟巖到滑帶的演化過程[19]，泥化夾層的物理力學(xué)性質(zhì)逐漸降低，最終形成滑帶。與此同時(shí)，在龍門硐河的侵蝕作用下，滑坡前緣的臨空面不斷擴(kuò)大、不斷加深，潛在滑移面逐漸被揭露。再者，隨著河流的侵蝕，斜坡中的應(yīng)力狀態(tài)也在不斷地發(fā)生調(diào)整，在與充填于裂縫中雨水產(chǎn)生楔裂擴(kuò)張力[20]的綜合作用下，斜坡中的節(jié)理、裂隙逐漸張開、延伸與貫通，從而形成了滑坡的邊界。

在不利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與軟硬相間的巖性組合條件下，再加之龍門硐河的侵蝕作用，使得該滑坡基本處于極限平衡狀態(tài)。在滑坡的臨滑階段，斜坡中的節(jié)理裂隙已經(jīng)完全貫通，滑帶已完全泥化，抗剪強(qiáng)度也急劇下降[21]。在強(qiáng)降雨的影響下，雨水沿坡體裂隙入滲，坡體中地下水位抬升，滑帶部位的孔隙水壓力升高，使得抗滑力減小，同時(shí)由于滑體飽水，下滑力增大，滑坡的極限平衡狀態(tài)被打破，滑面貫通，滑坡迅速啟動(dòng)下滑。

4 結(jié) 論

綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與鉆探等研究工作，得到如下結(jié)論：

(1) 該滑坡為一發(fā)育于紅層地區(qū)緩傾角巖層的推移式降雨誘發(fā)型順層巖質(zhì)滑坡；滑動(dòng)面為泥巖層面，滑帶為巖層中泥巖遇水軟化后形成的泥化夾層，滑動(dòng)方向?yàn)镹80°W。

(2) 上游側(cè)滑體地形起伏，溝槽發(fā)育，主要為塊碎石、黏土等，呈塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)；中下游側(cè)滑體地形呈靠椅狀，物質(zhì)組成主要為保留有原巖層序的“假基巖”，但前緣滑體結(jié)構(gòu)較破碎、完整性較差，呈層狀碎裂結(jié)構(gòu)，中后部滑體完整性較好，呈層狀結(jié)構(gòu)。

(3) 順坡向、緩傾角的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及軟硬相間的巖性組合是滑坡發(fā)生的地質(zhì)條件；河流的侵蝕作用是滑坡產(chǎn)生的外部動(dòng)力；強(qiáng)降雨是導(dǎo)致滑坡形成的直接誘導(dǎo)因素。

(4) 強(qiáng)降雨軟化滑帶，降低其抗剪強(qiáng)度，同時(shí)滑帶處產(chǎn)生高的孔隙水壓力均降低了滑帶的抗滑力，而滑體飽水增加了下滑力，滑體處于臨滑階段的極限平衡狀態(tài)被打破，滑面貫通，滑坡下滑。

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Characteristics and Formation Mechanism of the Slow-inclination Red Layer Landslide in Tertiary Stratum

LI Chang, REN Guangming, HAN Aiguo, LI Huimin

(StateKeyLaboratoryofGeohazardPreventionandGeoenvironmentProtection,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

Due to the frequent occurrence of landslide disasters in the tertiary red layer, systematic research on the landslides developed in the weak cemented stratum is not only beneficial to the early identification of landslides, but also have a guiding significance for the design of its control measures. A slow-inclination red layer landslide developed in tertiary stratum is studied in this paper. Through the field investigation, the geo-environment conditions and the basic characteristics of the landslide are summarized, and the formation mechanism is analyzed qualitatively. The results showed that it is a typical precipitation type of bedding rock landslide. The slow inclination geological structure along the slope direction and the soft-hard litholotic combination are the geological conditions of the landslide. The erosion of Longmendong River is the external force of the landslide. Heavy rainfall is the direct cause of the landslide.

tertiary stratum; slow-inclination red layer landslide; characteristics; formation mechanism

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.04.021

2017-03-10

2017-04-17

李 暢(1994—)，男，四川南充人，碩士研究生，研究方向?yàn)閹r土體穩(wěn)定性及工程環(huán)境效應(yīng)。 E-mail：2578583735@qq.com

P642.22

A

1672—1144(2017)04—0112—05