江西興國水溝村滑坡特征、成因及穩(wěn)定性分析

吳艾祺，宋 飛，王 凱

(1.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，西安 710054；2. 贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院，南昌 330029)

在地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡是頻度最高、損失最大的地質(zhì)災(zāi)害類型之一[1]。特別是20世紀(jì)80年代以來，隨著中國經(jīng)濟建設(shè)的恢復(fù)與高速發(fā)展及自然因素的影響，滑坡災(zāi)害呈逐年加重趨勢。長期以來，滑坡災(zāi)害是各國學(xué)者報道、研究的重點[2-6]。

滑坡一般屬于斜坡巖土體失穩(wěn)問題。成因可分為自然作用為主和工程活動作用為主兩大類。自然作用成因可細(xì)分為4種類型：降雨引發(fā)型、地震激發(fā)型、自然演化型、凍融滲透型。工程活動作用成因可細(xì)分為6種類型：地下開挖型、切坡卸荷型、工程堆載型、水庫浸潤型、灌溉滲漏型和爆破振動型。具體到某種類型的滑坡案例則多種因素并存[7-12]?；掳l(fā)生的巖土介質(zhì)主要有以下3類：巖質(zhì)滑坡、土層滑坡和松散堆積層滑坡。中國大陸滑坡發(fā)育最根本的原因是具有有利的地形地貌條件，約80%的大型滑坡發(fā)生在環(huán)青藏高原東側(cè)的大陸地形第一個坡降帶范圍內(nèi)[13]。強震、極端氣候條件和全球氣候變化構(gòu)成大型滑坡發(fā)生的主要觸發(fā)和誘發(fā)因素[8]。筆者通過對興國水溝村的詳細(xì)實地考察，從滑坡所處地質(zhì)環(huán)境、滑坡發(fā)育特征、滑坡形成機理及滑坡穩(wěn)定性分析等方面探討了本次滑坡的發(fā)生機理，對提升滑坡災(zāi)害的認(rèn)識水平和指導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)都有重要的意義。

1 滑坡形成條件

水溝村滑坡位于江西省贛州市興國縣的東南部，區(qū)域上屬亞熱帶季風(fēng)型氣候，年平均氣溫18.3～19.8 ℃，該區(qū)屬溫暖潮濕雨量充沛的地區(qū)，年降雨量1 070.3～2 132.3 mm，多年平均降雨量1 543.58 mm，降雨多集中在5～6月份，最大月降雨量517.6 mm，最小降雨量出現(xiàn)在11、12月或翌年的元月。區(qū)內(nèi)主要水系為平江，多年平均流量5～6月份最大。平江支流瀲水最大流量達(dá)到1 330 m3/s，年徑流量達(dá)到70～244.6億m3。從多年資料分析本區(qū)5～6月份為豐水期，11月份至翌年1月為枯水期。地質(zhì)災(zāi)害主要受集中降雨影響，主要發(fā)育時間為5～6月份。此次水溝村滑坡正處于降雨集中期，受雨水滲透和沖刷作用引發(fā)滑坡。

1.1 地形地貌

勘查區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低丘陵地貌，滑坡坡頂高程約210.6 m，坡腳高程約200 m，相對高差約10.6 m?？傮w地勢為兩山夾一谷，中間低兩邊高。山頂呈渾圓狀，山脊呈舒緩波狀，山坡坡度25°～65°。山體植被主要為杉樹、灌木、毛竹、草叢，植被覆蓋率約50%，土體覆蓋層厚度薄，表層多為全風(fēng)化巨厚砂礫巖殘坡積層。南側(cè)為剝蝕丘陵，高陡險峻，植被繁茂；西側(cè)為溝谷平原，現(xiàn)狀為農(nóng)田，地勢較平坦，坡腳有水溝穿過。

1.2 地質(zhì)背景

區(qū)域上位于南嶺東西構(gòu)造帶所屬興國—石城構(gòu)造帶與武夷—戴云新華夏系所屬于山構(gòu)造帶復(fù)合部位，中部為拗陷帶(興國拗陷盆地)?；聟^(qū)處于興國盆地邊緣，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造通過?；聟^(qū)出露的地層有白堊系南雄組(K2n)及第四系(Q4)(見圖1)，南雄組出露巖性為巨厚砂礫巖。巖石呈紅褐色，礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由大量砂礫組成，泥質(zhì)膠結(jié)，礫石粒徑為0.2～4 cm，具遇水軟化特性。巖石質(zhì)量等級為Ⅳ級，風(fēng)化裂隙一般，是此次滑床的組成部位。第四系主要出露雜填土，含礫粉質(zhì)黏土，顏色為褐色，呈可塑狀，成分以粉粒、黏粒為主，含有少許生活、建筑垃圾，其中還伴有碎石，碎石粒徑一般2～5 cm，以次棱角狀為主。韌性及干強度中等，無搖震反應(yīng)。該層主要為母巖的風(fēng)化殘坡積物，因切坡建房將其堆積至房前，根據(jù)鉆探顯示該層厚度為2.0～3.4 m不等，平均厚度為2.7 m，具上部厚下部薄的特點，組成此次滑坡的滑體。

1.3 水文及工程地質(zhì)

滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單，地下水主要有松散層孔隙水。松散巖類孔隙水賦存于第四系雜填土(Q4)孔隙中，其富水性較差，水量有限，主要由大氣降水垂直入滲補給和基巖裂隙水側(cè)向補給，在就近低洼處以泉的形式排出地表，具有就地補給就地排泄的特點，多受季節(jié)性控制。

區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象以滑坡為主，除本滑坡，局部地段由于興泉鐵路施工，形成大量高陡斜坡，斜坡基本修成多級階梯狀，斜坡較為穩(wěn)定，偶見流水沖刷的溝壑。本滑坡區(qū)因建房挖地基，滑體為松散土填土，容易導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

2 滑坡發(fā)育特點與過程

2.1 滑坡規(guī)模

水溝村滑坡體橫向?qū)?0 m，縱向長20 m，厚度約2 m，體積約800 m3?；麦w為雜填土，含有大量黏粒，滑坡造成多戶房屋產(chǎn)生裂縫，堆積坡腳堵塞鄉(xiāng)間小路，所幸未造成人員傷亡，滑坡現(xiàn)狀見圖2及圖3。

圖1 滑坡區(qū)地形地質(zhì)圖Fig.1 Topographic and geological map of landslide area

圖2 滑坡后緣拉張裂隙Fig.2 Tensile cracks at the rear edge of landslide

圖3 滑坡體現(xiàn)狀Fig.3 Landslide manifestation

2.2 滑坡體形態(tài)特征

滑坡體呈扇狀近南西向展布，前緣以鄉(xiāng)間小路為界，坡面因人工清坡形成階梯狀，后緣以拉張裂隙為界，滑坡兩側(cè)周界明顯，坡面整體坡度約35°左右；滑坡后壁較為平直，坡面較陡，坡度大約為60°；滑坡后緣發(fā)育2條長5～10 m的弧形裂縫，縫寬2～10 cm，延伸方向130°～140°，并有下挫趨勢，下挫高差3～10 cm，滑坡前緣呈扇形堆積，未見鼓張裂隙發(fā)育；滑坡體前緣地面標(biāo)高200 m，后緣上方弧形拉裂縫(后緣)處標(biāo)高約210.6 m，相對高差10.6 m，滑坡體主滑動方向236°，滑坡體物質(zhì)組成為雜填土。雜填土以含礫粉質(zhì)黏土為主，紅褐色，松散，稍濕，含水量介于50%～80%，干強度及韌性中等，并伴有少量碎石，以次棱角狀為主，粒徑約為0.2～3 cm，為小型牽引式土質(zhì)滑坡。

2.3 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑體：滑坡體物質(zhì)組成主要為雜填土。雜填土以含礫粉質(zhì)黏土為主，含有少量生活垃圾，顏色以紅褐色為主，松散，稍濕，含水量介于50%～80%，干強度及韌性中等，礫石以次棱角狀為主，粒徑大約為0.2～3 cm。

滑帶：根據(jù)各鉆孔揭露，滑帶為填土層與殘積層接觸帶，滑帶土主要為砂石土，顏色為紅褐色，松散，濕—稍濕，級配差，砂呈亞圓，粒徑為0.05～0.2 mm，滑帶厚度0.1～0.3 m，厚度變化趨勢為：后部薄—中部厚—前部薄，遇水易軟化，力學(xué)強度下降。水自坡面入滲至接觸帶，雨水不斷攜走滑帶土中的黏粒，導(dǎo)致滑體沿殘積層產(chǎn)生滑動變形。

滑床：滑床為白堊系南雄組砂礫巖。上部殘積層為粉質(zhì)黏土，顏色為紅褐色，稍濕，干強度和韌性中等。下部為強風(fēng)化砂礫巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，強度較低，具有遇水軟化性質(zhì)?；采喜繗埛e層透水性能較差，為相對隔水層，保護(hù)了滑床下部砂礫巖軟化，確保了滑床的穩(wěn)定性。

剪出口：滑坡體剪出口位于前緣坡腳位置，滑體被推移至小路旁。

3 滑坡形成機制

水溝村滑坡的形成是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果，大體上與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌、降雨、地表水作用、地下水作用，以及人為等其他因素有關(guān)。其形成機制可以概括為：

1)巖土性質(zhì)

勘查現(xiàn)狀，清坡后的滑體物質(zhì)組成為雜填土，其結(jié)構(gòu)較松散，易于地表水體的下滲，滑坡土層受雨水浸泡作用影響，抗剪強度顯著降低。加之，地下水下滲富集于相對隔水層(全風(fēng)化泥巖)，并沿該相對隔水層接觸面徑流，在長期雨水浸潤沖刷作用下，接觸帶中黏粒不斷流失，形成松散軟弱面，滑坡體在自重的作用下沿該面蠕動變形，最后貫通整個滑面形成滑坡?？傊?，巖土體物理力學(xué)性質(zhì)變差不利于坡體的穩(wěn)定。

2)降雨因素

汛期突發(fā)的強降雨或連續(xù)降雨是滑坡形成的直接誘發(fā)因素。降雨對滑坡發(fā)育形成的激發(fā)作用表現(xiàn)為三個方面：一是地表水滲入坡體后在某一局部形成較高的水頭，從而在坡體內(nèi)造成較高的孔隙水壓力，增強了坡體的下滑能力；二是雨水滲入坡體所造成的地下水浮力，降低了滑體自重所產(chǎn)生的抗滑摩擦阻力；三是滲入坡體的雨水通過滑動面上巖土的軟化性能和水解性能，降低了巖土的抗剪強度，有利于坡體的滑動。

3)人為因素

根據(jù)調(diào)查分析，滑坡體為切坡建房時形成的人工填土層，填土高度約2～5 m，填坡長度約20 m，寬度約20 m，填坡坡度約為40°，人工填土破壞了山體原始地形，增大了原始坡度。該滑坡的形成與人工填土具有重大聯(lián)系。

綜上所述：水溝村滑坡形成機制主要受巖土性質(zhì)、降雨因素及人為因素三者影響。

4 滑坡穩(wěn)定性評價

4.1 滑坡定性分析

2018年6月8日，水溝村村民房前的雜填土層發(fā)生滑動，當(dāng)?shù)卣皶r組織人員對坡面進(jìn)行了防護(hù)，防止降雨進(jìn)一步入滲，并對坡腳采取了木樁擋土措施，增大滑坡體抗滑力。此外，坡腳水流利用水泥管道導(dǎo)流，綜合可知，滑坡暫時處于休止階段。但坡頂有兩條拉張裂縫，剩余坡頂目前作為村民臨時便道，增大了上部荷載，加之村民經(jīng)常性用水沖刷，斜坡極有可能再次發(fā)生滑動。

4.2 滑坡定量分析

滑坡定量分析主要包括參數(shù)選取及計算方法，計算參數(shù)通過實驗所得，計算方法基于以下三點理論假設(shè)：1)沿橫斷面方向取1 m寬的土條作為計算的基本斷面，不計兩側(cè)摩阻力；2)滑坡每一分條假定為整體滑動；3)滑坡推力的作用方向平行于(潛在)滑動面。

4.2.1 計算參數(shù)確定

經(jīng)鉆探發(fā)現(xiàn)滑帶土呈砂土狀，無法采取土樣進(jìn)行力學(xué)測試。因此，考慮滑帶土強度指標(biāo)，采用反演分析計算所得結(jié)果，選取主滑方向剖面作為反演計算模型，反分析工況為自重+50年一遇暴雨。因滑坡已經(jīng)產(chǎn)生，故取滑坡穩(wěn)定系數(shù)K=0.99。

滑帶土位于雜填土與全風(fēng)化泥巖接觸帶，該層結(jié)構(gòu)松散，經(jīng)雨水沖刷浸潤后，黏聚力和內(nèi)摩擦角均有降低，結(jié)合反演結(jié)果，最終確定其飽和抗剪強度：C= 11.0 kPa，Ф=13.7°。詳見表1。

表1 滑坡力學(xué)參數(shù)采用值表

4.2.2 計算方法

根據(jù)鉆探揭露，滑體沿全風(fēng)化泥巖表層滑動，滑面為折線型，利用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性分析：

計算公式如下：

(1)

式中：Fs—邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；Ψj—傳遞系數(shù)；Ri—第i計算條塊滑體抗滑力，kN/m；Ti—第i計算條塊滑體下滑力，kN/m。

4.2.3 計算工況及荷載

根據(jù)場地情況，滑坡穩(wěn)定性計算選擇兩種工況進(jìn)行計算。工況Ⅰ：自重；工況Ⅱ：自重+50年一遇暴雨。計算荷載主要有土體自重、暴雨。

4.2.4 計算結(jié)果

根據(jù)場地實際情況，對滑坡選取了典型剖面(圖4)進(jìn)行驗算。計算結(jié)果見表2和表3。

圖4 水溝村滑坡剖面圖Fig.4 Shuigou village landslide profile

條塊編號天然重度/(kN·m-3)滑面長度/m塊體面積/m2C/kPaΦ/(°)條塊自重/kN本段總剩余阻滑力/kN本段總剩余下滑推力/kN本段穩(wěn)定系數(shù)119.01.882.0027.114.238.0057.38228.2402.03219.07.6619.0027.114.2361.00326.091296.5151.10319.02.2510.0027.114.2190.00392.462365.0321.08419.05.5720.0027.114.2380.00613.610503.1841.22519.05.8811.0027.114.2209.00471.999325.3701.45619.04.346.0027.114.2114.00436.671273.9221.59穩(wěn)定系數(shù):1.83,穩(wěn)定

表3 剖面穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果(飽和)

通過剖面穩(wěn)定性計算成果可知：剖面在自重工況下穩(wěn)定系數(shù)大于1.15，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+暴雨飽和工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.03，斜坡處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合以上分析，滑坡體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨條件下，處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，可能在暴雨沖刷下再次發(fā)生滑坡。

4.3 滑坡發(fā)展趨勢及危害性

該滑坡方量約800 m3，滑體堆積在小路旁，未造成人員傷亡。災(zāi)情發(fā)生后，當(dāng)?shù)卣M織人員對坡面進(jìn)行了防護(hù)，并對坡腳采取了木樁擋土措施，增大滑坡體抗滑力。

滑坡發(fā)生后暫未對坡面進(jìn)行清理，滑體物質(zhì)相對松散，坡頂仍有兩條拉張裂縫呈下挫狀，在暴雨狀態(tài)下該滑坡仍有可能再次滑動。此外，經(jīng)穩(wěn)定性分析同樣表明該滑坡在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)。

滑坡坡頂直接威脅大禾坑組居民，坡腳為鄉(xiāng)間小路，是學(xué)生和村民的必經(jīng)之路，經(jīng)統(tǒng)計可能威脅村民32余人，若再次發(fā)生滑坡將直接危及人員生命財產(chǎn)安全，按人員傷亡及房屋財產(chǎn)損失估計，預(yù)計財產(chǎn)損失約120萬元。

5 結(jié)論

通過對水溝村滑坡的形成條件、發(fā)育特點、形成機制及穩(wěn)定性分析表明：

1)水溝村滑坡體橫向?qū)?0 m，縱向長20 m，厚度約2 m，體積約800 m3，滑坡體為雜填土，含有大量黏粒，滑坡造成多戶房屋產(chǎn)生裂縫，堆積坡腳堵塞鄉(xiāng)間小路，所幸未造成人員傷亡，為一小型牽引式土質(zhì)滑坡。

2)水溝村滑坡的形成是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果，其形成機制主要受巖土性質(zhì)、降雨因素及人為因素三者影響。

3)通過對滑坡進(jìn)行定性及定量分析可知，在自重工況下滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.83(>1.15)，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+暴雨工況下滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.03，斜坡處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，可能在暴雨沖刷下再次發(fā)生滑坡。

4)滑坡目前處于休眠狀態(tài)，一旦再次發(fā)生滑移，將直接危及村民生命財產(chǎn)安全。因此，必須加強監(jiān)測，并采取相應(yīng)的工程防治措施加以治理和防護(hù)。