湖南石門元家臺滑坡成因機(jī)制及穩(wěn)定性分析

曹順紅 譚佳良 宋厚園 趙祈溶

摘 要? 元家臺滑坡位于石門縣皂市水庫北西側(cè)，現(xiàn)今仍威脅當(dāng)?shù)?0戶50余人的生命和財(cái)產(chǎn)安全。分析了元家臺滑坡的成因機(jī)制：斜坡自身穩(wěn)定性較差，長期降雨和人類活動等因素的共同作用促成了滑坡的發(fā)生;利用滑體巖土樣品的實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，結(jié)合滑坡形成機(jī)制，計(jì)算分析了不同工況下元家臺滑坡的穩(wěn)定性：工況一（自重+地面荷載）處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，工況二（自重+地面荷載+暴雨）為不穩(wěn)定狀態(tài)，存在再次滑動可能。

關(guān)鍵詞? 皂市水庫;元家臺滑坡;成因機(jī)制;穩(wěn)定性

中圖分類號：P642.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Genesis Mechanism and Stability Analysis of Yuanjiatai Landslide in Shimen County， Hunan

Cao Shunhong， Tan Jialiang， Song Houyuan， Zhao Qirong

（Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410016）

Absrcat： Yuanjiatai landslide， located in the northwest side of Zaoshi Reservoir in Shimen County， which still threatens the lives and property of more than 50 people in 10 families. It is found that the slope belongs to a slide-prone slope， and the combination of long-term rainfall and human activities contributes to the occurrence of landslides. The experimental analysis data of rock and soil samples of the slide body are used to calculate the stability of the landslide. The mechanism of slope formation is analyzed. The stability of Yuanjiatai landslide under different working conditions is analyzed. Working condition 1 （self-weight + ground load） is basically stable， while working condition 2 （self-weight + ground load + rainstorm） is unstable， and there exists the possibility of sliding again.

Keywords： zaoshi reservoir; yuanjiatai landslide; genesis mechanism; stability

滑坡是山區(qū)和丘陵地區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害，近年來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和環(huán)境地質(zhì)條件的惡化，我國滑坡地質(zhì)災(zāi)害越來越嚴(yán)重，滑坡地質(zhì)災(zāi)害引起了人們的廣泛重視。

元家臺滑坡（圖1）位于湖南省石門縣皂市水庫西北方向，區(qū)域位置屬于武陵山東緣的中低山-丘陵區(qū)，山脈多呈近東西向展布，山間谷地高程150～300m，地勢總體西北高，東南低，一般高程800～900m降至200～500m;構(gòu)造位置位于石門-桑植復(fù)向斜構(gòu)造帶內(nèi)，該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，并往往導(dǎo)致較為嚴(yán)重的危害。元家臺滑坡發(fā)生于2012年8月，所處地貌類型為砂頁巖剝蝕丘陵地貌，所處斜坡高130m，坡向95°，坡度約30°，下部基巖為志留系蘭多弗里統(tǒng)溶溪組（S1r）泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，產(chǎn)狀194°∠25°，該斜坡屬橫向坡?；麦w寬度200m，坡長150m，平均厚度約7m，規(guī)模約2.1×105m3，屬中型牽引式巖土質(zhì)滑坡，滑坡平面形態(tài)呈矩形，剖面形態(tài)呈凹形。該滑坡現(xiàn)今仍威脅滑坡中上部的10戶50余人、房屋80間、農(nóng)田3畝，威脅財(cái)產(chǎn)61萬元，故而查明該滑坡的成因機(jī)制及穩(wěn)定性狀況具有重要意義。

1? 地層巖性與巖土工程地質(zhì)特征

針對元家臺滑坡進(jìn)行了一些勘察工作，包括6個鉆孔、5個探槽及數(shù)個調(diào)查點(diǎn)。通過這些實(shí)地勘察工作，查明了該滑坡滑動層面位置關(guān)系及要素，繪制了數(shù)條工程地質(zhì)剖面圖（如圖2）?？蓪⑿逼卤韺訋r土體按照巖性特征自上向下劃分為5個部分：①填土、②碎石土、③塊石土、④強(qiáng)風(fēng)化泥巖、⑤中風(fēng)化泥巖。具體特征為：

①填土：褐紅色夾灰黑色，稍密—中密狀，稍濕，主要由粘性土及生活垃圾、少量碎石填筑而成，碎石粒徑2-6cm，呈次棱角狀，主要成分為泥巖。厚度0-1m。

②碎石土：褐紅夾褐黃色，中密狀，稍濕，碎石含量50-60%，角礫含量約15-20%，少量粘性土充填，碎石不規(guī)則分布，碎石粒徑2-8cm，角礫粒徑2-7mm，呈次棱角狀，主要成分為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。厚度2.0-2.4m。

③塊石土：淺灰色夾褐紅色，中密狀，塊石含量20%，碎石含量15%，少量粘性土充填，不規(guī)則分布，塊石厚度0.2-0.4m，主要成分為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。厚度11.8-15.2m。

④強(qiáng)風(fēng)化泥巖：淺灰色夾灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，風(fēng)化不均，局部全風(fēng)化呈土狀。厚度2.5-2.7m。

⑤中風(fēng)化泥巖：淺灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙呈水平發(fā)育，裂面新鮮無浸染。本層未揭穿，厚度不詳。

2? 滑坡成因機(jī)制分析

2.1 元家臺滑坡的影響因素

（1）地形地貌條件

地形地貌條件是滑坡形成的基礎(chǔ)。元家臺所處地貌類型為砂頁巖剝蝕丘陵地貌，滑坡體所處斜坡高130m，坡向95°，坡度約30°，高陡的斜坡為滑坡的發(fā)生創(chuàng)造了有利條件。

（2）地層巖性條件

由槽探、鉆探等勘察手段得知滑體成分為填土、碎石土、塊石土，結(jié)構(gòu)均疏密不均，孔隙度高，利于地下水的儲存和遷移，地下水沿著土體孔隙滲流形成地下水滲流通道，使?jié)B流帶土體發(fā)生軟化，導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度降低，同時，地下水的滲流又陸續(xù)帶走土體中的細(xì)小顆粒（泥粒、砂粒等），造成土體結(jié)構(gòu)疏松。

滑床成分為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥巖，多呈薄層狀，巖石強(qiáng)度低，易變形、易軟化、抗風(fēng)化能力差，巖體節(jié)理裂隙較為發(fā)育。尤其泥巖強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)下呈泥狀，其對比表層碎石土、塊石土可成為相對隔水層。當(dāng)?shù)叵滤疂B入相對隔水層時，可使結(jié)構(gòu)面軟化、膨脹，進(jìn)而促成滑動面的形成。

（3）降水條件

降水是促成滑坡形成的一個重要條件，地下水可以軟化土體、弱化土體結(jié)構(gòu)、降低抗滑能力，同時在斜坡內(nèi)部產(chǎn)生靜、動水壓力，破壞斜坡的穩(wěn)定狀態(tài)。元家臺所處斜坡底部為北北東流向的小溪溝，溪水對坡底形成沖刷作用，長時間積累下，必然引起斜坡失穩(wěn)。

（4）人類活動

在元家臺所處斜坡，坡體上部修建有簡易公路、民房、狹窄梯田等，這些工程生產(chǎn)活動均伴隨有開挖坡體的形為，導(dǎo)致形成局部的陡峭坡面和臨空面，極大的威脅著邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 元家臺滑坡的形成機(jī)制

元家臺滑坡是上述多種因素共同作用下形成的，其形成機(jī)制為：斜坡本身產(chǎn)狀高陡，人類工程生產(chǎn)活動也產(chǎn)生了系列陡峭坡面和臨空面，影響邊坡應(yīng)力平衡;斜坡表層巖土體主要由粘土、泥巖碎石等組成，由于地下水位埋藏較淺，巖土體長期處于飽和狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度降低，邊坡應(yīng)力平衡進(jìn)一步遭受破壞;地下水由表層土體滲入相對隔水層時，使結(jié)構(gòu)面軟化、膨脹，促成滑動面的形成;在暴雨或者連續(xù)強(qiáng)降雨的條件下，表層巖土體荷載急劇增大，邊坡應(yīng)力平衡徹底被破壞，滑體沿滑動面發(fā)生位移，滑坡產(chǎn)生。

3? 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算剖面的選取

選取滑坡計(jì)算剖面時，一般要綜合考慮計(jì)算剖面方向與滑坡滑動方向、地形地貌、河流等因素的關(guān)系，通常選取與滑坡主滑方向近似一致、與地形等高線近似垂直、與河流方向近似垂直的剖面。綜合上述因素，選取C-C′剖面作為計(jì)算剖面，C-C′剖面工程地質(zhì)剖面圖如圖2。

3.2 計(jì)算工況

該滑坡外荷載主要為地面荷載、降雨及地下水產(chǎn)生的水壓力和地震荷載，根據(jù)全國地震烈度區(qū)劃，該滑坡所在區(qū)域的地震基本烈度為Ⅵ度，所以在進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算時，只考慮暴雨的影響，最終選擇以下二種工況進(jìn)行計(jì)算：

工況一：自重+地面荷載，取天然重度、天然抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值;

工況二：自重+地面荷載+暴雨，取飽和重度和飽和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值。

3.3 計(jì)算參數(shù)c和φ值的確定

滑動面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的準(zhǔn)確性是計(jì)算滑坡穩(wěn)定分析的關(guān)鍵?？赏ㄟ^室內(nèi)試驗(yàn)、野外原位試驗(yàn)或根據(jù)已知資料反算來計(jì)算抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。室內(nèi)試驗(yàn)選擇的原狀土或重塑土重復(fù)剪試驗(yàn)可根據(jù)滑坡的具體地質(zhì)條件來確定，實(shí)際工作中，選取了滑體及滑帶上的部分巖土樣，包括碎石土、塊石土、全風(fēng)化泥巖等，取得了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析資料（表1）。

滑坡反演分析中，工況一的穩(wěn)定系數(shù)取值1.05，工況二的穩(wěn)定系數(shù)取值0.95，由此反算出的參數(shù)值（表1）與實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)較為接近，結(jié)合其他類似工程參數(shù)，確定了最終的計(jì)算參數(shù)：滑體的天然重度γ=18.67 kN/m3，飽和重度γsat= 21.39kN/m3，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：天然狀態(tài)下c =44.13kPa，φ=21.12°;飽和狀態(tài)下 c =26.62 kPa，φ=18.84°。

3.4 穩(wěn)定性計(jì)算

對選取的C-C′剖面，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算取滑坡單位寬度為 1. 0 m。根據(jù)《巖土工程勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50021-2001），滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式如下：

（公式1）

Ψi=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi-1）tanφi+1

（公式2）

式中：F為滑坡穩(wěn)定性系數(shù);ψi為傳遞系數(shù)，Ri為作用于第i塊的抗滑力（kN/m）;Ti為作用于第i條塊滑動面上的下滑分力（kN/m）;φi為第i條塊的內(nèi)摩擦角（°）;θi為第i條塊底面傾角（°），反傾時取負(fù)值。

利用上述計(jì)算公式，結(jié)合元家臺滑坡數(shù)值模型圖（圖3）的條分方式，分別計(jì)算工況一（自重+地面荷載，取天然重度、天然抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值）和工況二（自重+地面荷載+暴雨，取飽和重度和飽和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值）的穩(wěn)定性系數(shù)，結(jié)果見表2。

上述計(jì)算結(jié)果表明，元家臺滑坡在天然狀態(tài)下，處于較穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或連續(xù)強(qiáng)降雨的條件下，穩(wěn)定性降低，存在失穩(wěn)滑動的可能。

4? 結(jié)論及建議

（1）元家臺滑坡是在多種因素的共同作用下發(fā)生的：內(nèi)因包括高陡的斜坡和松散的巖性，外因主要有充沛的降雨和長期的人類活動。人類工程生產(chǎn)活動讓本就高陡的斜坡形成更為陡峭的后緣，在降雨入滲作用下，松散的表層巖土體失去自然平衡從而整體上形成向下滑力。

（2）元家臺滑坡滑體主要為表層粉質(zhì)粘土、碎石土、塊石土等，滑床為強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖。通過計(jì)算，元家臺滑坡在自然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨、連續(xù)強(qiáng)降雨時為不穩(wěn)定狀態(tài)，存在再次滑動可能。建議相關(guān)部門對該滑坡進(jìn)行變形監(jiān)測，在暴雨或連續(xù)強(qiáng)降雨情況下做好避險工作。

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