大型牽引式土質(zhì)滑坡形成機(jī)制分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
——以甘洛縣西西呷村滑坡為例

劉定霞， 張青云， 李占飛， 陳 喆

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 四○三地質(zhì)隊(duì)，四川 峨眉山 614200)

一般滑坡按照體積可分為巨型滑坡、特大型滑坡、大型滑坡、中型滑坡、小型滑坡。土質(zhì)滑坡按照運(yùn)動(dòng)形式可分為推移式滑坡和牽引式滑坡[1],牽引式滑坡主要特征為下部先滑使上部失去支撐而變形滑動(dòng)。一般速度較慢,多呈上小下大的塔式外貌,橫向張性裂隙發(fā)育,表面多呈階梯狀或陡坎狀,常形成沼澤地。

目前滑坡穩(wěn)定性分析方法主要采用極限平衡法中的瑞典圓弧法、Bishop法、Janbu法、Sarma法和傳遞系數(shù)法[1-3],傳遞系數(shù)法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)略小于其他計(jì)算方法的穩(wěn)定系數(shù)。傳遞系數(shù)法采用二維平面法[3],根據(jù)滑面位置、滑體及滑動(dòng)面物理力學(xué)參數(shù),計(jì)算滑坡的穩(wěn)定系數(shù),從而確定滑坡的穩(wěn)定性。傳遞系數(shù)法是一種定量評(píng)價(jià)方法適用于折線形態(tài)并考慮土條間作用力,在滿足滑動(dòng)面折線段連接光滑和坡頂不太陡的情況下,其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況接近,并能得出不同部位的滑坡剩余下滑力。

甘洛縣西西呷村滑坡為大型牽引式土質(zhì)滑坡,滑體為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層,滑面為巖土接觸界面,呈折線型,本次采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性分析。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)屬于侵蝕堆積地貌,海拔高程1 025～1 290 m,相對(duì)高差265 m,斜坡總體坡度約15°～30°,局部形成陡坎；總體地勢(shì)東高西低。微地貌單元主要為基座階地,地形整體呈臺(tái)階狀,坡頂緩坡帶主要為居民安置區(qū),坡度5°～15°；坡體中部坡度斜坡約為15°～20°，呈臺(tái)階狀,臺(tái)階高一般3～5 m,最大可達(dá)12 m,主要為耕地；斜坡前緣為甘洛河一級(jí)階地,坡度0°～15°。

1.2 地層巖性

1.3 水文地質(zhì)條件

1.3.1地表水

斜坡坡體發(fā)育一條沖溝即西西呷溝,屬于甘洛河一級(jí)支流,主要由兩條支溝組成,呈樹(shù)枝狀分布在斜坡坡體,匯水面積1.83 km2,主溝道長(zhǎng)度2.85 km,溝道縱坡降150‰～330‰,滑坡區(qū)內(nèi)縱坡降210‰～300‰,屬常年性流水小溪溝。西西呷溝受大氣降雨及居民生活用水補(bǔ)給,沿地表低洼溝道徑流,最終匯入甘洛河。西西呷溝暴雨最大流量可達(dá)1.5 m3/s。

1.3.2地下水

受區(qū)內(nèi)地層巖性、地形地貌及構(gòu)造的控制,水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為復(fù)雜。根據(jù)地下水的賦存條件和水力性質(zhì),地下水類(lèi)型分為松散堆積物孔隙水、基巖裂隙水兩大類(lèi)。

碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水除接受大氣降水入滲補(bǔ)給外,還接受松散巖類(lèi)孔隙水下滲補(bǔ)給,沿著基巖裂隙水向深部運(yùn)移,直接向下游河、溝排泄。

2 滑坡基本特征及形成機(jī)制

2.1 基本特征

滑坡平面形態(tài)呈“Y”字型,由7個(gè)滑坡體組成,其中1#、2#滑坡體已發(fā)生滑塌(圖1)。主要滑動(dòng)方向243°～329°,長(zhǎng)度約100～600 m,寬度130～320 m。滑坡整體面積約18.15×104m2,滑體厚度3.5～25.1 m,平均厚度約13.7 m,體積約248.77×104m3,屬于中層大型牽引式土質(zhì)滑坡(表1)。

圖1 滑坡全景圖
Fig.1 Landslide panorama

2.2 演變過(guò)程

在2018年汛期,甘洛縣連續(xù)遭受強(qiáng)降雨天氣,2018年8月4日凌晨4點(diǎn)甘洛縣普昌鎮(zhèn)西部村2、3、4組斜坡土體發(fā)生明顯變形滑移,導(dǎo)致該處房屋多處拉裂,但無(wú)明顯位移跡象；通村道路下錯(cuò)2～3 m,道路中斷；斜坡體中的梯田內(nèi)有明顯拉裂縫,并有漏水現(xiàn)象；在斜坡前緣,溝道內(nèi)的水出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。2018年8月5日該滑坡急劇下滑,坡體上鎮(zhèn)西部村2、3、4組部分房屋進(jìn)一步拉裂、滑移、倒塌,部分房屋水平位移20～30 m,下錯(cuò)10～15 m,滑坡體內(nèi)部分道路滑移20～30 m,下錯(cuò)5～15 m,耕地受損嚴(yán)重；滑體順溝道進(jìn)入甘洛河,侵占河道[4],滑體水平滑移的距離達(dá)530 m。

2.3 形成機(jī)制

本次滑坡形成的主要誘發(fā)因素有如下幾點(diǎn)：

表1 滑坡基本特征表Table 1 Basic characteristics of landslide

(1) 地形地貌?；聟^(qū)地形為臺(tái)階狀,局部為陡坎,坡度約10°～35°,為滑坡的形成提供了地形條件。

(2) 地層巖性。斜坡剪出口處于地層分界處,分界線上為泥質(zhì)粉砂巖,為相對(duì)隔水層,下部為三疊系砂巖,為透水層,地下水匯集此處后從巖土界面溢出,水壓力增大,C、φ值降低,斜坡穩(wěn)定性降低是產(chǎn)生本次滑坡的主要原因之一。

(3) 大氣降水、地表水入滲?；碌陌l(fā)生多與降雨的作用有關(guān),雨季的集中降雨往往形成暴雨災(zāi)害,高強(qiáng)度的降雨量過(guò)程常成為誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的最直接因素。坡體上水系發(fā)育、溝水入滲坡體使土體處于飽和狀態(tài),增加坡體自重,降低土體抗剪強(qiáng)度[5-9]。

(4) 地下水。坡體內(nèi)存在穩(wěn)定的地下水位,形成揚(yáng)壓力,使土體飽和,導(dǎo)致土的抗剪強(qiáng)度降低,坡體的抗滑力減小,下滑力增加,穩(wěn)定性降低[10-11]。

(5) 人類(lèi)工程活動(dòng)?；潞缶壷饕祟?lèi)工程活動(dòng)為耕地、建房、修路,滑坡體上耕地主要為水田；因居民生產(chǎn)、生活人為改變地表水匯集,滑坡體上部水溝網(wǎng)狀布置；以上水均會(huì)沿土孔隙下滲[9],使土體飽和,導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低,對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

形成機(jī)制分析：2018年7月30日—2018年8月4日連續(xù)降雨量為80.7 mm,受強(qiáng)降雨的影響,溝道水流量和滲入坡體的水增加,導(dǎo)致坡體土體自重增加,抗剪強(qiáng)度降低,下滑力加大；地下水位上升,揚(yáng)壓力增大,在兩溝交匯處的揚(yáng)壓力增加幅度更大,且對(duì)斜坡坡腳的沖刷最大,是斜坡最薄弱處；地下水匯集此處后從巖土界面溢出,最終導(dǎo)致滑坡。1#、2#滑體滑移后在后緣形成陡壁,進(jìn)而誘發(fā)坡體后緣牽引變形；已滑塌土體在降雨及地表水影響下處于飽和狀態(tài),形成塑流體,部分堆積于斜坡低洼處,部分沿溝道流入甘洛河,侵占河道,在甘洛河右岸形成堆積扇[4，12-13]。受滑坡影響,地表水在塑流區(qū)分流,分別從斜坡兩側(cè)坡腳排泄,由于地面坡度較大、汛期水流量較大,地表水對(duì)斜坡坡腳沖刷強(qiáng)度加大,斜坡穩(wěn)定性降低,引發(fā)兩側(cè)斜坡蠕滑變形(3#、4#、5#),滑坡堆積體對(duì)坡體產(chǎn)生推力,導(dǎo)致坡腳引水渠破壞,形成7#滑坡(圖2)。

綜上分析,滑坡的破壞機(jī)制為下部土體先滑使上部土體失去支撐而變形滑動(dòng),該滑坡呈上小下大的塔式外貌,橫向張性裂隙發(fā)育,表面呈階梯狀(圖3),牽引變形區(qū)變形速度較慢,因此該滑坡破壞模式為牽引式破壞模式。

圖2 滑坡形成分區(qū)圖
Fig.2 Zoning map of landslide formation

1.1#滑坡滑動(dòng)變形區(qū)；2.1#滑坡?tīng)恳冃螀^(qū)；3.2#滑坡滑動(dòng)變形區(qū)；4.2#滑坡?tīng)恳冃螀^(qū)；5.3#滑坡；6.4#滑坡；7.5#滑坡；8.6#滑坡；9.滑坡塑流區(qū)；10.滑坡堆積區(qū)。

圖3 滑坡典型工程地質(zhì)剖面圖
Fig.3 Typical engineering geological profile of landslide

1.第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層；2.第四系全新統(tǒng)沖洪積層；3.第四系上更新統(tǒng)冰積層；4.侏羅系下統(tǒng)益門(mén)組泥質(zhì)粉砂巖；5.三疊系上統(tǒng)白果灣組砂巖；6.潛在滑動(dòng)面；7.調(diào)查時(shí)河流水位；8.地下水位線；9.強(qiáng)風(fēng)化界限。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 參數(shù)選取

滑坡滑體為第四系上更新統(tǒng)冰川堆積層碎塊石土；1#～5#滑坡體滑帶為含碎石粉質(zhì)粘土,6#滑坡體滑帶為可塑—軟塑粉質(zhì)粘土；滑床為侏羅系下統(tǒng)益門(mén)組泥質(zhì)粉砂巖、三疊系白果灣組砂巖。巖土參數(shù)選擇見(jiàn)表2。由于滑帶土厚度較小、碎石含量高、室內(nèi)試驗(yàn)可靠性較低,采用試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算滑坡穩(wěn)定性時(shí),其結(jié)果與實(shí)際差距較大,因此滑坡滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)需結(jié)合反演值[8-9，14]取值。

表2 滑坡物理力學(xué)參數(shù)建議值表Table 2 Recommended values of physical andmechanical parameters of landslide

3.2 穩(wěn)定性計(jì)算

該滑坡推測(cè)的潛在滑面為巖土接觸面，滑面呈折線，采用傳遞系數(shù)法[3]計(jì)算穩(wěn)定性。

穩(wěn)定性評(píng)價(jià)依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZT 0218—2006),一般條件下,滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.05～1.00時(shí),滑坡處于整體暫時(shí)穩(wěn)定—變形狀態(tài)；滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.00～0.95時(shí),滑坡處于整體變形—滑動(dòng)狀態(tài)。

西西呷村滑坡沿巖土界面發(fā)生滑動(dòng),滑面呈折線形態(tài),故穩(wěn)定計(jì)算采用折線型滑動(dòng)面的傳遞系數(shù)法[5，7，15]計(jì)算。選擇1#～7#滑坡體的主剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,分別計(jì)算各潛在滑面的穩(wěn)定性系數(shù)并評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。本次選定三種工況計(jì)算評(píng)價(jià)滑坡體的穩(wěn)定性,各滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

3.3 成果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,西西呷滑坡1#～7#滑坡體地表存在多處拉張、下錯(cuò)裂縫,由于滑帶土處于飽和狀態(tài),裂縫仍存在位移變形,在雨天及雨后加劇變形跡象明顯,目前處于蠕滑變形階段,即欠穩(wěn)定狀態(tài),暴雨等不利因素下可能發(fā)生失穩(wěn)、滑移。傳遞系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果顯示,該滑坡在天然工況下處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài),暴雨工況下處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài),地震工況下處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài),與滑坡現(xiàn)場(chǎng)變形特征基本吻合,由此表明傳遞系數(shù)法適合用于該大型土質(zhì)滑坡。

表3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)表Table 3 Evaluation table of landslide stability

4 結(jié)論

(1) 甘洛縣西西呷滑坡的地形地貌特征具有顯著的代表性,如地形坡度較陡,地下水豐富,斜坡前緣為沖溝交匯,巖性分布特征等,滑坡形成機(jī)制的分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可延伸至甘洛縣其余相似區(qū)域的斜坡穩(wěn)定性分析,以相似的原理對(duì)斜坡進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)判,可較準(zhǔn)確地排查地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn),對(duì)今后的防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要的意義。

(2) 在滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)選擇中,試驗(yàn)值在滑坡穩(wěn)定性計(jì)算中與滑坡實(shí)際情況差距較大,因此需采用試驗(yàn)值及反演值綜合取值。

(3) 采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù),計(jì)算結(jié)果顯示滑坡在天然工況下處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài),暴雨工況下處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài),地震工況下處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài),總體而言,滑坡處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)變形特征分析,目前西西呷滑坡處于蠕滑變形階段,即欠穩(wěn)定狀態(tài),與傳遞系數(shù)法計(jì)算結(jié)果相近,表明傳遞系數(shù)法適合用于滑面形態(tài)為折線的大型土質(zhì)滑坡。