四川省萬源市毛壩子老滑坡變形特征及復(fù)活機(jī)制分析

王長寶 黎佳 劉江偉 徐鵬

收稿日期：2023-03-07

作者簡介：王長寶（1985—），男，碩士，高級(jí)工程師，從事地質(zhì)災(zāi)害防治研究.Email：496727944@qq.com

摘要：老滑坡復(fù)活失穩(wěn)主要是以基覆界面附近的滑帶土作為滑面失穩(wěn)的，萬源市地形起伏較大，雨量充沛，發(fā)生過多起滑坡事件.通過工程地質(zhì)調(diào)查及相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段對(duì)毛壩子滑坡的失穩(wěn)過程分析得出，毛壩子滑坡的誘發(fā)首要因素為滑坡前緣基坑開挖，基坑開挖導(dǎo)致整個(gè)坡體應(yīng)力分布表現(xiàn)為坡腳應(yīng)力集中，出現(xiàn)剪切破壞帶，滑坡開始蠕動(dòng)變形；在持續(xù)的暴雨條件下，地下水位急劇上升，由于拉張裂縫的存在使雨水容易進(jìn)入坡體內(nèi)，滑體的抗剪強(qiáng)度降低，因粉質(zhì)黏土的存在，使得孔隙水壓力的消散產(chǎn)生較大的滯后性，基巖的隔水作用使坡體局部產(chǎn)生揚(yáng)壓力對(duì)滑坡產(chǎn)生托頂作用；人工開挖誘使滑坡發(fā)生蠕動(dòng)變形，在持續(xù)暴雨條件下進(jìn)行加速變形階段，最終導(dǎo)致滑坡失穩(wěn).

關(guān)鍵詞：老滑坡；復(fù)活；降雨；開挖；變形特征

中圖分類號(hào)：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

近些年來，老滑坡復(fù)活失穩(wěn)頻繁發(fā)生，造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失［1-3］.對(duì)此，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)堆積體失穩(wěn)做了大量的研究，主要通過傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬來研究堆積體失穩(wěn)的影響因素及形成機(jī)制.宋琨等［4］以三峽庫區(qū)秭歸縣譚家灣大型深層老滑坡為例，在地表宏觀裂縫時(shí)空分布規(guī)律的精細(xì)描述基礎(chǔ)上，結(jié)合15年的人工監(jiān)測(cè)和2年的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了老滑坡的復(fù)活變形特征和發(fā)展過程，通過滑坡階躍階段的位移與降雨（當(dāng)前降雨和前期降雨）的相關(guān)性分析，提出了降雨對(duì)深層滑坡復(fù)活變形演化過程的動(dòng)態(tài)作用機(jī)制.杜飛等［5］利用Geo Studio軟件動(dòng)力響應(yīng)Quake模塊，對(duì)該滑坡局部復(fù)活機(jī)制進(jìn)行模擬研究.結(jié)果表明，地震響應(yīng)下滑坡變形破壞受地質(zhì)條件和地形坡度的影響顯著，同一地震波，相對(duì)于基巖，滑坡體對(duì)地震波具有明顯的放大效應(yīng).陳春利等［6］以延安市王窯村滑坡為例，通過數(shù)值模擬研究了開挖過程中最危險(xiǎn)滑面上的應(yīng)力及強(qiáng)度變化趨勢(shì)，揭示了坡腳開挖誘發(fā)古滑坡復(fù)活的變形破壞機(jī)制.結(jié)果表明，坡腳開挖改變了坡體中下部的應(yīng)力分布，抗滑段土方開挖減小了滑坡抗滑力，增大了下滑力，最終滑坡下滑力超過抗滑力，導(dǎo)致古滑坡復(fù)活.Okura［7］在室內(nèi)進(jìn)行滑坡物理模型試驗(yàn)，證實(shí)降雨誘發(fā)滑坡滑動(dòng)的主要因素是由于孔隙水壓力的上升而導(dǎo)致的.Rosso 等［8］在邊坡模型的基礎(chǔ)上加入了滲流水文要素，分析了淺層堆積型滑坡在不同強(qiáng)度降雨條件下的穩(wěn)定性變化規(guī)律.

已有研究大多是在室內(nèi)進(jìn)行模型試驗(yàn)，由于室內(nèi)模型尺寸受限，不能反映真實(shí)情況，因而缺乏真實(shí)性和準(zhǔn)確性.四川省萬源市由于地形起伏較大，城區(qū)四面環(huán)山，周圍山體上覆蓋有大量的第四系崩坡積體，該地區(qū)強(qiáng)降雨持續(xù)且頻繁，歷史上發(fā)生過多起滑坡事件［9］.太平鎮(zhèn)毛壩子滑坡屬于老滑坡，曾在20世紀(jì)70年代發(fā)生滑動(dòng)，并在2013年7月發(fā)生兩處次級(jí)滑動(dòng)（淺層滑動(dòng)），隨后進(jìn)行了治理，治理主要采用3排抗滑樁、格構(gòu)護(hù)坡、鋼管樁和截水溝等.此外，場(chǎng)地修建了多級(jí)砌石擋墻.2019年4月，由于棚戶區(qū)改造對(duì)滑坡前緣進(jìn)行開挖，6月中下旬，萬源市持續(xù)強(qiáng)降雨，造成該滑坡再次復(fù)活、急劇變形.隨后四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司對(duì)該滑坡進(jìn)行了應(yīng)急調(diào)查及相關(guān)的變形監(jiān)測(cè)，通過工程地質(zhì)調(diào)查，以及對(duì)滑坡變形進(jìn)行全天候位移監(jiān)測(cè)，以此來分析滑坡的變形機(jī)制，這對(duì)該地區(qū)與該類型的滑坡形成機(jī)制，以及監(jiān)測(cè)、預(yù)警和治理有重要的指導(dǎo)意義.

1滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

毛壩子滑坡區(qū)位于四川省萬源市區(qū)南部太平鎮(zhèn)毛壩子村（見圖1），距離市政府約2 km，中心地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°01′57.8"、北緯32°03′47.8"，有市區(qū)道路長征路通往滑坡前緣，并有村道通往滑坡后緣及中部，交通較為便利，緊鄰后河，東北方向?yàn)榘咚俟?

該區(qū)系北亞熱帶秦巴季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，雨熱同季，多年平均降雨量為1 169.3 mm.本區(qū)屬四川盆地弱活動(dòng)斷裂構(gòu)造區(qū)，斷裂活動(dòng)性與地震活動(dòng)均較弱，河流的侵蝕作用比較明顯.研究區(qū)地形地貌為侵蝕構(gòu)造中山嶺脊—峽谷地形，為山前臺(tái)地，場(chǎng)地地形起伏變化較大，地貌單元屬山前坡地，整體地勢(shì)南高北低，地形陡緩相間，地形坡度變化較大，地形較復(fù)雜.從地形來看，整個(gè)坡體陡緩交替，地形坡度變化較大，整體呈“陡—緩—陡—緩”的特點(diǎn)，后緣較陡，兩側(cè)發(fā)育有沖溝，具有滑坡的特征，初步推斷為老滑坡.

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖、工程地質(zhì)測(cè)繪調(diào)查、鉆探資料結(jié)合鄰近場(chǎng)地勘查資料，研究區(qū)區(qū)內(nèi)地層主要包含2部分，分別為第四系覆蓋層及基巖.第四系堆積層主要包括第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層（Qdel4）及滑坡前緣崩坡積層下沖洪積層（Qal+pl4），基巖主要為三疊系上統(tǒng)須家河組地層（T3xj）.通過鉆探揭露滑坡體下部（基坑開挖區(qū)）塊石土堆積于沖洪積卵礫石之上，可以看出，該滑坡具有明顯的推鏟作用，由此推斷該滑坡體為一個(gè)老滑坡.

通過工程地質(zhì)測(cè)繪調(diào)查分析，地表水主要為降雨產(chǎn)生的坡面流以及沖溝水流.坡體覆蓋層較厚，滑坡后緣地下水以基巖裂隙水為主，基巖破碎，與第四系空隙潛水有較好的連通性，豐水期水力坡降大，局部承壓；第四系松散層孔隙水存在于滑體中，無統(tǒng)一水位，由于局部含有粉質(zhì)黏土層，透水性差，因此存在上層滯水，水文地質(zhì)條件復(fù)雜.

2滑坡基本特征

從滑坡工程地質(zhì)平面圖來看，整個(gè)滑坡平面上呈“舌形”，縱向長約640 m，橫向?qū)捈s270 m，平均厚度約30 m，方量約520×104 m3，屬大型深層土質(zhì)滑坡.滑坡呈北西/南東方向展布，東南高西北低，最低點(diǎn)位于勘查區(qū)北面長征路，標(biāo)高639 m，最高點(diǎn)位于勘查區(qū)南面山坡，標(biāo)高890 m，相對(duì)高差251 m.總體地形坡度5°～25°，局部陡坡坡度40°～60°，后緣陡壁坡度80°～90°（見圖2）.滑移方向334°.滑坡范圍內(nèi)現(xiàn)狀分布有建筑物、耕地和林地，植被較發(fā)育.滑坡邊界結(jié)合地形地貌、基覆界線和坡體變形特征綜合確定，滑坡后緣與右側(cè)以基巖與覆蓋層分界線為界，左側(cè)邊界以沖溝為界，前緣以向前廣場(chǎng)與長征路交界處樓梯鼓脹裂縫為界.

2.1滑體

滑體為老滑坡堆積層（Qdel4），主要由塊碎石土和含碎石粉質(zhì)黏土組成，沿整個(gè)坡表互層分布，分布不均，厚度不一，具體描述如下：

塊碎石土層：該層層底深度約16～48 m不等，淺黃色、灰白色，結(jié)構(gòu)較松散，主要物質(zhì)成分由塊石、碎石和粉質(zhì)黏土組成，塊石粒徑范圍20～150 cm，大小分布不均勻，塊石含量占50%～60%，碎石及角礫含量占15%～20%，塊石和碎石成分以砂巖為主，其余為粉質(zhì)黏土充填，沿著坡向逐漸變厚.

含碎石粉質(zhì)黏土層：淺黃色、灰褐色，塑性狀態(tài)各異，可塑～流塑均有揭露，碎石含量5%～25%，其母巖成分為砂巖，切面稍光滑.該層廣泛分布，與塊石土層呈互層狀，或以夾層的形式存在于塊石土層中.

2.2滑帶土

根據(jù)鉆孔揭露（見圖3），滑帶土埋深在10～46 m不等，呈淺黃色、褐灰色，含碎石粉質(zhì)黏土，碎石含量占5%～15%，主要礦物組成為長石、石英和云母，濕，可塑～軟塑狀，結(jié)構(gòu)松散，均在鉆孔中揭露，坡體上部分布較淺，中部及下部較深.

2.3滑床

滑坡基巖滑床為三疊系上統(tǒng)須家河組地層（T3xj）砂巖，灰色、青灰色，中—粗粒結(jié)構(gòu)，中—巨厚層狀構(gòu)造.礦物成分以長石、石英和云母為主，少量巖屑及暗色礦物等，泥、鈣質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)較硬，局部可見鐵錳質(zhì)銹染或煤線.

3滑坡主控因素及變形特征

3.1主控因素

結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查、滑坡位移及氣象監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，誘發(fā)滑坡的主要因素有3個(gè)方面.

3.1.1地形地貌和地層巖性

滑坡所處斜坡整體地勢(shì)南高北低，地形陡緩相間，地形坡度變化較大，整體呈“上緩下陡”的趨勢(shì)，斜坡兩側(cè)發(fā)育小型沖溝，形成三面臨空，為滑坡形成提供了較好的地形條件.該斜坡為一個(gè)老滑坡，地質(zhì)結(jié)構(gòu)脆弱.滑坡體主要由第四系堆積體組成，主要為碎石土及粉質(zhì)黏土夾碎石，坡體結(jié)構(gòu)較松散，架空現(xiàn)象嚴(yán)重，且下伏基巖為砂巖，透水性較弱，為滑坡下滑提供了必要的物質(zhì)條件.

3.1.2降雨及地下水作用

從2019年降雨情況來看，進(jìn)入6月份以后降雨明顯增多，大雨和暴雨次數(shù)明顯增多，在對(duì)坡體地表位移監(jiān)測(cè)可知，降雨與坡體變形具有明顯的對(duì)應(yīng)性.在2019年7月15日到7月18日期間降雨量極大，累計(jì)降雨量達(dá)到213 mm左右，同時(shí)從圖4（A）和圖4（B）可以看出，在強(qiáng)降雨期間，位移急劇變大，說明降雨是引起滑坡變形的主要因素，速率曲線及加速度曲線表明，滑坡前中部以緩慢的蠕動(dòng)變形為主.滑坡后部偶有突發(fā)性的變形，這一點(diǎn)也可以從圖4（C）和圖4（D）中監(jiān)測(cè)點(diǎn)GJ06在7月19日左右有較大的位移速率和加速度得到說明.從地表位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，滑坡以水平運(yùn)動(dòng)為主，坡體前部基本趨于穩(wěn)定，坡體中后部位移較大.因此存在次級(jí)剪出的可能（鐘家院子和蔣家院子）.

同時(shí)降雨也導(dǎo)致地下水位上升，由于局部存在粉質(zhì)黏土分布，且局部承壓.一方面，滑帶土孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力降低，從而降低滑帶土抗剪強(qiáng)度，另一方面，承壓水對(duì)滑帶土形成的揚(yáng)壓力對(duì)滑坡穩(wěn)定性也有較大影響.由于土體含較多粉質(zhì)黏土等細(xì)粒成分，透水性相對(duì)較差，地表水下滲量小，但坡體上形成的張裂縫導(dǎo)致地表水下滲量不斷增大，致使孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力降低，加速了滑坡變形的發(fā)展，從而使坡體的安全系數(shù)減小.

3.1.3人類工程活動(dòng)

2019年4月，向前廣場(chǎng)棚戶區(qū)改造三期項(xiàng)目基坑開挖，設(shè)計(jì)開挖深度為12 m，長度150 m，總挖方量約4×104 m3.2019年6月18日基本已挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高.據(jù)調(diào)查，裂縫最早在2019年4月中旬發(fā)現(xiàn)，少部分裂隙形成于6月13日前，大量的裂縫在6月底形成.裂縫發(fā)育過程與基坑開挖卸荷時(shí)間基本一致.

由于老滑坡前緣基坑開挖（挖方量約4×104 m3），相當(dāng)于對(duì)滑坡進(jìn)行前緣減載，基坑開挖后，該滑坡處于極限平衡狀態(tài)；滑坡長期處于該狀態(tài)，導(dǎo)致坡體應(yīng)力重分布，前緣基坑的變形不斷加劇，由于斜坡變形補(bǔ)償，引起滑坡后部應(yīng)力不斷調(diào)整，最終促使滑坡出現(xiàn)剪切帶，應(yīng)力調(diào)整促使滑坡剪切帶形成的同時(shí)，也導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，誘發(fā)滑坡失穩(wěn)變形.由此可知，人類工程活動(dòng)（棚戶區(qū)改造基坑開挖卸荷）是誘發(fā)滑坡失穩(wěn)的直接因素.

3.2滑坡變形特征分析

現(xiàn)階段滑坡處于滑動(dòng)變形階段，變形造成了大部分建筑物的破壞，其中包括坡體上的居民房及滑坡前緣的高層建筑物，危害巨大.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查及位移監(jiān)測(cè)，該滑坡的變形有以下幾個(gè)特征：

1）坡體及房屋變形裂縫較多，總體可分為3類：①張拉裂縫，主要分布于蔣家院子、鐘家院子、向前廣場(chǎng)南側(cè)居民樓及其硬化內(nèi)部道路，裂縫走向大致與滑動(dòng)方向垂直，如圖5（A）所示；②剪切裂縫，主要分布于滑坡右側(cè)邊界，裂縫走向大致與滑動(dòng)方向平行，如圖5（B）所示；③鼓脹裂縫，主要分布于滑坡前緣向前廣場(chǎng)，鼓脹高度3～5 cm，如圖5（C）

所示.從裂縫統(tǒng)計(jì)情況來看，主要以垂直于滑向的張拉裂縫為主，如圖6所示.

2）根據(jù)水平位移監(jiān)測(cè)，滑坡變形特征在橫向上表現(xiàn)為水平位移中間大，兩邊??；縱向上水平位移后緣大，中部及前緣?。磺熬売捎谑艿交踊靥罴岸演d反壓的影響，應(yīng)力重新調(diào)整，水平位移方向較為雜亂；總體滑坡變形呈現(xiàn)后部大于中部，中部大于前部，廣場(chǎng)區(qū)大于基坑區(qū)的特點(diǎn)，體現(xiàn)出在該階段滑坡變形不斷從上向下推擠，并存在轉(zhuǎn)向推擠的現(xiàn)象.

3）由于坡體上有大量人工開挖的臺(tái)階，因此有發(fā)生多級(jí)剪出的可能，蔣家院子和鐘家院子后部為較陡斜坡體，在陡緩交界處存在次級(jí)剪出的可能.

4滑坡形成機(jī)制分析

綜上所述，老滑坡前緣由于人工開挖深度較大，整個(gè)坡體的應(yīng)力重新調(diào)整，坡腳發(fā)生應(yīng)力集中，并通過利用Geo Studio軟件對(duì)滑坡前緣基坑開挖前后工況進(jìn)行模擬.從圖7可以看出，坡腳應(yīng)力與開挖前相比存在應(yīng)力集中現(xiàn)象.從圖8可以看出，此時(shí)滑坡前緣已出現(xiàn)緩慢的位移變形，后緣逐漸出現(xiàn)拉張裂縫，由于坡體變形補(bǔ)償，引起滑坡后部應(yīng)力不斷調(diào)整，最終促使滑坡變形出現(xiàn)剪切帶，應(yīng)力調(diào)整促使滑坡變形剪切帶形成，也導(dǎo)致其抗剪強(qiáng)度降低.持續(xù)的暴雨致使地下水位上升明顯，滑帶土的孔隙水壓力大幅增加且由于粉質(zhì)黏土層的存在使得孔隙水壓力的消散有很大的滯后性，因而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度在較長時(shí)間內(nèi)處于一個(gè)很低的水平，抗滑力大幅減小.又由于砂巖的存在形成相對(duì)隔水層，使得坡體產(chǎn)生局部的承壓托頂作用，滑體的穩(wěn)定性大幅降低.最終在重力與水壓力的耦合作用下，堆積體沿著基覆界面產(chǎn)生滑動(dòng)，坡體發(fā)生失穩(wěn).

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，總體滑坡變形呈現(xiàn)后部大于中部，中部大于前部的特點(diǎn)，體現(xiàn)出在該階段滑坡變形不斷從上向下推擠，并存在轉(zhuǎn)向推擠的現(xiàn)象；從滑坡變形特征分析，滑坡變形中部拉張裂縫較發(fā)育，且其走向基本與滑動(dòng)方向垂直，多條張拉裂縫可見明顯下錯(cuò)，最大下錯(cuò)約3 cm，裂縫發(fā)育特征符合推移式的典型特征.綜合分析，該滑坡變形破壞模式由前期的牽引式轉(zhuǎn)換為后期的推移式.

5結(jié)論

通過本次對(duì)毛壩子滑坡的調(diào)查，主要得出以下結(jié)論：

1）萬源市毛壩子滑坡屬于大致以基覆界面為滑面的大型土質(zhì)滑坡，其主要由滑坡前緣基坑開挖誘發(fā)，由于開挖深度較大，導(dǎo)致應(yīng)力分布重新調(diào)整，在地形及巖土體性質(zhì)的作用下，坡體發(fā)生滑動(dòng)變形.

2）通過地表位移監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)的強(qiáng)降雨作用下，尤其是2019年7月15至18日，累計(jì)降雨量高達(dá)213 mm，使其進(jìn)入加速變形階段，表現(xiàn)出前緣鼓脹裂縫及左右兩側(cè)的剪切裂縫，對(duì)房屋破壞較大.

3）滑坡前緣的基坑開挖是老滑坡發(fā)生復(fù)活的直接觸發(fā)因素，三面臨空的地形條件—人工開挖（應(yīng)力重分布，坡腳應(yīng)力集中）—持續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致滑體的抗剪強(qiáng)度大大降低，三者的綜合作用下，坡體發(fā)生失穩(wěn)，變形破壞模式為推移式.

4）由于坡體中部有大量人工開挖的陡坎，因此存在次級(jí)剪出的可能，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警，以及相關(guān)的防治措施.

參考文獻(xiàn)：

［1］馮文凱，孟睿，李坤，等.貴州省水麻坨滑坡的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)破壞機(jī)制探討［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2019，27（3）：592-600.

［2］馮文凱，頓佳偉，易小宇，等.基于SBASInSAR技術(shù)的金沙江流域沃達(dá)村巨型老滑坡形變分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2020，28（2）：384-393.

［3］胡瑞林，李曉，王宇，等.土石混合體工程地質(zhì)力學(xué)特性及其結(jié)構(gòu)效應(yīng)研究［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2020，28（2）：255-281.

［4］宋琨，陳倫怡，劉藝梁，等 降雨誘發(fā)深層老滑坡復(fù)活變形的動(dòng)態(tài)作用機(jī)制 ［J］.地球科學(xué)，2022，47（10）：3665-3676.

［5］杜飛，任光明，夏敏，等.地震作用誘發(fā)老滑坡復(fù)活機(jī)制的數(shù)值模擬［J］.山地學(xué)報(bào)，2015，33（2）：233-239.

［6］陳春利，賀凱，李同錄.坡腳開挖誘發(fā)古滑坡復(fù)活的機(jī)制分析［J］.西北地質(zhì)，2014，47（1）：255-260.

［7］Okura H.IMPacts by the artificial landslide：reexamine the rage of nature.Kagaku experiment using a rainfall simulator［J］.Landslides，2004，1（4）：277-288.

［8］Rosso R，Rulli M C，Vannucchi G.A physically based model for the hydrologic control on shallowlandsliding［J］.Water Resour Res，2006，42（6）：770-775.

［9］向貴府，許模，崔杰，等.四川省萬源市花樓鄉(xiāng)董家梁滑坡特征及成因機(jī)制［J］.南水北調(diào)與水利科技，2017，15（1）：145-149.

（實(shí)習(xí)編輯：羅媛）