茂縣仁村組不穩定斜坡基本特征與成因機理研究

余 波 鄧茂林 黃正文

(1四川大學建筑與環境學院 2成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室 3成都大學城鄉建設學院)

茂縣位于四川省中北部，阿壩藏族羌族自治州東南部，地處青藏高原向川西平原過渡地帶，地理坐標為北緯31°24'－32°17'，東經102°56'－104°10'。該區屬地質構造抬升區，區內巖體破碎，地質災害發育，一直都是地質學者關注研究的重點區域。近年來，也取得了一些地質工作成果，主要反映了區內地層時代、巖性、構造、礦產、地震活動等區域地質及區域水文地質條件［1-3］。但是，以上研究受研究對象及工作深度的限制，不能滿足茂縣仁村組不穩定斜坡防治工作的需要，因此，非常有必要專門開展仁村組不穩定斜坡勘查工作。2008年5.12特大地震后，為了確實做好全省重大地質災害防治工作，確保人民群眾的生命財產安全，省國土資源廳第三批啟動實施了511處重大地質災害點的應急勘查、設計工作。根據2009年4月24日四川省國土資源廳下發的川國土資函［2009］519號《關于請組織支援開展我省地震災區第三批重大地質災害應急勘查、設計工作函》，受省國土資源廳委派，四川省煤田地質局等單位組織專家開展了茂縣富順鄉團結村仁村組不穩定斜坡的勘查和防治可研工作。本文多名作者作為勘查組主要成員，全程參與了茂縣仁村組不穩定斜坡的勘查工作。通過此次調查研究，獲得了一些關于該不穩定斜坡的初步認識。

1 研究區地質環境條件

1.1 地形地貌

研究區地處川西北高原東北部的高山峽谷地帶，受第三紀末喜山運動以來區域整體間歇性抬升和河流強烈下切侵蝕作用的影響，區內山勢巍峨，溝谷深切，山嶺海拔高程一般3500－4500 m，嶺谷高差1000 m左右，呈現出強烈隆升深切割的高山—中高山地貌景觀。勘查區為中山—中高山地貌，較高點為不穩定斜坡北側山脊一帶，標高約2400 m，較低處為團結河河谷一帶，標高約1150 m，相對高差約1250 m。

不穩定斜坡位于團結河左岸斜坡地帶，斜坡區地形變化較大，整體坡度約24.5°，呈東高西低之勢，為折線坡形。斜坡上部較平緩，坡度15°－20°;中部一帶地形相對較順直，呈斜坡地形，坡度一般20°－30°;斜坡下部至團結河河岸地形較為復雜，局部為陡坡，局部為團結河殘留高階地，坡度15°－40°，局部達60°，坡面起伏不大，多滑塌形成的高陡弧形臺坎，斜坡南邊發育一條季節性深切沖溝。斜坡坡腳處為團結河，河道蜿蜒，小塊階地漫灘發育，兩岸有大量季節性深切沖溝(見圖1)。

1.2 地層巖性

研究區出露地層為新生界第四系全新統(Q4)及古生界志留系茂縣群第四組地層(Smx4)。

1.2.1 第四系(Q4)

圖1 仁村組不穩定斜坡地形地貌全圖

廣泛分布于團結河兩岸及整個斜坡地帶，其成因類型主要為沖洪積層(Q4al+pl)、崩坡積層(Q4c+dl)、老滑坡堆積層(Q4del)及殘坡積層(Q4dl+el)。

(1)沖洪積層(Q4al+pl)。沖洪積層主要分布在團結河兩岸及階地，勘查區位于階地的后緣，僅坡腳有分布。以塊、卵石土為主，次為圓礫類土，石質巖性主要為砂質千枚巖，粒徑8－20 cm，含量50% －70%。常夾透鏡狀砂層及粉土層，在小范圍內具有一定的沉積韻律性，厚約5－10 m。

(2)崩坡積層(Q4c+dl)。分布于斜坡周邊及上部坡體淺部，主要由碎石土和部分塊石土組成，土質松散—稍密，塊碎石石質成分為千枚巖，粒徑5－20 cm，含量45% －60%，多呈棱角狀，系上部陡崖崩塌堆積和基巖風化形成，厚度2－10 m不等。

(3)老滑坡堆積層(Q4del)。廣泛分布于斜坡體內，一般為碎石土、塊石土、角礫土及少量含角礫粉質黏土組成，石質粒徑2－25 cm，含量40% －60%。所有鉆孔皆有揭露，此層平均總厚度達21.5 m。其中，粉質黏土在坡體中大部分沿基巖面呈面狀分布，少量呈透鏡狀分布，鉆探揭露厚1.2－5.5 m。

(4)殘坡積層(Q4dl+el)。分布于不穩定斜坡兩側緩坡處，主要由中—粗角礫土及碎石土組成，土質松散—稍密，粗粒、巨粒顆粒多呈棱角狀，石質粒徑3－10 cm，含量30% －45%，系近源千枚巖風化堆積形成，厚度約1－5 m。

1.2.2 古生界志留系茂縣群第四組(Smx4)

區內出露基巖地層為志留系茂縣群第四組，地層巖性以深灰、黑灰色絹云千枚巖為主，夾薄層石英巖和泥質灰巖，全組厚度100－1148 m。受構造影響，節理裂隙和層理極發育，巖體被切割成塊狀，風化層厚，巖質軟，強風化層極破碎。地表廣泛出露于不穩定斜坡區外山脊和陡坡處。

1.3 地質構造

據《1∶20萬茂汶幅區域地質調查報告》(四川省地質局，1975)，測區位于九頂山華夏系構造九頂山復向斜(Ⅰ26)北翼多個次級同斜倒轉褶皺曲之甘溝倒轉背斜(Ⅰ23)南東翼，該Ⅰ26復向斜由志留系茂縣群及泥盆系月里寨群組成，核部為泥盆系月里寨群，軸線走向北東40°－45°，南、北翼地層均傾向北西 310°－315°，傾角南翼 40°－48°，北翼 42°－78°，軸面傾向約315°，傾角約 70°，為一同斜倒轉復向斜。該復向斜延長50 km，寬約12 km。調查區出露地層為古生界志留系茂縣群第四組地層(Smx4)，巖性為黑灰色絹云千枚巖，局部次生褶皺較發育(見圖2)。

測區內，地表出露的Smx4千枚巖片理及揉皺發育，巖層總體呈單斜產出，傾向一般介于290°－330°之間，巖層傾角一般為45°－55°，主要發育有2組節理裂隙，發育密度為2－6條/m3不等。

J1 組:產狀 180°∠60°，發育間距 0.1 －0.6 m，可見延伸長度一般0.2－1.3 m;微張—閉合，裂面較平直，大致順層。區內該組節理尤為發育，為控制性結構面。

J2 組:產狀 218°∠70°，發育間距 0.3 －1.6 m不等，延伸長度0.3－0.8 m不等;微張—閉合，淺表見泥質充填，裂面較平直。區內該組節理與J1組節理同為共軛“X”節理。

2 仁村組不穩定斜坡特征

2.1 斜坡邊界、規模、形態特征

仁村組不穩定斜坡位于茂縣富順鄉團結村，經過實地調查，該斜坡堆積物原始成因為一老滑坡堆積物，即斜坡體北側山體滑坡堆積形成，其主滑方向247°，下部由于受到南部山脊的阻擋，堆積體略向西北方向轉移。坡體內大部分為千枚巖風化形成的碎石土、塊石土、角礫土及部分粉質黏土組成。坡形整體順直，平面形態上表現為雙溝同源的圈椅狀(詳見圖1)。

圖2 區域地質構造簡圖

據調查，近30 a來該斜坡中上部局部有蠕動變形和滑塌現象。該不穩定斜坡“5.12”地震前整體處于穩定狀態，只在局部出現了蠕滑變形和滑塌現象;“5.12”地震時，因地震作用發生局部較變形，表現為后緣拉張裂縫，最寬處達0.3 m，高差錯落最大處達0.4 m，延伸約300 m(L1)，中前部發生局部拉裂變形裂縫(L3～L7)(詳見圖3)。

圖3 地震時仁村組不穩定斜坡裂縫分布特征

不穩定斜坡規模較大。據實地勘查調查，變形區后緣較高，標高1602 m，前緣至團結河，標高約1150 m，前后緣高差 452 m;該變形區橫向長630 m，縱向長1360 m，面積約 85.68 ×104m2。勘探揭露斜坡堆積體平均厚度21.50 m，體積為1842×104m3，屬特大型老滑坡堆積體。

該斜坡堆積體物質組成為:上部大部分為含大量千枚巖碎、塊石的碎石土，中部夾薄層含角礫粉質黏土和角礫土，下部為千枚巖。

變形破壞特性為:由于整體坡度較平緩，通過穩定性計算，斜坡不會整體沿基巖面滑動，主要變形破壞形式為局部沿土層間軟弱層面和搜索剪出口滑動以及局部滑塌為主，可能造成剪出口以上居民及滑塌處附近居民生命財產損失。

2.2 不穩定斜坡堆積體特征

根據地面調查不穩定斜坡地形地貌特征和勘探鉆孔揭露地層分析，斜坡堆積體特征:一般為碎石土、部分塊石土、角礫土、含角礫粉土和薄層粉質黏土，在不穩定斜坡中后部、中上部的局部地方還見相對較完整的巨塊石。土層平均厚度21.50 m，最厚達26 m(堆積體物質組成詳見圖4、圖5)。在坡底局部出露沖洪積砂卵石覆蓋于粉質黏土和碎石土之上。由此可見，堆積體成因類型為老滑坡堆積物。

2.2.1 巖土力學特性和指標

(1)碎石(塊石、角礫)土:分布于整個坡體內，稍密—密實，石質成分為千枚巖，呈強風化狀，石質粒徑0.5－30 cm，含量50% －75%，多呈菱角和次菱角狀，碎(塊)石混雜，無分選性，鉆探期間易出現卡鉆、掉塊、護壁液漏失等現象，鉆探極其困難。鉆探揭露該層最厚達18.5 m。經勘查時現場大重度試驗得其天然重度為20.6 kN/m3，飽和重度為21.8 kN/m3。

(2)粉質黏土:分布于土層與基巖面接觸帶和部分夾于碎石土與角礫土之間，呈可塑—硬塑狀，含少量角礫，粒徑0.5－4 cm，含量8% －25%，鉆孔揭露厚1.2－5.5 m。根據勘查取樣試驗，其物理力學指標為:天然含水率18.97%，飽和含水率25.36%，天然密度1.94 g/cm3，飽和密度 2.02 g/cm3，天然抗剪強度 c值 17.53 kPa，φ值 19.50°，飽和抗剪強度 c 值16.08 kPa，φ值 17.80°，滲透系數6.70 ×10－4cm/s。

2.2.2 地下水活動狀態

“5.12”地震前，坡體上部仁村組有一水井，據訪問水量大約為:1－3 L/s;“5.12”地震后，地下水隨裂縫漏失，井泉水量僅為0.1 L/s左右，造成居民飲水困難。地下水幾乎全部進入地下排泄。由于勘查時值雨季，勘查測得所有鉆孔地下水位均較淺，為5.10 －10.30 m。

巖土滲透特性:本斜坡堆積體內大部分為碎(塊)石土，滲透性較好，基巖風化裂隙和構造裂隙均較發育，有利于地下水的排泄。

2.3 滑床特征

據鉆探揭露，滑床形態為折線形，巖性為Smx4絹云千枚巖基巖面(見圖6、圖7)，呈薄層狀，風化裂隙和構造裂隙相當發育，抗風化能力弱，強風化厚度大(大部分鉆孔揭露強風化層大于5 m)，巖芯大部分呈破碎狀、餅狀，物理力學性能差。

圖4 堆積體物質成分

圖5 堆積體中的碎石土

圖6 潛在滑床巖石

經勘查取樣試驗，天然塊體密度為2.72 g/cm3，飽和塊體密度為 2.77 g/cm3，飽和抗壓強度7.568 mPa，天然抗壓強度 14.295 mPa，飽和抗剪強度 c:0.17 mPa，φ值 26.88°，天然抗剪強度 c 值0.31 mPa，φ值 32.83°。基巖裂隙發育，滲透性較強。

2.4 潛在滑動帶特征

根據鉆探揭露和目前宏觀變形現象，主要為局部的開裂及滑塌，仁村組不穩定斜坡尚未形成統一的滑帶。根據滑面搜索，尋找最佳剪出口，滑帶土主要為接近基巖面的含角礫粉質黏土或角礫土，其特征為硬塑—可塑狀，部分鉆孔(ZK2、ZK3)揭露所含碎石為磨圓和次磨圓狀，局部見擦痕。

據取樣試驗，天然含水率18.97%，飽和含水率25.36%，天然密度1.94 g/cm3，飽和密度2.02 g/cm3，天然抗剪強度 c 值 17.53 kPa，φ值19.5°，飽和抗剪強度 c 值 16.08 kPa，φ值 17.80°，滲透系數6.70×10－4cm/s。具薄層狀夾層結構，為堆積體中的軟弱夾層。

分布形態為大部分分布于土層與基巖面接觸帶(ZK2、ZK3、ZK7)，呈面狀分布;局部分布于土層間(ZK1、ZK5、ZK6)，呈透鏡狀分布。

埋深一般在 12.53－19.85 m 之間，厚度約0.1 －1.2 m。

2.5 不穩定斜坡變形破壞特征

2.5.1 震前變形破壞特征

據調查訪問，近30 a來斜坡主要以局部蠕變變形和滑塌為主，坡體上部和中下部房屋有部分開裂現象，裂縫張開度為3－5 mm。

2.5.2 震后變形破壞特征

“5.12”汶川大地震時，勘查區上部出現了地面開裂寬度達0.3 m、錯落達0.4 m(L1)的橫向裂縫以及局部滑塌、房屋建筑開裂導致部分倒塌等變形加劇跡象(裂縫統計詳見表1)，由于大部分地表和房屋裂縫已封填或修補，僅在部分地面可見。

根據震后裂縫調查統計，已發現的7條裂縫走向介于125°－150°之間，加上地形、臨空面、堆積體特征等多種因素判斷，該不穩定斜坡發生變形可能的主滑方向為247°左右。

表1 “5.12”地震后不穩定斜坡變形破壞跡象特征統計表

3 影響因素與變形破壞機制

不穩定斜坡的發生、發展過程與地形地貌、地質構造及地層巖性等內部因素密切相關;而氣象、水文、地震等內外動力條件則是致使該不穩定斜坡形成和發展的主要誘發因素。

3.1 構造巖性是造成不穩定斜坡產生的內因

不穩定斜坡坡向245°，巖性以千枚巖為主，巖質較軟、易風化，且為順層斜交坡，產狀310°∠48°，巖體破碎且發育有一組外傾節理180°∠60°，故極易形成大量的松散堆積物源;加之本區地處川西北強烈抬升區，區內地震活動頻繁，河流下切作用劇烈，在地震或河水等內外動力作用下極易引起不穩定斜坡的發生。場地地形坡度較陡，易誘發牽引滑塌。

3.2 河流沖刷、漲跌與降雨浸潤是不穩定斜坡產生、加劇的主要外動力

由于團結河在仁村組不穩定斜坡前緣通過，測時水涯線距不穩定斜坡前緣5－20 m，洪水期間可淹至不穩定斜坡前緣。在長期的河流和南側季節性沖溝側蝕作用下，對不穩定斜坡前緣和南側坡腳有一定的影響。在降水浸潤或河水漲跌產生動水壓力作用下，斜坡土體抗剪強度降低，故易產生新的次級牽引滑塌。

3.3 坡體內地下水是影響斜坡穩定性的重要誘發因素

據勘查調查和鉆探揭露，由于勘查季節為雨季，坡體內地下水埋藏較淺，一般深6.80－9.10 m，最淺5.10 m(ZK5)，最深 10.30 m(ZK8)。上部山體匯水面積較大，原來坡體上部井泉水能滿足整個仁村組和半坡組88戶402口人以及大量牲畜的日用水量。“5.12”地震后井泉水接近枯竭，幾乎全部隨地震裂縫漏失進入坡體內，坡體上部居民只能靠到遠處背水飲用，目前村上正在組織到遠處安裝水管引水。地下水較豐富加之雨季降水的入滲，將大大增加土體的重度，降低土體物理力學指標，造成局部邊坡失穩。

3.4 人類工程活動對斜坡穩定性產生的影響極大

目前在坡體內大量修建房屋和簡易公路，盲目開挖，形成大量土質陡立邊坡和坡面松散堆積物，在不利工況下將形成局部滑塌，若繼續發展將對整個邊坡穩定性不利。

3.5 地震是加速本不穩定斜坡發展的內在推動力

在“5.12”地震以前，不穩定斜坡基本穩定，地震時斜坡后緣和中部多處出現拉張裂隙。但震后采用及時封閉裂隙后，不穩定斜坡變形變緩，據當地村民簡易觀測基本處于停止階段。充分說明了地震力破壞了坡體結構的完整性及穩定性，加速了不穩定斜坡變形發展的進程。

4 地質災害防治方案

4.1 危害性預測

如前所述，在降雨、地震等工況下，坡體內人工工程(修路、建房等)開挖所形成的部分高陡邊坡易產生局部滑塌，從而有可能誘發坡體局部失穩，將潛在威脅到周邊居民的生命財產安全。

據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZT0219－2006)5.1條表3(詳見表2)判定，該滑坡工程防治等級為Ⅲ級。

4.2 防治目標與原則

茂縣仁村組不穩定斜坡在各工況條件下整體穩定，地震期間的淺層變形發生在斜坡區的中上部，震后封填后至今監測未發生變形。現狀穩定，在暴雨、地震等工況條件下整體處于穩定狀態，但其局部土質陡壁邊坡處于基本穩定狀態，有可能產生滑塌，潛在威脅到部分機耕道和附近居民的安全。

表2 滑坡防治工程分級表

對該邊坡的治理，考慮采用“以防為主，局部治理”的方案進行滑坡綜合防治。防治目標與原則為:在經濟合理、確保安全的基礎上，一方面重點治理對建構筑物及人員安全有重大影響、會造成嚴重危害的部位，同時從影響滑坡穩定性的因素著手，改善滑坡區外部環境，從而達到防災、避災的目的。

4.3 防治工程方案建議

根據勘查結論，按既定防治目標和原則，從經濟合理、以人為本的角度出發，建議仁村組不穩定斜坡采取“地表截排水+裂縫回填+長期監測”的防治措施體系。

(1)設置截、排水溝攔截上部山體地表水，并種植適宜當地生長的林木綠化坡體，減少降雨匯水對坡面的沖刷，減弱水對邊坡穩定性的不利影響。

(2)填塞斜坡區內地震時發生的所有裂縫。

(3)設置監測點，專業的長效監測與群測群防相結合。

［1］四川省地質局.1∶20萬茂汶幅區域地質調查報告［R］.1975.

［2］四川省地質礦產勘查開發局，成都水文地質工程地質隊.四川省茂縣地質災害(補充)調查與區劃報告［R］.2007，12.

［3］中國地質調查局成都地質調查中心.四川省5.12地震災區阿壩州茂縣地質災害應急排查總結報告［R］.2008，06.

［4］四川煤田地質一三七總公司.阿壩州茂縣第三批地質災害應急勘查項目:仁村組不穩定斜坡勘查報告［R］.2009，8.

［5］黃潤秋，許 強.中國典型災難性滑坡［M］.北京:科學出版社，2008.

［6］許 強，裴向軍，黃潤秋.汶川地震大型滑坡研究［M］.北京:科學出版社，2009.

［7］許 強，黃潤秋，殷躍平，等.2009年6.5重慶武隆雞尾山崩滑災害基本特征與成因機理初步研究［J］.工程地質學報，2009，17(4):433 －444.

［8］許 強，董秀軍，鄧茂林，等.2010.7.27 四川漢源二蠻山滑坡—碎屑流特征與成因機理研究［J］.工程地質學報，2010，18(5):609 －622.