鄂西北山區邊（滑）坡綜合分類探討

任偉中，范建海，孔令偉，張世飚，徐建強

（1. 中國科學院武漢巖土力學研究所 巖土力學與工程國家重點實驗室，武漢 430071；2. 湖北省十漫高速公路建設指揮部，湖北 十堰 442011）

1 前 言

鄂西北山區屬山嶺重丘地形，山高坡陡，滑坡地質災害非常發育，是我國滑坡地質災害多發地區；且該地區的邊（滑）坡體物質組成十分豐富，沉積巖、變質巖、巖漿巖等3大類巖都有較大面積出露；地質構造發育，坡體結構特征十分顯著；同時，該地區處于亞熱帶氣候區，雨量充沛，暴雨多，地表水系發育，水對邊（滑）坡的穩定性影響十分顯著；從而決定了該地區邊（滑）坡類型繁多，變形破壞機制復雜。目前，在鄂西北山區的交通、水電、能源、資源等基礎設施建設力度很大及多個大型水利樞紐的開發建設，將形成大量人工高切坡，并由此可能誘發大量的工程開挖型和水庫蓄水型滑坡。邊（滑）坡分類是認識和整治邊滑坡的重要環節，邊（滑）坡分類的目的就在于對邊（滑）坡作用的各種表象特征以及促其產生的各種因素進行組合概括，以便扼要地反映邊（滑）坡作用的內外在規律。科學的邊（滑）坡分類不僅能深化對邊（滑）坡的認識，而且能指導其勘察、評價、預測和防治工作。因此，作為進一步研究該地區邊（滑）坡的發育規律、破壞模式、成災機制、時空預測及相應防治對策等的基礎性工作，盡快建立該地區邊（滑）坡的綜合分類體系是十分必要和緊迫的。

國內外從事邊（滑）坡分類研究的學者很多，從不同角度，依據不同分類指標提出了多種多樣的分類方案和意見。邊（滑）坡類型繁多，國內外邊（滑）坡學者為不同目的，從不同角度，對邊（滑）坡進行過各種各樣的分類[1－15]。本文從鄂西北山區實際情況出發，在對近千個現場實際邊（滑）坡工程地質調查研究和參考前人研究成果基礎上進行歸納總結，采用能反映該地區實際的分類方法，初步建立該地區的邊（滑）坡綜合分類體系，為今后深入研究該地區邊（滑）坡問題提供基礎性成果資料。

2 工程地質概況

該區域屬亞熱帶大陸季風氣候區，日照充足，降水豐富，四季分明，濕熱涼寒，秋夏多雨，冬春多霧，年平均氣溫 11 ℃～17 ℃，年平均降雨量694.8～1 522.4 mm，雨季為4～9月，約占全年降雨量的50～75%，降雨具連續集中、強度大等特點。海撥高差懸殊，氣候垂直差異明顯。

區內河流溝渠密集，地表水系發育，山區河流多具季節性特征。裂隙發育地帶地下水位相對較高，其水位變化主要受大氣降水及地表河流水位影響控制。區域水質屬重碳酸鈣、鎂型，低礦化度。

該區地貌單元屬秦嶺山脈南麓大巴山體系，地形起伏大、山高坡陡、溝谷縱橫、溝深谷幽、森林茂盛。一般相對高差 40～1 500 m，海拔高度在140～2 500 m之間，屬山嶺重丘地形。局部受巖性、構造等因素影響，剝蝕速率差異導致切割強烈，地形陡峻，溝谷狹窄。地貌形態按其成因及地表形態可劃分為構造剝蝕高中低山、構造剝蝕低山－丘陵、侵蝕堆積河谷等3種地貌單元。

出露地層主要有第四系殘坡積物和沖洪積物，第三系泥灰巖、灰質泥巖及砂巖，白堊系紫紅色砂礫巖，侏羅系的砂巖、頁巖、泥巖，三疊系的粉砂巖、泥巖、頁巖、灰巖，二疊系的灰巖、泥巖、頁巖、粉砂巖及煤線，石炭系的灰巖、白云巖，泥盆系灰巖、頁巖、粉砂巖、石英砂巖，志留系炭質千枚巖、粉砂巖、頁巖、黏土巖，奧陶系灰巖、頁巖、千枚巖，寒武系灰巖、千枚巖，上元古界變質砂巖、片巖、灰巖、板巖、千枚巖、白云巖，中元古界變粒巖、淺粒巖、片巖，以及燕山期的花崗巖，晉寧期的變質輝綠巖脈、變質流紋斑巖脈等。

該區位于南秦嶺印支造山帶南緣，處于楊子準地臺上楊子臺褶帶，地質構造復雜。中三疊世以來，構造運動加劇，印支、燕山、喜馬拉雅及新構造運動都強烈影響本區，形成不同方位、不同性質、不同時代和特征的構造形跡。早期的北西向基底構造對其后各個時期的構造都或強或弱地起著控制和牽制作用。區內發育多條區域性大斷裂。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306－2001）工程區 50年超越概率 10%地震動峰值加速度為0.05 g，特征周期為0.35 s，相應的該區工程場區地震基本烈度為Ⅵ度。但三峽水庫建成后，該區域屬于主要潛在震源區和最可能誘發地震的部位，地震震級MS=5.5級。

本區在湖北省地質災害分布圖上屬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區[7]（鄂西北滑坡、崩塌極易發區），是地質災害重點防治區。主要存在滑坡、坍塌、崩塌、巖溶、膨脹土、構造破碎帶等多種地質災害或不良地質問題。

3 建立邊（滑）坡綜合分類體系基本原則

任何表征邊（滑）坡的完整概念都必須包括邊（滑）坡體特征、變形動力成因及其變形活動情況等3方面的內容。①邊（滑）坡體特征包括坡體物質組成特征（主要是地層巖性特征）、坡體結構特征（主要是結構面與坡面之間關系、巖體結構特征、巖層單層厚度）、形態特征（平面形態的幾何形狀，剖面形態的高、陡、曲、直狀況）及坡體規模特征，這主要是反映坡體自身條件的內在要素；②坡體變形動力成因包括天然動力（地震型、降雨型、匯水型、沖蝕型、剝蝕型、崩坡積加載型等）和人為動力（爆破型、水庫蓄水型、水工滲漏型、地面切挖型、地下洞掘型、堆土型等），這是破壞坡體穩定性、引起坡體變形破壞的外在環境條件；③變形活動特征包括坡體變形破壞與運動特征（破壞方式、運動形式、力學機制等）以及發育時程（滑坡發生的時代、活動歷史及所處發育階段），這是對坡體活動狀態及演化進程的刻畫反映。這3方面特征可全面反映邊（滑）坡變形破壞的內、外在條件，活動狀態及演化過程。對于鄂西北山區邊（滑）坡，目前絕大部分是處于穩定狀態、沒有發生明顯變形破壞、尚未形成滑動面的邊坡，而那些具有明顯變形破壞或對人類生活造成危害的滑坡，目前基本進行了必要的整治或監控，但考慮到目前鄂西北山區的交通、水電、能源、資源等基礎設施建設工程很多及多個大型水利樞紐正在建設，今后很長一段時間該地區的工程活動仍很多，所以在建立鄂西北山區邊（滑）坡綜合分類體系的時候，主要考慮坡體物質組成、坡體結構等特征及坡體變形動力成因。根據上述 3個最主要特征來探討構建鄂西北山區邊（滑）坡多層次綜合分類體系。

第1層次：按坡體物質組成，即坡體巖性來分類。該區域坡體物質組成主要有：片巖、千枚巖、變粒巖、板巖等變質巖；花崗巖、輝綠巖等巖漿巖；紫紅色泥質粉砂巖、頁巖、泥巖、砂礫巖、灰巖等沉積巖；Q4dl+el殘坡積土、松散堆積層、Q4al沖洪積土、因風化程度不同而形成的中間硬、兩側軟的巖土復合型人工開挖邊坡，存在古老滑面的古老滑坡等。

第2層次：按坡體結構，主要是控制性軟弱結構面（片理、層面、破劈理、大節理等）的傾角及其與坡面交切關系、巖層單層厚度來分類。主要分為：順向平行坡（層面、片理面等控制性軟弱結構面傾向與邊坡臨空面傾向相同，其走向與坡面走向小角度（小于20°）相交）；順向斜交坡（層面、片理面等控制性軟弱結構面傾向與邊坡臨空面傾向相同，其走向與坡面走向斜交（兩者交角為 20°～70°））；正交坡（層面、片理面等控制性軟弱結構面走向與坡面走向呈大角度相交（兩者交角為 70°～90°））；反向平行坡（層面、片理面等控制性軟弱結構面傾向與邊坡臨空面傾向相反，其走向與坡面走向小角度（小于20°）相交）；反向斜交坡（層面、片理面等控制性軟弱結構面傾向與邊坡臨空面傾向相反，其走向與坡面走向斜交（兩者交角為 20°～70°））等。

同時，還可根據巖層單層厚度大小，進一步細分出厚層（巖層單層厚度大于50 cm）、中層（巖層單層厚度為20～50 cm）、薄層（巖層單層厚度小于20 cm）等亞類；根據控制性軟弱結構面傾角可分平緩（傾角小于 20°）、陡傾（傾角為 60°～80°）、直立（大于80°）等亞類。

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第3層次：按坡體變形動力成因來分類。這里主要考慮人為坡體變形動力成因，主要可分為：水庫蓄水型、人工開挖型等。水庫蓄水型滑（邊）坡主要分布在長江三峽水庫、清江隔河巖、水布埡、葛壩洲、姚家坪、宣恩忠建河洞坪、利川龍橋、建始小溪口、長陽許家坪、鶴峰桃花山、宜昌玄廟觀、秭歸觀音堂、丹江口水庫、房縣三里坪、竹山潘口、竹溪鄂坪、谷城青山、保康寺坪、漢江崔家營、漢江興隆、鄖陽孤山等庫岸，人工開挖型邊（滑）坡主要分布在人類工程活動強烈的公路與鐵路路塹、露采礦山邊坡、電力設施邊坡、水工開挖邊坡、城鎮建設開挖邊坡等。

4 邊（滑）坡綜合分類探討

根據前述3個層次，對建立鄂西、北山區邊（滑）坡的多層次綜合分類體系進行探討，其綜合分類體系框圖如圖1所示。

5 邊（滑）坡主要典型類別劃分

在對鄂西北山區邊（滑）坡進行具體分類過程中，結合該區域邊（滑）坡的實際情況，對于花崗巖類邊（滑）坡，在該地區分布較廣，當殘坡積層較厚時，可基本按均質土質類邊坡考慮，基本呈圓弧形滑動破壞；當坡體主要由強風化、弱風化花崗巖組成時，其穩定性主要由斷層、節理等軟弱結構面與坡面交切關系所控制[16]，將可能形成平面滑移型、楔形體滑移型、墜落式崩塌型、傾倒式崩塌型等邊坡變形破壞模式。對于輝綠巖類邊坡，主要是一些輝綠巖墻或巖脈，出露面積相對較小，當其強風化層較厚時，破劈理、節理中大部分充填黏土泥，大部分輝綠巖塊被泥土包裹，形成泥包石的地層，此種輝綠巖類邊坡的穩定性較差，此時主要是破劈理、節理間的泥土抗剪強度較低，控制著該類邊坡的穩定性；當坡體主要由弱風化輝綠巖組成時，由于弱風化輝綠巖呈大塊狀，強度高，破劈理膠結良好，對該類邊坡穩定性起控制作用的主要是其中的破劈理、節理、斷層等軟弱結構面，其變形破壞機制及模式類似花崗巖類邊坡。在湖北十堰地區，許多較大的滑坡都發生在輝綠巖地層中。對于紫紅色泥質粉砂巖、泥頁巖、砂礫巖等軟弱沉積巖類邊坡，在該地區分布較廣，該類地層在我國西南、中南、華南、東南、西北等地區也廣泛發育，由于該類巖層抗風化能力很弱，遇水易軟化，且具有弱膨脹和崩解特性，十堰地區的該地層還存在順層軟弱夾層，其工程特性很差，在該類地層中滑坡的頻率和規模都比較大，屬于易滑地層。對于灰巖類邊坡，在鄂西北分布很廣，尤其在宜昌、恩施地區。該地區的灰巖以中厚層居多，由于該地區山高坡陡，河谷深切，卸荷作用較強烈，卸荷帶內灰巖層面膠結強度降低明顯，所以順層或以層面為主的楔形體滑動較為常見；反傾向邊坡的穩定性良好，一般僅存在局部由結構面不利組合控制的危巖；十堰地區的灰巖以薄中層為主，灰巖層面膠結較好，受兩隕斷裂帶等地質構造作用的不利影響，巖體十分破碎，但節理面緊密閉合，相互呈咬合狀態，所以整體穩定性較好。對于片巖、變粒巖、千枚巖、板巖等變質巖類邊坡，在湖北乃至全國分布較廣，在湖北主要分布在十堰地區的南秦嶺大巴山構造強變質巖地層中。該類邊坡巖層強度低，片理發育，富含黑云母或白云母，抗風化能力很差，遇水易軟化，片理面膠結較差，沿片理面的抗剪強度很低，對于順向坡極易發生順層滑動，對于薄層陡傾順向坡極易發生反翹[17]或壓屈潰決型[18]變形破壞，對于薄層陡傾反向坡極易發生傾倒型變形破壞，該類邊坡變形破壞模式較多，需要根據前兩個層次詳細分類。對于松散堆積層類邊坡，在鄂西北乃至全國分布較廣，主要指一些第四系松散堆積體，其碎、礫石含量一般在30%～70%之間，主要包括殘坡積物、崩坡積物和沖洪積物，物質成份以土夾碎石或碎塊石、碎石或碎塊石夾土等土石混合物為主，物質結構雜亂無章、分選性差、粒間結合力差、透水性強。它既不同于一般的巖體，又不同于一般的土體，而是介于土體與巖體之間的一種特殊的地質體，工程中一般稱為碎石土，也有部分學者稱其為“土石混合體”。該類邊坡穩定性差，滑坡分布廣泛、暴發頻率高。滑面多為松散堆積體與下伏基巖接觸面，當堆積層較厚時將沿堆積體內滑動。對于巖土復合型邊坡，主要指開挖形成的人工邊坡上部、兩側為軟弱的殘坡積土層，向下部和中間逐漸過渡到較硬的強風化、中風化巖層，形成典型的中間硬、兩邊軟的坡體結構特征，該類坡體朝著側向和開挖臨空面疊加的方向滑動破壞。

圖1 鄂西北山區邊（滑）坡多層次綜合分類體系框圖Fig.1 Synthetical classification of landslide/slope in northwest mountain area of Hubei province

根據多層次綜合分類體系，在分類定名時，以第1層次作為主體關鍵詞，以第2、3層次作為修飾性定語，例如：人工開挖型薄層順向平行片巖類邊坡。除巖土復合型邊坡外，第3層次在第1、2層次下每類都可能存在。

結合鄂西北山區邊（滑）坡的實際現狀，通過前述對各大類的分析，目前初步劃分出下列19類典型邊坡：（1）Q4土質類邊坡；（2）存在古滑面的老、古滑坡；（3）輝綠巖類邊坡；（4）花崗巖類邊坡；（5）中間硬、兩側軟的巖土復合型人工開挖邊坡；（6）松散堆積層類邊坡；（7）順向平行灰巖類邊坡；（8）順向斜交灰巖類邊坡；（9）反向灰巖類邊坡；（10）順向紫紅色泥質粉砂巖類邊坡；（11）反向紫紅色泥質粉砂巖類邊坡；（12）順向泥頁巖類邊坡；（13）反向泥頁巖類邊坡；（14）順向平行片巖類邊坡；（15）順向斜交片巖類邊坡；（16）正交片巖類邊坡；（17）反向平行片巖類邊坡；（18）反向斜交片巖類邊坡；（19）泥、砂巖互層或厚層砂巖夾泥巖等軟硬互層水平層狀結構類邊坡。

如果需要，有些類型可以進一步劃分出一些亞類，以便更好地用于各類坡體變形破壞機制、穩定性分析及分類防治。

6 典型類別邊（滑）坡工程實例

鑒于鄂西北山區邊（滑）坡類型較多，篇幅所限，本文僅列舉以下4類的工程實例，簡要分析了其變形破壞模式和機制，提出了相應的分析計算方法和處治對策建議。

（1）松散堆積層類邊坡（見圖2）：滑面多沿松散堆積體與下伏基巖接觸面或堆積體內的滑動破壞。

處治對策建議：鋼軌樁、抗滑擋土墻或樁間掛板抗滑樁等。

（2）順向平行灰巖類邊坡（見圖3）：在風化、地下水、溶蝕、卸荷、人工開挖等綜合作用下，導致卸荷帶內灰巖層面膠結強度明顯降低，發生沿灰巖層面的順層滑動變形破壞。

建議分析計算方法：直線形滑動面的簡化Bishop法。

處治對策建議：錨桿或錨索等。

圖2 松散堆積層類邊坡及某工程實例Fig.2 Accumulated layer landslide and a project example of a certain landslide

圖3 順向平行灰巖類及某滑坡工程實例Fig.3 Limestone slope of easy flow direction and a project example of a certain landslide

（3）紅色泥質粉砂巖、泥巖類邊坡（見圖4）：該類巖層抗風化能力很弱，遇水易軟化，且具有弱膨脹和崩解特性，甚至存在順層軟弱夾層，工程特性很差，滑坡的概率和規模都比較大，屬于易滑地層。

建議分析計算方法：任意滑裂面或圓弧滑動面的Morgenstern-Price法或簡化Bishop。

處治對策建議：框格錨桿或噴錨，但三疊系地層T2b紫紅粉砂巖中不適宜采用抗滑樁。

圖4 粉砂巖類邊坡及某滑坡工程實例Fig.4 Argillaceous siltstone and argillite slope and a project example of a certain landslide

圖5 軟硬互層水平層狀類及某邊坡工程實例Fig.5 Interbedded soft and hard rock slope and a project example of a certain landslide

（4）泥、砂巖互層或厚層砂巖夾泥巖等軟硬互層水平層狀結構類邊坡（見圖5）：差異風化[19]導致易風化的下伏泥巖風化破碎，形成巖腔，致使上部堅硬的砂巖在節理裂隙、卸荷裂隙的作用下形成危巖體。

建議分析計算方法：各類危巖體計算分析、實體比例赤平投影分析。

處治對策建議：對軟弱巖層進行坡面防護，減弱差異風化，對危巖體采用清除或錨桿加固等措施。

7 結 論

（1）鄂西北山區是我國滑坡地質災害多發地區，目前存在大量工程開挖型和水庫蓄水型滑坡。盡快建立該地區邊（滑）坡綜合分類體系十分必要和緊迫。

（2）在建立鄂西北山區邊（滑）坡綜合分類體系時，主要考慮坡體物質組成、坡體結構等特征及坡體變形動力成因。據上述3個最主要特征來探討構建鄂西北山區邊（滑）坡多層次綜合分類體系。即：第1層次：按坡體物質組成，即坡體巖性來分類；第2層次：按坡體結構，主要是控制性軟弱結構面的傾角及其與坡面交切關系、巖層單層厚度來分類；第3層次：主要考慮人為坡體變形動力成因，主要為：水庫蓄水型、人工開挖型等。

（3）根據多層次綜合分類體系，在分類定名時，以第1層次作為主體關鍵詞，以第2、3層次作為修飾性定語。有些類型可進一步劃分出一些亞類。

（4）結合鄂西北山區邊（滑）坡的實際現狀，目前初步劃分出19類典型邊坡。今后擬對每類的變形破壞模式和機制、分析計算方法和處治對策開展進一步研究，以指導該地區的邊滑坡防治。

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