郁江流域堡上滑坡形成機制及穩定性分析

黎義勇，彭 軻，趙信文，劉 洋

(1.中國地質調查局武漢地質調查中心,武漢 430205；2.貴州省地質礦產勘查開發局117地質隊,貴陽 550018)

郁江流域堡上滑坡形成機制及穩定性分析

黎義勇1，彭 軻1，趙信文1，劉 洋2

(1.中國地質調查局武漢地質調查中心,武漢 430205；2.貴州省地質礦產勘查開發局117地質隊,貴陽 550018)

根據堡上滑坡的工程地質條件,分析了滑坡的形成機制,堡上滑坡變形破壞主要是受降雨及庫水位變化的影響。在野外調查及勘查的基礎上應用垂直條分法對滑坡的穩定性進行了計算,計算結果表明,在自重+408m現狀庫水位的天然狀態下,滑坡處于基本穩定狀態,與現場調查所得結論一致,在暴雨和庫水位變化的情況下，堡上滑坡穩定性系數逐漸降低，當庫水位從415m驟降至400m時，堡上滑坡將處于臨界滑動狀態，滑坡不穩定。

形成機制；穩定性分析；堡上滑坡；鄂西南地區

自20世紀初中期以來，隨著世界人口的不斷增長、人類活動空間范圍的逐漸擴展，工程活動對地質環境擾動程度的不斷加大，加之受到全球氣候變化(如厄爾尼諾，ElNi?o)等因素的影響，滑坡災害，尤其是大型滑坡災害發生頻率越來越高，所造成的經濟損失和人員傷亡也不斷加大[1～3]。到目前為止，全球范圍內凡是有人類居住和工程活動的山嶺地區，幾乎都有滑坡災害發生，成為各災種中頻度最高、損失最大的地質災害類型[4～5]。

堡上滑坡位于鄂西南地區郁江上游長順水庫庫區，地質條件及影響因素復雜。堡上滑坡屬典型的堆積體土質順坡斜層向滑坡，根據滑坡地貌特征，將堡上滑坡劃分為2個子滑坡，分別為I號、Ⅱ號滑坡。目前I號滑坡發生地面裂縫，房屋墻體開裂、局部滑動等變形跡象；Ⅱ號滑坡后緣裂縫、中部房屋多處變形。堡上滑坡體上現有居民35戶185人，分布居住在滑坡體的各個部位，在Ⅰ號滑坡中后緣及Ⅱ號滑坡右側后緣處最集中，另外，堡上村小學也位于此處，共有教職員工及學生約450人，皆受到滑坡的威脅。因此對堡上滑坡的形成機制及穩定性進行評價分析是十分重要的。本文在勘查的基礎上，重點對I號滑坡穩定性進行分析，通過野外調查，運用鉆探等工程勘查措施，分析滑坡的形成機制；并結合滑坡穩定性計算，綜合分析滑坡穩定性及影響因素。

1 滑坡體特征

1.1 滑坡背景特征

堡上滑坡位于利川市文斗鄉堡上村三組，坐落于郁江右岸長順水庫庫尾位置，東距文斗集鎮12 km,西距長順16 km,其地理中心位置坐標為:X: 3304196.15,Y:19554446.34。堡上滑坡大致呈NW-SE向展布，滑坡平面上總體呈舌形，剖面形態呈凹形，后緣北西端抵達堡上村至文斗公路上部斜坡，高程約525m，前緣南東端至郁江右岸河谷，高程約400m，滑坡總面積0.18 km2，平均厚度約35.15m，滑坡總方量633×104m3，屬于大型滑坡。

堡上滑坡Ⅰ號滑坡主滑方向138°，平面上呈舌型（圖1），縱向上呈凹型(圖2)，滑坡后緣高程523 m，前緣高程400m，縱向長約400m，橫向前緣寬約313m，后緣寬約150 m,平均寬約240 m,面積約0.096 km2，滑坡體厚度變化不大，平均厚度為35.4m，方量為339.84×104m3；Ⅱ號滑坡主滑方向138°，平面形態上呈舌形，縱向上呈直線凹形，后緣斜坡坡度約20°,中部坡度5°～8°,較平緩,前緣斜坡坡度約25°，滑坡后緣高程525m，前緣高程400m，縱向長約410m，中部平臺最大寬度約235m，前緣寬約193m,后緣寬約152m，平均寬度約200m，面積約0.084 km2，滑坡體平均厚度約34.9m，Ⅱ號滑坡體方量為293.16×104m3。

圖1 堡上滑坡簡易地質地形圖Fig.1 Simplified geographicmap of Baoshang landslide

1.2 滑坡變形特征

堡上滑坡體總體變形特征主要表現為房屋變形裂縫、公路下沉、滑坡前緣剝、墜落，滑坡后緣局部滑動。其中Ⅰ號滑坡局部滑動部分長度約20m，寬度約15m，厚度約5m，面積約300m2，體積約1 500m3,滑動后的變形體形成巖層反翹。滑坡上裂縫走向一般近垂直于主要滑動方向，分布在50°～220°范圍內，裂縫長3～50m，寬度、深度分別為5～20 cm和10～30 cm。

1.3 地層巖性

滑坡所在區域出露的地層為志留系下統羅惹坪組（S1lr），巖性為淺灰色-深灰色、灰綠色薄層狀泥質粉砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖，主要出露于滑坡左側后緣的斜坡陡崖處，巖層產狀為170°∠15°。第四系以滑坡堆積物（Qdel）分布于整個滑坡體上，厚度在1～36.0m之間，物質組成主要為褐黃色的粘土、粉質粘土、灰黃色粘土夾碎塊石、淺灰色碎石夾粉質粘土、灰白色粉質粘土、淺灰色粉質粘土等。少量崩積物（Qcol）分布在滑坡后緣斜坡上，厚0.5～1m，主要為粉質粘土夾碎石、塊石等；殘坡積物（Qdl+el）分布在滑坡的中部平臺前緣斜坡上，厚0.5～3m，主要物質組成為灰褐-褐黃色的粘土、粉質粘土及粘土夾碎塊石。塊碎石土堆積厚度大，顆粒較粗，分選差，分布極不均勻，其結構松散，且具架空現象，內部粘聚力差，抗拉強度低，透水性強，易于大氣降雨滲入，致使巖土體抗剪強度低，為滑坡形成奠定了基礎[6]。

圖2 堡上Ⅰ號滑坡縱剖面示意圖Fig.2 Longitudinalprofileof Baoshang No.Ⅰlandslide

1.4 地質構造

堡上滑坡附近地質構造發育一條NE向的斷裂，即長順-沙溪-八望坡斷裂。斷裂位于長順至堡上、沙溪、八望坡一線，產狀N40°E/NW∠30～40°，其東部出露為志留系地層，西部出露為二疊系下統地層，途經滑坡所在區域文斗鄉堡上村。志留系碎屑巖內次級褶皺及節理裂隙發育,巖石破碎,為各種斜坡變形失穩和風化作用等不良地質作用過程的發生提供了有利條件。

1.5 水文地質

滑坡區地下水分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩大類。松散巖類土孔隙水分布于滑坡體及外圍山體斜坡上，賦存于滑坡堆積層中，巖性為碎石土、粉質粘土，富水性較差，含水貧乏；上部碎石土結構松散，透水性較強。基巖裂隙水分布于滑體下伏基巖中，巖性為志留系下統羅惹坪組的灰綠色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，屬碎屑巖類裂隙水，該巖類裂隙發育，透水性較好，富水條件差，含水貧乏。第四系松散巖土類孔隙水主要接受大氣降水補給，順坡徑流，匯入溪溝，排泄于郁江，少部分通過裂隙補給下部基巖。

1.6 滑帶土特征

堡上滑坡為一堆積體土質滑坡，滑面沿巖層面形成，起伏略大，產狀基本與坡向、坡度一致，傾角15°～25°之間，后緣稍陡。滑帶沿滑床分布，Ⅰ、Ⅱ號滑坡滑帶土厚度分別為0.15～0.50 m、0.10～0.35m，滑帶土物質為粉質粘土夾碎石、含礫石土、粉質粘土，根據實驗結果分析表明，滑帶土物質組成主要為碎石、礫石土，室內命名為含礫粉砂質粘土、粉質粘土質礫砂，粒徑﹤2mm的細粒較多，含量均在30%以上，最高可達65.63%，粒徑﹥2mm的粗粒含量相對較少，最低含量25.2%。滑帶土天然快剪凝聚力C值19～42 kPa，個別樣品擾動凝聚力C值偏低，內摩擦角φ值15.5°～23°；天然殘余剪凝聚力C值15～31 kPa。

2 滑坡形成機制

2.1 滑坡形成條件

2.1.1 地形地貌

堡上滑坡位于向南至南南東傾斜的單面坡，巖層傾向134°～170°，滑坡中部平臺傾角稍緩，傾角在12°～20°，其余地段巖層較陡，傾角20°～25°，郁江河流在滑坡前緣順巖層走向流經滑坡地段，由于該地區地殼運動為間接性抬升，郁江河谷不斷下切，形成峽谷，使得斜坡前緣形成高陡的臨空面，為滑坡或崩塌提供了良好的臨空條件，由于岸坡地帶的軟弱夾層被河流切割出地表，巖體便沿這些控制性軟弱結構面發生滑動或崩落，并逐步導致大規模的滑坡、崩塌產生。

2.1.2 大氣降水作用

降雨誘發滑坡,是通過促進滑移面剪應力增大、促使滑坡體抗剪強度降低來實現的，對于承壓水型這一水文地質結構類型的滑坡，由于暴雨可以在滑坡體內產生很大的承壓水壓力，在此情況下，滑坡體受的承壓水壓力對誘發滑坡的發生起了直接重要的作用，其次才是滑坡體因軟化泥化抗剪強度降低的效應。對于潛水型和層間水型這兩類水文地質結構類型的滑坡，由于不能在滑坡體中產生巨大的承壓水壓力，只能依靠地下水對滑坡體長期的軟化泥化而使抗剪強度極度地降低,結合地下水壓力的共同作用來誘發滑坡發生復活[7]。

滑坡區位于鄂西暴雨區，郁江流域多年平均降水量為1 600～1 800mm，庫區近7年平均降水量為1642mm,每月最大降雨量為166.9mm，三月最大值達312.4mm，最大日降雨量達122mm，大氣降水沿表層松散堆積體下滲，由于下伏基巖節理裂隙發育，降水透過表層土沿節理裂隙滲入軟弱夾層，將軟弱層軟化或泥化，從而導致巖體失穩，產生滑坡、崩塌或崩滑事件。堡上滑坡即是由于大氣降雨的作用，水流沿該滑坡沖溝順流而下，對滑坡體進行沖刷，使得堡上滑坡前緣呈漸進的方式失穩，由此可見，大氣降雨是將導致滑坡產生的重要因素。

2.1.3 地層巖性

滑坡區地層巖性為志留系下統羅惹坪組淺灰色、深灰色至灰綠色泥巖、泥質粉砂巖，為一套碎屑巖地層，由于這套地層中巖石裂隙發育，泥巖、粉砂巖易于風化，遇水軟化，在河流切割或構造作用、風化作用下易發生蠕變、滑動、剝落，是滑坡產生的重要條件。

2.1.4 水庫水位的變化

大量事實表明,90%以上的邊坡失穩與水有關，在邊坡失穩的發生過程中,水的作用是一個至關重要的外在因素。由水庫水位漲落導致的滑坡和邊坡失穩將成為庫岸邊坡蓄水后最常見和最嚴重的地質災害，庫水的浮托力變化引起的崩塌和滑坡。水庫水位突降，由水的沖刷作用而形成的具有臨空面的巖石所受到的浮托力則迅速減小，滑坡體所受到的抗滑阻力也迅速減小，從而引起崩塌和滑坡[8]。郁江長順水庫正常蓄水位405m，設計最大洪水位415m，校核洪水位410m，枯水位400m，校核枯水位396m，死水位395m。水庫水位的變化是導致堡上滑坡失穩的重要因素之一。

2.1.5 地質構造

斷裂構造的影響，致使區內以NE及NW向兩組裂隙最為發育，密集的構造裂隙相互切割，造成區內巖石破碎，巖質邊坡不完整，易形成危巖，在內外應力的作用下，在外界影響因素的觸發下，為滑坡地質災害的形成創造了良好的地質環境條件。

2.1.6 人類工程活動

大規模人類活動是導致自20世紀80年代以來中國大陸大型滑坡發生相對頻繁的主要因素，隨著社會的發展，自20世紀中期以來，人類活動的力量就在與日劇增，并表現出逐漸取代自然營力成為導致地球環境變化和日益惡化的主要因素。中國大陸大型滑坡災害發生的頻度呈上升趨勢的事實也正好印證這一點[9,10]，堡上滑坡人類工程活動主要表現在耕種造成水土流失、筑路開挖邊坡影響斜坡穩定性，長順電站水庫蓄水，對斜坡坡腳的浸泡作用，造成滑坡體上大量民房開裂以及斜坡失穩。

2.2 滑坡形成過程

堡上滑坡的形成主要受地形地貌、特殊地層巖性、地質構造、大氣降水以及人類工程活動等諸多因素綜合控制。郁江河流不斷下切，形成深切峽谷，斜坡前緣臨空，為斜坡變形提供了臨空條件。堡上滑坡形成過程為（1）郁江河流向下切割致使斜坡順層蠕變，斜坡失穩，形成滑坡堆積物,堆積物在一定時期內穩定；（2）滑坡穩定堆積物在郁江河流不斷下切過程中，由于斜坡不斷發生的順層蠕變，滑坡堆積物再次失穩；（3）形成滑坡。具體滑動過程經歷階段分為（圖3）：

圖3 堡上滑坡形成過程示意圖Fig.3 Formation processof Baoshang landslide

第一階段：郁江的形成及郁江河谷不斷被切割階段。河谷強烈下切過程即斜坡變形破壞的活躍期,保存了相應時期造成的如滑坡、崩塌等類型成因的堆積體[11]。堡上滑坡前緣斜坡在郁江河水的不斷下切下，志留系地層被切穿，前緣形成高陡的臨空面，在重力作用下，羅惹坪組薄層狀泥巖、粉砂質泥巖沿著下部軟弱夾層滑移，隨著變形的急劇，最終發生了一次大規模的滑坡事件，滑坡物質主要為志留系羅惹坪組破碎后留下的塊石、碎石、似基巖塊體，滑坡體物質堆積于郁江或近岸地段，之后郁江河流不斷下切，使得斜坡前緣不斷臨空，在河流流水側蝕作用下不斷失穩。

第二階段:志留系風化殘積物堆積階段。由于郁江的不斷下切,使得斜坡下部不斷臨空,加上志留系巖層中存在的軟弱夾層泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖遇水軟化，在上覆巖層自身重力作用、卸荷的影響和大氣降水作用下，上覆巖層不斷往下剝落堆積。剝落的物質不斷在斜坡上堆積，造成斜坡自身承載力加大，增加了斜坡失穩性。

第三階段:形成滑坡階段。由于斜坡不斷接受坡頂剝落物質的堆積，自身重力以及外來物質的加載，給滑坡的形成創造了必要條件，在大氣降雨以及人類工程活動切坡開挖因素的影響下，形成現在的滑坡形態。

3 滑坡穩定性現狀評價

堡上滑坡體中部450m高程平臺上居住大量居民，增加了滑坡的承載力，前緣不斷受流水對滑坡體的沖刷，形成漸進式的滑塌，后緣所處位置斜坡坡度較陡，其上大量的松散堆積物堆積，加上近年來在滑坡體上切坡修建公路，對滑坡的穩定性造成了一定的影響，堡上滑坡前緣下游建設的長順電站，水庫蓄水形成對斜坡坡腳的浸泡，進一步加大了滑坡失穩的可能性。由于堡上滑坡基巖巖性為淺灰色薄層狀泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，在庫水的浸泡作用、側蝕作用下易軟化，形成局部塌岸現象，另外，風化作用的影響，造成基巖不斷風化殘積于原地堆積，由于斜坡坡度較陡，風化殘積物在原地堆積后形成漸進式剝落、墜落。分析認為，堡上滑坡近年來存在一定程度的變形，滑坡現狀處于基本穩定狀態。

4 滑坡穩定性計算與分析

4.1 計算參數的確定

地表測繪和勘探結果表明，堡上滑坡的滑帶巖性主要為泥巖、頁巖，在原生結構面的基礎上存在層間剪切，之后在蠕滑過程中易形成以粘土或粉質粘土為主的滑帶土，在局部地段因滑體厚度較薄等原因，滑帶土中可能存在角礫成分，角礫的總體含量低于20%，滑帶土的定名也說明了這一點，同時試驗數據中滑帶土內聚力較大和內摩擦角較小的趨勢也符合這一情況；由于采取原狀土較為困難、室內試驗存在尺寸效應、故滑坡滑動后存在結構強度再生等原因，室內試驗的內摩擦角數值可能偏小。通過鉆探等手段在現場采取6組滑帶樣品進行室內試驗分析，滑帶土的主要物理力學參數中，天然重度取平均值為20.10 kN／m。含水量取平均值為19.78%，液限取標準值為25.95，塑限取標準值為14.67，天然狀態下內聚力取值范圍16.43～21.73 kPa，內摩擦角取值范圍14.04～17.23，飽和狀態下內聚力取值范圍12.63～15.72 kPa，內摩擦角取值范圍10.64～13.42，滑體土的天然重度取20.10 kN／m，飽和重度取20.60 KN／m。通過與工程地質類比估算和反演分析法相結合取值（表1）。

表1 堡上滑坡穩定性計算主要參數Table 1 The prim e param eter of stability analysisof Baoshang Landslide

4.2 工況組合及計算方法

堡上滑坡屬于堆積體土質滑坡、涉水滑坡，穩定性計算涉及的荷載包括：滑坡體自重及地面荷載，降雨入滲形成的地下水動、靜水壓力，地震荷載等。區內地震烈度為Ⅵ度，在穩定性計算中可以不考慮地震荷載，堡上滑坡的地面荷載相對于滑坡體自重來說可以忽略不計，穩定性計算中未予以考慮，同時穩定性計算中未計滑坡的前端抗力和后端推力。計算采用的荷載組合包括滑體自重、滑體自重加降雨、滑體自重加水庫蓄水位的變化3種工況條件。

滑坡穩定性計算采用考慮滲透力的剩余推力法，運用垂直條分的方法將滑坡離散化為若干數量的塊體（圖3），建立了一種特定類型滑坡體的簡化物理模型，校核方法采用考慮滲透力的Sarma法。選擇Ⅰ號滑坡A-A′縱剖面作為堡上滑坡的穩定性計算剖面。

4.3 滑坡穩定性計算結果分析

結合計算參數、工況組合和計算方法，計算得出堡上滑坡穩定性系數（表2）。

從滑坡整體穩定性系數計算結果來看，堡上Ⅰ號滑坡在只考慮滑體自重+現狀408m水位的條件下，利用剩余推力法計算穩定性系數為1.188，Sarma法計算穩定性系數為1.130,滑坡整體處于基本穩定狀態，降雨和庫水位的變化導致滑坡穩定性系數出現下降，在自重+395m水位+非汛期10年一遇暴雨情況下，滑坡穩定性系數為1.238，自重+400m水位+非汛期10年一遇暴雨情況下，滑坡穩定性系數為1.216，自重+405m水位+10年一遇暴雨條件下，滑坡穩定性系數為1.190，自重+410m水位+10年一遇暴雨條件下，滑坡穩定性系數為1.152，自重+415m+10年一遇暴雨條件下，滑坡穩定性系數為1.098，這種條件下，滑坡處于基本穩定狀態，在庫水位從415m降至400m的條件下，滑坡穩定性系數驟降至1.035滑坡處于臨界滑動狀態，滑坡不穩定。

表2 堡上Ⅱ號滑坡計算工況組合及穩定系數Table2 Theoperating condition combination and stability coefficient calculation of Baoshang No.Ⅱlandslide

圖3 堡上Ⅰ號滑坡穩定性計算垂直條分示意圖Fig.3 The verticalslicing of longitudinalprofile for stability analysisof Baoshang No.Ⅰlandslide

5 結論

(1)堡上滑坡在自重+408m現狀蓄水位的天然狀態下,滑坡處于基本穩定狀態,在暴雨和庫水位變化的情況下，滑坡穩定性系數逐漸降低，當庫水位從415m驟降至400m時，滑坡穩定性系數為1.035滑坡將處于臨界滑動狀態，堡上滑坡將不穩定。

(2)郁江長順水庫庫水位變化和降雨尤其是暴雨是堡上滑坡產生變形破壞、形成滑坡的重要影響因素。

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The Formation Mechanism and Stability Analysisof Baoshang Landslide in Yujiang River Valley,Southwestern HubeiProvince

LIYi-yong1,PENG Ke1,ZHAO Xin-wen1,LIU Yang2
(1.Wuhan CentreofChina Geological Survey,Wuhan 430205,China;2.No.117Geological team, Bureau ofGeology andmineral Exploration and DevelopmentofGuizhou Province,Guiyang 550018,China)

The engineering geologic condition of Baoshang landslide is analyzed for reveal the formationmechanism of it,which comes to the conclusion that the rainfall and change of reservoir water level is themost important factor to induce this landslide.According to the fieldinvestigation and exploration work, the vertical slicingmethodis used to calculate the stability of Baoshang landslide,the resultshows that in the situation of self-gravitation at+408meter currentwater level,this landslide is under the state of fundamental stability,which ismatches the conclusion of fieldinvestigation.But under the cases of the storm and the changesof thewater level,the stability coefficientof Baoshang landslide isgradually declining,the landslide w illbe in criticalslipping status in the situation of storm and thewater level change from+415meter to+400 meter,the landslidew illbe unstable.

formationmechanism;stability analysis;Baoshang landslide;southwestern Hubeiprovince

P 642.22

A

1007-3701(2011)01-0069-07

2010-11-08

國家地質大調查項目（編號：1212010740604）

黎義勇（1980—），男，工程師，主要從事環境地質與地質災害調查研究方面工作,Email:lixiangyu19800616@163.com.