重慶忠縣吊鐘壩滑坡形成機制與穩定性分析

汪傳智，魏立新

（廣州市市政工程設計研究總院，廣東廣州 510060）

0 引言

堆積體滑坡是中國西南常見的不良地質體。強震帶的存在，河谷邊坡經歷變形破壞，產生強烈的表生改造，導致了大規模滑坡屢屢發生[1],形成了大量崩塌、滑坡堆積體，以規模大、機制復雜著稱，在全世界都具有典型性和代表性[2]，其穩定常是壩址選擇、工程治理及地質災害評價的重點對象[3-5]。因此研究該類斜坡失穩模式、控制因素、變形模式、復雜環境下變形及穩定性，對災害治理與工程建設有重大意義[5-8]。

重慶吊鐘壩滑坡是一個典型的堆積體滑坡，吊鐘壩滑坡群曾于1962年、1982年和1988年暴雨誘發，產生過三次滑移變形，且變形區域逐步擴大。尤其是1988年7月的較大范圍滑移變形，致使左、右兩岸滑坡體上43戶居民房屋倒塌、破壞，直接經濟損失約112萬元。其中滑坡群中的Ⅱ號滑坡方量大，變形特征明顯，威脅大，因此本文以Ⅱ號滑坡為研究對象，分析其成因與演化機制，并對其穩定性做出評價。

1 滑坡的基本特征

1.1 地貌特征

吊鐘壩Ⅱ號滑坡變形范圍在平面形態上呈邊緣不規則彎“舌”狀。地形呈南西高北東低，前緣位于鐘壩河右岸處，高程345.00～406.00 m，后緣位于上芭蕉灣南西側30.00～80.00m處，高程670.00～690.00 m，高差為345.00 m。前緣沿鐘壩河寬690.00 m，縱向長度為1 310.00 m，滑坡體面積為0.90 km2。根據本次勘查，鉆孔揭露前緣一帶滑坡體厚度較大，為0～96.29 m，兩側和后緣滑體厚度較小，一般為9.40～15.80 m，滑坡體總體積約為1 750×104 m3。圖1為滑坡地貌模型。

圖1 滑坡地貌模型

1.2 巖體結構特征

滑坡體主要由塊、碎石土，卵石組成，但其中分布較多的是軟弱層。它們既有土巖接觸帶上的薄層殘坡積粉質黏土（或粉土）及含碎石粉質黏土，也有塊碎石土體中的粉質黏土（粉土）、含碎石粉質黏土夾層。其基本特征如下：

（1）滑坡體中后緣的軟弱層基本上都位于土巖接觸帶，以黏土和粉土為主。

（2）滑坡體中前緣塊石土體中的軟弱層，主要為軟弱夾層，少許土巖接觸帶，以粉質黏土為主。

（3）軟弱層中，往往存在破裂面、擦痕等古滑坡痕跡。表明這些軟弱層的形成同古滑坡作用密切相關。

（4）滑坡體上近期變形較明顯的幾個變形體往往依托這些軟弱層而相對獨立變形。變形體的滑移帶便是這部分軟弱層，它們的物理力學性質控制著變形體的發展趨勢。

圖2為滑坡的地質結構模型。

圖2 滑坡的地質結構模型

1.3 滑坡變形破壞特征

調查表明，堆積體內變形破壞跡象以拉裂為主，地表開裂跡象主要分布在后緣，在坡體中前緣的地表裂縫由于農田灌溉多被掩埋。堆積體上農田進行過大規模整平工程，有些部位在此期間未曾發生變形，有些部位變形較為明顯。因此，可以通過農田的下錯位移來間接判斷地表的變形速率情況，同時坡體中的植被變形及局部變形均可為整體變形提供佐證。圖3為滑體上房屋開裂。

圖3 滑體上房屋開裂

2 滑坡體形成演化機制分析

2.1 滑坡的形成機制

分析吊鐘壩滑坡體的形成歷史及演化機制，必須同鐘壩河的發育過程緊密聯系。新構造運動為鐘壩河的發育提供了原動能；所處的特殊構造部位（干井背斜核部、次級構造強烈、巖體相對破碎）及特殊的巖性組合（須家河組與雷口坡組地層巖性軟硬相間）造就了該區特殊的河谷形態；同樣提供了廣闊的第四系物質賦存空間，并進而演化形成了現有的崩塌體空間形態和變形表象。

（1）河谷深切、岸坡風化剝蝕階段

由于本區第四系以來的新構造運動地殼以間歇性上升為主，使河流的侵蝕與側蝕作用極為強烈且交替進行。地殼上升運動強烈時，形成“V”字形河谷，雷口坡組（T2l）以軟質巖為主，形成斜坡地貌，須家河組（T3xj）以硬質巖為主，易形成陡崖地貌。

（2）河床溶槽、岸坡巖腔形成階段

在鐘壩河對基巖侵蝕雷口坡組第一段灰巖時期，鐘壩河下游灰巖靠近干井背斜核部，其張性裂隙發育，巖溶相對發育，在河床底部沿構造裂隙側蝕作用下，形成一個沿構造裂隙展布的溶蝕溝槽或溶蝕坑。斜坡后緣陡崖腳為須家河組的煤系地層，其抗風化能力差，與上部厚層砂巖體產生差異風化，形成“凹”巖腔，其上部砂巖在重力的長期作用下，卸荷裂隙張開，形成危巖。

（3）巖體崩塌、岸坡剝蝕變緩、陡岸后退階段在長期重力作用和風化作用下，巖體裂隙進一步擴大最終發生崩塌，岸坡后壁后退。由于當初陡崖距河谷較近，崩塌物塊體大部分堆積于河谷熔蝕溝槽中，河床有所抬高，第一次崩塌后，岸坡出現了一段相對穩定時期，該時期內，岸坡以風化剝蝕為主，故在溶蝕溝槽的塊石土覆蓋了一層粉質黏土。

（4）滑坡體形成階段

大量的崩塌塊石堆積在斜坡后，崩塌體塊石產生風化作用，孔隙中形成了粉土、砂土、黏性土等充填物質，為滑坡的形成提供了物質基礎。眾所周知，純碎塊石是不易滑動的，只有當碎塊石中含有一定量的細粒土時，它才能起到積水作用，水反過來軟化土層，給潛在滑坡提供“潤滑劑”。斜坡下伏基巖為雷口坡組泥巖、鈣質泥巖、少量泥灰巖為主，表層均極易風化。經過了較長時期的物質儲備后，在一定因素誘發下，崩塌堆積物產生向河谷方向及溶蝕溝槽方向大規模滑動。將原河谷堆塞，河床進一步提高。第四系物質呈河床厚，后坡薄狀態，同現狀基本一致，而地形也大致改造同現狀基本一致。

圖4為吊鐘壩滑坡的形成機制。

圖4 吊鐘壩滑坡的形成機制

2.2 滑坡的變形機制分析與破壞模式

由于滑坡區的匯水面積較大，在暴雨期間，河水流量較大，并且具有水石流特征，對河床和河岸兩側沖蝕作用較強。在河水的沖蝕和淘蝕作用下，河床下切，河岸臨空面加大，導致上部崩塌體失穩，對原有河道進行堆積，河道改道，形成了現狀鐘壩河谷地貌，近河谷兩岸又形成了新的“V”字形岸坡和河床。在長期的河水沖蝕和淘蝕作用下，前緣逐漸臨空并產生局部滑移變形。后緣在古滑坡作用后的地形地貌改造中，土層厚薄不均，在暴雨作用下近期一些各自獨立的變形體，產生蠕滑變形。

滑坡的地下水以水渠滲水及大氣降水為主要補給來源。由于碎塊石層結構較疏松，具有較好的透水性，下伏巖層透水性差，地下水難以下滲，從而導致堆積體中軟弱層含礫黏土層含水量增大，強度降低。監測資料顯示，該區地下水位變幅較大，均變幅在5 m左右，動水作用較為明顯。后緣及中部部分地段發生拉裂，為產生更大的孔隙水壓力提供了條件，復活變形加劇。這種作用交替發展，誘發堆積體發生位移。

另外，物質成分差異也是導致其變形不均的主要原因，后部多為碎塊石堆積，堆積較為穩定，但其前緣含礫黏土比例相對增大，加之大水沖刷導致前緣臨空，易于產生牽引式破壞。

滑坡變形破壞分為三個階段：

（1）第一階段，堆積體前緣坡體首先出現破壞，主要以垮塌為主，前緣的破壞主要為松散堆積體沿基覆界面蠕滑，從堆積體前緣下伏巖層可知，這種蠕滑變形一直持續；

（2）第二階段，隨著前緣蠕滑變形繼續，堆積體變形逐漸向坡體中后緣發展，受坡體厚度及基覆界面形態影響（中部坡體基覆界面變緩且坡體厚度較大），故堆積體中部坡體出現微弱的拉張裂縫，后緣坡體厚度較小，因而前緣坡體牽引效果更為明顯，堆積體后緣出現明顯拉張裂縫；

（3）第二階段，蠕滑變形加劇，前緣垮塌體被鐘壩河攜帶至下游，前緣坡體繼續蠕滑，對后緣的牽引式破壞持續進行。

圖5為滑坡變形破壞演化圖。

總之，影響堆積體變形的因素為堆積體內含礫黏土層及高地下水位的軟化作用，其中，人為作用直接改變著堆積體外形特征及降水入滲條件；高強度的降雨及農灌地表水下滲，導致堆積體內軟弱層飽水使抗剪強度降低。因此，堆積體變形機制是：受含礫黏土層控制，堆積體在高地下水的長期作用下產生蠕滑—拉裂變形，具有典型牽引式破壞特征。

3 滑坡體穩定性評價

極限平衡法是規范推薦的滑坡穩定性分析方法，本文采用GeoSlope進行穩定性分析計算。穩定性評價以M-P法計算結果為主。

現根據試驗成果，結合類比資料，獲得堆積體各土層抗剪強度（見表1）。

表1 堆積體各土層抗剪強度參數建議值

考慮到堆積體滑坡穩定性主要影響因素是降雨，因此，本文計算主要考慮自然工況和暴雨工況。

計算表明（見表2），堆積體滑坡整體處于基本穩定狀態。

表2 穩定性計算結果

暴雨工況下，表層巖土體由干燥或濕潤狀態變成飽水狀態，地下水位在坡腳大幅度抬升及波動；溝水對巖土體長期作用使之產生物理化學變化等。可能存在小規模變形破壞，采用軟件自動搜索最危險塊體分析堆積體的局部穩定性。

局部穩定性計算結果表明：坡體物質主要為碎塊石土層及卵礫石層，由于卵礫石層透水性好，且緊鄰鐘壩河，排泄路徑好，該區地下水位在暴雨工況下保持較低水頭。搜索表明，前緣臨空面處并未出現不穩定塊體，不穩定塊體分布在坡體前部陡緩交界處，呈圓弧滑動，底滑動面沿地下水位線，最小不穩定系數K=0.961。由于該不穩定塊體失穩后將進入吊鐘河內，因而導致失穩塊體后側坡體臨空，產生進一步的牽引式破壞。在此基礎上，對后側坡體進行二次搜索，搜索結果表明，不穩定塊體出現的范圍向后擴展，最小穩定性系數K=1.108。結果表明，在極端情況下，該區前部坡體出現失穩破壞后，在很大程度上會產生牽引式破壞，最終破壞形式呈梯級破壞。圖6為局部穩定性計算結果。

圖6 局部穩定性計算結果

4 結論

在深入研究堆積體基本特征等基礎上，針對堆積體穩定性等關鍵問題，對該堆積體進行深入細致的分析研究，主要取得如下成果。

（1）吊鐘壩滑坡體的形成歷史與鐘壩河的發育過程緊密聯系，特殊的巖性組合造就了該區特殊的河谷形態，同樣也提供了廣闊的第四系物質賦存空間，并進而演化形成了現有的崩塌體空間形態和變形表象。

（2）堆積體滑坡的變形機制是：受黏土層的控制，堆積體在地下水的長期作用下產生蠕滑—拉裂變形，并具有牽引式破壞的典型特征。

（3）穩定性計算結果表明，該滑坡整體基本穩定性，暴雨工況下，可能存在小規模的變形破壞。

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