江西興國水溝村滑坡特征、成因及穩定性分析

吳艾祺，宋 飛，王 凱

(1.長安大學 地質工程與測繪學院，西安 710054；2. 贛中南地質礦產勘查研究院，南昌 330029)

在地質災害中，滑坡是頻度最高、損失最大的地質災害類型之一[1]。特別是20世紀80年代以來，隨著中國經濟建設的恢復與高速發展及自然因素的影響，滑坡災害呈逐年加重趨勢。長期以來，滑坡災害是各國學者報道、研究的重點[2-6]。

滑坡一般屬于斜坡巖土體失穩問題。成因可分為自然作用為主和工程活動作用為主兩大類。自然作用成因可細分為4種類型：降雨引發型、地震激發型、自然演化型、凍融滲透型。工程活動作用成因可細分為6種類型：地下開挖型、切坡卸荷型、工程堆載型、水庫浸潤型、灌溉滲漏型和爆破振動型。具體到某種類型的滑坡案例則多種因素并存[7-12]。滑坡發生的巖土介質主要有以下3類：巖質滑坡、土層滑坡和松散堆積層滑坡。中國大陸滑坡發育最根本的原因是具有有利的地形地貌條件，約80%的大型滑坡發生在環青藏高原東側的大陸地形第一個坡降帶范圍內[13]。強震、極端氣候條件和全球氣候變化構成大型滑坡發生的主要觸發和誘發因素[8]。筆者通過對興國水溝村的詳細實地考察，從滑坡所處地質環境、滑坡發育特征、滑坡形成機理及滑坡穩定性分析等方面探討了本次滑坡的發生機理，對提升滑坡災害的認識水平和指導防災減災都有重要的意義。

1 滑坡形成條件

水溝村滑坡位于江西省贛州市興國縣的東南部，區域上屬亞熱帶季風型氣候，年平均氣溫18.3～19.8 ℃，該區屬溫暖潮濕雨量充沛的地區，年降雨量1 070.3～2 132.3 mm，多年平均降雨量1 543.58 mm，降雨多集中在5～6月份，最大月降雨量517.6 mm，最小降雨量出現在11、12月或翌年的元月。區內主要水系為平江，多年平均流量5～6月份最大。平江支流瀲水最大流量達到1 330 m3/s，年徑流量達到70～244.6億m3。從多年資料分析本區5～6月份為豐水期，11月份至翌年1月為枯水期。地質災害主要受集中降雨影響，主要發育時間為5～6月份。此次水溝村滑坡正處于降雨集中期，受雨水滲透和沖刷作用引發滑坡。

1.1 地形地貌

勘查區屬構造剝蝕低丘陵地貌，滑坡坡頂高程約210.6 m，坡腳高程約200 m，相對高差約10.6 m。總體地勢為兩山夾一谷，中間低兩邊高。山頂呈渾圓狀，山脊呈舒緩波狀，山坡坡度25°～65°。山體植被主要為杉樹、灌木、毛竹、草叢，植被覆蓋率約50%，土體覆蓋層厚度薄，表層多為全風化巨厚砂礫巖殘坡積層。南側為剝蝕丘陵，高陡險峻，植被繁茂；西側為溝谷平原，現狀為農田，地勢較平坦，坡腳有水溝穿過。

1.2 地質背景

區域上位于南嶺東西構造帶所屬興國—石城構造帶與武夷—戴云新華夏系所屬于山構造帶復合部位，中部為拗陷帶(興國拗陷盆地)。滑坡區處于興國盆地邊緣，區內未發現斷裂構造通過。滑坡區出露的地層有白堊系南雄組(K2n)及第四系(Q4)(見圖1)，南雄組出露巖性為巨厚砂礫巖。巖石呈紅褐色，礫狀結構，塊狀構造。主要由大量砂礫組成，泥質膠結，礫石粒徑為0.2～4 cm，具遇水軟化特性。巖石質量等級為Ⅳ級，風化裂隙一般，是此次滑床的組成部位。第四系主要出露雜填土，含礫粉質黏土，顏色為褐色，呈可塑狀，成分以粉粒、黏粒為主，含有少許生活、建筑垃圾，其中還伴有碎石，碎石粒徑一般2～5 cm，以次棱角狀為主。韌性及干強度中等，無搖震反應。該層主要為母巖的風化殘坡積物，因切坡建房將其堆積至房前，根據鉆探顯示該層厚度為2.0～3.4 m不等，平均厚度為2.7 m，具上部厚下部薄的特點，組成此次滑坡的滑體。

1.3 水文及工程地質

滑坡區水文地質條件較簡單，地下水主要有松散層孔隙水。松散巖類孔隙水賦存于第四系雜填土(Q4)孔隙中，其富水性較差，水量有限，主要由大氣降水垂直入滲補給和基巖裂隙水側向補給，在就近低洼處以泉的形式排出地表，具有就地補給就地排泄的特點，多受季節性控制。

區內不良地質現象以滑坡為主，除本滑坡，局部地段由于興泉鐵路施工，形成大量高陡斜坡，斜坡基本修成多級階梯狀，斜坡較為穩定，偶見流水沖刷的溝壑。本滑坡區因建房挖地基，滑體為松散土填土，容易導致地質災害的發生。

2 滑坡發育特點與過程

2.1 滑坡規模

水溝村滑坡體橫向寬20 m，縱向長20 m，厚度約2 m，體積約800 m3。滑坡體為雜填土，含有大量黏粒，滑坡造成多戶房屋產生裂縫，堆積坡腳堵塞鄉間小路，所幸未造成人員傷亡，滑坡現狀見圖2及圖3。

圖1 滑坡區地形地質圖Fig.1 Topographic and geological map of landslide area

圖2 滑坡后緣拉張裂隙Fig.2 Tensile cracks at the rear edge of landslide

圖3 滑坡體現狀Fig.3 Landslide manifestation

2.2 滑坡體形態特征

滑坡體呈扇狀近南西向展布，前緣以鄉間小路為界，坡面因人工清坡形成階梯狀，后緣以拉張裂隙為界，滑坡兩側周界明顯，坡面整體坡度約35°左右；滑坡后壁較為平直，坡面較陡，坡度大約為60°；滑坡后緣發育2條長5～10 m的弧形裂縫，縫寬2～10 cm，延伸方向130°～140°，并有下挫趨勢，下挫高差3～10 cm，滑坡前緣呈扇形堆積，未見鼓張裂隙發育；滑坡體前緣地面標高200 m，后緣上方弧形拉裂縫(后緣)處標高約210.6 m，相對高差10.6 m，滑坡體主滑動方向236°，滑坡體物質組成為雜填土。雜填土以含礫粉質黏土為主，紅褐色，松散，稍濕，含水量介于50%～80%，干強度及韌性中等，并伴有少量碎石，以次棱角狀為主，粒徑約為0.2～3 cm，為小型牽引式土質滑坡。

2.3 滑坡物質組成及結構特征

滑體：滑坡體物質組成主要為雜填土。雜填土以含礫粉質黏土為主，含有少量生活垃圾，顏色以紅褐色為主，松散，稍濕，含水量介于50%～80%，干強度及韌性中等，礫石以次棱角狀為主，粒徑大約為0.2～3 cm。

滑帶：根據各鉆孔揭露，滑帶為填土層與殘積層接觸帶，滑帶土主要為砂石土，顏色為紅褐色，松散，濕—稍濕，級配差，砂呈亞圓，粒徑為0.05～0.2 mm，滑帶厚度0.1～0.3 m，厚度變化趨勢為：后部薄—中部厚—前部薄，遇水易軟化，力學強度下降。水自坡面入滲至接觸帶，雨水不斷攜走滑帶土中的黏粒，導致滑體沿殘積層產生滑動變形。

滑床：滑床為白堊系南雄組砂礫巖。上部殘積層為粉質黏土，顏色為紅褐色，稍濕，干強度和韌性中等。下部為強風化砂礫巖，節理裂隙發育，強度較低，具有遇水軟化性質。滑床上部殘積層透水性能較差，為相對隔水層，保護了滑床下部砂礫巖軟化，確保了滑床的穩定性。

剪出口：滑坡體剪出口位于前緣坡腳位置，滑體被推移至小路旁。

3 滑坡形成機制

水溝村滑坡的形成是內因和外因共同作用的結果，大體上與地層巖性、地質構造及地形地貌、降雨、地表水作用、地下水作用，以及人為等其他因素有關。其形成機制可以概括為：

1)巖土性質

勘查現狀，清坡后的滑體物質組成為雜填土，其結構較松散，易于地表水體的下滲，滑坡土層受雨水浸泡作用影響，抗剪強度顯著降低。加之，地下水下滲富集于相對隔水層(全風化泥巖)，并沿該相對隔水層接觸面徑流，在長期雨水浸潤沖刷作用下，接觸帶中黏粒不斷流失，形成松散軟弱面，滑坡體在自重的作用下沿該面蠕動變形，最后貫通整個滑面形成滑坡。總之，巖土體物理力學性質變差不利于坡體的穩定。

2)降雨因素

汛期突發的強降雨或連續降雨是滑坡形成的直接誘發因素。降雨對滑坡發育形成的激發作用表現為三個方面：一是地表水滲入坡體后在某一局部形成較高的水頭，從而在坡體內造成較高的孔隙水壓力，增強了坡體的下滑能力；二是雨水滲入坡體所造成的地下水浮力，降低了滑體自重所產生的抗滑摩擦阻力；三是滲入坡體的雨水通過滑動面上巖土的軟化性能和水解性能，降低了巖土的抗剪強度，有利于坡體的滑動。

3)人為因素

根據調查分析，滑坡體為切坡建房時形成的人工填土層，填土高度約2～5 m，填坡長度約20 m，寬度約20 m，填坡坡度約為40°，人工填土破壞了山體原始地形，增大了原始坡度。該滑坡的形成與人工填土具有重大聯系。

綜上所述：水溝村滑坡形成機制主要受巖土性質、降雨因素及人為因素三者影響。

4 滑坡穩定性評價

4.1 滑坡定性分析

2018年6月8日，水溝村村民房前的雜填土層發生滑動，當地政府及時組織人員對坡面進行了防護，防止降雨進一步入滲，并對坡腳采取了木樁擋土措施，增大滑坡體抗滑力。此外，坡腳水流利用水泥管道導流，綜合可知，滑坡暫時處于休止階段。但坡頂有兩條拉張裂縫，剩余坡頂目前作為村民臨時便道，增大了上部荷載，加之村民經常性用水沖刷，斜坡極有可能再次發生滑動。

4.2 滑坡定量分析

滑坡定量分析主要包括參數選取及計算方法，計算參數通過實驗所得，計算方法基于以下三點理論假設：1)沿橫斷面方向取1 m寬的土條作為計算的基本斷面，不計兩側摩阻力；2)滑坡每一分條假定為整體滑動；3)滑坡推力的作用方向平行于(潛在)滑動面。

4.2.1 計算參數確定

經鉆探發現滑帶土呈砂土狀，無法采取土樣進行力學測試。因此，考慮滑帶土強度指標，采用反演分析計算所得結果，選取主滑方向剖面作為反演計算模型，反分析工況為自重+50年一遇暴雨。因滑坡已經產生，故取滑坡穩定系數K=0.99。

滑帶土位于雜填土與全風化泥巖接觸帶，該層結構松散，經雨水沖刷浸潤后，黏聚力和內摩擦角均有降低，結合反演結果，最終確定其飽和抗剪強度：C= 11.0 kPa，Ф=13.7°。詳見表1。

表1 滑坡力學參數采用值表

4.2.2 計算方法

根據鉆探揭露，滑體沿全風化泥巖表層滑動，滑面為折線型，利用傳遞系數法進行穩定性分析：

計算公式如下：

(1)

式中：Fs—邊坡穩定性系數；Ψj—傳遞系數；Ri—第i計算條塊滑體抗滑力，kN/m；Ti—第i計算條塊滑體下滑力，kN/m。

4.2.3 計算工況及荷載

根據場地情況，滑坡穩定性計算選擇兩種工況進行計算。工況Ⅰ：自重；工況Ⅱ：自重+50年一遇暴雨。計算荷載主要有土體自重、暴雨。

4.2.4 計算結果

根據場地實際情況，對滑坡選取了典型剖面(圖4)進行驗算。計算結果見表2和表3。

圖4 水溝村滑坡剖面圖Fig.4 Shuigou village landslide profile

條塊編號天然重度/(kN·m-3)滑面長度/m塊體面積/m2C/kPaΦ/(°)條塊自重/kN本段總剩余阻滑力/kN本段總剩余下滑推力/kN本段穩定系數119.01.882.0027.114.238.0057.38228.2402.03219.07.6619.0027.114.2361.00326.091296.5151.10319.02.2510.0027.114.2190.00392.462365.0321.08419.05.5720.0027.114.2380.00613.610503.1841.22519.05.8811.0027.114.2209.00471.999325.3701.45619.04.346.0027.114.2114.00436.671273.9221.59穩定系數:1.83,穩定

表3 剖面穩定系數計算結果(飽和)

通過剖面穩定性計算成果可知：剖面在自重工況下穩定系數大于1.15，整體處于穩定狀態；在自重+暴雨飽和工況下穩定系數為1.03，斜坡處于欠穩定—基本穩定狀態。

綜合以上分析，滑坡體在天然狀態下處于穩定狀態，在暴雨條件下，處于欠穩定—基本穩定狀態，可能在暴雨沖刷下再次發生滑坡。

4.3 滑坡發展趨勢及危害性

該滑坡方量約800 m3，滑體堆積在小路旁，未造成人員傷亡。災情發生后，當地政府組織人員對坡面進行了防護，并對坡腳采取了木樁擋土措施，增大滑坡體抗滑力。

滑坡發生后暫未對坡面進行清理，滑體物質相對松散，坡頂仍有兩條拉張裂縫呈下挫狀，在暴雨狀態下該滑坡仍有可能再次滑動。此外，經穩定性分析同樣表明該滑坡在暴雨工況下處于欠穩定—基本穩定狀態。

滑坡坡頂直接威脅大禾坑組居民，坡腳為鄉間小路，是學生和村民的必經之路，經統計可能威脅村民32余人，若再次發生滑坡將直接危及人員生命財產安全，按人員傷亡及房屋財產損失估計，預計財產損失約120萬元。

5 結論

通過對水溝村滑坡的形成條件、發育特點、形成機制及穩定性分析表明：

1)水溝村滑坡體橫向寬20 m，縱向長20 m，厚度約2 m，體積約800 m3，滑坡體為雜填土，含有大量黏粒，滑坡造成多戶房屋產生裂縫，堆積坡腳堵塞鄉間小路，所幸未造成人員傷亡，為一小型牽引式土質滑坡。

2)水溝村滑坡的形成是內因和外因共同作用的結果，其形成機制主要受巖土性質、降雨因素及人為因素三者影響。

3)通過對滑坡進行定性及定量分析可知，在自重工況下滑坡穩定系數為1.83(>1.15)，整體處于穩定狀態；在自重+暴雨工況下滑坡穩定系數為1.03，斜坡處于欠穩定—基本穩定狀態，可能在暴雨沖刷下再次發生滑坡。

4)滑坡目前處于休眠狀態，一旦再次發生滑移，將直接危及村民生命財產安全。因此，必須加強監測，并采取相應的工程防治措施加以治理和防護。