九江市網紋紅土滑坡機理及其成因分析

康懷信

摘要：網紋紅土廣泛分布于長江中下游地區，在長江經濟帶重要活動斷裂與區域地殼穩定性調查中，發現九江地區網紋紅土中發育豐富的節理縫，同時伴隨著滑坡的形成，滑坡導致周邊路面變形、交通堵塞、房屋開裂倒塌及人員傷亡等，尤以長虹東大道滑坡危害較嚴重，對人類的生命及財產造成巨大的損害，因此，研究網紋紅土的滑坡機理具有重大的意義。

Abstract： Reticulated red soil is widely distributed in the middle and lower reaches of the Yangtze River. In the investigation of important active faults and regional crustal stability in the Yangtze River Economic Belt， it is found that the rich joints are formed in the reticulated red soil of Jiujiang area， accompanied by the formation of landslides. Landslide causes surrounding road surface deformation， traffic jam， house cracking and collapse， and casualties， especially the Changhong East Avenue landslide is more serious， causing great damage to human life and property. Therefore， it is of great significance to study the landslide mechanism of reticulated red soil.

關鍵詞：九江;網紋紅土;滑坡;機理;Geoslope

Key words： Jiujiang;reticulated red soil;landslide;mechanism;Geoslope

中圖分類號：P642.13+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）16-0161-04

0? 引言

江西省是全國地質災害易發、多發、頻發且危害比較嚴重的省份之一，每年因崩塌、滑坡造成的災害損失較大，據已完成的縣（市）地質災害調查結果，2000年至2012年，全省共發生崩塌、滑坡地質災害6745處，共造成262人死亡，毀房9440間，直接經濟損失10079.07萬元[1～2]。尤其以鄱陽湖生態經濟區內的九江地區最為嚴重。

九江市是江西省的北大門，以長江為界，南靠廬山北麓，東鄰鄱陽湖畔，西隅七里湖和賽湖，地形和地質條件復雜，屬地質災害頻發的城市。長虹東大道位于九江市北側，于2014年建成，總體走向為東西向，是九江市交通主干道。近些年，九江市發生了較多的山體滑坡及土質滑坡，據調查，發現九江市區內已發生的中小型滑坡33處，尤其以S37高速公路邊及長虹東大道滑坡地質災害最為嚴重，影響最大，對當地交通和經濟造成了巨大的損失。長虹大道滑坡發生后，研究小組對該處進行了詳細的地質地形地貌、地層巖性、構造節理等的勘察，對該處滑坡進行系統的分析該區域及其周邊地質環境，進行滑坡體分塊，研究其地質特征、變形破壞特征、成因機理等，最后綜合分析認為長虹大道南側滑坡是由斜坡結構、構造節理裂隙、物質因素、降雨及人類工程活動等因素共同作用孕育而成的。通過對該處滑坡成因進行系統的分析，從而為該區域的滑坡的防治設計工程提供有力的理論支撐，達到有效的防治效果。滑坡在長虹東大道兩側都有發育。

1? 滑坡區地質背景

1.1 地形地貌

九江市北臨長江，南依廬山北麓，主要屬丘陵、平原地區，山脈走向與主構造方向一致，主要為EW、NE、NNE走向，在經過燕山期運動、喜山期運動及第四紀所發生的新構造運動，該區經歷過多次升降運動，進入全新世以來，地勢緩慢下降，逐漸趨于平坦，地貌成因主要為侵蝕堆積和堆積兩種類型，滑坡區的地貌形態多為沖積丘崗。

1.2 地層巖性

九江長虹東大道滑坡區所處地層巖性主要有第四系進賢組網紋紅土（Qp2）、第四系九江組砂礫石層（Qp1）和第三系新余群、泥質粉砂巖（Exn）等地層。全新世亞黏土（Qh）和第四系新港組黏土（Qp3）膠結松散，為殘坡積層分布在滑坡區南部崗丘及河谷地帶，主要巖性為淺黃、灰黃、灰褐色亞黏土、黏土、亞砂土、粉質黏土等;網紋紅土多為粉砂質粘土，蠕蟲狀構造發育，具有砂感且含有少量砂礫石，于廬山-大姑間冰期或更新世堆積[3];砂礫石層的上部往往為粘土質砂礫石過渡帶，下部出現大量砂礫石，礫石成分主要為石英砂巖、硅質巖、長石石英砂巖以及局部出現灰巖礫石，粒徑約3-8cm，磨圓度為次圓-次棱角狀，礫石不具定向性，局部可見平行層理及交錯層理;滑坡區基巖為全風化泥質粉砂巖，風化程度高，原巖結構已基本破壞，泥質含量較高，呈可塑-硬塑狀，巖芯呈土柱狀，力學性質較差，遇水極易崩解，易產生變形和滑動。

1.3 地質構造

九江市在區域構造上主要位于江西省九嶺東西向構造帶與華夏系、新華夏系構造帶復合交接部位。構造形跡主要有褶皺和斷裂。根據構造形跡的發育方向，展布形式、活動期次及相互關系，將區域內構造劃分為東西向構造、北東向構造、北北東向構造。新構造運動主要表現為第四紀時期的升降運動，活動性斷裂及地震。研究區隸屬贛西北上地幔凹陷區和鄱陽湖盆上地幔隆起區之間的深層構造變異帶上。晚第三紀末，本區開始進入第四紀時期的新構造運動發展期，地殼運動以差異升降運動為主，廬山、沙河—瑞昌一帶的山地、丘陵和崗地總體趨勢以抬升為主，廬山山體受東、西兩側斷裂構造夾持，在燕山運動的基礎上進一步強烈抬升，形成斷塊山，是本區域抬升最強烈的地段。據周邊環境地質調查及鉆孔資料分析，區內新構造運動只是在原構造運動基礎上的發展與延續，具有繼承性、間歇性等特征，未見明顯的差異性構造運動的跡象。勘查區如圖1所示。

1.4 氣象水文特征

九江市地處中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤季風氣候區，兼受廬山和長江的雙重影響，冬冷夏熱，四季分明，日照充足，雨量豐富，雨熱同期。據九江市氣象局（1992～2012年）資料，多年平均氣溫15.5～17.3℃，極端最高氣溫40.2℃、極端最低氣溫-10.3℃;多年年平均降雨量為1300～1600mm，最大年降雨量為1999年的1748.0mm，最小年降雨量為1992年的1005.5mm，2005年9月2日受13號臺風“泰莉”影響，當日降雨量達381.9mm，連續24小時最大降雨量達480mm。降雨東多西少，山區多于盆地。降雨量年內分配不均，受季風環流影響，每年3～8月為集中降雨期，降雨量占全年降雨量的74.37%，12月至翌年2月降雨量最少，僅占全年降雨量的13.8%。

研究區內地表水系發育，以鄱陽湖為中心構成向心水系，絕大部分的河流屬于“五河”水系，匯流于鄱陽湖。滑坡區地下水類型主要為第四系松散孔隙水，屬上層滯水，位于素填土底部，初見水位埋深0.80～16.30m，初見水位標高39.78～79.78m，該層水位局部性存在，貫通性差，無連續穩定的水位面，主要受大氣降水補給，蒸發排泄，呈季節性動態變化，年變化幅度2～3m，水量較小。主要賦存于第四系各土層及土狀基巖全風化帶中。含水量小、富水性較弱。地下水一般受大氣降水補給，地下水位年變化幅度在0.5～1.00m之間。

2? 滑坡區地質及坡體結構特征

2.1 滑坡基本特征

九江市長虹東大道南側滑坡，總體走向為東西向，地勢呈南高北低，滑坡最大寬度190m，最大水平長度54m，滑坡后緣與坡角相對高差20m，平均厚度約5m，地形坡度約15°-35°，滑坡體積近4000m2，隱患方量近1.4萬m3。滑坡體沖到路面，距原始路基9.2m，網紋紅土節理裂隙發育，部分可見共軛節理，主要受滑坡面上的小斷層控制。

2.2 滑坡變形特征

2015年6月在強降雨后，長虹東大道南側路塹邊坡發生滑坡，滑坡體物質由素填土、粉質黏土、含礫卵粉質黏土層組成，不均勻，厚1.0～8.5m。滑坡體的后緣形成陡立的滑坡面，多為含砂礫石網紋紅土層，在滑坡壁上可見一系列的拉張裂縫，裂縫呈“V”型張開，無填充物，在與滑動面交界處可見擦痕，擦痕長3.0～10.0cm，寬1.0～3.0cm。滑動帶總體上呈折線型，后緣一帶陡直，角度近90°，滑面前緣臨空。滑帶厚約0.2～0.5m，滑面上下有多條擠壓錯動裂縫及土體，滑帶物質主要為軟塑的含礫粉質粘土層，透水性及飽水性較強，遇水易崩解軟化，內夾可塑狀粉質粘土及圓礫或砂層，易被水沖刷流失，導致土體變形和滑動，同時粉質粘土經雨水及地下水侵蝕浸泡后易軟化，黏聚力及內摩擦角降低，形成不利的軟弱帶，為隱患體整體滑動創造了條件。滑坡滑床物質組成主要為紅褐色全風化泥質砂巖，巖芯塊狀及短柱狀，工程地質性能較好，強度由上而下逐漸增大。剪出口處是變形最嚴重的地段，路緣石、路基、樹池都在不同程度上受到破壞，公路非機動車道隆起高達1.3m，滑坡后緣坡頂鄉道可見垂直于滑坡主滑方向的張裂縫，滑坡前緣輔道瀝青路面未見明顯裂縫，可見延伸長達十余米的滑坡鼓丘、，剪出口在路緣石與瀝青路面交界處。

2.3 網紋紅土特征

網紋紅土中發育節理裂隙，節理縫內均有灰白色泥質充填物，一般厚度5～10mm，灰白色泥質充填物主要是粘土礦物，粘土礦物和裂縫壁表面可見水平擦痕，顯示走滑性質。滑坡后緣可見較多共軛節理，主要受滑坡面上的小斷層及控制，根據節理裂隙作出的玫瑰花圖顯示，Q2中節理規律性好，主應力方向主要為北東向，并指示區域第四紀期間以北東東向擠壓作用為主。

研究區內的大部分網紋紅土形成于更新世之后，具有含水率低、密度高、土體強度高等特點，受外力后易發生脆性斷裂。實驗分析結果表明，研究區的網紋紅土在垂直剖面自上而下物理力學性質一般有如下規律：含水率及液性指數逐漸增大，上部多為堅硬狀，中部為硬塑狀，下部逐漸變為可塑狀，粘粒含量相對粗顆粒含量減少;土體的強度自上而下由高變低，壓縮性由低變高，網紋紅土的物理力學性質良好，壓縮系數小于0.5MPa-1，液性指數一般小于0.5，壓縮模量在11.73～13.23MPa，為中低壓縮性地基，是各種建筑物基礎良好的持力層。

3? Geoslope數值模擬分析

利用Geoslope軟件進行模擬分析，通過鉆孔取樣進行室內實驗及原位測試試驗，同時綜合九江地區工程資料分析選取各地層物理力學參數如表1。

模擬結果（見表2）表明，在自然工況無地下水狀態下，滑坡穩定系數約為1.144，滑坡處于基本穩定狀態;當在自然工況常規水位條件下，滑坡穩定系數為1.093，處于欠穩定狀態;但暴雨或者久雨過后，地下水位升高，穩定系數急速降低，為0.673。Ordinary、Bishop和Janbu法的結果與Morgenstern-Price法總體一致，說明了Morgenstern-Price法具有可靠性。

4? 滑坡成因及機理分析

4.1 滑坡的成因分析

滑坡的形成受地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件等系列因素影響[4-5]。滑坡的影響因素可分為外部因素和內部因素兩大類，外部因素包括降雨特征（降雨強度和持續時間）和人類活動等;內部因素包括斜坡結構、構造節理裂隙、物質因素等。

①降雨的影響：根據調查研究發現，九江地區滑坡大多發生在當地雨季，長虹東大道滑坡也是發生在汛期。滑坡區降雨頻繁，良好的地形地貌給降雨提供優越的運移空間，同時降雨也是地下水與地表水的直接補給來源，在降雨的補給下，地下水不斷滲透侵蝕，使得土體物理力學性質急速降低，同時也增加了坡體自身的重力，加速了土體軟化，為滑坡的變形失穩創造了有利條件從而加劇了滑坡的形成。

②人類活動的影響：自2011年12月5日長虹東大道正式開工修建以來，進行過多次拓寬修建，大量的開挖邊坡坡體，將原始地形地貌及地表植被被破壞，形成了人工高陡邊坡，導致原有的應力平衡狀態被破壞，造成邊坡前臨空狀態。同時在開挖出來的邊坡上缺少排水系統，地下水滲流加快，排水不連通，大量的積水易加速軟弱層土體軟化，破壞原始的土體結構，進而加劇了滑坡的產生。

③斜坡結構：滑坡區具有明顯的三層易滑結構，即上部網紋紅土，中部砂礫石層，下部泥質粉砂巖三層結構。表層第四系的網紋紅土多為粉砂質黏土，抗剪強度高，承載力較好，砂礫石層中常夾有粉質黏土層，其透水性及飽水性較強，降雨入滲易形成軟弱層，軟弱層內夾可塑狀粉質粘土及圓礫或砂層易隨水流失，導致滑坡變形失穩，底部為泥質粉砂巖，屬于親水巖，透水性極差，抗滑能力較差，抗風化能力弱，遇水極易軟化，大氣降水及地表水下滲后在砂礫石層中長期侵蝕滲流，逐漸在裂隙中形成了軟弱帶，為滑坡的變形失穩創造了有利條件。

④構造與節理裂隙：第四系以來的新構造運動地殼以間歇性上升為主，滑坡區的隱伏斷裂及活動斷裂對滑坡的形成具有較大的推動作用。斷裂的活動形成沖溝及地裂縫，為水巖作用補充大量的水源，而加速了土體軟化的進程，致使軟弱結構面貫通，為滑坡提供良好的滑動面;滑坡區內的網紋紅土物理力學性質良好，具有含水率低、密度高、土體抗剪強度高等特點，在外力作用下易發生脆性斷裂。網紋紅土的表面往往發育垂直節理裂隙，部分區域可見共軛節理發育，易于地下水的流通，局部常存在鐵錳質膠結，對強度影響較小，在一定程度上節理裂隙增加了降雨入滲的通道，為地下水的連通提供了良好的場所。

⑤物質因素：滑坡區網紋紅土節理裂隙發育，裂隙中往往充填可塑性較高的粘土，粘土主要礦物成分為高嶺石、伊利石、蒙脫石等，遇水極易軟化，且具有極強的吸附性與膨脹性，頻繁的降雨及地下水的補給使得粘土礦物的水巖作用強烈，粘土礦物不斷膨脹，網紋紅土節理裂隙不斷擴張拉寬，導致原土體結構遭受破壞而崩塌解體。滑坡區砂礫石層中的礫石磨圓度較差，礫石大小不一，雜亂排列，無定向性，礫石間空隙較大，易于水體流通，承載力較差，使得上部地層處于架空狀態，在重力等外力的影響下，極易發生滑動崩塌。

4.2 滑坡機理分析

基于以上因素，長虹東大道滑坡的形成機理分析如下：

長虹東大道滑坡在人工開挖的過程中形成了不穩定斜坡，在一定程度上使得土體釋放和調整形成卸荷裂隙，卸荷裂隙往往受到重力、風化及斜坡的物理地質作用進一步張開和位移，與此同時降雨及地下水不斷地在網紋紅土發育的節理裂隙中運移，侵蝕并沖刷砂礫石層中的粘土礦物，并滲流到底部弱透水性的泥質粉砂巖，使得儲水量不斷增加，形成高水頭，加速土體的軟化，加快了軟弱層的形成，并在新構造運動間歇性活動的影響下，土體抗剪強度降低，最終坡體在自身重力下的下滑力大于抗滑力，坡體沿著網紋紅土與砂礫石層的軟弱結構面滑動，形成滑坡。其形成機制過程如圖5所示。

5? 結論

①通過野外地質調查及室內資料統計，分析了網紋紅土的結構特征及物理力學性質，探討了滑坡的要素、變形、結構特征，掌握了滑坡區地質環境背景，證實了滑坡為小型淺層滑坡。②基于Geoslope對長虹東大道南側滑坡進行數值模擬分析，分別以三種工況計算其穩定性，以Morgenstern-Price法計算結果為：工況一條件下，穩定系數為1.144，處于穩定狀態;工況二條件下，穩定系數為1.093，處于欠穩定狀態;工況三條件下，穩定系數為0.673，處于不穩定狀態。

③長虹東大道南側滑坡形成受控于滑坡區本身不利的地質結構及斜坡結構特征，滑坡區網紋紅土發育的節理裂隙及砂礫石層較高的孔隙度為地下水的滲流提供良好的場地;其次底部弱透水性的泥質粉砂巖，使得儲水量不斷增加，形成高水頭，加速土體的軟化，加快了軟弱層的形成;最后在連續的強降雨及人類的工程活動切坡的誘發因素下，粘土礦物水巖作用強烈，吸水膨脹，土體抗剪強度降低，坡體自身重力的下滑力大于抗滑力，坡體沿著網紋紅土與砂礫石層的軟弱結構面滑動，形成滑坡。

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