研究判定滑坡滑動面的方法及實際應用

江學中

（中化地質礦山總局福建地質勘查院 中化明達（福建）地質勘測有限公司， 福建 福州 350013）

滑坡是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或者分散地順坡向下滑動的自然現象。運動的巖（土）體稱為變位體或滑移體，未移動的下伏巖（土）體稱為滑床[1]。滑面是指滑坡滑動和堆積過程中的底界面，即滑動剪出過程中形成的滑動面[2]。滑動面通常是上陡下緩，近似圓弧形。一個滑坡的滑動面可能不止一個，故可分為主滑動面和分支滑動面。

滑坡廣泛的發生于山地、高原及丘陵地帶，一旦產生滑坡，將會對山區人民生命財產造成嚴重的危害。近年就是由于連續的強降雨，福建省三明市多個縣市都發生了滑坡災害，造成了巨大的損失。所以對滑坡防治一直以來都是重中之重，在滑坡治理過程中，滑動面的確定至關重要。滑動面的位置不僅關系到治理方案的確定和設計參數的選取，也關系到工程費用的高低及滑坡治理的成敗[3-5]。所以研究判定滑坡滑動面的方法在實際中是有重大意義的。

1 滑動面的判定方法

由于受到很多不確定因素的影響，導致滑動面的識別與判定就變得十分復雜且難度很大，一般來說，目前所使用的方法主要有四種：

（1）觀察法，通過現場觀察到的變形跡象進行推斷，例如找到后緣裂縫，前緣隆起，剪出口等，并根據產狀綜合推斷出滑坡滑動面的位置。

（2）監測法，根據監測手段，主要通過深層水平位移（測斜）的變形趨勢，一般在一個斷面上布設3～4 根測斜監測點，找到突變點所在的深度，從而找到滑動面的位置。

（3）綜合勘探法，結合勘探、物探及地下水位測量，并采取巖（土）樣進行室內試驗，根據試驗成果判定滑動面。

（4）理論法，通過有限元分析，數值模擬，找到最危險滑動面，這種方法更適用于找到潛在的滑動面。

2 實際工程案例

三明市位于武夷山脈與戴云山脈之間，境內以中低山及丘陵為主，北西部為武夷山脈，中部為玳瑁山脈，東南角依傍戴云山脈。峰巒聳峙，低丘起伏，溪流密布，雨量豐富，每年都發生多起滑坡事件，危害嚴重。現以福建省三明市尤溪縣梅仙鎮半山村后門山滑坡為例進行分析。

2.1 工程概況

該滑坡位于尤溪縣梅仙鎮半山村后門山林金智等屋后斜坡，據現場調查訪問，2008年6月，斜坡后緣開始出現裂縫，且近幾年受強降雨影響，裂縫有明顯擴大變形。2016年3月至4月受強降雨影響，滑坡后緣及兩側均已出現裂縫，后緣（標高約180m）裂縫與右側裂縫已貫通，裂縫寬約3～20cm，下錯高度約3～30cm，深度約5～50cm，后緣裂縫延伸約30m，下切角約70°，右側裂縫延伸約100m，左側裂縫斷續延伸約100m，裂縫寬約2～10cm，下錯高度約2～5cm，深度約3～15cm；滑坡中部水渠溝（標高約155m）側壁出現鼓脹裂縫，中部水池發生滲漏（標高約163m）及傾斜，傾斜度約18°（標高約169m），傾斜方向約SE125°；前緣坡腳標高約146m處，林金智屋后邊坡多次出現崩塌災害，方量一般約20m3，最近一次崩塌為2016年4月發生，方量約50m3，且坡腳標高約146.2m處（林金智房屋右側）水泥地塊出現拱起現象，拱起高度約10cm（剪出口），滑坡左側林瑞彪房屋出現向外開裂、擋墻出現鼓脹現象，下方林金濤房屋后側擋墻出現明顯外錯開裂等變形跡象。現滑坡周界已基本形成，滑坡方向約98°，潛在滑坡體主軸長約150m，寬約120m，厚約7m，面積約18000m2，體積約126000m3。威脅坡腳44戶216人居民生命財產安全，危險性、危害性均較大。其滑坡勘查平面示意圖如下圖1。

圖1 滑坡勘查平面示意圖

2.2 場地地形地貌特征及氣象、水文條件

2.2.1 場地地形地貌特征

調查區屬侵蝕～剝蝕低山丘陵地貌單元，滑坡位于尤溪縣梅仙鎮半山村后門山，斜坡自然坡度約20～30°、局部達35°以上，高差大于100m。

斜坡微地貌呈“緩-陡-緩”型展布，斜坡上部緩坡段坡度約20～25°，植被較發育，主要為松、杉木；斜坡上下兩緩坡之間的陡坡坡度約50～60°，陡坡相對高差約30～40m，現狀形態呈“圈椅”狀，凹凸坡坡面植被發育較少，見基巖出露，主要以碎塊狀強風化巖為主；陡坡下方緩坡為本次滑坡區，坡體植被發育一般，主要以毛竹林、灌木、雜草為主，坡度約20°～25°，且毛竹林中部有兩～三級高約1～2m、坡度約55～70°的小陡坎，為早期村民修建民房及耕地形成，斜坡中部（標高約156m）有一條水渠，該水渠修建于1960 年代，水渠寬約80cm，深約80cm，未硬化，局部渠溝側邊有簡易護面墻支護，據調查訪問，受人為因素影響，2011 年該水渠被堵，雨季時水流不通暢。中部設有2 處蓄水池（標高約165m），斜坡坡腳為村民聚集地，房屋基礎為淺基礎，坡墻距約1.5～2.5m。據村民介紹，坡腳林上庭宅前北東側原為一條沖溝，現已被人工夯實填埋，標高與周邊地形齊平，坡面種有杉木。

2.2.2 氣象、水文條件

尤溪縣氣候屬中亞熱帶，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫18.9°C，夏季最高氣溫40.5°C，冬季最低氣溫-8.0°C。年降雨量變化幅度為1460～1809 毫米，年平均降雨量1655.4 毫米，降雨多集中于5～6 月，7～9 月多雷陣雨，11 月至次年2 月雨量稀少，蒸發量大于降雨量，此時氣候較干燥，年平均相對濕度80%。風向受季節性影響較大，夏季多為東南風，冬季多為西北風。早霜始于12 月中旬，晚霜至于次年2 月下旬，無霜期約300 天。

勘查范圍未見有明顯的溪、溝、河、池塘等地表水體，也未見有地表水對坡體明顯沖刷作用。場地所處微地貌為凹坡～斜坡地段，凹坡易于地表水匯集，匯水面積約為0.26km2，降雨對現狀邊坡坡面沖刷影響較大。

2.3 場地地層巖性及地基巖土層特征

2.3.1 地層巖性

根據場地巖土工程勘察情況，場地地層較為復雜，各巖土層特征自上而下為：

①老滑坡堆積體：灰黃、灰褐色，濕，含水量較高，松散～稍密，可塑。主要成分為含碎石粘性土、石英片巖殘積砂質粘性土，為老滑坡堆積體，主要分布在現滑坡體中下方表層，其中分布厚度1.00～4.80m。

②坡積含碎石粘性土：灰黃、灰褐色，稍濕，稍密，可塑～硬塑。主要成分為坡積粘性土，不均勻含有碎石，為早期坡積成因。分布厚度0.40～4.20m。

③石英片巖殘積砂質粘性土：灰黃、灰褐色、灰黑色，稍濕，稍密，含水量較高，呈可塑～軟塑狀，稍有光澤反應，主要成分為石英、白云母、綠泥石等礦物組成，浸水易軟化崩解，分布厚度1.10～13.70m。

④全風化石英片巖：灰黃色、灰紅色，密實、稍濕。礦物成分主要為石英、白云母及少量暗色礦物，原巖結構基本破壞，但尚可辨認，干鉆可鉆進，長石及暗色礦物大部分已風化成粘土礦物，巖芯手捏易散，浸水易軟化崩解。分布厚度1.90～5.10m。

⑤砂土狀強風化石英片巖：淺黃色，灰白色、灰黑色，散體狀，原巖結構清晰。本層干鉆較困難，底部鉆進進尺緩慢，浸水易軟化崩解。分布厚度0.90～1.30m。

⑥碎塊狀強風化構造角礫巖：灰白色、青灰色、灰色、淺肉紅色，碎裂結構，錘擊易碎，遇稀鹽酸起泡，主要成分由白云石構成的巖石，具碎屑結構，塊狀構造，混有少量方解石等，分布厚度0.50～11.00m。

⑦中風化白云巖：灰色、青灰色、淺肉紅色，角礫狀結構，塊狀構造。巖石經區域動力地質作用，發育破裂和粉碎，并膠結成巖，主要由角礫及膠結物組成，巖石裂隙發育一般，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ級，揭露厚度4.90～10.80m。

勘查區地層較復雜，主要為沉積變質巖，變質巖主要為動力區域變質作用形成，通過野外調查及鉆探巖芯判斷，地災點上覆風化地層為新元古代龍北溪組石英片巖（即石英片巖殘積砂質粘性土、全風化石英片巖、砂土狀強風化石英片巖），下部基巖為新元古代龍北溪組白云巖（包括碎塊狀強風化及中風化白云巖），兩地層之間受地質構造作用影響，上覆石英片巖與下覆白云巖間夾有構造角礫巖（受區域動力地質作用影響）。

2.3.2 地質構造

據1/5萬福建省尤溪幅地質礦產圖，災害點所在勘查區域內有活動性斷裂通過，區域內地質構造作用較強烈。本次對尤溪縣梅仙鎮半山村進行了1：5000地質調查及測繪，根據野外踏勘，工作區內褶皺構造不發育，未發現大褶皺構造，主要發育斷裂構造。根據野外地質調查結合鉆探情況分析，主要發育構造線有北東向走滑斷層F1斷層和呈弧狀環繞半山村分布F4斷層兩組，如圖2所示，各斷層特征如下：

F1斷層：性質為左行走滑斷層。分布于工作區北部，工作區內分布長100多米，往北東延伸至工作區外，往南西被F2斷層錯動。半山村北部公路邊D011點處斷層跡象明顯（見尤溪縣梅仙鎮半山村1/5000地形地質圖），出露斷層帶寬4.0m，斷層面產狀145°∠65°，擦痕產狀230°∠10°，斷層面發育階步，指示上盤運動方向為北東，判定該斷層為左行走滑斷層。斷裂帶內出露含構造角礫巖、石英大理巖，滴稀鹽酸起泡。帶內巖石碎裂，泥化強烈，風化呈土狀，含少量構造角礫。

半山村及后山斜坡位于F1斷層的上盤，F1斷層的存在容易導致該村尤其是村北部地區，沿斷層面往北東方向發生位移，誘發滑坡地質災害。

F4斷層：性質為正斷層，呈弧狀環繞半山村分布，屬新構造斷裂。工作區的地層產狀按傾角大小，沿D007、D008、村西陡坎一線，可明顯分為兩套：F4斷層外側地層產狀較緩，傾角一般15-20°；F4斷層內側（即半山村一帶）地層產狀較陡，傾角一般50～80°。該斷層處于活動期，斷裂帶外側的地層產狀較穩定，傾角為低角度；斷裂帶的巖石不斷崩落垮塌；斷裂帶內側的地層產狀傾角變化較大，傾角多為中、高角度。

半山村位于F4斷層的斷陷帶內，推測該村滑坡地質災害明顯與此地質背景有一定的關系。

圖2 地形地質圖

2.4 判定滑動面

本次我們選擇典型主滑2-2’剖面進行分析判定滑坡滑動面的位置，確定滑坡體的厚度以及滑坡體的體積，從而為防治設計提供依據。現我們分別用上述四種方法進行滑動面的判定。

（1） 觀察法

通過現場的調查測繪，滑坡后緣的裂縫延伸約30m，下切角度約70°，右側裂縫延伸約100m，走向約95°，坡腳水泥路面有明顯的隆起跡象，假定滑動面為一個圓弧滑面，通過對滑坡后緣及前緣的位置和產狀的量測，可通過簡易的作圖法推算出滑動面。簡易作圖法如圖2示。

假定A、B分別位于滑坡后緣與前緣，根據滑坡后緣及前緣的位置和產狀的量測，分別可確定出AC與BC兩條線并交于C點。作AC與BC的垂線，則可發現相交于圓心O點，以OA或OB為半徑，則可確定滑動面的位置。根據此方法，推測出來的滑動面如圖7所示。

圖2 作圖法

（2） 監測法

根據滑坡勘查平面布置圖可知，現場我們在2-2’剖面上分別在上、中、下部各布設一根測斜孔（CX2、CX3、CX4），用于滑坡深層水平位移的監測。根據2017年3月14日-2018年5月4日的監測情況，從而得到該滑坡的變形規律，如下圖3所示。

從監測結果可以發現，CX2位于滑坡周界外，數據并沒有發生很大的變化。而CX3、CX4三根測斜管分別于6.0m及4.0處發生位移突變，后期更是由于過大的變形導致直接破壞。根據位移變形的規律，可以推測出滑動面如圖7所示。

圖3 CX2～CX4 深層水平位移變化曲線圖

（3） 綜合勘探法

現場在主軸2-2’剖面上總共布設了6個鉆孔及2個調查點，并選擇4段進行面波及電法的測試。結合電法資料基本確定地層走勢，取面波a-a’段分析結果對比鉆孔資料后發現面波分層結果基本符合，在白云巖殘積砂質粘性土內，頻散曲線明顯出現轉折段，這就意味著其連線很有可能是滑動面，結果如下圖4、圖5所示。

圖4 電法分析結果

圖5 a-a’段面波分析結果

以此類推，再分別取b-b’、c-c’及d-d’段分析，判定各段的滑動面，則可相連出一條完整的滑動面，結果如圖7所示。

（4） 理論法

通過理正巖土軟件對2-2’剖面進行穩定性分析，根據勘探的地層條件，輸入相關參數，在一定范圍內自動搜索最危險的滑動面。結果如下圖6所示。

圖6 邊坡穩定性計算結果

根據計算結果，最危險滑動面主要位于碎塊狀白云巖段，且安全系數達到2.779，處于穩定狀態。這也間接說明該邊坡在正常狀態下應該是處于穩定階段。根據現場調查，現場出現很多泉眼，地下水十分豐富，匯水面積大，說明本次滑坡主要是由于地表水與地下水的原因，這樣對之后針對性的設計治理提供了依據。

3 結論

現將四種方法判定的滑動面繪于一起，進行對比。如下圖7 所示。

（1）從圖上可知，監測法判定的滑動面應該最接近于實際的滑動面，綜合勘探法與監測法判定的滑動面比較接近，說明在實際判定過程中，綜合勘探法得出的滑動面是可以作為治理設計的依據的。

（2）觀察法判定的滑動面就相差較大，主要是由于它假定滑動面是圓弧狀，這與實際是不符的，實際的滑動面是不規則的，所以觀察法只能作為初步判斷，不可直接當作后期治理設計的依據。

（3）理論法更適用于尋找潛在的滑動面，它可判定最危險滑動面的穩定性。但是假如采用圓弧搜索可能會與實際造成大的出入，建議滑動面先利用監測法與綜合勘探法判定，再將判定后的滑動面導入理論計算，這樣結合后的成果更可靠且具有說服力。