織金縣垮坡組滑坡變形失穩原因分析

董建輝， 邱 茂， 謝飛鴻， 李海軍， 朱要強

(1.成都大學建筑與土木工程學院，成都 610106；2.四川大學水利水電學院，成都 610065；3.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059；4.貴州省地質環境監測院，貴陽 550000)

貴州處于亞熱帶季風氣候地區，夏季雨量充沛。由于其復雜的地質條件以及頻繁的采礦活動，常常在降雨等因素作用下誘發滑坡及一系列地質災害，對當地生產生活造成了極大影響。學者們圍繞滑坡的變形失穩內部演化過程，展開了大量的研究工作。許強等[1]通過對中國多起重大滑坡的研究，得到了滑坡的時間、空間演化規律；吳越等[2]在研究滑坡內部能量耗散規律的基礎上，建立了一種新的滑坡體運動模型；張瑩等[3]通過對柳家壩滑坡的研究，得出了斷裂對滑坡的控制機理；李靖[4]采用數值分析方法，建立了滑坡穩定性系數的預測模型，提出了滑坡生命周期的概念；周萃英等[5]建立了滑坡統計物理模型，并結合數值分析方法，研究了滑坡系統的自組織；王文俊等[6]提出了災害地貌鏈，研究了其中的臨界過程。由于地質條件和影響因素的差異，滑坡的破壞模式不盡相同。因此，針對不同地區的滑坡還需要選擇適合的路線進行分析。魏昌利等[7]使用數值模擬，并進行定量計算，將俄寨村滑坡的變形分為四個階段，評價了其穩定性；魏麗敏等[8]利用傳遞系數法計算了地下水位降低后滑坡安全系數的變化；常亞婷等[9]通過動力計算和數值模擬，揭示了羅峪溝古滑坡的發展趨勢；陳允法等[10]選取了不同剖面進行定量計算，分析了上三公路5號滑坡在公路修建后的穩定性變化，提出了加固方案；許建聰等[11]建立數理統計相關式，并利用有限元分析方法，揭示了強降雨作用下邊坡的穩定性變化規律；余宏明等[12]結合無人機、數值模擬進行研究，探明了鹽關村滑坡的成因；張大權等[13]使用數值模擬方法，研究了降雨對貴州大榕滑坡的影響；郭寧[14]通過物理勘探、工程地質分析方法，研究了姚家山滑坡的成因機制及穩定性控制要素；Rossi等[15]利用無人機航測調查了Ricasoli村滑坡，通過滑坡輪廓特征分析了滑坡的演變；García-Delgado等[16]結合物理勘探影像資料分析，揭示了哥倫比亞南部普圖馬約省泥石流和滑坡的形成原因；王江鋒等[17]結合勘察資料與數值模擬分析，研究了恩子坪2#滑坡體的變形破壞特征；袁進科等[18]利用有限元數值計算軟件，模擬了邊坡在降雨情況下內部的演變規律，分析了大仁煙村滑坡的變形機制。

跨坡組滑坡位于貴州省畢節市織金縣，于2019年7月27日突發險情，造成滑坡中上部公路嚴重損毀，損毀長度約100 m，由于避險得當，未造成人員傷亡。垮坡組滑坡影響因素復雜，區別于以上研究，同時受到降雨、采煤活動、公路工程、地下水及復雜地質條件的影響。研究垮坡組滑坡變形失穩原因，不僅能給該類滑坡提供防治思路，同時也能為當地地質災害相關工作給予參考幫助，對保障當地生產、生活的穩定有重要意義。

1 研究區地質環境條件

研究區為侵蝕中山斜坡溝谷地貌，地形總體上呈北高南低。最高點位于研究區北側移動信號基站所在的無名山頭，海拔高程約2 141 m，最低點位于研究區南側溪溝底部，海拔高程約1 831 m，相對高差約310 m。區內地形起伏較大，地形坡度一般在15°～35°。位于四季春煤礦北部邊界外馬場與雙羊巖頭之間出露斷層F1，呈北東—南西走向，走向長度約1 400 m，傾向南東，傾角60°，落差約45 m，見圖1。

圖1 工程地質平面圖Fig.1 Engineering geology plan

研究區內出露地層有第四系(Q)的殘坡積粉質黏土、黏土；三疊系下統飛仙關組(T1f)的灰色薄至中厚層狀鈣質泥巖夾泥灰巖；二疊系上統龍潭組(P2l)的為深灰色薄至中厚層狀細砂巖、泥巖、煤層；長興-大隆組(P2c+d)的灰、深灰色中厚層至厚層含燧石團塊生物屑灰巖。

2 滑坡基本特征

跨坡組滑坡位于畢節市織金縣三塘鎮巖洞口村，該滑坡位于中山斜坡段，地形自然坡度為28°，滑坡滑動前縱向長約116 m，橫向寬約50 m；滑坡滑動后滑坡體縱向長約265 m，橫向寬50～100 m。該滑坡前緣高程約1 898 m，后緣高程約1 971 m，相對高差約73 m，主滑方向167°。滑體厚度：前緣5～9 m，中部5～13 m，后緣3～17 m，平均厚度約10 m，滑坡體規模約14.95×104m3，屬中型淺層滑坡。滑坡滑動后，整個平面上呈現一個長條形。滑坡體整體滑移以后，由于滑坡體前緣為一沖溝，造成了滑動后前緣形成一個長條狀，目前滑坡的后緣壁裸露于地表，坡度約45°；滑體縱長約265 m，寬50～100 m，滑體堆積平均厚約10 m。受滑坡體滑動影響，其后部植被呈明顯的“醉漢林”狀，部分見植物根系，位于滑坡體后部的垮坡至納雍縣張家灣鎮鄉村公路約150 m已在滑坡作用下斷裂，且嚴重損毀，交通處于阻斷狀態。同時，在滑坡體后緣的斜坡上，還存在大小不一的拉張裂縫多條，部分裂縫明顯呈下錯狀態，下錯方位167°，下錯高度0.1～2.0 m 不等，如圖2所示。

圖2 滑坡正視圖Fig.2 Elevation of landslide

貴州省織金縣三塘鎮巖硐口村垮坡組滑坡后緣靠北側山頂一帶為緩斜坡，為后緣帶地勢陡緩斜坡分界線，該段斜坡坡度約16°，局部有陡坎，標高為1 965～1 970 m，高差約5 m，該帶出現近平行于滑坡滑面的拉張裂縫，地面可見明顯下沉、開裂現象，下沉高度0.1～2.0 m不等。滑坡后緣帶的斜坡坡度為45°，標高為1 953～1 971 m，高差約18 m，斜長29 m，為明顯的滑坡后壁，見圖3。滑坡體中后部可見一臺階，地形坡度5°～10°，為寬緩平臺，高差約6.0 m，斜長約100 m。中部為一陡坎，地形坡度為30°，高差22 m，斜長57 m。中前部滑坡體上為一寬緩平臺，地形坡度約5°，高差約6.0 m，斜長約45 m。滑坡前緣為一緩斜坡，地形坡度為15°，高差14 m，斜長60 m。滑坡體呈階梯狀農業耕地，總體地形坡度為16°，臺階狀梯坎高為14～30 m。

圖3 滑坡后壁Fig.3 Back wall of landslide

滑坡前緣以沖溝為界，即剪出口位于沖溝中下部臨空面上，最低剪出口為溝底。滑坡后緣以基巖出露及變形裂縫為界，為一典型的“圈椅狀”；滑坡左側邊界為左側緣地勢陡、緩斜坡交界線附近，處于山脊梁微地貌交匯地帶；滑坡右邊界以季節性沖溝為界，見圖4～圖6。

圖4 滑坡前緣Fig.4 Leading edge of landslide

圖5 滑坡左側邊界Fig.5 Left boundary of landslide

圖6 滑坡右側沖溝Fig.6 Right gully of landslide

該滑坡已經發生明顯滑動，滑帶位置明顯，位于強風化泥質粉砂巖、粉砂質泥巖層和泥質粉砂巖、粉砂質泥巖層之間。由于滑坡坡面多呈臺階狀，從縱向上來看，整個滑坡體上剪出口位置位于泉點附近，沿著巖層面進行滑動，總體上滑面呈直線形，在滑坡后部呈階梯狀形。從橫向來看，滑坡前緣受沖溝沖刷、掏蝕作用，加上滑坡前緣高差較大，這樣造成橫向滑體的厚度不一。

3 滑坡影響因素分析

3.1 地形條件

滑坡所在的斜坡坡面多呈臺階狀，臺階高低不一，前緣為較陡的臨空面，為滑坡形成提供了較好的臨空條件，這種臺階狀的斜坡為滑坡的滑動提供了地形條件，如圖7所示。

圖7 滑坡體前緣臨空面Fig.7 Airside of leading edge of landslide body

3.2 地層巖性條件

滑坡所在區域坡體結構為緩傾角順向斜坡，巖體主要為粉砂巖、泥巖、泥灰巖夾灰巖，節理裂隙貫通性好，強風化層巖體破碎，地表土體呈松散狀，造成斜坡坡體自身穩定性較差，如圖8所示。

圖8 滑坡破碎松散的巖土體Fig.8 Broken and loose rock and soil mass of landslide

3.3 地質構造

研究區滑坡體內發育斷層F1，由于斷層F1的存在破壞了巖體的完整性，降低了巖體的強度，加速了風化作用、地下水活動，同時斷層破碎帶為地下水的良好通道，還伴隨著產生了小型的褶皺，如圖9所示。

圖9 滑坡后緣斷層的伴生褶皺Fig.9 Associated fold of fault at the back edge of landslide

3.4 水文地質條件

根據現場調研，在滑坡體的前緣剪出口處存在一個下降泉，如圖10所示，總體來說土體結構松散，加上滑坡體內節理裂隙發育，坡面匯集的地表徑流極易沿地表松散堆積體和強風化巖體節理裂隙下滲而轉化成地下水，在下部滑床的阻隔下，地下水在滑帶附近匯集，在滑坡前緣剪出口溢出，泉水形成致使地下水對滑帶土進行長時間的浸泡和軟化，降低巖帶土體的物理力學性質，其上部滑體與滑床之間的黏聚力、內摩擦角降低，有利于滑坡向前緣蠕滑變形，促進后緣拉裂縫的形成及演化，由于滑坡后緣存在泥巖夾灰巖，易形成滲水和導水通道。

圖10 滑坡前緣出露的泉水點Fig.10 Exposed spring point at the leading edge of landslide

另外滑坡體的右側存在季節性沖溝并流經滑坡體的前緣，沖溝在雨季時候對滑坡體前緣存在著沖刷作用，使得滑坡體前緣坡度隨之變陡，為滑坡的形成提供了臨空面。

3.5 降雨

根據織金縣雨量資料顯示2019年7月16—24日期間，研究區內普降中至暴雨，累計降雨量高達296.2 mm，其中7月17、22、23日為暴雨，期間累計降雨量達到了182.7 mm，見圖11。研究區內年降水量1 028.7～1 727 mm，7月16—24日期間降雨量達到年降水量的17%～30%，降雨對滑坡的發生是最重要的影響因素，在持續大暴雨的作用下，雨水沿著第四系松散黏土層孔隙、風化的基巖裂隙、構造裂隙滲入坡體內部，從而增加滑體自重，軟化滑動帶土體，降低滑帶土體的抗剪強度，影響坡體穩定性。降雨作用一方面使該滑坡體地下水位上升，在滑面以上形成揚壓力，從而加劇了滑坡的變形和發展；另一方面使得該滑坡巖土體的抗剪強度下降。雨水沿著第四系松散黏土層孔隙、風化的基巖裂隙、構造裂隙滲入坡體內部，增加了滑坡體自重，使下滑力增大，同時使得滑帶土體內聚力和內摩擦角降低，抗滑力減小，極大降低了滑坡的穩定性，這個是突發滑坡滑動的主要因素。

圖11 滑動前后降雨過程曲線Fig.11 Rainfall process curves before and after sliding

3.6 人類工程活動

本次調查的滑坡位于織金縣三塘鎮巖硐口村垮坡組，研究區內的人類工程活動主要為采煤工程活動、四季春煤礦運煤專道建設及村民建房活動。總的來說，區內人類工程活動強烈，但對于該滑坡觸發的影響較小。

4 滑坡失穩原因分析

跨坡組滑坡區的地質環境條件脆弱，地形條件為滑坡的形成提供了臨空面；滑坡所在區域坡體結構為緩傾角順向斜坡，巖體主要為粉砂巖、泥巖、泥灰巖夾灰巖，節理裂貫通性好，巖體破碎；斷層的存在破壞了巖體的完整性降低了巖體的強度，加速了風化作用、地下水活動；在滑坡體已有滲流通道；沖溝在雨季時候對滑坡體前緣存在著沖刷作用，從整個地質環境來看該斜坡體已經具備了滑坡的地質條件，為滑坡隱患點。連續幾天的強降雨增加了滑坡體自重，使下滑力增大，同時使得滑帶土體內聚力和內摩擦角降低，抗滑力減小，極大降低了滑坡的穩定性，所以說降雨是促使滑坡滑動的主要外在因素，而秀華煤礦的注抽水活動對滑坡有一定的影響，在天然工況下滑坡處于基本穩定狀態，在連續強降雨情況(達到飽水工況)下失穩，其變形破壞模式為壓致-拉裂型，如圖12所示。

圖12 滑坡壓致-拉裂變形破壞過程示意圖Fig.12 Schematic diagram of the deformation and failure process of landslide induced by compression and tension cracking

(1)由于已有的泉水點的存在已形成了地下水通道，隨著2019年7月16—24日期間持續強降雨，大量的地表水通過裂縫進入滑體內部，猛然抬升的地下水水位，加劇了巖土體性質的弱化，而且增加了滑坡體的自重，在滑體內產生水壓力(靜水壓力和動水壓力)、浮托力、水化學作用，持續降低了滑動面的抗剪強度，滑坡在自重作用下，開始產生向下進行滑移的趨勢，地表開始出現裂縫等變形跡象。

(2)地下水在不斷匯集在滑面過程中，造成滑動剪切面上剪應力集中，此時地表裂縫逐漸增大，地表水也沿著拉裂面滲入坡內，從而促進蠕滑的快速發展，削弱剪切面的抗剪強度，最后滑坡體前緣被完全剪斷而產生滑坡現象，留下目前所見的錯動平臺以及次級滑坡后壁。需要指出的是，滑坡體后緣平臺上存在著多條地表裂縫，則存在繼續發展擴大并與其他潛在剪切面連通的趨勢，并最終再次形成次級的表層滑塌。

5 結論

(1)泉水形成致使地下水對滑帶土進行長時間的浸泡和軟化，降低巖帶土體的物理力學性質，其上部滑體與滑床之間的黏聚力、內摩擦角降低，有利于滑坡向前緣蠕滑變形，促進后緣拉裂縫的形成及演化，由于滑坡后緣存在泥巖夾灰巖，易形成滲水和導水通道。

(2)滑坡巖體節理裂貫通性好，巖體破碎；斷層的存在破壞了巖體的完整性降低了巖體的強度，加速了風化作用、地下水活動。

(3)從整個地質環境來看該斜坡體已經具備了滑坡的地質條件；連續幾天的強降雨增加了滑坡體自重，極大降低了滑坡的穩定性，降雨是促使滑坡滑動的主要外在因素。

(4)跨坡組滑坡為巖土混合型滑坡，強風化帶的泥巖軟弱面最終形成了滑面，總體上滑面呈直線形，其變形破壞模式為壓致-拉裂型。