貴州黔西市倉堡田滑坡變形特征及成因分析

黨杰， 范宣梅， 田維勇

(1.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；2.貴州省地質環境監測院， 貴陽 550081； 3. 中化地質礦山總局貴州地質勘查院， 貴陽 550003)

紅層滑坡在中國西南地區四川盆地及盆地邊緣地區發育較多，如2004年9月5日四川省達州市宣漢縣天臺鄉發生天臺鄉滑坡，規模約2 500萬m3；同日宣漢縣君塘鎮團山村發生興浪坡滑坡，規模約209萬m3；2011年9月16日強降雨導致巴中市南江縣發生1 860處紅層地質災害；2012年8月31日四川省涼山州喜德縣熱克依達鄉發生采書組滑坡，規模約550萬m3；2015年8月31日四川省南充市儀隴縣紫井鄉發生大山梁滑坡，規模約30萬m3；其他地區規模較大的紅層滑坡還有2003年7月13日湖北省秭歸縣沙鎮溪千將坪村發生的千將坪滑坡，規模約1 500萬m3；2013年8月云南省昭通市彝良縣角奎鎮花生地社區發生的花生地滑坡，規模約1 920萬m3等。這些體量巨大的紅層滑坡地質災害給當地帶來了巨大的人員傷亡或財產損失。

鑒于紅層滑坡的特殊巖土體物理力學性質及變形破壞機制，部分學者針對不同的災害做了許多研究工作：范宣梅等[1-2]深入分析了四川省宣漢縣天臺鄉特大型滑坡的成因機理，提出了近水平巖層特大型滑坡多級平推式滑動的模式，并以該滑坡為地質原型，采用物理模擬再現了滑坡的變形破壞過程，驗證了平推式滑坡的啟動機制；張濤等[3]通過對典型案例的調查研究，總結提出了川東緩傾順層巖質滑坡的變形演化階段劃分理論，并提出不同演化階段識別標志特征；苗朝等[4]通過基于時間序列的InSAR技術分析了川東紅層滑坡的識別方法及變形規律；唐然等[5]通過模擬推導了平推式滑坡運動距離的理論計算公式，并通過獅子山滑坡進行實例驗證；王家柱等[6]對川南黃子樹滑坡開展二維離散元數值模擬，將滑坡變形劃分為前緣蠕滑階段、整體滑移階段和碰撞破壞堆積階段；此外，楊旭等[7]對華南地區典型巨厚層紅層軟巖邊坡開展了降雨失穩模型試驗研究；徐偉等[8]對云南彝良縣紅層地質災害的發育規律及成災特征進行了研究；朱權威等[9]對三峽庫區舊縣坪滑坡變形機理和成因進行了研究；楊曉龍等[10]對三峽庫區9個縣(區)30個緩傾紅層滑坡開展庫區滑坡成因機理研究。

降雨是誘發紅層滑坡發生的重要因素，李江等[11-12]對川東紅層滑坡開展現場降雨入滲觀測，發現裂縫為降雨入滲提供途經，室內試驗發現原狀滑帶土飽水軟化后黏聚力和內摩擦角分別衰減至天然時的54.8%和18.9%；張群等[13]、王森等[14]對南江縣紅層淺層土質滑坡降雨入滲規律及成因機理進行了研究；鐘傳貴等[15]通過對南充市儀隴縣大山梁平推式滑坡進行模擬分析，指出該滑坡變形是隨著降雨入滲量與坡體排泄量之間相互關系而轉化的；張志敏等[16]通過荷載-水化耦合作用下紅層泥巖變形試驗，指出荷載作用下的干燥紅層泥巖水化破壞應力水平遠低于飽和單軸抗壓強度；黃海峰等[17]通過土體三軸流變試驗開展紅層滑坡滑帶土蠕變特性研究，建立了一種新的經驗型蠕變模型；楊玲等[18]以貴州習水縣某紅層滑坡為例，通過數值模擬分析了降雨條件下滑坡的形成機理；胡濤等[19]研究了不同降雨概率及雨型條件下滑坡滲流場及穩定性變化特征。

貴州省境內出露的地層主要以碳酸鹽巖為主，面積占全省面積的61.9%，是“中國南方喀斯特”世界自然遺產的重要組成部分。中生代侏羅系形成的陸相紅色巖系，包含自流井組、沙溪廟組、遂寧組、蓬萊鎮組等地層，零星分布于黔西北地區，主要為河流相及湖泊相沉積形成的紅色碎屑巖，分布總面積約4 478 km2，僅占貴州省面積的2.54%。

貴州省紅層地區有限的面積占比，使得前期對該類巖組關注較少，然而2020年在黔西市相距不遠的地方卻相繼發生了2起大型及特大型滑坡地質災害，造成巨大的財產損失。其中之一的倉堡田滑坡，其變形破壞特征與前述眾人研究的四川盆地緩傾順向的紅層滑坡具有差異性，不能完全按照平推式滑坡的機制來解釋。該滑坡地質災害整體變形破壞過程持續數天，整體變形的同時又發育左右兩個變形速率不同、位移量不同的次級滑體，給部分學者造成“同時發生兩個滑坡”的錯覺，其變形破壞特征及形成因素，值得深入研究。

為此，現通過野外地質環境調查、鉆探取樣、變形時序分析、位移監測分析等手段，研究倉堡田滑坡的變形特征，分析其形成因素，摸清該滑坡發生的模式和機理，為此類大型滑坡的防治工作提供參考。

1 滑坡概況

1.1 倉堡田滑坡地理位置

貴州省黔西市中坪鎮區域出露地層為侏羅系自流井組，是貴州出露范圍較少的紅層碎屑巖地區之一(圖1)，在2020年7月相繼發生2起規模巨大的滑坡地質災害，其中之一為規模約800萬m3的倉堡田滑坡，該滑坡位于黔西市中坪鎮黃泥坡社區集鎮南西側倉堡田(圖2)，坐標為東經106°16′34″,北緯27°12′00″，距黔西縣城51 km。

圖1 貴州省紅層分布及研究區位置Fig.1 Distribution of red beds in Guizhou Province and the location of study area

圖2 研究區交通位置及地勢Fig.2 Traffic location and topography in the study area

倉堡田滑坡發生于2020年7月8日，整體呈“簸箕”形，主滑方向12°，滑體發育在948～1 055 m高程范圍內，平均坡度18°，斜長約600 m，橫寬約900 m，厚10～30 m，規模約800萬m3，為大型滑坡。滑坡的發生，造成坡體上63棟房屋及前緣中坪小學教學樓倒塌或嚴重受損，威脅住戶134戶484人，中坪小學及中坪幼兒園師生1 062人，鎮政府工作人員68人。直接經濟損失達7 100萬元，間接經濟損失數億元。由于預警及時，處置妥當，未造成人員傷亡。

1.2 倉堡田滑坡地質環境條件

滑坡區域屬濕潤氣候，近20年降雨統計數據顯示區域年降雨量在545.1 mm(2011年)～1 294.6 mm(2012年)，年平均降雨量約947 mm。常年降雨主要集中在5月中旬至10月底，6、7、8、9月這4個月集中強降雨約占全年降雨的50%。滑坡東側為化隴河，流經滑坡前緣坡腳(由西向東)的河流為小沖灣河(流量18 m3/s )，河流受大氣降雨補給，水位變幅較大。

地貌類型為中低山侵蝕剝蝕溝谷斜坡地貌，總體地勢南高北低。滑坡區出露的地層主要有：第四系素填土(Qml)，成分為粉質黏土及砂巖、泥巖碎塊石，回填時間約3年，未完成自重固結，厚度0.5～12 m，主要分布于滑坡上部；第四系殘坡積粉質黏土夾碎石(Qel+dl)，分布于整個滑坡體斜坡上，主要呈棕紅色，含碎石，呈可塑-軟塑狀、厚薄不均，碎石含量大于50%，鉆探揭露厚度為0～16.5 m；侏羅系自流井組(J1z)，紫紅色薄至中厚層泥巖及砂巖互層，地層產狀為165°∠21°，鉆孔巖芯較破碎，呈碎塊狀、短柱狀。

滑坡位于上揚子地塊黔北隆起織金穹盆構造變形區革木向斜的核部位置，滑坡西側沖溝內有一產狀為N70°E/80°SE的正斷層穿過，滑坡位于斷層的上盤，巖體較為破碎，主要發育兩組節理：第一組(L1)產狀50°∠50°，延伸長度1.0 m，線密度5條/m，平均間距0.2～0.3 m，張開度1～2 mm，結構面平直，稍有起伏，為泥質膠結，貫通性一般，結合程度差；第二組(L2)產狀 270°∠30°，延伸長度大于2.0 m，線密度4條/m，平均間距0.3～0.5 m，張開度1～2 mm，結構面平直，稍有起伏，為泥質膠結，貫通性一般，結合程度差。

2 倉堡田滑坡變形破壞特征

2.1 倉堡田滑坡破壞特征

滑坡整體呈“簸箕”形，通過鉆探得知，滑體厚度一般在10～25 m，平均厚度約15 m，為中層推移式滑坡，滑面為巖土分界接觸面(帶)，呈現為折線滑動。受地形地貌、物質組成、含水特征的不同，滑坡變形破壞后，形成左右兩個變形速率和位移量不同的次級滑體(圖3)。

圖3 倉堡田滑坡變形特征圖Fig.3 Deformation distribution characteristics of Cangbaotian landslide

2.1.1 左側次級滑體

呈“撮箕”形，橫寬480 m，長度約500 m，平面面積約22.5萬m2，滑體厚度10～30 m，滑體方量約450萬m3。滑動方向347°，前后緣相對高差116.66 m。

左側滑體發生后，后緣形成斜長約22 m、高差達8 m的滑坡后壁，呈“弧”形分布，長度約355 m；坡體上高速公路匝道呈梯級破壞，倒坎最大高差約4.8 m；除坡體中部兩棟磚混結構房屋發生地基及墻體破損、整體未倒塌外，中前緣區域房屋普遍發生倒塌破壞；滑坡前緣沖入左前側沖溝并將沖溝掩埋改道(圖4)。

圖4 倉堡田滑坡左側滑體剖面圖Fig.4 Section of the slide body on the left side of Cangbaotian landslide

2.1.2 右側次級滑體

呈“長舌”形，橫寬150 m，長度約460 m，平面面積約6.5萬m2，滑體厚度10～25 m，滑體方量約170萬m3。滑動方向在滑坡中部受到阻攔發生轉向，滑動方向為13°～35°，前后緣相對高差106.94 m。

右側滑體發生后，后緣形成斜長約17 m、高差約11 m的滑坡后壁，近似呈直線形，西側高差較大、向東高差逐漸減小；滑體下滑后后緣應力調整造成收費站場地拉張開裂、圍墻倒塌，滑坡后壁之上、拉張裂縫之下的應力調整區內的一棟民房出現向后傾斜的現象；坡體中部110 kV高壓電塔因滑動發生扭轉、倒塌，坡體中部形成多級反向滑坡臺坎，在降雨后形成水塘；滑體前緣摧毀、掩埋中坪小學教學樓及幾棟民房，掩埋、阻塞小沖灣河道約175 m(圖3)。

2.2 倉堡田滑坡變形時序

滑坡于2020年7月6—7日開始發生蠕滑變形，整體跡象不明顯，僅在前緣高速公路匝道路堤出現小規模滑塌[圖5(a)]，此時當地村民并沒意識到這是大滑坡發生的前兆變形。7月8日上午，滑坡體變形加劇，坡體上村民房屋開始出現變形跡象，公路出現明顯開裂，當地村民8日上午9：00左右上報災害變形情況[圖5(b)]。7月9日凌晨3：00左右，滑坡產生劇烈滑動，其中以滑坡左側部分變形最為劇烈，下滑距離達到35 m，并持續緩慢變形[圖5(c)]。7月10日凌晨，滑坡體右側部分也加速下滑，至上午8：00下滑距離達到了55 m，并持續緩慢變形[圖5(d)]。7月12日10：45變形結束。

圖5 倉堡田滑坡變形時序Fig.5 Deformation time sequence of Cangbaotian landslide

2.3 位移監測變化特征

滑坡滑動后，當地政府立即對滑坡后緣(中坪收費站圍墻處)及右側前緣(小學處)各設立3個簡易觀測點，位置見圖3。其中，滑坡右側后緣收費站處的監測設備從2020年7月9日上午11:00開始監測，觀測數據整理至7月29日上午8:00，該3處設備監測記錄了JC1、JC2監測點處的水平位移量和垂直位移量，JC3監測點處的水平位移量，監測曲線見圖6。

圖6 滑坡后緣3處臨時變形監測點位移曲線Fig.6 Displacement curves of three temporary deformation monitoring points at the back edge of landslide

前緣快速變形趨穩后，右側前緣小學處監測設備從2020年7月11日上午5:00開始觀測，數據觀測整理至7月18日上午5:00截止，該3處設備均監測記錄了JC4、JC5、JC6監測點處的總位移量，監測曲線見圖7。滑坡右側前緣小學處設置的應急監測點數據顯示，滑坡右側滑體變形在7月12日中午左右結束。滑坡后緣收費站圍墻處設置的應急監測點數據顯示滑坡體后緣持續緩慢變形，直至撤銷應急監測。

圖7 滑坡右前緣3處臨時變形監測點位移曲線Fig.7 Displacement curves of three temporary deformation monitoring points on the right front edge of landslide

滑坡發生后，省自然資源廳組織安裝了7個CNSS自動化監測設備，數據記錄開始時間為7月30日中午12:00。GNSS04與GNSS07位于滑坡左側次級滑體，位移量均較小，除GNSS04在8月23日有一次Y方向的77 mm突增外，其余時間變形較小；GNSS07整體變形僅僅4 mm，受噪聲影響存在較多數據起伏。

GNSS03與GNSS06位于滑坡中部變形較小的中間區域，GNSS03位于前部，位移量較小，表明坡體前緣已經趨于穩定；GNSS06位于坡體后緣部位，監測表明該部位仍在持續的緩慢變形，主要由于該位置前緣滑體下滑后形成臨空條件，坡體應力持續調整造成持續變形。

GNSS02、GNSS05與GNSS08位于滑坡右側次級滑動體上，GNSS02位于前部，位移量較小(12 mm)，表明坡體前緣已經趨于穩定；GNSS05位于坡體中部，前期變形較小，僅在8月23日有一次X方向(42 mm)的突增；GNSS08位于坡體有緣裂縫處，監測表明該部位仍在持續的緩慢變形，最大變形量達到420 mm。前部滑動后造成臨空，應力調整造成持續變形。其中7個GNSS監測點的合位移曲線如圖8所示。應急監測與自動化監測結果統計見表1。需要說明的是，GNSS自動化監測設備是在滑坡發生后緊急安裝部署的，滑坡的整體變形破壞過程并未在監測數據中體現。

圖8 GNSS監測曲線Fig.8 Monitoring curve of the global navigation satellite system

表1 倉堡田滑坡監測結果統計Table 1 Statistics of landslide monitoring results

3 倉堡田滑坡成因分析

3.1 長期坡腳沖刷

滑坡地貌為低中山侵蝕溝谷地貌，滑坡體所處斜坡斜長超過600 m，高差106 m，整體較為平緩，平均坡度約18°，坡體表面為階梯狀分布的旱地，除前緣外，坡體無較大規模的陡坎分布。滑坡前緣受小沖灣長期的沖刷影響，坡度較陡，為35°～50°，加上風化形成的巖土界面坡度較陡，滑體前緣存在臨空面(圖9)，巨大的高差、陡傾的巖土界面及前緣臨空面為滑坡變形產生提供了有利的地形條件，最終形成沿巖土接觸面產生折線滑動的滑坡地質災害。

圖9 倉堡田滑坡沖溝分布Fig.9 Gully distribution of Cangbaotian landslide

3.2 松散破碎的巖土體組合

紅層黏土中含有較多的黏土礦物，包含伊利石、蒙脫石等，黏土礦物將土體中的其他顆粒包裹，使得石英、方解石等碎屑顆粒不能直接接觸，黏土成為控制土體物理力學性質的主要成分。伊利石屬于膨脹性礦物，而碎屑礦物膨脹性較低甚至不膨脹，紅層黏土中不同礦物的膨脹性差異，使得土體具有較強的崩解性[20-24]。且紅層軟巖水敏性較強，遇水后內摩擦角急劇降低、坡體荷載增加，加速了坡體的變形破壞。

倉堡田滑坡變形破壞不同于其他平推式滑坡的變形破壞機制，由于坡向與巖層傾向并不一致，為接近反向的坡體，在持續降雨作用下，滑坡體內未形成穩定的靜水壓力及層面浮托力，巖土體的變形破壞主要是強風化紅層軟巖切層變形破壞的結果。根據對現場采取的滑帶軟塑狀粉質黏土進行物理力學試驗(參數見表2)，可以看出滑帶土物理力學性質較差，在降雨飽和情況下其力學性質進一步降低，導致滑坡巖土體累進性變形最終失穩破壞。

表2 倉堡田滑坡地層基本參數Table 2 Strata parameters of Cangbaotian landslide

3.3 極端強降雨

通過對倉堡田滑坡臨近的飛蛾村小沖灣不穩定斜坡雨量監測數據分析，2020年5月中旬至7月中旬，中坪鎮存在持續近兩個月的連陰多雨天氣。滑坡發生前1個月的累計降雨量有393 mm；前3 d單日降雨量：7月7日為86.2 mm，7月8日為48 mm，7月9日為20.6 mm。前3 d累計降雨量達到154.8 mm(圖10)。

圖10 倉堡田滑坡降雨統計Fig.10 Rainfall statistics of Cangbaotian landslide

滑坡體上有兩條自然淺沖溝，在降雨時排導坡體表面的降水及高速公路收費站處匯集的地表水。但沖溝未進行有效治理，部分降水會滲入坡體內部。其中滑坡體右側的排水溝在調查期間流量約為10 L/s，滑坡體左側排水溝調查期間流量約為8 L/s。滑坡中部后緣有一泉點，勘查期流量約為2 L/s，匯入現有滑坡體右側的排水溝內，最終匯入小沖灣河。

據村民介紹，現中坪收費站站址的下方，曾經是一處沖溝，沖溝內發育有2處季節性泉點，收費站建設時進行掩埋。滑坡發生下滑后，滑坡后緣滑坡后壁上有多處溢水點，將坡體內的地下水排泄出來(圖11)。持續強降雨作用下坡體內地下水飽和賦存是滑坡發生的最主要影響因素。

圖11 滑坡體泉點分布Fig.11 Distribution of spring point of the landslide

4 結論

通過對倉堡田滑坡變形特征、變形時序、位移監測等分析，可以得出以下結論。

(1)倉堡田滑坡斜長約600 m，橫寬約900 m，厚10～30 m，平均厚度約15 m，規模約800萬m3，為大型土質推移式滑坡，滑坡主要發育于第四系殘坡積土及強風化侏羅系自流井組(J1z)泥巖及砂巖中。

(2)滑坡整體呈“簸箕”形，主滑方向為12°，滑坡變形破壞后，形成左右兩個變形速率和位移不同的次級滑體。

(3)滑坡初始變形時間為2020年7月8日9：00左右，7月9日凌晨3：00左右滑坡產生劇烈滑動，7月12日10：45變形結束。位移監測顯示，滑坡體整體變形結束后，后緣還存在小范圍的持續變形。

(4)雖然滑坡整體坡形較緩，但前緣存在臨空條件，受附近構造影響，巖體較為破碎，在持續強降雨作用下，坡體內地下水處于飽和狀態，在降水壓力與動水壓力的作用下，最終發生變形破壞。