濟南市南部山區水井北村滑坡成因機制及穩定性研究

李志峰，田光彩，王寧，李坤

(山東省魯南地質工程勘察院(山東省地質礦產勘查開發局第二地質大隊)，山東 兗州 272100)

0 引言

2019年8月，受臺風“利奇馬”影響，濟南南部山區水井北村發生滑坡地質災害，滑坡發生在坡體南側前緣，損毀了坡體前緣的兩處民房，北側坡體已發生明顯蠕滑并出現大范圍張拉裂縫?；麦w長度約122m，寬約33m，滑坡體體積約7649m3，已對邊坡下方7戶民居26位村民的生命財產造成一定程度的威脅和破壞。水井北村滑坡是臺風誘發的危害較嚴重的地質災害，作為濟南市內典型的強降水誘發滑坡，如何認識水井北村滑坡類型與成因機制，如何進行滑坡體應急調查與整體穩定性評價，不僅具有重要的學術意義，也可指導濟南市類似滑坡體穩定性分析[1]。本文在水井北村滑坡工程地質特征分析的基礎上，探討了滑坡類型及發生的地質成因機制，并對滑坡體的整體穩定性進行了評價。

1 地質背景

滑坡體位于低山區，區內地形整體呈西高東低、北高南低趨勢?；麦w位于山體前緣，早期村民建造房屋切坡形成了陡立面，立面高差6.7～9.8m。

根據現場調查，滑坡體及附近區域出露的地層主要有寒武紀九龍群崮山組、炒米店組及第四系：崮山組巖性以灰色薄層疙瘩狀—鏈條狀灰巖、竹葉狀灰巖互層為主，夾薄板狀灰巖；炒米店組巖性以灰色薄層泥質條帶灰巖、鮞?；規r、中厚層竹葉狀灰巖為主，為區內主要出露地層，區內巖層整體傾向為NNW向，傾角較小，巖層產狀為345°∠4°；第四系主要分布在山間盆地和山麓斜坡上，第四系厚度變化較大，由東向西厚度逐漸變小。

滑坡體位于山體前緣，上部由當地居民沿坡改造成的梯田，滑坡體下方(東側)為村民修建的房屋，由于坡腳開挖，形成了高陡邊坡。區內破壞地質環境的人類工程活動較強烈。

2 滑坡體勘查工作概況

在充分收集區內已有地質、水文地質、環境地質資料的基礎上，對水井北村滑坡采取了工程地質測繪、地球物理勘探、巖土工程勘察、坑探等多項勘查工作(圖1)[2]。

(1)1∶500工程地質測繪

根據踏勘結果，開展1∶500工程地質測繪，獲得了準確的邊坡特征，以大比例尺地質圖作為基礎，對地物點等實施測繪上圖，對整個滑坡體與影響范圍進行工程地質測繪，并進行專門的水文地質測量與地質災害測量，此外還輔以走訪調查，調查內容包括自然地理、地層、水體、裂隙、陡崖、人為活動、滑坡活動性、災情和險情等[3]。

(2)地球物理勘探

采用手段主要為高密度電阻率法[4]及地質雷達[5]，通過踏勘布設了高密度電阻率法物探剖面線6條，每隔1m布設一個物探點，1,2,3線近平行于等高線布置，4,5,6線近垂直于等高線布置。地質雷達根據高密度電阻率法勘探情況布設勘探點用于補充高密度電阻率法的效果，布設了地質雷達剖面線5條，每隔1m布設一個物探點，同一物探點采用100MHz和200MHz兩種不同的探測頻率。物探探測深度為0～15m[6]。

(3)鉆探

根據現場調查情況，在松散堆，積物分布區布設了鉆孔6個，共組成3條勘探剖面。滑坡體后緣鉆探孔深為10～13m，滑坡體前緣鉆探孔深為15m。所有鉆孔揭露完整基巖的厚度均大于5m。

(4)坑探

在滑坡體石堰上部的平臺內側布設9個探坑，探坑平面尺寸0.6m×1.0m，深度0.4～1m不等[2-5]。

3 滑坡體基本特征

將現場調查、工程地質測繪、物探、鉆探、坑探等勘查手段取得的結果綜合驗證，得出了滑坡的基本特征[5]。

3.1 滑坡形態特征

水井北村滑坡邊坡走向近SN向，傾向E，傾角約40°。該區已有兩處發生了滑坡地質災害，地層巖性主要為炒米店組灰巖和第四系殘坡積層，其南側可見泥質頁巖夾薄層灰巖，巖石風化強烈，裂隙發育，巖石破碎，完整性差，呈散狀或碎塊狀，力學強度低。

3.2 滑坡物質組成

據ZK1-ZK06號鉆孔資料表明，滑坡體底部巖石為炒米店組中厚層灰巖、竹葉狀灰巖及薄層泥質灰巖，淺部風化強烈，裂隙節理發育，巖體破碎，其下部巖體裂隙較不發育，完整性較好。將所有勘查工作的資料進行了匯總整理，通過鉆探、物探及坑探的數據分析，選取了工程地質剖面，繪制了綜合工程地質剖面圖(圖2)。

1—粉質黏土；2—含碎石粉質黏土；3—泥灰巖；4—中厚層灰巖；5—竹葉狀灰巖；6—薄層灰巖；7—鉆孔位置、編號及標高；8—探槽位置、編號及標高；9—分界深度；10—滑動帶圖2 研究區綜合工程地質剖面圖

滑坡體大部分區域均被第四系松散物覆蓋，巖土體類型為多層結構中壓縮性巖土體，巖性為粉質黏土及泥灰巖、灰巖為主，灰巖差異風化明顯，無濕陷性和脹縮性等特殊性土(圖3)。

1—推測斷層；2—推測第四系(松散層)；3—推測基巖圖3 研究區高密度2線解譯圖

3.3 滑動面特征

根據不穩定斜坡變形的現狀及鉆孔資料揭示情況，該斜坡存在土巖分界面及局部存在兩個結構面，經穩定性分析，滑坡體可能沿著土巖分界面進行滑動，根據鉆探及物探資料顯示，滑動面特征如下：

(1)結構松散，塑性狀態以軟塑狀態為主。

(2)導水性較好，地下水的滲透系數較大。

(3)土巖分界面上部土層含大量碎石，膠結較差。

(4)土巖分界面上部土層厚度厚薄不一，滑坡體后緣土層厚度在1.5m左右，滑坡體前緣清理前，土層厚2.5～7m。

3.4 滑坡體推測界線

初步推測滑坡體范圍的北部邊界為受災房屋北側，南側邊界為另一受災房屋南側，東側邊界為滑坡體前緣、受災房屋西側，西側邊界為山坡基巖出露處。

3.5 滑床特征

據鉆孔揭露以及實地調查，滑坡中后緣滑床為微風化中厚層灰巖，即推測滑坡體以微風化中厚層灰巖與第四系松散結構面滑動為主?；猜裆钭畲鬄?m，該層灰巖完整性較好，節理裂隙閉合，巖體堅硬，工程地質性狀較好。

4 滑坡體成因機制

本滑坡產生的條件十分復雜，歸結起來可分為內部條件和外部條件兩個方面。不良的地質條件是滑坡產生的內部條件，人類工程活動、水的作用則是觸發并產生滑坡的主要外部條件[7-8]。

4.1 滑坡發育的內部條件

(1)地質構造。區內有小型斷裂構造，基巖裂隙較發育，多個鉆孔揭露灰巖及泥灰巖層間裂隙發育，局部較破碎。第四系中碎石含量較高，利于地下水的滲入，致使松散層力學性質減弱，兩條斷裂間巖層抬升，加速風化，致使風化后的松散堆積層厚度較厚，有利于滑坡體的物質積累。

(2)地形、地貌因素?；聟^處于斜坡地帶，地勢由西向東傾斜?；缕履_是當地村民修建房屋開挖形成的臨空面，提供了滑坡向前滑動的空間。

(3)巖層因素。堆積層下伏的灰巖差異風化明顯，下伏的薄層灰巖風化強烈，風化裂隙破壞了巖體的完整性，將土體切割成塊狀和片狀，水沿裂隙活動對巖體的工程性質不利。上覆松散層結構松散，抗剪強度低，浸水后易發生軟化和膨脹，抗滑穩定性極差，在自身重力和地形條件下沿土巖分界面發生滑動。

(4)水文地質因素?；聟^內淺層含水層主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水，含水層與大氣降雨關系密切，對斜坡表層的巖土體影響作用明顯，當水滲入上部堆積層后，增大了土石的下滑力，降低其抗剪強度，起到“潤滑劑”的作用，對滑坡下滑起到重要作用[9]。

通過調查發現本次滑坡地質災害點邊坡陡崖高度6.6～22.2m，坡度60°～80°之間，地形條件較為復雜，滑動方向70°；通過物探和鉆探探明邊坡上存在厚度1.5～6m的松散堆積層，有較好的透水性，下部基巖主要為灰巖，透水性一般，大量降雨后易在巖層交界面形成較好滑動面，存在滑坡有利條件。

4.2 滑坡發育的外部條件

(1)降雨影響

滑坡發生正處臺風“利奇馬”過境時，臺風帶來的降雨下滲進入滑坡體松散土體中，增大了土體重度，降低了土體的抗剪強度指標。地表水沿著孔隙下滲，給潛在滑坡提供“潤滑劑”[10]。在長期重力和風化作用下，軟弱面逐步向深部擴展，出現了與外界貫通的面，坡體結構隨著變形發展而松動[11]。加上本區山坡上有季節性泉眼，雨水和泉水的大量滲入使得基巖接觸面以上的松散土體強度降低，在不利的地形條件下沿軟弱結構面產生滑動。

(2)人類活動的影響

滑坡的表面主要為梯田，四季耕植翻土、挖溝等行為使土層松散，降雨下滲浸潤土體，使坡體物質穩定性變差。

調查過程中發現多處人工開挖形成的臨空面，破壞了坡體的自然平衡條件，坡面形成的裂隙加劇了地下水的下滲，進一步影響了坡體的穩定性，在自重力作用下，使上部堆積層沿著最危險滑動面產生應力松馳，引發坡體的下滑。

滑坡的形成是自然因素和人為活動因素綜合作用的結果，水井北村山體滑坡目前整體處于穩定狀態，局部處于欠穩定狀態，在持續不利荷載(人類活動、降雨及地震)的作用下，隨著變形的發展和加劇，將可能繼續發生局部下滑失穩情況，危及坡體下村民及村道的安全。

5 滑坡體穩定性分析

(1)計算工況

該滑坡變形受水的影響明顯，現選取以下兩種工況組合進行計算：工況①：天然工況(自重)；工況②：暴雨工況(自重+50年一遇暴雨)[12]。

(2)計算方法

剛體極限平衡分析法是巖土工程中分析斜坡穩定時應用最廣的一種方法，其基本思路是：假定巖土體破壞是由于滑體沿滑面滑動造成的，滑動體被看成剛體，不考慮其變形，滑面上巖土體處于極限平衡狀態，并且滿足摩爾一庫侖準則[13]。

分析方法選用《滑坡防治工程勘查規范》(DZ/T0218—2006)推薦的傳遞系數法，并采用Janbu法(簡布法)進行穩定性校核，盡可能接近客觀實際[14-15]。

(3)參數取值

本次所用計算參數采用巖礦測試結果見表1。

表1 水井北村山體滑坡參數取值表

(4)計算結果

基于極限平衡原理，采用傳遞系數法和Janbu法對比計算不同工況下滑坡典型剖面的穩定性系數，計算結果見表2。

表2 穩定性系數計算結果一覽表

通過穩定性計算，大水井北村山體滑坡在天然條件下，其穩定系數平均值為1.033，整體屬欠穩定狀態。暴雨狀態下，穩定系數平均值為0.903，坡體處于不穩定狀態。

6 結論

(1)斷裂發育、巖層風化、地勢傾斜、坡腳臨空面、淺層含水層受降雨影響嚴重，是水井北村地質災害點具備滑坡發生的內在條件。

(2)臺風帶來的降雨和山坡上原有的季節性泉水入滲、村民四季耕植翻土挖溝等行為，是滑坡發生的外在條件。

(3)水井北村山體滑坡在天然條件下，穩定系數平均值為1.033，整體屬欠穩定狀態。暴雨狀態下，穩定系數平均值為0.903，坡體處于不穩定狀態。坡體在持續不利荷載(人類活動、降雨及地震)的作用下，隨著變形的發展和加劇，將可能繼續發生局部下滑失穩情況。