某地質(zhì)災害點成因機制分析與穩(wěn)定性評價

尹萍，楊柳

（湖南工程職業(yè)技術學院，長沙 410151）

研究區(qū)屬于典型的剝蝕丘陵地貌。區(qū)內(nèi)丘頂渾圓，山頂較平緩。勘查區(qū)最高點位于斜坡西北側的山頂，標高約為92 m，最低點位于勘查區(qū)南側的溪溝，標高約為40 m，相對高差為52 m。山體坡度一般為25°～35°左右，前緣由于切坡建房，局部坡度大于60°。民房分布于滑坡的下方，滑坡坡面由于土體滑動基本無植被，水土流失極為嚴重，區(qū)內(nèi)未見基巖出露。

研究區(qū)內(nèi)主要地層由新到老主要為第四系滑坡堆積層（Qdel）、殘坡積層（Qel+dl）和白堊系下統(tǒng)神皇山組（K1s）。

1 地質(zhì)災害點基本特征

災害點由2處滑坡組成，編號為H1、H2，該2處滑坡位于同一山體，最短直線距離僅20 m，如圖1所示。

圖1 H1、H2滑坡位置關系

1.1 H1滑坡形態(tài)特征

滑坡周界以巖土體是否產(chǎn)生變形破壞界定，沿著滑坡體周邊分布。根據(jù)本次現(xiàn)場勘查，滑坡剪出口位于坡腳處；右緣以裂縫f1、f2變形消失處為界；左緣以剪切裂縫f4變形消失處為界；后緣以拉張裂縫f2、f3變形消失處及近似垂直的滑坡壁為界。整個滑坡的周界較為明顯。如圖2所示。

圖2 H1滑坡全貌及其威脅對象

滑坡主滑方向為139°。滑坡由于滑動，在后緣形成近似垂直的滑坡壁，整體下挫最大高度達7 m，平面呈圈椅狀形態(tài)，縱向剖面為前緣陡、中部緩和后緣陡。前緣剪出口高程46～48 m，后緣高程為70～76 m，相對高差28～30 m，剪出口至后緣滑體水平長度約為40 m，斜坡長度約50 m，坡度為30°～40°。前緣寬度約85 m，后緣寬約30 m，面積約2500 m2，滑體平均厚度9.0 m，滑坡體積22500 m3，屬小型淺層牽引式土質(zhì)滑坡。

1.2 H1滑坡變形特征

滑坡變形跡象較為明顯，表現(xiàn)為后緣出現(xiàn)多條拉張裂縫，其中f1長約20.0 m，寬0.1～0.4 m，可見深度0.05～0.50 m，造成斜坡后緣整體下挫達1.5 m，斜坡前緣發(fā)生小規(guī)模滑塌，滑塌面積約30 m2，滑塌體積約60 m3，直接經(jīng)濟損失0.5萬元。隨后相關負責部門在該處地災點設立地質(zhì)災害警示牌及建立了緊急避險機制。該滑坡每逢暴雨或持續(xù)降雨時，滑坡均存在不同程度的變形，前緣垮塌方量5～20 m3不等。受長時間暴雨影響，滑坡前緣產(chǎn)生大面積的滑塌，如圖3所示，滑塌面積約1000 m2，滑塌體積約3000 m3，滑塌區(qū)頂部外圍伴生弧形裂縫f1，如圖4所示，在后緣形成近似垂直的滑坡壁，整體下挫最大高度達6.5 m，下滑的土體毀房1間，沖毀下方擋墻約10 m，造成直接經(jīng)濟損失5萬元。

圖3 前緣大規(guī)模滑塌

圖4 后緣弧狀裂縫f1

1.3 H1滑坡物質(zhì)結構特征

滑體土主要物質(zhì)成分由滑坡堆積粉質(zhì)黏土和殘坡積粉質(zhì)黏土組成。其中粉質(zhì)黏土（Qdel）主要由滑坡下滑土體堆積而成，黃褐色、紅褐色，可塑-硬塑。主要分布于滑坡中前緣，揭露厚度3.5～6.5 m。殘坡積粉質(zhì)黏土（Qel+dl）為殘坡積成因，紅褐色，硬塑，無搖震反應，刀切面稍光滑，韌性及干強度中等，不均勻含5%～25%的礫石，礫石粒徑2～35 mm，礫石成分主要為灰?guī)r，呈棱角狀。勘查區(qū)內(nèi)廣泛分布，揭露厚度2.1～7.8 m。滑床主要由殘坡積粉質(zhì)黏土及白堊系下統(tǒng)神皇山組（K1s）礫巖組成，紅褐色，原巖結構構造已基本破壞，原巖殘余結構仍清晰可辨，巖芯多呈硬土狀，少量呈砂礫狀。勘查區(qū)內(nèi)廣泛分布，揭露厚度1.3～9.9 m。中風化礫巖呈灰白色，中細粒礫狀結構，鈣質(zhì)膠結，部分礦物成分已風化變質(zhì)，礫石成分為灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，柱狀巖芯，錘擊聲脆，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級，RQD（巖石質(zhì)量指標）一般為70～85。

1.4 H2滑坡形態(tài)特征

滑坡周界以巖土體是否產(chǎn)生變形破壞界定，其沿滑坡體周邊分布。根據(jù)本次勘查，滑坡剪出口位于坡腳處；右緣以剪切裂縫f7變形消失處為界；左緣以拉張-剪切裂縫f5變形消失處及微地貌陡坎為界；后緣以拉張裂縫f5、f6變形消失處及近似垂直的滑坡壁為界，整個滑坡周界較明顯。

滑坡的主滑方向為91°。滑坡由于滑動，在后緣形成近似垂直的滑坡壁，整體下挫最大高度達5.3 m，平面呈圈椅狀形態(tài)，縱向剖面形態(tài)為前緣陡、中部緩和后緣陡。其中前緣剪出口高程48 m，后緣高程為67～68 m，相對高差19～20 m，剪出口至后緣滑體水平長度約為25 m，斜坡長度約30 m，坡度30°～40°，局部達60°以上。前緣寬度約40 m，后緣寬約20 m，面積約1000 m2，滑體平均厚度7.0 m，滑坡體積7000 m3，災害類型為小型淺層牽引式土質(zhì)滑坡。

1.5 H2滑坡變形特征

滑坡發(fā)生明顯變形，后緣出現(xiàn)多條拉張裂縫，其中f5長約15.0 m，寬0.1～0.45 m，可見深度0.10～0.50 m，造成斜坡后緣整體下挫達1.2 m，斜坡前緣發(fā)生小規(guī)模滑塌，滑塌面積約20 m2，滑塌體積約50 m3，直接經(jīng)濟損失0.5萬元。此后滑坡每逢暴雨或持續(xù)降雨，坡體上均出現(xiàn)不同程度的變形，表現(xiàn)在局部位置有土體溜滑現(xiàn)象，垮塌方量2～10 m3不等。每年汛期來臨時，長沙縣自然資源局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道相關部門都要組織人員對其進行巡查。2020年6月，受暴雨影響，滑坡前緣產(chǎn)生大面積的滑塌，滑塌面積約300 m2，滑塌體積約700 m3，滑塌區(qū)頂部外圍伴生弧形裂縫f5，在后緣形成了垂直的滑坡壁，整體下挫最大高度達5.3 m，如圖5所示，下滑的土體掩埋下方的簡易擋墻約10 m，如圖6所示，并在滑坡后緣形成新的拉張裂縫。

圖5 前緣滑塌及擋墻被掩埋

圖6 前緣簡易擋墻及后緣滑坡壁

1.6 H2滑坡物質(zhì)結構特征

滑體主要由滑坡堆積粉質(zhì)黏土和殘坡積粉質(zhì)黏土組成。其中第一層粉質(zhì)黏土（Qdel）為滑坡堆積成因，主要由滑坡下滑土體堆積而成，黃褐色、紅褐色，可塑-硬塑；第二層粉質(zhì)黏土（Qel+dl）為殘坡積成因，紅褐色，硬塑，無搖震反應，刀切面稍光滑，韌性及干強度中等。根據(jù)本次勘查，本滑坡經(jīng)過2次滑移以后，應力已經(jīng)進行了調(diào)整，鉆孔中未揭露到滑帶，表明滑帶尚未形成和貫通，根據(jù)理正巖土軟件自動搜索，最危險滑動面位于第二層粉質(zhì)黏土內(nèi)部。滑床主要由殘坡積粉質(zhì)黏土及白堊系下統(tǒng)神皇山組（K1s）礫巖組成。

2 滑坡成因和破壞模式分析

根據(jù)前面所述，對該處滑坡成因特征綜合分析歸納如下。

2.1 地形地貌因素

滑坡區(qū)屬于剝蝕丘陵地貌。研究區(qū)內(nèi)為丘頂渾圓，山頂較平緩。勘查區(qū)最高點位于斜坡西北側的山頂，標高約為92 m，最低點位于勘查區(qū)南側的溪溝，標高約為40 m，相對高差52 m。山體坡度一般25°～35°左右，前緣由于切坡建房，局部坡度大于60°。民房分布于滑坡的下方，滑坡坡面由于土體滑動基本無植被，水土流失極為嚴重，由于切坡建房，民居屋后陡坎高度約5～10 m，地形上易于形成滑坡。

2.2 巖性因素

滑坡體主要由第四系滑坡堆積體和殘坡積粉質(zhì)黏土組成，不均勻含5%～25%的礫石，其中巖土體特征為結構松散、大小混雜，凝聚力小，地表水易下滲，土體長時間在干濕循環(huán)交替的環(huán)境之中，影響到土層的C、φ值。在暴雨季節(jié)，地下水的作用之下使滑體的重度增加，易在黏土內(nèi)部形成軟弱滑帶，容易形成滑坡。

2.3 降雨因素

降雨過程會大大增加滑體巖土的自重，增大孔隙水壓力，使處于極限平衡的坡體產(chǎn)生滑動；其次就是地下水滲透到滑動面或滑動帶上，隨即軟化了滑動面，降低了抗剪強度，減弱了滑體穩(wěn)定性，導致坡體變形失穩(wěn)產(chǎn)生滑移。

2.4 人類工程活動因素

不合理的人類活動是形成滑坡的外在因素。切坡建房是主要的人類工程活動。建房切坡導致前緣形成5～10 m大的臨空面，同時切坡也進一步改變斜坡的原始地形地貌景觀，對原始斜坡的應力平衡狀態(tài)產(chǎn)生影響，為滑坡發(fā)生變形進一步創(chuàng)造了有利條件。

3 穩(wěn)定性計算結果

3.1 計算剖面

滑坡穩(wěn)定性計算選取計算剖面1-1'～3-3'對滑坡穩(wěn)定性進行計算。

3.2 計算模型

在不同工況條件下對滑坡進行穩(wěn)定性定量計算，為滑坡防治提供依據(jù)。

按GB/T 38509—2020《滑坡防治設計規(guī)范》，滑坡穩(wěn)定性計算工況、荷載組合及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表1。

表1 穩(wěn)定性計算工況、荷載組合

結合本次勘查結果，滑坡為土質(zhì)滑坡，因此采用圓弧滑動的方法來進行計算，采用理正巖土軟件來自動搜索最危險滑動面。圖7為瑞典條分法（圓弧型滑動面）。

圖7 瑞典條分法（圓弧型滑動面）

式中：孔隙水壓力Nwi=γwhiwLicosαi，即近似等于浸潤面以下土體的面積hiwLicosαi乘以水的容重γw，kN/m3。

滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力為

滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力為

式（1）～（3）中：Wi為第i條塊的重量，kN/m；Ci為第i條塊內(nèi)聚力，kPa；?i為第i條塊內(nèi)摩擦角，°；Li為第i條塊滑動面長度，m；αi為第i條塊滑面傾角，°；βi為第i條塊地下水流向，°；A為地震加速度（重力加速度g）；Kf為穩(wěn)定系數(shù)。

若假定有效應力為

式中：ru是孔隙壓力比，可表示為

簡化公式為

滑坡推力計算公式

對剪切而言

對彎矩而言

式（7）、式（8）中：HS、Hm為推力，kN/m；KS為設計的安全系數(shù)；Ti為條塊重量在滑面切線方向的分力。

3.3 計算結果

滑坡穩(wěn)定性采用上述公式通過理正巖土軟件計算，有關統(tǒng)計結果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算結果統(tǒng)計表

根據(jù)GB/T 32864—2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的規(guī)定，其判別標準見表3。

表3 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分表

4 滑坡穩(wěn)定性評價及發(fā)展趨勢分析

4.1 穩(wěn)定性評價

由上述計算結果得出如下結論。

（1）天然狀況下，H1滑坡體分析結果為穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨狀況下，滑坡體屬于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡可能沿最危險滑帶動面局部或整體滑動。因此，滑坡亟需采取工程治理。

（2）天然狀況下，H2滑坡體分析結果為穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨狀況下，滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡可能沿最危險滑帶動面局部或整體滑動。因此，滑坡亟需采取工程治理。

4.2 變形發(fā)展趨勢

滑坡的形成條件主要是受地形地貌、地質(zhì)構造、地層巖性、降雨與人類活動等綜合作用形成，其中人類活動與大氣降水是滑坡的誘發(fā)因素，斜坡地形為滑坡提供了勢能。滑坡的變形發(fā)展趨勢受人類工程活動影響非常大，無序的工程建設改變巖土體力學結構，不利于滑坡的穩(wěn)定，將加速滑坡滑動。

滑坡的坡面多處出現(xiàn)拉張及剪切裂縫，雨水極易沿坡面裂縫或松散堆積體直接滲入，大大增加巖土體自重，同時也降低了巖土體的抗剪強度，研究區(qū)在雨季雨量充沛時，在短時暴雨時，因勘查區(qū)無完善截排水系統(tǒng)，雨水來時不能及時排泄，導致水滲入巖土體引發(fā)滑坡發(fā)生變形，滑坡可能整體向下滑動，因此H1、H2滑坡治理工作刻不容緩。