強降雨誘發茅臺鎮某滑坡復活變形機理及穩定性研究

阮 凡 何旭東 唐文佳 陳佳斌

（貴州省地質礦產勘查開發局114地質大隊，貴州 遵義 563000）

0 引言

強降雨是引起滑坡復活變形破壞的最廣泛的誘因之一［1-3］。除了淺表的劇烈浸潤侵蝕作用下引起淺層滑坡以外，強降雨還會造成坡體入滲條件良好的深層老滑坡的復活變形破壞［4-5］。通常該類滑坡的啟動受到地形、降雨持時、坡體結構、巖土體水敏感性等因素的影響，而斜坡穩定性也是由前述多因素共同耦合作用控制的［6-7］。

2019年主汛期以來，仁懷市持續降雨，茅臺鎮（6月1日—7月30日降雨量達302.6 mm），多地出現地質災害險情。7月29日17時05分，茅臺鎮仁文村海椒坪滑坡地質災害隱患點產生新的開裂變形，滑坡區多處產生滑塌，滑坡地表裂縫呈現加劇發展趨勢。本研究基于現場調查、坡體長期監測及室內巖土體試驗結果等，對強降雨條件下滑坡的復活成災機理與演化規律進行了深入分析。總結了研究區該類滑坡的破壞特征，相關成果可為西南山區強降雨觸發滑坡災害科學防治與應急管理提供參考與借鑒。

1 研究區環境地質條件

研究區地貌類型屬侵蝕低山河谷地貌，地貌類型順應構造跡象發育。根據現有地貌及地質骨架推測，地質歷史上滑坡區應為連續的山體，然而軟硬相間巖組遭受兩組傾共軛節理切割后在內外地質營力作用下發生大規模的崩塌滑坡，形成滑坡區今天的地貌輪廓，即多級寬緩平臺與陡緩斜坡相間的似槽狀地形。

研究區主要有第四系全新世以來發生崩滑堆積而成的含碎石粉質黏土、碎石土、碎塊石夾粉質黏土、侏羅系中統沙溪廟組砂巖夾泥巖。區域水文地質條件較簡單。根據滑坡區鉆孔地下水位量測，滑坡體地下水位埋深在0~19.5 m，地下水受滑坡中后部高位水池滲漏就近補給影響，總體水位趨勢為中后緣埋深大于前緣，但局部受早期老崩滑堆積體堆積物質的分縱向坡滲透系數差異較大，如圖1所示。

圖1 鉆孔揭露巖層及地下水埋深特征

2 滑坡基本特征及巖土體特性

2.1 滑坡形態

海椒坪滑坡為老崩滑堆積層滑坡，縱剖面上由三級寬緩平臺與陡緩斜坡交替組成，初始變形時間為1985年，歷年來處于蠕變階段，受近期持續強降雨影響，老滑坡部份復活，變形更加強烈，如圖2所示。老滑坡縱長約410~490 m，橫寬約130~280 m，厚度3~20 m，平均厚度15 m，總體積150×104 m3，面積8.3×104 m2，主滑方向217°，平面形態為“倒舌形”，滑面為折線型，為大型中層推移式堆積層滑坡。

圖2 滑坡全景及分區圖

2.2 滑體特征

滑體土結構復雜，成因為老崩滑堆積體，物質組構成層性差，物質成分以碎塊石夾粉質黏土、碎石土、黏性土夾碎石、含碎石粉質黏土為主，厚度0.5~20 m，稍密~中密，多為黃褐色、灰褐色，稍濕~濕潤，表層為硬塑狀，中下部為可~軟塑狀，粉質黏土無搖振反應，稍有光滑。

2.3 滑帶特征

現場開展了地表工程地質測繪、鉆探、井探和槽探等多種勘探手段，同時通過13個鉆孔測斜監測滑坡變形，如圖3所示。測斜數據和滑坡后緣探井開挖揭露滑動面情況，滑面（帶）追蹤和沿著老崩滑堆積體與下伏基巖層面發育，形成以該界面形態為主的非線性形的滑面（帶），滑帶土為軟塑的粉質黏土夾少量碎塊石。從鉆孔地下水位觀測可知，大部份滑帶土處于地下水位以下，處于飽水狀態。滑坡深部位移監測曲線總體為“r”型，為滑坡典型滑動面位移特征曲線，例如鉆孔測斜ZK06孔，如圖4所示。

圖3 滑坡全景及分區圖

圖4 ZK06鉆孔測斜位移曲線

2.4 巖土體參數

現場選取滑體土樣9件；開展現場大剪實驗6組；滲水試驗9組；滑體土大重度試驗6組。滑體土重度按室內試驗與現場大重試驗統計數據的平均值確定，含碎石粉質黏土、碎石土的天然重度取平均后與鉆孔取樣重度偏差率0.49%，說明鉆孔取土樣測試重度可靠度較高，故碎石土飽和重度按鉆孔取土樣飽和重度確定，其取值見表1。滲透系數前緣為0.545 m/d，中后部為0.933 m/d。

表1 滑體土重度 單位：kN/m3

現場大剪試驗獲取滑體原位強度參數見圖5。實驗時試樣的制備和實驗設備的安裝應盡快完成，以保持試樣的天然含水率狀態。此次試驗共完成測點7個，其中1、4號試體因數據異常舍去。試體分別施加梯度法向應力，再施加剪切應力。將試驗數據進行線性擬合，得到內摩擦角為25.4°，黏聚力為18.0 kPa。

圖5 現場大剪試驗及抗剪強度參數

3 滑坡成因機理及穩定性評價

3.1 計算模型

計算模型主要是根據滑坡各勘探剖面，監測數據分析，結合地質環境條件和滑坡變形破壞特征建立的。滑坡選擇4條典縱剖面進行計算（這里以2-2＇為例），分別計算老滑坡整體穩定性與滑坡Ⅰ區次級剪出部分的穩定性，計算模型如圖6所示。計算參數根據前述前期現場試驗和室內試驗結果進行取值。設定計算工況1為自重+地下水+附加荷載（設防安全系數取1.20），工況2為自重+地下水+20年一遇暴雨+附加荷載（設防安全系數取1.15），工況3為自重+地下水+50年一遇暴雨+附加荷載（校核安全系數取1.10）。滑坡體滲透系數為1.08×10-5m/s~5.4×10-6m/s，滲透系數大于1×10-7m/s，地下水位以下范圍內滑體取浮重度，計算滲透壓力，抗滑力計算采用有效應力法。

圖6 剖面2-2＇計算模型

3.2 模擬結果及成災機理分析

計算結果表明，隨著降雨量的增加，斜坡整體穩定系數逐漸降低，次級剪出口逐漸由基本穩定向欠穩定方向發展，表明在該地形及巖土地層條件下，強降雨加劇坡體的開裂變形，影響滑帶及坡體巖土參數。為進一步探究滑坡變形機理，選取巖土體參數開展敏感性分析研究。影響滑坡穩定性主要因素包括滑帶抗剪強度參數、滑體飽水情況及容重變化等。本次敏感性主要針對C、φ值做分析，計算選取2-2＇剖面次級剪出部分研究其變化對滑坡穩定性的作用，如圖7所示。當C值每增加1 kPa時，則穩定系數提高在0.38%~0.99%，當φ值每增加1°時，則穩定系數提高在1.62%~7.11%，尤其是穩定系數小于1.05前段，變化斜率更陡。這表明抗剪強度參數Φ值較抗剪強度參數C值的敏感性強，說明Φ值對滑坡穩定性影響較C值大，由此可知降雨入滲和滑帶土飽水程度是影響土體抗剪強度的關鍵因素。

圖7 抗剪強度參數敏感性分析

前期研究表明，海椒坪滑坡主要受大氣降雨、地下水、巖土結構和屬性控制。首先，滑坡區地形成總為槽狀地形，兩側為山脊，剖面上以階梯狀為主，總體呈現上陡中緩下陡的趨勢，三級平臺間臨空條件好，下伏基巖為順坡向結構，為滑坡的滑動與剪出提供了有利的條件。其次，松散堆積巖土組物質成分復雜，成層性差，土體滲透系差異大，有利于地表水垂直下滲。滑坡為順向坡，出露地層為層狀碎屑巖組，斜坡整體穩定性受軟弱泥巖夾層控制，對水較為敏感。滑體土長期處于飽水狀態，力學強度低，地下水賦存和涇流條件較復雜，易沿其下覆基巖面或內部產生滑動。最后，土體飽水和含水量豐富，順坡向結構使得基巖裂隙水源源不斷的補給老崩滑堆積體，軟化含碎石粉質黏土層，地下水水力梯度發生改變，動水壓力的形成不利于滑坡穩定。

4 結論

①該滑坡是由不利的地形地貌、巖土結構組合、持續降雨和地下水等自然因素誘發的老滑坡局部復活。目前滑坡整體處于穩定狀態，中后緣次級剪出部分處于基本穩定及欠穩定狀態，剪出口位于前緣陡臨下部緩坡地段。

②強降雨引起了地下水滲透運移和滑坡巖土體參數劣化，從而觸發了坡體位移并逐步加劇滑坡變形。在水致劣化作用下，內摩擦角對坡體穩定性的影響系數是黏聚力的5~7倍。

③如再遇類似2019年6—8月份的持續強降雨天氣，滑坡體有可能出現較大規模變形，整體復活，甚至整體下滑形成泥石流，鏟刮滑坡下部陡斜坡區強風化泥巖及土層，堵塞自然溪溝，形成堰塞湖，嚴重威脅自然溪兩側村民的生命財產安全。