黃土—泥巖接觸面滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價
——以伊犁大洪納海溝滑坡為例

曹小紅，許 濤，王偉中，蔡明明，龔 澤

（1.新疆工程學院，新疆烏魯木齊 830000；2.新疆地質(zhì)災害防治重點實驗室，新疆烏魯木齊 830000）

黃土滑坡是我國重要的滑坡類型之一，根據(jù)滑坡體物質(zhì)組成及滑面的發(fā)育位置，將黃土滑坡進一步劃分為黃土層內(nèi)滑坡、黃土—泥巖接觸面滑坡、黃土—泥巖順層滑坡和黃土—泥巖切層滑坡四種基本類型[1]。黃土—泥巖接觸面滑坡主要指黃土沿下伏泥巖等接觸面滑動的黃土滑坡，是黃土發(fā)育區(qū)主要的滑坡類型之一。伊犁地區(qū)是我國17 個黃土集中分布區(qū)之一，也是地質(zhì)災害較為發(fā)育的區(qū)域之一。伊犁滑坡的結構類型分別是黃土+泥巖結構、黃土+基巖（灰?guī)r）結構和黃土+砂礫石+軟巖（泥巖）結構[2]，其中黃土—泥巖接觸面滑坡是伊犁滑坡災害的重要類型之一，具有發(fā)生頻繁，且在雨季/融雪季節(jié)以及豐水期具有“群發(fā)性”的特點，給當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活帶來較大的危害。本文在前人研究成果的基礎上，分析總結了大洪納海溝黃土—泥巖滑坡的滑坡形態(tài)、滑坡結構、活動特征等，運用定量計算方法，對該滑坡的穩(wěn)定性進行評價，為減災防災提供參考[3-4]。

1 大洪納海溝滑坡基本特征

大洪納海溝滑坡位于研究區(qū)省道S237線西南側約80m的山坡處，該滑坡平面形態(tài)整體呈“喇叭形”，坡向320°，坡度23°～30°，主體滑坡滑動方向為85°；滑坡體高150m，縱向長達300m，橫向?qū)捈s900m，分布面積約5.4×104m2[5]。滑坡體坡面呈復合形態(tài)，頂部為平臺，上部稍陡，中部及下部較為平緩?；麦w表面凹凸不平，滑體滑動方向散亂、滑體變形破壞嚴重，坡面經(jīng)再次滑動、流水沖蝕等作用形態(tài)較為復雜?；潞蟊谄矫嫘螒B(tài)呈直線型，由西北向東南延伸，后壁形態(tài)較為明顯，處于斜坡中上部，滑坡后壁呈陡坎狀，坡度45°～75°，高度3～6m?；虑熬壋雎队谛逼缕履_部位，平面形態(tài)以舌形為主，前緣鼓脹，坡度較為平緩?；麦w中部有2處基巖出露（圖1a），對斜坡第四系殘坡積物覆蓋層（滑體）的下滑起到了緩沖和分流作用，在兩處基巖出露區(qū)域之間及兩側形成了3個不同方向滑動的次級滑坡體H1、H2、H3，呈“川”字形分布（圖1a）。這3個次級滑坡被2條切割較淺的沖溝分割，這2條沖溝的走向分別為52°和94°。在H1和H2之間的沖溝內(nèi)的基巖底部有地下水溢出，沿沖溝緩緩流向斜坡下方坡底（圖1b）。在坡體表面發(fā)育有鼓丘、坡面沖溝、地下水溢出點等，未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫、滑移面、滑床和剪切口[5]。

圖1 大洪納海溝滑坡體形態(tài)及地質(zhì)現(xiàn)象a.滑坡體形態(tài)（鏡頭指向西）；b.滑坡區(qū)工程地質(zhì)圖；1.等高線；2.植被覆蓋區(qū)；3.地質(zhì)剖面位置；4.物探剖面位置；5.淺井位置

2 滑坡形成條件

2.1 巖土體性質(zhì)與結構

滑坡區(qū)出露基巖屬侏羅系地層，裂隙較發(fā)育，主要由互層的泥巖、砂巖組成，屬軟巖—較軟巖，抗風化、剝蝕能力弱，泥巖遇水易軟化。基巖頂部泥巖全風化為土狀物，浸水后呈泥狀、流塑，形成滑帶土。相對結構較為松散的含礫粉質(zhì)粘土和砂、礫層直接覆蓋在侏羅系基巖上，構成滑坡體，是滑坡發(fā)生與發(fā)展的物質(zhì)基礎。巖土測試分析結果表明，滑坡體粉質(zhì)粘土中含礫，土層蟲孔、大孔隙構造和垂直節(jié)理比較發(fā)育；砂礫層結構松散，透水性強。在長期春季融雪水和雨水及地下水的作用下，上部土層的抗剪強度隨著含水量的增加迅速下降，而成為易滑地層[6]。

2.2 地形條件

滑坡區(qū)為凹形緩微沖溝地形，為水體的聚集提供地形條件，松散物質(zhì)在降水匯集坡面流、坡面沖溝水及地下水長期入滲軟化、沖刷及潛蝕作用下，抗剪強度明顯降低，形成不穩(wěn)定的坡體。

2.3 地下水

該滑坡為坡積層土質(zhì)滑坡，可見地下水溢出，促使滑移面發(fā)育。地下水長期入滲坡體表層松散堆積層，基巖頂面泥巖透水性相對較差，從而基巖頂面和覆蓋層底部附近巖土體飽水狀態(tài)長期偏高，大部分巖土體處在飽和狀態(tài)，入滲地下水對堆積層底部及基巖頂面泥巖形成浸泡、軟化和潛蝕作用，在堆積層底部和基巖頂部形成連續(xù)的軟弱帶（滑帶土），滑帶土抗剪強度降低無法承受坡體施加的下滑力作用時，就會發(fā)生滑坡[5]。

2.4 大氣降水

降雨和融雪不僅為地下水提供了補給，還在隔水層之上形成局部上層滯水。降水及融雪水入滲使得坡體土層的含水量不斷增加，一方面增加了坡體的自重、增大了下滑力，另一方面也降低了土體的抗剪強度，形成了軟弱滑帶土，破壞了坡體的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。周期性大氣降水導致上述過程重復發(fā)生，在多次重復剪切下使滑帶土體抗剪強度不斷降低，從而誘發(fā)形成滑坡。季節(jié)性的降水及融雪，亦使得土體抗剪強度遭到累積性破壞，加之地下水參與的季節(jié)性凍融作用也會使土體的力學性質(zhì)趨于劣化，更加大了滑坡發(fā)生的可能性[7]。

3 穩(wěn)定性定量分析

3.1 邊坡二維計算模型

野外地質(zhì)剖面和探井工程顯示，該滑坡體上部為第四系上更新統(tǒng)殘坡物層，下部為風化破碎的泥巖夾砂巖層。殘坡積層的厚度在3.8～10.2m，平均厚度7m。根據(jù)勘探線剖面顯示該滑坡為“黃土+泥巖”的二元結構（圖2），物探剖面測量顯示該滑坡的結構類型為黃土層+侏羅系泥巖層[2]?；碌姆€(wěn)定性計算模型分別以滑坡PM2、PM3、PM4主勘探線剖面進行穩(wěn)定性計算，穩(wěn)定性評價時分別以PM2、PM3、PM4剖面為主進行評價。

圖2 PM3實測地質(zhì)剖面

3.2 計算方法選取

根據(jù)伊犁地區(qū)已經(jīng)發(fā)生滑坡形態(tài)和西部地區(qū)黃土滑坡研究成果，確定其滑面以折線形為主，故本次滑坡穩(wěn)定性計算采用剩余下滑力，用瑞典條分法計算穩(wěn)定系數(shù)，下滑推力計算采用傳遞系數(shù)法。利用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件對滑坡進行穩(wěn)定性分析并計算下滑推力。

研究區(qū)滑坡已發(fā)生變形，反演參數(shù)時將滑坡恢復到剛滑動的瞬間，即認為滑坡正處于極限平衡（k=1）的狀態(tài)，反演滑帶土的抗剪強度參數(shù)。

3.2.1 穩(wěn)定系數(shù)計算（瑞典分析法）

瑞典條分法是條分法中最古老而又最簡單的方法，除假定滑動面為圓柱面及滑動上體為不變形的剛體外，還假定不考慮土條側面上的作用力，不考慮地下水作用其計算式[8-9]：

式中：Ks——穩(wěn)定性系數(shù)；

Wi——第i條塊的重量，kN/m；

Ci——第i個條塊內(nèi)聚力，kPa；

φi——第i個條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

αi——第i條塊滑面傾角，（°）；

A——地震加速度，g。

3.2.2 下滑推力計算（傳遞系數(shù)法）

滑坡推力計算公式[8-9]：

Pi=Pi-1ψ+KstTi-Ri

其中：

下滑力：Ti=Wi(sin αi+A cos αi)

抗滑力：Ri=Wi(cos αi-A sin αi)tan φi+CiLi

傳遞系數(shù)：ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tan φi

式中：Pi、Pi-1——第i塊、第i-1條塊滑坡推力，kN/m；

Kst——滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；

Ci——第i個條塊內(nèi)聚力，kPa；

φi——第i個條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

Li——第i個條塊沿滑動面的長度，（m）。

3.3 物理力學參數(shù)及穩(wěn)定性系數(shù)確定

物理力學參數(shù)包括重度、粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ，其中重度取室內(nèi)試驗平均值，確定PM2 剖面天然狀態(tài)下為20.93kN/m3，飽和狀態(tài)下為23.45kN/m3，PM3 剖面天然狀態(tài)下為20.93kN/m3，飽和狀態(tài)下為22.45kN/m3，PM4 剖面天然狀態(tài)下為20.93/m3，飽和狀態(tài)下為22.45kN/m3。本次勘察對通過鉆孔、淺井取到的巖土樣進行了c、φ值測定，但這些數(shù)據(jù)不能準確反映滑坡滑帶土的抗剪強度，嚴格的說，即使取到滑帶土土樣，幾個點的測試數(shù)據(jù)也不能完成全反映整個滑帶土的性狀，所以c、φ值的取值顯得十分困難。

據(jù)以往對此類滑坡的勘察經(jīng)驗，c、φ值的選取采用試驗、經(jīng)驗數(shù)據(jù)類比和反演計算相結合的方法確定。根據(jù)巖土力學性質(zhì)指標試驗結果，參考以往此類滑坡勘察工作提供的經(jīng)驗值，綜合考慮該滑坡取c 值為10.050kPa，φ值則采用反演計算的方法求出，公式如下：

式中：α——滑動面與水平面的夾角，（°）；

W——滑塊重力，kN；

c——滑帶土的平均粘聚力，kPa；

φi——第i個條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

Ks——穩(wěn)定系數(shù)，取1.0；

Li——第i個條塊沿滑動面的長度。

3.4 不同工況下穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)狀特點，穩(wěn)定性分析按現(xiàn)狀天然條件、暴雨導致土體飽和及地震等影響因素進行工況選擇。

滑坡穩(wěn)定性分析計算狀態(tài)選以下三種工況：

工況1：現(xiàn)狀工況；

工況2：暴雨或久雨工況（強度重現(xiàn)期為二十年的暴雨）；

工況3：暴雨或久雨+地震工況。

工況分析中，物理力學參數(shù)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)和反演計算結果綜合確定，穩(wěn)定性計算中安全系數(shù)根據(jù)表1確定。

表1 滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)

工況1 現(xiàn)狀條件：重度取天然狀態(tài)重度，滑動帶抗剪強度指標取室內(nèi)試驗、反算結果和經(jīng)驗值綜合確定值，穩(wěn)定性計算中穩(wěn)定性系數(shù)取1.05。

工況2 暴雨或久雨條件：重度取飽和狀態(tài)重度（根據(jù)飽和重度計算公式γsat=γ(G+e)/(1+e)求得）；根據(jù)經(jīng)驗，一般粉質(zhì)粘土浸水飽和后粘聚力c值降低約為原值0.43倍，內(nèi)摩擦角φ值降低約為原值0.83倍[10]，滑動帶飽和抗剪強度指標根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗進行取值。穩(wěn)定性計算中穩(wěn)定性系數(shù)取1.05。

工況3暴雨或久雨+地震工況條件：物理力學參數(shù)取值與工況2 相同；地震系數(shù)由表2 確定，地震烈度為Ⅷ度，地震系數(shù)取0.15[8,11]，穩(wěn)定性計算中穩(wěn)定性系數(shù)取1.01。確定穩(wěn)定性計算的各項物理力學參數(shù)見表2。

表2 穩(wěn)定性計算物理力學參數(shù)選用表

3.5 滑坡推力計算參數(shù)確定

選取滑坡體中主滑方向的主勘探線作為反算剖面，反算時穩(wěn)定系數(shù)取1.0。天然狀態(tài)假定c值反求φ值；飽和狀態(tài)下的抗剪強度指標根據(jù)經(jīng)驗粘聚力c值降低約為原值0.43倍，內(nèi)摩擦角φ值降低約為原值0.83倍計算。綜合實驗結果、反算結果和經(jīng)驗分析，確定推力計算的各項參數(shù)見表3。

表3 滑坡推力計算參數(shù)一覽表

4 穩(wěn)定性評價

滑坡穩(wěn)定系數(shù)計算結果見表4。

表4 滑坡穩(wěn)定系數(shù)F計算結果

定量計算結果顯示（表4）：該滑坡現(xiàn)狀工況下穩(wěn)定系數(shù)F＝1.72078～1.75253＞1.15，處于穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)F=1.13310～1.15898≥1，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨+地震工況下穩(wěn)定系數(shù)F=0.91245～0.94450＜1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)[9]。

5 結論

（1）伊犁大洪納海溝滑坡為黃土—泥巖接觸滑坡類型，具有黃土+基巖的二元結構。

（2）在現(xiàn)有工況和暴雨工況下，該滑坡處于穩(wěn)定/基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或久雨+地震工況下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。