黃健敏，潘國林，羅云豐

（1 安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心， 安徽合肥 230001； 2 成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，四川成都 610059）

皖南山區(qū)典型順層滑坡形成機制研究

黃健敏1，潘國林1，羅云豐2

（1 安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心， 安徽合肥 230001； 2 成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，四川成都 610059）

∶皖南山區(qū)鳥雀坪滑坡是典型的順層巖質(zhì)滑坡，其變形破壞模式為滑移-彎曲，變形破壞過程可分為以下三個階段：斜坡初始形成，表面卸荷回彈階段、上部巖體滑移，下部巖體隆起彎曲階段、滑面貫通—滑坡整體失穩(wěn)破壞階段?；滦纬裳睾娱L200m，縱向長700m，體積約200×104m3的滑坡堆積體，堵塞大源河并強迫河流發(fā)生改道。關(guān)鍵詞：順層滑坡；形成機制；鳥雀坪滑坡；皖南山區(qū)

0 引言

順層斜坡是指巖層走向和傾向與邊坡走向和傾向一致的邊坡［1］。順層滑坡的形成機制主要包括滑移-拉裂、滑移-壓致拉裂和滑移-彎曲?；?拉裂主要發(fā)生在巖層傾角小于坡角的順層斜坡中，其變形特征主要為下伏軟弱面向坡前臨空方向滑移，使滑坡體拉裂解體；滑移-壓致拉裂主要發(fā)生在巖層平緩的順層斜坡中，其變形特征主要為坡體沿下部軟弱面蠕變后，壓致拉裂自下而上擴(kuò)展并形成貫通的滑移面；滑移-彎曲主要發(fā)育在巖層傾角大于或等于斜坡坡角的陡傾順層斜坡中，其變形特征為上部滑移，下部彎曲、隆起最后失穩(wěn)［1］。雅礱江霸王山滑坡、意大利瓦伊昂水庫滑坡等都是由滑移-彎曲導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)的典型實例［2］。L.G.Bellon，R.Stefani［3］，Silvia Bosa，Marco Petti（2011）［4］對瓦伊昂滑坡破壞影響方面進(jìn)行了研究。通過對瓦伊昂滑坡產(chǎn)生的涌浪，建立了水平雙向三維有限體數(shù)學(xué)模型。日本［5］的大尺度試驗分析了坡高和摩擦等對滑動的影響。

馮君等［6］利用三維數(shù)值模擬技術(shù)對順層巖質(zhì)邊坡開挖破壞過程進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果認(rèn)為邊坡開挖后，邊坡最大位移出現(xiàn)在臨空面附近，且在坡腳附近出現(xiàn)位移集中，坡體可能沿此處發(fā)生整體牽引式順層滑移破壞；宋勇等［7］通過彈性板理論和能量分析方法對順層巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)作出了分析。任光明等［8］經(jīng)研究認(rèn)為陡傾順層巖質(zhì)斜坡也可產(chǎn)生傾倒變形，且該類變形多發(fā)育在軟硬相間、力學(xué)性質(zhì)相差較大的互層狀陡傾巖體中，巖層傾角一般在60°以上的高陡斜坡中。

一般情況下陡傾順層斜坡穩(wěn)定性較好，但在存在層間軟弱結(jié)構(gòu)面的情況下，巖層可能沿弱面產(chǎn)生滑移彎曲變形，并最終形成較大規(guī)模的變形體或滑坡［9］。魏玉峰等［10］對甘肅文縣的何家滑坡研究認(rèn)為深部厚層軟弱巖帶的位置及強度條件以及一定的臨空條件是厚層狀堅硬巖順層斜坡發(fā)生滑移-彎曲模式變形破壞的根本原因；朱玉平等［11］對黃河上游李家峽谷II號滑坡研究認(rèn)為影響順傾巖層滑移彎曲邊坡影響因素由大到小依次為巖層單層厚度、滑移面的力學(xué)性質(zhì)、巖層傾角和彈性模量。

皖南山區(qū)鳥雀坪滑坡屬于典型的順層巖質(zhì)古滑坡，位于歙縣岔口鎮(zhèn)周家村，滑坡高程462～780m之間，表現(xiàn)為坡度30°～55°的斜坡地形，呈典型的“陡-緩-陡”地形特征：后緣主要為50°左右陡坡，中部為平均坡度15°的緩坡；前緣為40°～45°斜坡，滑坡體積約為200×104m3，屬大型滑坡，見圖1。本文以鳥雀坪滑坡為例，研究了滑坡的形成機制，分析了滑坡穩(wěn)定性。

1 滑坡工程地質(zhì)條件

研究區(qū)位于皖南山區(qū)的東部，屬高起伏中山地貌類型［12］。屬于揚子陸塊東南部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，經(jīng)歷了皖南、印支和燕山多期次的構(gòu)造活動，致使斷裂構(gòu)造發(fā)育［13］。滑坡區(qū)地層為震旦系上統(tǒng)雷公塢組（Z3l）灰綠、暗綠色千枚狀凝灰質(zhì)砂巖、含礫粉砂質(zhì)千枚巖，千枚巖風(fēng)化強烈，形成層間軟弱結(jié)構(gòu)面。

圖1 鳥雀坪滑坡全貌圖Fig.1 Close-up view of the Niaoqueping landslide

圖2 滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig 2 Engineering geological plan of the landslide

圖3 鳥雀坪滑坡典型工程地質(zhì)剖面Fig.3 Typical engineering geological plan of the Niaoqueping landslide

鳥雀坪滑坡位于大源河左岸，滑坡發(fā)育三級堆積平臺，坡度較陡的地方主要為一、二級平臺之間坡體以及三級平臺以下坡體，見圖2、圖3?；掳l(fā)生后，滑坡體阻塞河流，致使河流改道，見圖2。

滑坡后緣出露基巖，為陡傾順層的灰黃-灰綠色中厚層中風(fēng)化千枚巖，層面產(chǎn)狀為N30°E/ NW∠58°。后緣表現(xiàn)為順層發(fā)育的陡壁，高度70m，節(jié)理裂隙發(fā)育。層間發(fā)育張裂縫，張開寬度5～10cm，層間間距30～50cm，表面平直光滑。巖體中主要發(fā)育三組結(jié)構(gòu)面，見表1、圖4。

表1 鳥雀坪滑坡基巖結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計表Table1 Statistics of bedrock structure plane of the Niaoqueping landslide

滑坡一至二級平臺之間坡度40°～45°，地表為細(xì)至巨型塊碎石堆積，塊碎石粒徑1～200cm不等，堆積體結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象明顯，表面植被發(fā)育一般，碎石多為滑坡后壁巖體滑塌形成。

滑坡前緣坡度較陡，坡度約50°，主要為碎石土，土石比2∶8，偶見巨型孤石。前緣變形劇烈，坡度較陡，與三級平臺一起，組合成向臨空面突出的地形。沖溝內(nèi)可見巖體由于重力變形產(chǎn)生的揉屈巖體。

圖4 鳥雀坪滑坡基巖結(jié)構(gòu)面赤平投影圖（上半球投影）Fig.4 Stereogram of bedrock structure plane of the Niaoqueping landslide

滑坡的變形主要發(fā)生在上部較陡處和下部隆起處，上部較陡處可見大量淺表層滑動，局部有地下水滲出，發(fā)育一些沖溝。下部隆起處坡面附近生長有大量的馬刀樹，彎曲方向為主滑方向。

2 滑坡形成機制分析

鳥雀坪滑坡形成前自然斜坡為中傾角順層巖質(zhì)斜坡，巖性為千枚質(zhì)砂巖夾千枚巖。由于滑坡區(qū)構(gòu)造活動強烈，褶皺形成過程中層間錯動可能形成層間軟弱結(jié)構(gòu)面，為斜坡的順層滑移提供基礎(chǔ)。巖層傾角為58°大于自然斜坡坡角，斜坡具備產(chǎn)生滑移-彎曲變形的條件［1，14］。鳥雀坪滑坡的形成是在漫長的地質(zhì)歷史過程中，在降雨、地震等多種因素作用下，經(jīng)歷長期的變形過程，產(chǎn)生貫通的滑動面形成的大型滑坡，其形成過程可以概括為以下三個階段：

（1）成坡階段，巖體產(chǎn)生卸荷回彈（圖5-a）

斜坡成坡階段，由于河流的快速下切，巖體產(chǎn)生卸荷回彈。卸荷作用引起坡面一定范圍內(nèi)應(yīng)力重分布［15］，產(chǎn)生與臨空面近平行的陡傾卸荷裂隙。

（2）上部坡體滑移，下部巖層彎曲（圖5-b）

上部坡體沿層間軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生順層滑移，后緣形成拉裂縫。由于滑移面未臨空，在上部滑體作用下，底部千枚巖產(chǎn)生塑性彎曲變形，導(dǎo)致下部巖體破碎，地表隆起。這種滑移-彎曲變形的形成具有時效變形的特點，其形成往往經(jīng)歷漫長的地質(zhì)歷史過程。

（3）下部滑面貫通，滑坡形成（圖5-c）

滑移-彎曲變形體形成后，由于巖體破碎，降雨作用下地下水入滲至滑移面附近導(dǎo)致其物理力學(xué)性能進(jìn)一步降低［16］。上部坡體的滑移將導(dǎo)致下部彎曲段破碎巖體內(nèi)部形成貫通的剪切滑動面［17］。上部軟弱結(jié)構(gòu)面與下部的剪切滑動面貫通后［18］，在暴雨作用下，變形體整體下滑，阻塞了大源河。

圖5 滑坡形成過程示意圖Fig.5 Formation process of the landslide

表2 鳥雀坪滑坡堆積體巖土體參數(shù)綜合取值表Table 2 Rock and soil mass integrative parameters taken for the Niaoqueping landslide

表3 滑帶抗剪強度參數(shù)綜合取值表Table 3 Anti-shearing strength integrative parameters taken

可見，鳥雀坪滑坡上部滑面較陡（約58°），下部滑面較緩（10°～20°）?；虑熬壎逊e體厚度較大，約50m，上部堆積體厚度較小，約1～5m。推測滑坡堵河后潰壩，在長期沖刷作用下形成現(xiàn)今前緣地貌形態(tài)。由于前緣滑面較緩且堆積體厚度較大，對滑坡的長期整體穩(wěn)定性有利［19］。

3 鳥雀坪滑坡穩(wěn)定性研究

堆積體的穩(wěn)定性評價多采用有限元方法與極限平衡法相結(jié)合［20］，一般首先根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)勘察結(jié)果，建立滑坡工程地質(zhì)模型［21］，采用有限元方法模擬滑坡體內(nèi)部的應(yīng)力及變形特征，確定可能的潛在滑面；然后利用極限平衡法計算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)［22］。本文采用Geo-Studio軟件模擬滑坡應(yīng)力狀態(tài)及其變形情況，分析斜坡可能出現(xiàn)的變形或破壞特征［23］，采用極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性評價。

3.1 有限元模擬

典型剖面位于堆積體中軸線，坡度在15°～45°之間，見圖2。綜合考慮滑坡工程地質(zhì)條件，假定斜坡巖土體應(yīng)力、應(yīng)變之間的本構(gòu)關(guān)系為彈塑性，巖土體的破壞服從摩爾-庫侖準(zhǔn)則［24］。計算模型共劃分為三層：第一層為淺表層碎石堆積體；第二層為滑坡堆積體；第三層為下伏基巖，主要為千枚巖。有限元單元的劃分以三節(jié)點，三角形單元為主，共劃分3491個節(jié)點，6210個單元。根據(jù)工程地質(zhì)類比及《工程地質(zhì)手冊》［25］，綜合取值，得出巖土體及滑帶參數(shù)如表2、表3。

模擬結(jié)果表明，斜坡上部和下部平臺后緣淺表層分布拉應(yīng)力，對斜坡穩(wěn)定性不利，見圖6。塑性區(qū)主要出現(xiàn)堆積體中上部，形成了貫通的滑面，有局部失穩(wěn)的可能。

圖6 鳥雀坪滑坡數(shù)字模擬結(jié)果Fig.6 Digital simulation of the Niaoqueping landslide

塑性區(qū)出現(xiàn)的區(qū)域與現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)的滑坡中后緣樹林向主滑方向變形的區(qū)域一致。在暴雨及其地震等極端工況條件下，滑坡中上部可能產(chǎn)生整體變形。

3.2 穩(wěn)定性評價

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果及現(xiàn)場調(diào)查情況，確定了兩條潛在滑動面，控制滑坡整體穩(wěn)定性的滑面I和中上部滑面II。采用傳遞系數(shù)法［26］分別研究天然狀況和暴雨工況下的滑坡穩(wěn)定性狀況，結(jié)果表明，滑坡整體穩(wěn)定性較好，但在暴雨條件下滑坡中上部穩(wěn)定性較差［27］。但滑坡中上部的變形可能引起下部坡體的變形，平臺上房屋的裂縫和前緣局部破壞也說明這一論點（圖7、表4）。

圖7 鳥雀坪滑坡計算剖面圖Fig.7 Rated section of the Niaoqueping landslide

4 結(jié)論與建議

鳥雀坪滑坡是皖南山區(qū)發(fā)育于中陡傾順層巖質(zhì)斜坡中的古滑坡，體積200×104m3，是典型的滑移-彎曲變形發(fā)展形成的滑坡?；掳l(fā)育于千枚巖中，千枚巖巖質(zhì)軟在構(gòu)造作用下易產(chǎn)生層間錯動形成層間軟弱夾層，對斜坡穩(wěn)定性不利。鳥雀坪滑坡是在漫長的地質(zhì)歷史過程中，多種因素作用下，由斜坡的時效變形逐漸發(fā)展形成的大型滑坡?；碌男纬删哂袕纳舷蛳掳l(fā)展的特點，上部坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面形成貫通的滑面向下滑移，在下部彎曲破碎部位產(chǎn)生貫通的剪切滑動面。這種滑坡的滑面形態(tài)一般具有上陡下緩的特點，滑坡體的整體穩(wěn)定性一般較好，在山區(qū)可形成大型古滑坡堆積體。但在強降雨或人類活動下也可能產(chǎn)生復(fù)活，由于滑面上部較陡，整體復(fù)活多從中上部啟動向下部發(fā)展。這類滑坡的防治應(yīng)重點控制滑坡中上部的變形，同時注意前緣陡坡部位的防護(hù)，并采取系統(tǒng)的排水方案排出坡體內(nèi)部地下水。

表4 鳥雀坪滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表Table.4 Calculation results of stability of the Niaoqueping landslide

［1］ 張倬元， 王士天， 王蘭生. 工程地質(zhì)分析原理［ M］ . 北京∶ 地質(zhì)出版社1994∶ 326～327， 331～335.

［2］ 嚴(yán)明，陳劍平，黃潤秋，張倬元，王士天.巖質(zhì)邊坡滑移—彎曲破壞中間狀態(tài)的工程地質(zhì)分析［J］. 水利水電技術(shù)2005，（11） .

［3］L.G.Bellon&R.Stefani.The Vajont Slide∶Instrumentaion-Past experience and themodern approach［J］. Engineering Geology，1987，（24）：445～474.

［4］Silvia Bosa，Marco Petti.Shallow water numerical model of the wave generated by the Vajontlangdslide［J］. Environmental Modelling and Software，2011，（26）：406～418.

［5］Hirotaka Ochiai，Yasuhiko Okada.A fluidized landslide on a natural slope by artificialrainfall.Landslides.2004，1∶211～219

［6］ 馮君， 周德培，李安洪. 順層巖質(zhì)邊坡開挖穩(wěn)定性研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2005（09）∶1474～1478.

［7］ 宋勇， 基于彈性板理論淺析順層巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn).應(yīng)用技術(shù)， 2009（06）∶0261～02.

［8］ 任光明等， 陡傾順層巖質(zhì)斜坡傾倒變形破壞特征研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2009（S1）∶ 3193～3200.

［9］ 劉紅星，蘇愛軍，王永平，王周萼.軟弱夾層對斜坡穩(wěn)定性的影響分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版）， 2004，（05） .

［10］魏玉峰， 聶德新， 呂生弟， 楊永明， 趙海營. 潰曲軟硬相間順層斜坡滑移-彎曲破壞機制分析［J］. 成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2009，（03）.

［11］ 朱玉平，莫海鴻.順傾邊坡巖層滑移彎曲臨界長度及其影響因素分析［J］.巖土力學(xué)， 2004，（02） .

［12］孫健，陶慧，楊世偉，耿夏蓮，魏永霞. 皖南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律與防治對策［J］. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，（05）.

［13］歙縣區(qū)域規(guī)劃報告.安徽省歙縣國土資源局， 2002.

［14］ 蔣良濰， 黃潤秋.層狀結(jié)構(gòu)巖體順層斜坡滑移-彎曲失穩(wěn)計算探討［J］. 山地學(xué)報， 2006，（01）

［15］ 張亞賓， 甘德清， 陳超， 翟永平.邊坡在二次卸荷過程中的應(yīng)力變化規(guī)律研究［J］. 金屬礦山， 2010，（12）

［16］ 彭雪震.地下水作用下的邊坡穩(wěn)定性效應(yīng)分析［J］. 中國水運（下半月），2010，（02） .

［17］ 魏云杰，陶連金，王文沛，朱志剛.順層巖質(zhì)邊坡變形機制分析與治理效果模擬［J］. 成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2011（05）.

［18］巨能攀，趙建軍，鄧輝，黃潤秋，段海澎.黃山高速滑移彎曲邊坡變形機理分析及應(yīng)急治理對策［J］.地球科學(xué)進(jìn)展， 2008，（05）.

［19］陳靜曦， 章光，袁從華，等. 順層滑移路塹邊坡的分析和治理［J］. 巖石力

［26］ Renneng Bi， Dominik Ehret， Wei Xiang ， Joachim Rohn， Markus Schleier， Jiwei Jiang. Landslide reliability analysis based on transfer coefficient method∶ A case study from Three Gorges Reservoir［J］. Journal of Earth Science，2012， 23，（2）∶ 187～198.

［27］ 鄭靜.滑坡穩(wěn)定性評價的方法及標(biāo)準(zhǔn) ［J］. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2006，（3）.學(xué)與工程學(xué)報， 2002， 21 （1） ∶ 48～51.

［20］ 陳建宏，鐘福生，楊珊.基于有限元折減強度法與極限平衡法結(jié)合的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析［J］. 科技導(dǎo)報，2012，（11） .

［21］ 石豫川，馮文凱，馮學(xué)鋼，蘭波.國道108線某段緩傾角順層邊坡變形破壞機制物理模擬研究［J］. 成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，（4）.

［22］ 袁家瑋，朱朝輝.有限元與極限平衡結(jié)合分析邊坡穩(wěn)定性［J］. 安徽建筑，2012，（2） .

［23］ 孟衡.基于SLOPE/W與模糊評判的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析對比研究［J］.礦業(yè)快報， 2008，（9）.

［24］ Joseph F. Labuz. Mohr-Coulomb Failure Criterion Arno Zang［J］.Rock Mechanics and Rock Engineering，2012， 45（6）∶ 975～979.

［25］常士驃，張?zhí)K民《.工程地質(zhì)手冊》第四版［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

STUDY ON FORMATION MECHANISM OF TYPICAL BEDDING LANDSLIDE IN THE MOUNTAINOUS AREA OF SOUTH ANHUI

HUANG Jian-min1， PAN Guo-lin1， LUO Yun-feng2
（1. Public Geological Survey Management Center of Anhui Province， Hefei， Anhui 230001， China； 2. State Key Lab of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059， China）

∶ The Niaoqueping landslide is a typical bedding rocky landslide in the South Anhui mountainous area，whose deformational destruction is in a mode of sliding-bending and in a process divided into three stages as initial slope formation， surface unloading rebound， overlying rockmass movement， underlying rockmass uplift and bending， sliding face overall taking form and landslide mass instability and destruction. The landslide formed 200m along river， and 700m in lengthwise direction， and about a accumulation body of 200×104m3， jammed the Dayuan River and rechanneled it.

∶ bedding landslide； Niaoqueping landslide； South Anhui mountainous area； formation mechanism

P642.22

A

2015-12-21

黃健敏（1974-），女，浙江浦江人，高級工程師，博士，主要從事環(huán)境地質(zhì)和地下水管理、研究工作。

1005-6157（2016）02-0127-5