楊 紹 平， 王 子 忠

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 成都 崇州 611231;2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院 ，四川 成都 610072)

黃角樹古滑坡穩(wěn)定性分析

楊 紹 平1， 王 子 忠2

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 成都 崇州 611231;2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院 ，四川 成都 610072)

根據(jù)黃角樹古滑坡的基本地質(zhì)條件、滑坡體及滑帶土物質(zhì)特征，分析并得出該古滑坡形成機理，通過模型計算分析其穩(wěn)定性，得出的結(jié)論是局部存在復(fù)活的可能性，從而為擬建的水利工程和當(dāng)?shù)貓鲦?zhèn)建設(shè)提供了治理依據(jù)。

黃角樹古滑坡；穩(wěn)定性；分析

黃角樹古滑坡位于巴中市某擬建水庫庫區(qū)河流左岸，近年來其堆積體前緣出現(xiàn)開裂，滑坡體上的房屋陸續(xù)出現(xiàn)裂縫，表明古滑坡有復(fù)活的跡象，當(dāng)?shù)匾堰M(jìn)行了局部加固治理。當(dāng)擬建水庫建成蓄水后，古滑坡體前緣處于庫水位下，一旦失穩(wěn)將危及場鎮(zhèn)居民人身及財產(chǎn)安全，同時，滑坡形成的涌浪可能會影響大壩安全，若形成堰塞壩，還將影響庫容和水庫運營調(diào)度。這些問題將成為擬建水庫成庫和安全運營的關(guān)鍵性問題。

為此，筆者針對滑坡區(qū)的地質(zhì)條件、巖土體結(jié)構(gòu)特征等地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)查，認(rèn)為對古滑坡形成機理及復(fù)活性進(jìn)行分析是對其穩(wěn)定性進(jìn)行評價的前提，亦是對滑坡處理方案進(jìn)行選擇的前提。

1 黃角樹古滑坡的基本地質(zhì)條件

滑坡區(qū)地處華鎣山斷裂帶、大巴山南緣推覆構(gòu)造帶和龍門山斷裂帶圍成的塊體內(nèi)，近場區(qū)構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為一系列疏緩寬展的褶皺，兩翼傾角多小于5°。滑坡區(qū)為順向坡，坡面平滑，地表物理風(fēng)化強烈。據(jù)野外測繪與巖芯分析，滑坡堆積層為Q4殘坡積土、崩坡積碎石土、滑坡堆積塊碎石土和沖洪積砂卵石等，基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)砂巖、粉砂巖夾泥巖互層。地層巖性單一，受古滑坡間歇性滑動影響，堆積層物質(zhì)出現(xiàn)不均一與疊置現(xiàn)象。

滑坡區(qū)內(nèi)分布孔隙水和基巖裂隙水?？紫端饕x存于Q4崩坡積和沖洪積堆積層中，受大氣降水和地表水補給，排泄于河流或沖溝，水量不豐?；鶐r裂隙水主要分布于構(gòu)造裂隙發(fā)育的砂巖夾層中，出露點較分散，流量一般為0.01～0.2L/s，受大氣降水補給，隨季節(jié)變化大，就地排泄于溝谷。

古滑體堆積于河道，使得河流由凹岸變?yōu)橥拱叮诠呕w東部邊緣分布拉裂形成的近南北向陡崖。古滑坡下游左岸階地發(fā)育，保存完整?；娉雎陡叱虨?52m(擬建水庫死水位高程357m)，水庫蓄水后滑面處于庫水位以下，受水位變動影響，地下水水壓力及浮托力將影響滑坡的穩(wěn)定性。

2 古滑坡的工程地質(zhì)特性

2.1 古滑坡的判別及邊界確定

據(jù)野外調(diào)查得知：其地形地貌具有明顯的河流改道現(xiàn)象，改道河流長度約為250m，滑坡堵河使得滑體上游受到河水的側(cè)蝕作用形成一個凹岸。從巖性巖相觀察分析得知，現(xiàn)場出露的地層為J3p砂泥巖互層，其在堆積體的上游、下游和后緣部位都出露有相同的砂巖陡壁，鉆探揭示堆積體內(nèi)出現(xiàn)該砂巖塊碎石，巖芯顯示有以粘土夾塊碎石為主的滑帶，滑動擦痕清晰可見。從巖層產(chǎn)狀可見：在前緣岸邊出現(xiàn)因古滑坡在下滑過程中前緣受阻而發(fā)生的前緣巖土體鼓脹-彎折引起的反翹；同時，其堆積體上建有場鎮(zhèn)，這些跡象均表明這是一個古滑坡。

滑坡在河流上游側(cè)的邊界根據(jù)基巖陡壁展布方向、基巖在地表的出露位置、地表裂縫分布和前緣河岸邊大塊石堆積區(qū)邊界綜合確定，上游側(cè)邊界總體較平直；下游側(cè)邊界根據(jù)基巖陡壁展布方向，基巖在地表的出露位置、鉆孔資料綜合確定，下游側(cè)邊界總體呈弧狀；后緣邊界以基巖陡壁為依據(jù)進(jìn)行圈定；前緣邊界以河流和下游階地周界確定，其前緣和中部稍寬，后緣則逐步收斂，在平面上滑坡體邊界整體上成圈椅狀?；麦w縱長(近似垂直河流方向)約為390m，橫寬(近似平行河流方向)約為280m，面積約為1.01×105m2，堆積體平均厚度約19m，滑體方量約1.9×106m3。

2.2 古滑坡區(qū)巖土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

古滑坡發(fā)育于砂泥巖互層地區(qū)。筆者通過對6個鉆孔巖樣進(jìn)行分析得知，泥巖或滑帶土中伊利石的含量均大于20%，具有明顯的膨脹性。

據(jù)鉆探資料，該滑坡滑動面埋深約4～33m，滑動帶下部為J3p弱風(fēng)化灰白～淺紫色泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，而滑動帶上部主要為碎石土堆積層，碎石主要為紫紅色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。筆者結(jié)合古滑坡體地表以及鉆孔內(nèi)的物質(zhì)特征，將古滑坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)分為三個區(qū)：

(1)前緣孤石-漂石堆積區(qū)：地形坡度約為8°～10°，自滑坡前緣上游側(cè)邊界向下游長約250m、寬約20～50m的范圍堆積了具有一定磨圓的孤石和漂石，粒徑約0.3～2m，巖性以紫紅色泥質(zhì)粉砂巖為主，下部偶有紫紅色粉砂質(zhì)泥巖出露，出現(xiàn)巖層反翹現(xiàn)象。

(2)中部塊石-孤石堆積區(qū)：位于370～400m高程范圍，坡度約為11°～14°。覆蓋層較厚，大部分區(qū)域被粉質(zhì)粘土夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖塊碎石層覆蓋，粉質(zhì)粘土主要呈紫紅色，地表植被較發(fā)育。沖溝內(nèi)可見棱角狀砂巖塊石-孤石，塊徑約為0.2～1m。

(3)后緣假基巖堆積區(qū)：位于400～415m高程范圍，坡度約為4°～7°。分布強風(fēng)化的崩殘坡積體，地表表現(xiàn)為大塊塊石堆積形成的假基巖，假基巖出露長度一般為10～40m，厚度則大于1m。巖性主要為淺紫色砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。堆積體覆蓋層厚度小于10m，植被較為發(fā)育。

2.3 古滑坡滑帶土特征及力學(xué)參數(shù)

據(jù)鉆孔揭示，古滑坡體內(nèi)不同深度有多個軟弱夾層，成分為粘土夾粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖塊碎石，塊碎石呈次棱～次圓狀。部分鉆孔內(nèi)揭露的軟弱夾層含水量較高，塊碎石磨圓度較好，有細(xì)微擾動擦痕。軟弱夾層作為滑體內(nèi)強度相對較弱的結(jié)構(gòu)面，滑坡的蠕變變形或復(fù)活均可能沿軟弱夾層進(jìn)行。在地質(zhì)剖面中對比軟弱夾層的空間位置，相鄰鉆孔內(nèi)的部分軟弱夾層在空間上可以連成比較順直的潛在滑移面。

對鉆孔資料進(jìn)行分析得知：各鉆孔內(nèi)滑帶物質(zhì)組成基本相同，厚度不均一，平均厚度約0.6m。滑帶土物質(zhì)組成主要為粘土夾塊碎石，塊碎石多呈次棱～次圓狀，滑帶土多有擠壓錯動痕跡，斷面見擦痕鏡面。滑帶界面以下則多見厚至巨厚層狀灰白色～淺紫色細(xì)砂巖，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，裂隙不發(fā)育。

通過取樣對滑帶土進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗得到的滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。

3 古滑坡形成機制分析

3.1 古滑坡成因及變形破壞發(fā)育史

現(xiàn)場分析和鉆孔資料顯示，該古滑坡為大型基巖順層滑坡，因此，追溯其變形破壞發(fā)育歷史要從滑坡區(qū)內(nèi)的巖層特征入手。據(jù)鉆孔資料，區(qū)內(nèi)基巖為J3p砂泥巖互層，巖層緩傾坡外，發(fā)育有兩組構(gòu)造節(jié)理，傾角多在70°～80°之間。這種軟硬巖相間又緩傾坡外的巖體容易產(chǎn)生蠕滑并發(fā)生拉裂變形。開闊的斜坡具備臨空條件，區(qū)內(nèi)降雨充足，地形平緩利于地表水入滲，從而使泥巖軟弱層抗剪強度降低形成滑動面。因存在這樣的地質(zhì)背景，古滑坡孕育于軟硬巖相間又緩傾坡外的基巖巖層內(nèi)，中厚層的巖層沿其下覆相對較軟弱的泥巖層產(chǎn)生蠕滑拉裂變形，且?guī)r層蠕滑產(chǎn)生的拉裂縫不斷向山體深部和高處發(fā)展，逐步貫通形成滑移面，受前緣出口地形的約束和滑移方向變化帶來的阻力作用，基巖滑坡的變形模式轉(zhuǎn)化為滑移彎曲型破壞，經(jīng)前緣剪切段被完全剪穿，基巖滑坡發(fā)生潰決性的下滑并逐步堆積穩(wěn)定后形成如今的形態(tài)。

表1 滑帶土反復(fù)剪切試驗成果表

3.2 古滑坡形成機制分析

通過對該滑坡體進(jìn)行調(diào)查與分析，得到其變形破壞的演化過程及變形破壞機制：

(1)緩傾坡外的巖體在構(gòu)造節(jié)理、層理及風(fēng)化裂隙的切割下被分割為似塊狀巖體。在自重作用下，下部軟弱層變形造成其向臨空方向發(fā)生蠕變，節(jié)理裂隙進(jìn)一步擴大，為水的入滲運移提供了通道。

(2)入滲水與泥巖發(fā)生物理化學(xué)作用，降低了泥巖的抗剪強度，上覆砂巖在自重作用下沿泥巖軟弱帶發(fā)生蠕滑變形。因砂巖與泥巖的變形速率存在差異，使其之間產(chǎn)生了剪切裂縫。滲入泥巖的地下水逐漸使泥巖裂隙充水，造成裂隙周圍巖體強度因軟化而降低。

(3)隨著時間推移，變形位移的差異導(dǎo)致構(gòu)造節(jié)理和風(fēng)化裂隙被不斷拉開，加劇了水巖作用，上覆砂巖與下伏泥巖間的剪切拉裂面逐漸貫通。在略高于坡腳的部位，巖層下滑受阻發(fā)生彎曲隆起。

(4)隨著斜坡變形加大，應(yīng)力在前緣逐步集中，當(dāng)應(yīng)力集中到大于斜坡前緣的阻滑力時，累進(jìn)的變形使貫通的拉裂面也逐漸與前緣的彎曲拉裂面貫通，古滑坡的滑面形態(tài)最終形成，斜坡變形體突然沖出并發(fā)展為滑坡，前緣堆積物沖進(jìn)河中形成堵河并使河流改道。

(5)河水不斷壅高，使位于河床部位的滑坡堆積體不斷被河水沖蝕帶走，河流的形態(tài)也逐漸向滑坡前的形態(tài)恢復(fù)。因滑坡堆積物前緣結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定、受河流沖刷的影響較小，河流在地形地貌上出現(xiàn)改道現(xiàn)象。由于滑坡前緣彎曲鼓脹，最后沖出后前緣巖層出現(xiàn)反翹。

變形破壞的模式隨滑坡變形過程發(fā)生變化。初始以蠕滑拉裂為主，隨著拉裂縫不斷發(fā)展，砂泥巖交界面處的剪切拉裂縫也不斷貫通，由局部破壞轉(zhuǎn)為整體破壞。隨著變形破壞的加劇，在前緣受阻的條件下，破壞模式由蠕滑拉裂轉(zhuǎn)為滑移彎曲，隨著前緣彎曲段的潰決性剪斷，其頂部的砂巖快速沖出形成大滑坡。

4 古滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 影響滑坡復(fù)活的因素

目前古滑坡前緣已出現(xiàn)明顯的拉裂縫，說明該古滑坡已經(jīng)局部復(fù)活，通過對當(dāng)?shù)鼐用裨L問得知，這些拉裂縫是伴隨近年來暴雨出現(xiàn)的，每逢強降雨天氣，拉裂縫的變形速率會加快。

強降雨是滑坡復(fù)活最重要的觸發(fā)因素和動力來源，它引起滑坡土體靜水壓力、動水壓力、浮托力、巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)、非飽和土中的基質(zhì)吸力及滲流過程等因素改變，從而降低了滑坡體的穩(wěn)定性。潛在滑帶透水性差，在地下水長期物理化學(xué)作用下呈可塑狀或軟塑狀。降水入滲、特別是擬建水庫蓄水后，庫水位高于滑動面，將進(jìn)一步加速滑體內(nèi)部的泥化過程，使滑帶土軟弱層進(jìn)一步軟化，進(jìn)而為古滑坡的復(fù)活創(chuàng)造有利條件。

滑坡前緣河流洪水期的側(cè)蝕是古滑坡局部復(fù)活的重要誘發(fā)因子。主汛期河水暴漲，流速急，對古滑坡前緣變形體的強烈沖刷侵蝕削弱了坡腳的支撐力，造成坡腳應(yīng)力集中而發(fā)生破壞。水庫蓄水使地下水位上升，對古滑坡前緣抗滑段具有浮托減重作用，降低了其抗滑力，可能會出現(xiàn)局部失穩(wěn)。

堆積體上城鎮(zhèn)規(guī)模的擴大加大了外荷載，起到了助滑作用。種植活動破壞了地表排水系統(tǒng)，使地表水更容易滲入到滑體中，促使了滑坡失穩(wěn)。

4.2 古滑坡復(fù)活演化過程數(shù)值模擬

4.2.1 地質(zhì)模型的建立

將地質(zhì)資料概化后建立地質(zhì)模型，考慮邊界效應(yīng)，橫斷面方向長度800m建立模型。指定沿高程增大方向為Z軸正向，沿邊坡坡外方向為Y軸負(fù)向，垂直YZ面向外為X軸正向，計算范圍選為X軸方向取800m，Z軸方向取300m，Y軸方向取800m，進(jìn)行三維分析。

根據(jù)滑坡區(qū)地形圖，選取模型長寬高為800m×800m×300m。通過軟件讀取地形圖中的坐標(biāo)，通過sufer軟件進(jìn)行插值，將地形圖中的數(shù)據(jù)提取出來生成模型，結(jié)合一系列ANSYS生成FLAC3D文件，導(dǎo)入FLAC3D軟件進(jìn)行數(shù)值分析。

4.2.2 靜力邊界條件及巖土體力學(xué)參數(shù)

計算中，地應(yīng)力僅考慮巖土層自重，設(shè)置計算模型的位移邊界：左面邊界(X=0m)、右面邊界(X=800m)約束X方向位移；前面邊界(Y=0m)、后面邊界(Y=800m)約束Y方向位移；模型的底面(Z=200m)為固定邊界，約束三個方向的位移。在FLAC3D計算中，巖、土體采用摩爾-庫侖彈塑性材料模型，輸入巖石力學(xué)參數(shù)：體積模量(K)、剪切模量(G)、彈性模量(E)、泊松比(u)。

4.2.3 不同工況下滑坡穩(wěn)定性計算分析

(1)天然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定性分析。

在自重作用下的初始應(yīng)力場，計算得到的最大豎向應(yīng)力σzz=6.06MPa(模型中Z方向為豎直方向)，σxx=σyy=0.97MPa；通過應(yīng)力應(yīng)變特征計算，該古滑坡體變形最為明顯的區(qū)域位于古滑坡體的前緣，位移為0.475m，該區(qū)域也是剪應(yīng)力最為集中的地區(qū)，與野外觀察到的變形跡象一致。

(2)暴雨狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定性分析。

據(jù)氣象資料，當(dāng)?shù)刈畲笕战涤炅窟_(dá)到135mm/d，利用modelflow軟件進(jìn)行暴雨條件下地下水位變動分析得知，在暴雨條件下，地下水位上升0.4m，對潛在滑坡前緣起到了浮托減重作用。通過計算得知，在暴雨條件下，滑坡位移量增大，其中位移速率最大的地方是前緣變形體處，最大位移增量達(dá)到0.67m，相對天然狀態(tài)下位移量增大了0.2m，同時，在暴雨狀態(tài)下，前緣變形體剪應(yīng)力不斷增大。

對比天然條件與強降雨條件滑坡應(yīng)力應(yīng)變計算結(jié)果得知：在暴雨條件下，降水使坡體自重增加，同時形成靜水壓力與動水壓力，從而增大了滑體的下滑力；強降雨的滲入，導(dǎo)致巖體C、φ值降低，抗剪強度減?。唤邓霛B，潛在滑坡體含水量增大，基質(zhì)吸力減小，抗滑力減小，使得前緣位移量相對于天然狀態(tài)增大。

4.3 古滑坡復(fù)活變形破壞機制分析

古滑坡地形及滑面整體平緩，前緣地層反翹，基本不具有再整體滑動的可能性。鉆探資料顯示，其存在粘性土含量相對較高的潛在滑動帶，易引發(fā)局部或淺層滑移。通過對古滑坡體變形跡象進(jìn)行調(diào)查，在前緣見拉裂縫，局部地段拉裂縫分布密集，表明潛在滑動區(qū)穩(wěn)定性亦不均一，從潛在滑坡的巖土體結(jié)構(gòu)特征及裂縫發(fā)育速率看，滑坡現(xiàn)處于蠕滑變形階段。

結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果和滑坡復(fù)活因素判定古滑坡局部復(fù)活機制為：古滑坡逐步穩(wěn)定后，伴隨著城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模擴大，在古滑坡體上建設(shè)了越來越多的建筑物，加大了古滑坡體的荷載，在降水入滲以及水庫蓄水使地下水位變動的背景下，古滑坡體內(nèi)部碎石土與水發(fā)生水巖作用，使得古滑坡體物質(zhì)泥化程度增加，易于形成連貫性的滑動面；近年來強降雨天氣頻發(fā)，降水入滲提高了滑坡體的含水量，孔隙水壓力增大，基質(zhì)吸力減小，降低了有效應(yīng)力，導(dǎo)致古滑坡體內(nèi)部巖土體的抗剪強度下降；降水入滲，受到潛在滑面滲透系數(shù)低的控制，入滲的降水在潛在滑面處聚集，形成靜水壓力并沿著潛在滑面發(fā)生滲流，形成揚壓力和動水壓力，促進(jìn)了古滑坡局部失穩(wěn)復(fù)活。同時，強降雨天氣能在短時間內(nèi)提高河水位使水流流速加快，對滑坡前緣的沖蝕作用增強，為古滑坡復(fù)活創(chuàng)造了有效的臨空面，并且降低了古滑坡前緣的抗滑力，進(jìn)而降低了古滑坡前緣的穩(wěn)定性。

5 結(jié) 語

通過河流改道、地層巖性特征和巖層反翹及堆積體上建場鎮(zhèn)可以判定該滑坡為一古滑坡。滑坡體物質(zhì)主要為紫紅色砂巖，滑帶土以泥夾塊碎石為特征且泥質(zhì)成分具有明顯的膨脹性。古滑坡孕育于砂巖泥巖互層的巖層內(nèi)，軟硬巖相間且緩傾坡外的巖層在陡傾的節(jié)理控制下，砂巖層沿其下覆相對較軟弱的泥巖層產(chǎn)生蠕滑拉裂變形，巖層蠕滑產(chǎn)生的拉裂縫不斷向山體深部和高處發(fā)展，至貫通形成滑移面；受前緣剪出口地形的約束，基巖滑坡的變形模式轉(zhuǎn)化為滑移彎曲型破壞，待前緣剪固段被完全剪穿、基巖滑坡發(fā)生潰決性下滑并產(chǎn)生堆積。

該古滑坡體經(jīng)過長時間的穩(wěn)定期，近年來遇強降雨，堆積體前緣地表產(chǎn)生劇烈變形，造成古滑坡復(fù)活。筆者結(jié)合前緣復(fù)活體的變形跡象進(jìn)行分析得知：新復(fù)活體還處于蠕滑-拉裂階段，滑面尚未整體貫通，但預(yù)計在后期暴雨或庫區(qū)蓄水影響下新復(fù)活體可能沿潛在滑面推移-滑出。為此，需進(jìn)一步研究其在不同工況下失穩(wěn)的可能性，以及失穩(wěn)后涌浪對大壩和城鎮(zhèn)的沖擊、滑坡堰塞壩形成預(yù)測及對水庫功能的影響等。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-08-08

TV7;[TV221.2];TV

B

1001-2184(2017)01-0091-04

楊紹平(1963-)，男，四川劍閣人，系主任，副教授，高級工程師，碩士，從事水文與工程地質(zhì)、巖土工程教學(xué)與生產(chǎn)科研工作；

王子忠(1964-)，男，四川劍閣人，副總工程師，教授級高級工程師，博士，從事水利水電工程勘察設(shè)計工作.