田運濤,景 博,王高峰,郭 寧,楊 強

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051；2.西安市勘察測繪院，陜西 西安 710054； 3.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054)

隴南文縣是汶川地震重災(zāi)區(qū)，也是全國地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)和重點防治區(qū)。汶川地震過后，文縣地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，尤其滑坡危害加重，嚴重威脅人民生命財產(chǎn)和公共設(shè)施安全。許多學(xué)者對地震滑坡進行了研究：KEEFER[1]認為，地震震級(ML)大于4.0時便可能觸發(fā)滑坡災(zāi)害；張鐸等[2]認為，強震(ML≥6.0)尤其是大地震(ML≥7.0)誘發(fā)的滑坡災(zāi)害更為突出和顯著；黃潤秋等[3]通過對大光包滑坡的多次調(diào)查研究，認為基巖滑床表面在強震作用下震動松弛并碎裂化、角礫化，“鎖固段”也在強震作用的拉-剪應(yīng)力下突然斷裂，從而引起滑動面摩阻力急劇降低并高速滑動；孔紀名等[4]通過對汶川地震的研究，指出地震碎裂型滑坡是指斜坡上部的巖土體在地震中產(chǎn)生滑動后，在地震波動震蕩作用力的持續(xù)作用下發(fā)生震裂、松弛、碎裂，其碎裂巖體沿坡面或溝道發(fā)生碎裂滑動的一種滑坡類型；還有研究人員通過對汶川地震災(zāi)區(qū)大量崩滑體的調(diào)查研究，從地震動力學(xué)和斜坡變形破壞成因機理的角度分析了汶川地震誘發(fā)崩滑災(zāi)害的3個典型特征，即震裂潰屈、臨空拋物、碎屑流化。本研究以隴南市文縣郭家坡地震滑坡為例，在查明滑坡的工程地質(zhì)特征及孕災(zāi)背景條件的基礎(chǔ)上，總結(jié)了滑坡形成機理，采用Janbu法分析了滑坡在天然狀態(tài)、降雨飽水狀態(tài)、地震狀態(tài)3種工況下的穩(wěn)定性，研究結(jié)果不僅對該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價和防治規(guī)劃具有參考價值，而且對保障生活在滑坡體上的郭家坡村村民的人身財產(chǎn)安全具有極其重要的現(xiàn)實意義。

1 滑坡概況

1.1 基本情況

郭家坡滑坡位于甘肅隴南市文縣石雞壩鄉(xiāng)郭家坡村(圖1)，白水江左岸，距文縣縣城23 km，地理坐標為104°28′32.1″E、33°02′7.7″N。郭家坡滑坡為一深層、特大型堆積體老滑坡，平面形態(tài)呈舌形，主滑方向為194°，堆積體長950～1 100 m，平均寬750 m左右，體積約3 750萬m3。

圖1 郭家坡滑坡全貌

1.2 工程地質(zhì)特征

(1)地形地貌。滑坡區(qū)位于侵蝕構(gòu)造中山區(qū)地貌與侵蝕堆積河谷地貌交界處，更傾向于構(gòu)造中山區(qū)地貌。區(qū)內(nèi)北高南低，最高點在剪子坪村，海拔1 510 m，最低點為白水江江岸，海拔1 030 m，相對高差480 m。白水江呈外弧形流經(jīng)滑坡區(qū)西南邊，河谷狹窄，河水流速快，河床縱比降大。河谷兩側(cè)坡體陡峻，侵蝕切割強烈，坡體平均坡度22°，從上至下呈陡—緩—陡特征。山體溝壑縱橫，山頂呈梁脊形，梁上比較平緩。

(2)地層巖性?；聟^(qū)內(nèi)普遍出露二疊系下統(tǒng)變質(zhì)砂巖、灰?guī)r、砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖等，表層普遍風(fēng)化強烈，裂隙發(fā)育，力學(xué)強度總體較低，遇水易軟化、泥化，構(gòu)成易滑地層。碎石土粒徑差異大，透水性強，磨圓度差，尤其是位于堆積體前緣和坡面沖溝溝岸臨空面的碎石土，在長期水流沖蝕和卸荷作用下已較為松散破碎，物理力學(xué)性能極不穩(wěn)定。

(3)地質(zhì)構(gòu)造?；聟^(qū)位于文康斷裂帶文縣弧頂部位，附近發(fā)育近乎平行的3條NEE向斷裂，即哈南—青山灣—磨壩斷裂、堡子壩—高樓山—稻畦子斷裂、范家壩—臨江斷裂。前兩個斷裂自全新世以來活動性較強，為武都南大地震的主要發(fā)震斷裂，沿斷裂走向多處可見到地震陡坎、地震裂縫、地震崩滑體、堰塞湖等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象?；聟^(qū)與哈南—青山灣—磨壩斷裂關(guān)系最為緊密，該條斷裂的存在，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)基巖結(jié)構(gòu)不完整，空氣與雨水容易進入山體，基巖風(fēng)化層較厚，在山坡上逐漸形成殘坡積物。

1.3 滑坡變形特征

郭家坡滑坡體上陡中緩，表面發(fā)育眾多縱向沖溝，后緣剪切裂縫大量發(fā)育，這是差異剪切作用的構(gòu)造表現(xiàn)?；虑熬夈@孔顯示底部有河流相泥沙沉積，可以判定在滑坡發(fā)生后有大量土石涌入白水江，將河道推向?qū)γ嫔侥_，從而形成現(xiàn)在的河道。

滑坡區(qū)附近有金礦開采、排渣等人類活動，導(dǎo)致滑坡體上堆積物不斷增加，滑坡體厚度增加，前緣坡腳不斷增大。同時，采礦廢水的大量滲入，導(dǎo)致坡體含水量大大增加，容重增加，土體抗剪強度降低，滑坡可能再度復(fù)活?，F(xiàn)場調(diào)查及鉆孔資料分析得出郭家坡滑坡歷史上經(jīng)歷了4次變形破壞過程。①整體(H1)滑動。是現(xiàn)今看到的最大的整體滑動，在滑坡后壁處可見到基巖斷裂面，可以判斷滑坡為堆積層與基巖混合滑動。但是根據(jù)現(xiàn)狀滑坡的工程地質(zhì)鉆探，滑坡堆積體底部主要為灰?guī)r、板巖等碎石、塊石，基巖并不完整，呈破裂狀，因此猜測是強震造成風(fēng)化基巖破裂成碎石，導(dǎo)致抗剪力突然下降，引起失穩(wěn)。②滑坡中后部(H2)滑動?；潞缶壘植繙\層碎石滑動。風(fēng)化產(chǎn)生了潛在滑體，在降雨和重力的作用下發(fā)生滾落滑動。③滑坡后緣(H3)滑動。2008年汶川地震時滑坡后壁松散黃土因為張拉裂縫的擴張而失穩(wěn)下滑，淺層黃土滑落至坡體中部，但未對當?shù)鼐用裨斐扇松碡敭a(chǎn)損失。④滑坡前緣(H4)滑動。位于滑坡坡腳處，2015年6月發(fā)生滑動。修路開挖使本就松散的碎石土體前緣產(chǎn)生牽引力，雖然在坡腳修建了擋土墻，但降雨時雨水很快滲入土體使土體接近飽和，土體自身質(zhì)量增大而抗剪強度降低，最終推倒擋土墻滑至公路中央，阻礙道路通暢，路面也出現(xiàn)了裂縫。

2 滑坡成因分析

2.1 外部因素

地震是滑坡發(fā)生的根本原因?；聟^(qū)屬于地震易發(fā)區(qū)，在短時強地震力的作用下，震蕩破壞了風(fēng)化基巖層的強度結(jié)構(gòu)，改變了原本的膠結(jié)狀態(tài)，使巖體松動破碎，碎石土顆粒之間的咬合程度降低，導(dǎo)致黏聚力和內(nèi)摩擦角減小。汶川地震波向NE方向傳播，與滑坡運動方向(NNE)基本一致，在地震波的作用下坡體受力巨大，原始平衡狀態(tài)被打破，從而導(dǎo)致斜坡結(jié)構(gòu)遭到破壞，在重力的作用下滑動形成滑坡?！?·12”汶川地震導(dǎo)致滑坡后緣(H3)發(fā)生變形，局部滑動。通過走訪調(diào)查得知，后緣(H3)滑動時巖土體在滑動過程中瞬間碎裂滑移至坡體中部，在滑坡頂部黃土堆積層產(chǎn)生了大量橫向平行裂縫。

滑坡變形與降雨有著較明顯的相關(guān)關(guān)系?；录舫隹诟浇霈F(xiàn)拉張裂縫，降雨滲入坡體既增加了坡體自身質(zhì)量，降低了巖土體力學(xué)強度，又容易在滑帶附近聚集，軟化滑帶，降低土體抗剪強度，從而誘發(fā)滑坡?；虑熬?H4)發(fā)生滑動的主要誘因就是降雨，同時降雨會導(dǎo)致滑坡后緣頂部的裂縫貫通并進一步加大，從而再次發(fā)生滑坡。

2.2 內(nèi)部因素

地形地貌特征決定了地震滑坡坡度的發(fā)育特征?；聟^(qū)屬于侵蝕構(gòu)造中山區(qū)，為高山峽谷地貌，斜坡平均坡度為30°，整體呈上陡—中緩—下陡狀況。上部斜坡坡度范圍為45°～79°，越靠近頂部坡度越陡，為后緣滑坡的發(fā)生提供了有利的地形條件；中部在原有斜坡地形基礎(chǔ)上，被人類改造成住房、公路、耕地等，坡度較緩，約20°，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育；下部坡體坡度范圍為35°～70°，靠近底部被人工改造成近垂直的斜坡，存在安全隱患?；虑熬墰_溝發(fā)育，切割深度幾米至幾十米不等，部分沖溝在長期的風(fēng)化侵蝕下形成小型泥石流溝。滑坡分布高程為1 030～1 450 m，高差400 m以上。地形整體較為陡峭，北高南低，整體傾向白水江，坡體高差大、斜坡陡峭為滑坡運動提供了勢能。滑坡處于哈南—青山灣—磨壩斷裂帶，巖土體力學(xué)強度不高，巖體結(jié)構(gòu)不緊密，易受雨水、空氣侵蝕，出現(xiàn)厚層風(fēng)化基巖。

有利的坡體結(jié)構(gòu)是該滑坡產(chǎn)生的內(nèi)在因素。滑坡下覆巖層產(chǎn)狀為210°∠75°，坡向194°，滑坡體為順向結(jié)構(gòu)類型，有利于滑坡的發(fā)生。對滑坡形成的影響表現(xiàn)在：巖層中發(fā)育兩組節(jié)理，230°∠10°和50°∠10°(臨空面)，與層面形成巖體破壞模式，其中一組節(jié)理傾向與巖層傾向基本一致，但較為平緩，切割巖層與層面相交，易造成基巖軟弱帶破碎形成滑動面，影響坡體穩(wěn)定性。

郭家坡滑坡堆積體主要物質(zhì)為碎石土，磨圓度差，孔隙大，透水性強，而滑床為易風(fēng)化的軟弱千枚狀板巖，透水性較差。在長期降雨條件下，地表水大量滲入碎石土體，易使土體飽和，在軟弱巖層處地下水富集，軟化基巖，使土體力學(xué)強度降低，形成潛在滑動帶，增加了滑坡發(fā)生的風(fēng)險?；湎聛淼幕w破碎松散，土體磨圓度差、棱角分明，在滑體底部碎石中?？梢姷桨鍘r塊石等現(xiàn)象也說明風(fēng)化基巖層的存在。

3 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

通過觀察滑坡的堆積形態(tài)，研究認為滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，復(fù)活的可能性小，但受降雨和地震的影響，局部處于不穩(wěn)定狀態(tài)。本研究采用極限平衡法，利用GeoStudio中GEO-SLOPE模塊嵌套的Janbu法建立地質(zhì)模型，選取合理的地層物理力學(xué)參數(shù)計算邊坡穩(wěn)定性。

3.1 建立地質(zhì)模型

選取滑坡縱剖面建立郭家坡滑坡縱剖面模型，見圖2。

圖2 郭家坡滑坡縱剖面模型

3.2 計算剖面及工況

滑坡前緣為白水江，剪出口位于水位最大漲幅之上，故此次計算對水位的變化不予考慮。根據(jù)滑坡的受力特征、可能出現(xiàn)的荷載情況及其組合，計算中主要考慮降雨因素影響，選定天然狀態(tài)、降雨飽水狀態(tài)、地震狀態(tài)3種工況計算滑坡穩(wěn)定性。

3.3 計算參數(shù)選取

滑帶土的黏聚力和內(nèi)摩擦角是滑坡穩(wěn)定性定量評價和推力計算的重要參數(shù)，其值變化對計算結(jié)果有很大影響。根據(jù)室內(nèi)大剪試驗、三軸試驗所獲數(shù)據(jù)，結(jié)合臨近工作區(qū)工程地質(zhì)類比數(shù)據(jù)，最終確定滑坡穩(wěn)定性計算的巖土物理力學(xué)參數(shù)，見表1。

表1 郭家坡滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)

3.4 計算結(jié)果及評價

利用GEO-SLOPE模塊中的Janbu法對處于3種工況下的滑坡整體穩(wěn)定性進行計算，結(jié)果見表2。在天然狀態(tài)下，郭家坡滑坡整體(H1)穩(wěn)定性系數(shù)為1.927，處于穩(wěn)定狀態(tài)；降雨飽水狀態(tài)下，雖然整體(H1)穩(wěn)定性有所下降，但仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡后緣(H3)也處于穩(wěn)定狀態(tài)，但滑坡中后部(H2)穩(wěn)定性系數(shù)為0.939，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；地震條件下，H1、H3處于穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡中后部(H2)在Ⅶ級地震烈度下穩(wěn)定性系數(shù)為1.100，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在Ⅷ級地震烈度下為0.917，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。通過設(shè)置系統(tǒng)自動搜索最危險滑面，得出地震條件下斜坡最不穩(wěn)定、最易失穩(wěn)下滑的區(qū)域是滑坡頂部的淺層黃土與碎石土(圖3)。

表2 不同工況下滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

圖3 郭家坡滑坡后緣變形區(qū)示意

綜上，目前郭家坡滑坡整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生整體滑動的可能性較小，但滑坡體后部變形明顯，若在土體飽和或地震條件下，滑坡后部發(fā)生失穩(wěn)、滑移的可能性較大。若后部發(fā)生滑移，則可能進一步推動前部老滑體變形，降低滑坡體整體穩(wěn)定性，對生活在滑坡體上的居民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。

4 結(jié) 論

(1)郭家坡滑坡屬于特大型牽引式老滑坡，滑坡共發(fā)生過4次滑動，第一次為斜坡整體性滑動，第二次為滑坡中后部局部滑動，第三次為汶川地震時滑坡后壁的淺層滑動，第四次為滑坡前緣人工削坡和降雨造成的滑動。

(2)滑坡發(fā)生的外因：地震是滑坡發(fā)生最主要的誘因，震蕩破壞了風(fēng)化基巖層的強度結(jié)構(gòu)；滑坡頂部黃土堆積層產(chǎn)生了大面積的橫向平行裂縫，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，降雨條件下容易向下發(fā)生局部滑動。

(3)滑坡發(fā)生的內(nèi)因：順向斜坡結(jié)構(gòu)在兩組節(jié)理的共同作用下，易形成破碎滑帶；陡峭地形為滑坡的形成提供了強大的勢能條件；以碎石土為主的滑坡體和易風(fēng)化的軟弱基巖力學(xué)強度較低，形成了潛在滑面。

(4)目前該滑坡體整體穩(wěn)定性較好， 發(fā)生整體滑動的可能性較小。通過GEO-SLOPE軟件對滑坡進行了穩(wěn)定性計算，結(jié)果顯示在地震或降雨飽水狀態(tài)下邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(5)通過危險滑面搜索得到的后緣變形區(qū)范圍，與現(xiàn)場實際調(diào)查中圈定的變形范圍基本一致。本研究得到的滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果符合實際情況，具有較高的可信度。