丁 恒，李陽春*，李海軍

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴陽 550000；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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059)

貴州獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境決定了其為滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的省份之一[1]。2012年6月29日,貴州大榕滑坡，造成約348戶1 020名群眾受到威脅[2-3]。2020年9月8—14日期間，貴州省水城縣尖山營出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨，于2020年9月15日下午14：00尖山營發(fā)生第一次滑坡，在接下來3 d里尖山營一直出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象，直接威脅著下方居民及鄉(xiāng)村公路上過往行人及車輛的生命財(cái)產(chǎn)安全。

多年來，諸多學(xué)者對(duì)滑坡破壞機(jī)制及穩(wěn)定性展開了大量研究，例如：劉新榮等[4]考慮了坡體在水的滲流作用下，對(duì)坡體的破壞機(jī)制與穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；石天文等[5]、呂利等[6]、李海軍等[7]通過對(duì)滑坡現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，對(duì)滑坡的成因機(jī)制進(jìn)行了研究；吳亞子等[8]通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合數(shù)值模擬分析了坡體在強(qiáng)降雨作用下的穩(wěn)定性；趙建軍等[9]通過物理模擬與數(shù)值模擬相結(jié)合，對(duì)坡體在煤層開采后遇強(qiáng)降雨誘發(fā)滑坡的破壞機(jī)制進(jìn)行了分析，得到其變形破壞機(jī)制為采空區(qū)覆巖→斜坡變形→降雨誘發(fā)斜坡整體變形演化→滑面擴(kuò)展→滑坡發(fā)生；程鵬翔等[10]分析了強(qiáng)降雨對(duì)堆積體滑坡的變形破壞機(jī)制；常亞婷等[11]通過對(duì)滑坡區(qū)域的詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合三維數(shù)值模擬對(duì)甘肅羅峪溝古滑坡成因機(jī)制與穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，得到滑坡啟動(dòng)主要受到坡腳開挖與強(qiáng)降雨共同作用；馮文凱等[12]以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合，對(duì)水麻坨堆積層斜坡在強(qiáng)降雨作用下的破壞機(jī)制進(jìn)行了分析；巨能攀等[13]利用離心振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，以四川汶川縣水磨溝陡傾軟硬相間順層斜坡為研究對(duì)象，對(duì)該斜坡在強(qiáng)震作用下的變形失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了研究；魯?shù)篮榈萚14]以龍洞水滑坡典型實(shí)例，通過詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、遙感攝影、工程地質(zhì)測(cè)繪，并結(jié)合離散元數(shù)值模擬，對(duì)滑坡的變形破壞特征進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，并對(duì)其成災(zāi)機(jī)制進(jìn)行探究；黃達(dá)等[15]以巫山曲尺塔坪H2滑坡研究對(duì)象，通過地質(zhì)、位移監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬等方法，對(duì)該滑坡在庫水升降時(shí)的穩(wěn)定性、影響因素及其變形規(guī)律進(jìn)行了研究。

貴州省尖山營北側(cè)的發(fā)耳滑坡破壞機(jī)制復(fù)雜，有別于前人的研究。對(duì)發(fā)耳滑坡變形破壞機(jī)制展開研究，不僅能給類似滑坡的防治提供可靠思路，同時(shí)也能為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害相關(guān)工作給予參考幫助，對(duì)保障附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全有重要意義。

1 滑坡區(qū)概況

發(fā)耳滑坡位于貴州高原西部，地形疊巒起伏，切割強(qiáng)烈，屬于構(gòu)造侵蝕而成的低中山至中低山地貌?；潞缶夗敹烁叱? 400 m，坡腳高程1 310 m。發(fā)耳滑坡平面圖如圖1所示，滑坡下部存在多個(gè)煤層采空區(qū)。

發(fā)耳滑坡區(qū)域內(nèi)地層出露有第四系(Q)：厚0～80.50 m，主要以殘積物、坡積物為主，分布在同向坡及單斜谷中；二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)：由灰-深灰色粉砂巖、泥巖及煤組成，主要分布于滑坡區(qū)東部。

圖1 工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Engineering geological plan

2 滑坡破壞特征

2.1 滑坡基本特征

滑坡位于貴州發(fā)耳尖山營北側(cè)，滑坡縱長480 m，橫寬250 m，面積約1.1×105m2，滑坡體量約5.5×105m3，滑體厚度分布不均，滑坡前后緣高差約180 m，主滑方向30°，滑坡后部坡度約45°，中前部坡度較緩，屬中型淺層滑坡，如圖2所示。

圖2 滑坡邊界及變形過程Fig.2 Landslide boundary and deformation process

滑坡滑動(dòng)過程如圖2所示，9月15日滑坡滑動(dòng)后，在滑坡前緣區(qū)域的多個(gè)階梯使得滑坡啟動(dòng)后運(yùn)動(dòng)速度減緩，滑坡體在9月16日、17日、18日分3個(gè)階段下滑，沖毀前緣公路、房屋。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 地表位移監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖如圖1所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2018年6月安裝完并投入使用，取滑坡區(qū)內(nèi)的地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)GPS01、GPS07在2020年9月1日至滑坡啟動(dòng)前期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置X表示南北方向，向北為正，向南為負(fù)；Y表示東西方向，向東為正，向西為負(fù)；Z表示重力方向，向上為正，向下為負(fù)。

圖3(a)為GPS01測(cè)點(diǎn)的累計(jì)位移歷時(shí)曲線圖。從圖中數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)可以看出，2020年9月1—13日期間，各個(gè)方向的位移變化量較小，都在10 mm內(nèi)，該區(qū)域主要受到采空塌陷區(qū)往坡外的擠壓，造成在X、Y方向上產(chǎn)生了位移，且曲線變化趨勢(shì)呈緩慢曲線上升，該方向上主要發(fā)生水平位移，方向?yàn)闁|北方向，垂直方向變化小于水平方向，Z曲線變化趨勢(shì)緩慢。2020年9月14—15日期間，各個(gè)方向位移變化急劇增加，直至滑坡啟動(dòng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)破壞，在滑坡X方向累計(jì)變化達(dá)到318.1 mm，2 d內(nèi)增加了226.5 mm，Y方向累計(jì)變化量達(dá)到-89.6 mm，2 d內(nèi)增加了69.9 mm，Z方向累計(jì)變化量不大。

圖3(b)為GPS07測(cè)點(diǎn)的累計(jì)位移歷時(shí)曲線圖，從數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝使用至2020年9月13日期間，X方向位移累計(jì)變化量為201.1 mm，Y方向位移累計(jì)變化量為24.1 mm，Z方向位移累計(jì)變化量為-105 mm，合位移為234.1 mm，由于持續(xù)的降雨，2020年9月15日，X方向位移累計(jì)位移達(dá)到276.3 mm，Y方向位移累計(jì)變化達(dá)到170.1 mm，Z方向位移累計(jì)變化達(dá)到-105.0 mm，合位移達(dá)到323.2 mm，1 d之內(nèi)各個(gè)方向的位移變化量驟然增加，該點(diǎn)附近于2020年9月15日下午14：00發(fā)生滑坡，伴隨著滑坡的發(fā)生，GPS07監(jiān)測(cè)點(diǎn)也被破壞。

圖3 位移-時(shí)間曲線圖Fig.3 Displacement-time curve

2.2.2 雨量計(jì)監(jiān)測(cè)

雨量計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在尖山營山頂最高處，可以實(shí)時(shí)反映該區(qū)域的降雨量情況。GPS07點(diǎn)附近于2020年9月15日發(fā)生滑坡，在滑坡啟動(dòng)的前4 d里，尖山營降雨量累計(jì)達(dá)到184 mm，如圖4所示。雨水沿著表層松散得第四系黏土空隙侵入坡體，增大了滑坡體的靜水壓力與動(dòng)水壓力，浸泡滑帶，降低了滑體的抗剪強(qiáng)度，對(duì)坡體的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

圖4 雨量-時(shí)間曲線Fig.4 Rainfall-time curve

3 滑坡破壞機(jī)制分析

發(fā)耳滑坡區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件在煤層開采作用下變得更加脆弱，地形地貌條件形成的臨空面為滑坡提供了足夠的卸荷空間，上部為灰綠色、紫色相間，鈣質(zhì)泥巖與細(xì)砂巖互層，中部及底部夾較多的細(xì)砂巖透鏡體，中部為粉砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖，節(jié)理裂貫通性好，巖體破碎，加速了地下水活動(dòng)；強(qiáng)降雨在滑坡體內(nèi)已形成滲流通道；天然沖溝在降雨時(shí)節(jié)對(duì)坡體一直進(jìn)行著沖刷作用，從整個(gè)地質(zhì)環(huán)境來看，該斜坡體已經(jīng)具備了滑坡的地質(zhì)條件，為潛在滑坡災(zāi)害隱患點(diǎn)。2020年9月10—14日發(fā)耳地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨，對(duì)地下水位極大的提升，在滑坡體內(nèi)增加了水壓力及滑坡體自重，且淺層泥巖及粉砂質(zhì)泥巖遇水易軟化，易形成滑動(dòng)面，使得巖土體向軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生傾斜，如前緣臨空面。在連續(xù)5 d的強(qiáng)降雨情況下，發(fā)耳滑坡開始啟動(dòng)，在降雨在滑坡體表層巖土體中具有滯后性，坡體2020年9月15—18日一直處于滑動(dòng)階段，其變形破壞模式為蠕滑-拉裂型，如圖5所示。

由于滑坡體巖土破碎破地表裂隙較多，隨著2020年9月10—14日期間持續(xù)強(qiáng)降雨，大量坡面雨水通過侵入坡體內(nèi)部，對(duì)地下水位起到極大提升，加劇了巖土體性質(zhì)的弱化，而且雨水在坡體內(nèi)部具有滯后性，短時(shí)間內(nèi)增加了坡體自重，增加了坡體內(nèi)的靜水壓力和動(dòng)水壓力，持續(xù)強(qiáng)降雨降低了滑帶的抗剪強(qiáng)度，滑坡在自重作用下，于2020年9月15日開始產(chǎn)生向臨空面的滑動(dòng)趨勢(shì)。

地下水在不斷匯集在滑面過程中，造成滑動(dòng)剪切面上剪應(yīng)力集中，在2020年9月15日發(fā)生第一次滑坡，造成滑坡體后緣地表裂縫增大且數(shù)量急劇增加，導(dǎo)致更多的地表水也沿著后緣拉裂縫侵入坡內(nèi)，加速了蠕滑進(jìn)程，且削弱剪切面的抗剪強(qiáng)度，從而促進(jìn)滑坡體再次向前緣發(fā)生滑坡，最終在2020年9月18日滑坡體前緣被完全剪斷而產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象，由于滑帶長時(shí)間經(jīng)過地下水浸泡，滑體出現(xiàn)塑性流動(dòng)特征。

圖5 滑坡蠕滑-拉裂變形破壞過程示意圖Fig.5 Schematic diagram of creep slip-tensile crack deformation and failure process of landslide

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 模型建立

結(jié)合尖山營滑坡地形地貌、巖體結(jié)構(gòu)特征及煤層開采狀況及邊界效應(yīng)等問題，采用簡化原型的形式進(jìn)行模型建立，下伏基巖為下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)粉砂質(zhì)泥巖與上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)粉砂巖。建模型如下：長500 m，高227 m，寬10 m，煤層從上往下依次為M1、M3、M5-2、M5-3、M7、M10、M13，每層煤厚取2 m。計(jì)算模型采總共有9 003個(gè)單元和5 089個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖6所示。采用FLAC軟件分析尖山營滑坡在自然狀態(tài)與暴雨?duì)顟B(tài)下的穩(wěn)定性狀態(tài)。

圖6 計(jì)算模型圖Fig.6 Calculation model diagram

4.2 參數(shù)選取

模型的本構(gòu)力學(xué)模型采用彈塑性模型，計(jì)算選用莫爾-庫侖屈服準(zhǔn)則，巖土體相關(guān)計(jì)算參數(shù)取值參考室內(nèi)試驗(yàn)和工程地質(zhì)手冊(cè)結(jié)合滑坡簡化模型進(jìn)行參數(shù)綜合取值，具體各巖土體物理力學(xué)取值如表1所示。

4.3 穩(wěn)定性分析

在天然工況下，主滑剖面的剪應(yīng)變?cè)隽糠植家?guī)律如圖7所示。由圖7可以看出，天然工況下斜坡的剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D主要集中在臨空面坡腳處，且由坡體內(nèi)向臨空面方向逐漸增加，這也表明這些區(qū)域最容易發(fā)生剪切破壞；在暴雨工況下斜坡剪應(yīng)變?cè)隽孔兓^大，主要由于持續(xù)的強(qiáng)降雨對(duì)坡體的結(jié)構(gòu)起到軟化的作用，表明斜坡在暴雨工況下比天然工況更容易破壞；剪應(yīng)變?cè)隽考袇^(qū)域較天然工況下向斜坡坡腳發(fā)生了移動(dòng)，但集中方向依舊為斜坡臨空面，表明在暴雨工況較天然工況下斜坡破壞范圍更大。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864—2016)可知，滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)可根據(jù)穩(wěn)定性系數(shù)來劃分。天然工況下斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.09，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下斜坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.94，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值Table 1 Value of physical and mechanical parameters of rock and soil mass

圖7 剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D與穩(wěn)定性系數(shù)Fig.7 Cloud diagram of shear strain increment and safety factor

5 結(jié)論

通過對(duì)尖山營滑坡現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)調(diào)查，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了變形破壞特征，并對(duì)破壞機(jī)制與穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。得到如下結(jié)論。

(1)尖山營滑坡縱長480 m，橫寬250 m，面積約1.1×105m2，滑坡體量約5.5×105m3，滑體厚度分布不均，滑坡前后緣高差約180 m，主滑方向30°，滑坡后部坡度約45°，中前部坡度較緩，屬中型淺層滑坡。

(2)持續(xù)降強(qiáng)雨降低了滑帶的抗剪強(qiáng)度，滑坡在自重作用下一直處于蠕滑狀態(tài)，由于雨水在坡體內(nèi)具有滯留性，增加了坡體內(nèi)的靜水壓力和動(dòng)水壓力，加速了蠕滑進(jìn)程，從而促進(jìn)滑坡體向前緣臨空面發(fā)生滑動(dòng)，其變形破壞模式為蠕滑-拉裂型。

(3)數(shù)值模擬分析結(jié)果表明，尖山營滑坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為1.09，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)為0.94，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，持續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)了滑坡啟動(dòng)。