陳福榜 CHEN Fu-bang；王南南 WANG Nan-nan；馮愛國 FENG Ai-guo；石荔 SHI Li

（中冶集團武漢勘察研究院有限公司，武漢 430000）

0 引言

滑坡災(zāi)害在我國頻發(fā)，易造成經(jīng)濟損失及威脅人類的生命安全[1-2]。誘發(fā)斜坡發(fā)展成為滑坡的因素很多，可分為主要誘因和次要誘因，因此在分析滑坡災(zāi)害的形成與發(fā)展時，勢必要首先抓主要誘因。其中降雨是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生頻率最高的因素，部分學(xué)者對此進行了深入的研究[3-7]。

本文以三峽庫區(qū)柏堡滑坡為例，結(jié)合地質(zhì)勘查資料[8]與監(jiān)測數(shù)據(jù)，對柏堡滑坡的變形機理展開深入分析，并采用Geo-Studio軟件對不同工況條件下，柏堡滑坡的穩(wěn)定性進行模擬分析及預(yù)測，為柏堡滑坡變形的預(yù)警預(yù)報及工程治理提供參考。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)概況

柏堡滑坡地處秭歸縣郭家壩鎮(zhèn)王家?guī)X村，長江一級支流童莊河南岸，桐樹灣大橋橋頭，湖北省334省道和鄉(xiāng)村道路從滑坡中前部穿過，如圖1所示。

圖1 柏堡滑坡地理位置

滑坡前緣直抵童莊河河床，高程約為150m，淹沒在175m水位線以下；后緣以陡坎為界，其高程為320m，前后緣相對高差約為170m。左側(cè)以山脊為界，右側(cè)以羅家溝為界?；虑熬墝捈s150m，后緣寬約80m，前后緣縱長約300m，滑坡面積約3×104m2，平均厚度為20m，體積約為60×104m3?；潞缶壿^陡峭，坡度為30～40°，滑坡體中間部位相對平緩，坡度為15～25°，坡體前緣坡度較陡?；抡w平面形態(tài)呈現(xiàn)“長條口袋狀”，呈現(xiàn)南高北低，西高東低，滑坡體中后部略凸，前部略凹。

滑坡體主要由含碎石粘土、碎石土、中強風(fēng)化破碎狀砂巖塊石組成?；w上部0～2m以強風(fēng)化砂巖碎石土為主，碎石呈紫紅色顆粒狀，顆粒粒徑為1～3cm，2m到滑帶處主要含破碎狀強風(fēng)化砂巖碎塊石，塊度多為5～12cm?；瑤镔|(zhì)為含碎石粘土軟弱夾層，深度為24.5～30.5m，紫紅色，滑帶厚度約3～6m，以粘土、粘土夾碎石為主，粘性較好?；矠橘_系下中統(tǒng)聶家山組（J1-2n），物質(zhì)組成主要為紫紅色泥巖和粉砂巖，巖層傾向330～350°，與坡體傾向相近，傾角30～55°。呈單斜構(gòu)造，坡體內(nèi)未見大的斷裂破碎帶，為順斜向坡（圖2）。

圖2 柏堡滑坡工程地質(zhì)剖面圖（1-1’）

2 滑坡變形特征分析

2.1 地表變形特征

柏堡滑坡2017年10月3日出現(xiàn)變形，主要變形破壞方式有地表拉張裂縫、局部的坍滑、房屋地坪下陷、崩落碎落等。（見圖3）。

圖3 柏堡滑坡部分現(xiàn)場變形及監(jiān)測點位置

①滑坡體內(nèi)發(fā)育有大量裂縫，在滑坡后緣出現(xiàn)有3條弧形拉張裂縫，長度在30～50m之間，裂縫寬10～50cm不等，其中裂縫寬最大可達(dá)80cm，局部區(qū)域下座深度有25～60cm。

②滑坡體前緣居民房屋出現(xiàn)裂縫，區(qū)域內(nèi)有6戶居民房屋出現(xiàn)了不同程度的變形破壞。

③滑坡體中前部左右兩側(cè)邊界處公路擋墻出現(xiàn)垮塌，右側(cè)邊界處公路變形長度可達(dá)15m左右，總體向外推移，公路基礎(chǔ)向外移動最大近50cm，擋墻垮塌長度接近8m；滑坡左側(cè)公路變形長度近20m，擋墻垮塌近5m。

④滑坡前緣與桐樹灣大橋接觸處出現(xiàn)鼓脹裂縫，縫寬2～5cm，在路面與橋面接觸處形成高度約5cm臺坎。

⑤由于連續(xù)性的大氣降雨，10月15日晚滑坡體右側(cè)沖溝上方的坡體發(fā)生較大變形，在滑坡右側(cè)坡體發(fā)生大規(guī)模塌滑，滑移方向指向右側(cè)羅家溝方向，局部滑坡坡體前緣剪出口為滑坡右側(cè)沖溝。局部滑移體后緣可見明顯拉裂下座裂縫，滑動面上可見明顯泥質(zhì)擦痕，后緣陡壁出露含碎石黏土面，部分可見粉砂巖塊石，塊度可達(dá)為5m。后緣裂縫下座深度0.5～4m，最大下座滑動面距離為5m，裂縫最寬處達(dá)到2m。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

應(yīng)急救災(zāi)期間在柏堡滑坡體上共布置了7個地表自動GPS監(jiān)測點，分別為監(jiān)測基點G410，變形監(jiān)測點BB1、BB2、BB3、BB4、BB5、BB6，測點BB4于10月17日轉(zhuǎn)移至滑坡前部山梁，點號更改為BB4-1，應(yīng)急救災(zāi)后，維持G410、BB3、BB4-1和BB6監(jiān)測點位置不變，BB5移至次級滑體上，點號更改為BB5-1，BB2移至滑坡左側(cè)邊界公路下方坡體上，點號更改為BB2-1，撤銷GPS監(jiān)測點BB1。

由圖4柏堡滑坡地表一體化GNSS監(jiān)測點累積位移監(jiān)測曲線可知，柏堡滑坡位移變形跡象較為顯著。結(jié)合監(jiān)測設(shè)備未使用前的踏勘工作，主要變形的產(chǎn)生集中在2017年10月3日至16日期間，尤其在13日到16日發(fā)生較大變形，10月20日左右累積位移變形趨于最大值，其中位于滑坡后緣的BB1監(jiān)測點位移量累積達(dá)到270.1mm；其次是中部測點BB2，位移累積值為203.4mm，再次是滑坡前部測點BB3，位移累積值為149.9mm。從監(jiān)測點所處位置來看，柏堡滑坡中后部變形量相對前部較大。綜合應(yīng)急救災(zāi)期間與期后監(jiān)測數(shù)據(jù)，20日后各測點位移隨時間上下波動，變形無明顯增長趨勢，數(shù)值波動可能為設(shè)備系統(tǒng)誤差所致，非測點實際變形，說明10月20日后柏堡滑坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 柏堡滑坡地表一體化GNSS監(jiān)測點累積位移監(jiān)測曲線

從圖5應(yīng)急救災(zāi)期間柏堡滑坡地表自動GPS監(jiān)測點位移速率-時間曲線來看，在10月13日至16日，地表位移變形速率數(shù)值比較大，并且各監(jiān)測點最大位移變形速率均出現(xiàn)在10月14日，表明此時間段滑坡變形相對比較劇烈。10月16日后地表變形速率急劇減小，滑坡變形趨于平緩，10月20日后，滑坡變形速率曲線在零點上下波動。從整體來看，位移變化速率曲線與累積位移曲線趨勢基本同步。

圖5 柏堡滑坡地表位移變化速率監(jiān)測曲線

3 滑坡變形機制分析

3.1 地質(zhì)因素對滑坡變形起控制作用

柏堡滑坡區(qū)屬中低山構(gòu)造侵蝕河谷滑坡地貌，地形坡度在14-45°間?；虑熬壠露容^陡，后緣地形陡峭，中間部位相對較平緩，陡-緩-陡的地形有利于滑坡的形成。柏堡滑坡所發(fā)育的坡體由上覆第四系松散堆積層，下伏侏羅系下中統(tǒng)聶家山組（J1-2n）組成。其中，松散土石堆積體主要由殘坡積（Q4el+dl）、崩坡積（Q4col+dl）、人工堆積（Q4ml）組成，該層巖土體松散，具有較強透水性，有利于地下水的滲透，從而軟化巖土體與增加坡體重量。侏羅系下中統(tǒng)聶家山組（J1-2n）由紫紅色泥巖、粉砂巖等組成，其中泥巖強度較低，抗風(fēng)化能力較差，與水接觸時易被軟化，粉砂巖為較硬巖，有著較強的抗風(fēng)化能力。第四系松散堆積層及侏羅系聶家山組（J1-2n）粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖軟硬相間，為典型的易滑地層，該地層對于滑坡的發(fā)生具有控制效應(yīng)。柏堡滑坡的坡體結(jié)構(gòu)類型為斜順向坡，巖層產(chǎn)狀為330～350°∠30～55°，右側(cè)滑體的主滑方向受土巖接觸面的產(chǎn)狀所控制，其表層基巖巖體裂隙發(fā)育，完整性差，為滑坡的變形提供了內(nèi)部條件，軟弱地層是滑坡變形的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 大氣降雨對滑坡變形起促進作用

2017年9月下旬至10月上旬近20天里，秭歸縣遭受長期陰雨天氣，期間還伴隨著強降雨天氣的出現(xiàn)。持續(xù)的降雨過程產(chǎn)生的地表水通過地表裂縫等入滲到含碎石粉質(zhì)粘土的滑體中，并沿著孔隙下滲?；聟^(qū)域內(nèi)地下水因降雨入滲而水位上移，從而導(dǎo)致孔隙水壓力和浮托力驟然增大。大氣降雨一方面軟化了軟弱巖土層，大大降低其抗剪強度，另一方面巖土體內(nèi)短時間充水程度較高，增加了巖土體內(nèi)的動靜水壓力，使巖土體的穩(wěn)定性降低，并使強風(fēng)化泥巖及砂質(zhì)泥巖泥化、軟化，形成滑動帶，并且降低了滑動帶力學(xué)強度，降雨是導(dǎo)致柏堡滑坡滑動的主要誘發(fā)因素。

從柏堡滑坡應(yīng)急搶險救災(zāi)期間地表一體化GNSS監(jiān)測點位移-降雨量-時間曲線（圖6）和監(jiān)測點位移速率-降雨量-時間曲線（圖7）可以看出，受2017年9月下旬和10月中上旬持續(xù)性降雨影響，測點BB1、BB2、BB3、BB4、BB5從2017年10月12日變形突然陡增，2017年10月14日變形速率達(dá)到峰值；2017年10月16日滑坡右側(cè)次級滑體發(fā)生滑移，各測點累積位移趨近峰值；2017年10月18日之后滑坡區(qū)降雨量減少，變形速率亦隨之減小，滑坡累積位移于10月20日左右基本達(dá)到峰值，之后滑坡變形總體趨于平緩，處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。從降雨與滑坡變形出現(xiàn)時間前后來看，2017年10月10日至14日降雨量較大，而滑坡位移陡增時間出現(xiàn)在10月12日至16日，柏堡滑坡變形相對于降雨呈現(xiàn)較為明顯的滯后性。

圖6 柏堡滑坡累積位移-降雨量-時間關(guān)系曲線

圖7 柏堡滑坡監(jiān)測點位移速率-降雨量-時間曲線

4 滑坡穩(wěn)定性分析預(yù)測

4.1 計算模型建立及參數(shù)選取

本文基于VG模型（VanGenuehten模型）滲透系數(shù)的函數(shù)輸入，結(jié)合柏堡滑坡的實際工程地質(zhì)特征和滑坡變形特點，選擇滑坡中部1-1ˊ剖面（見圖2）作為計算剖面，建立簡化地質(zhì)模型進行數(shù)值計算。該模型由4749個節(jié)點，4642個網(wǎng)格構(gòu)成，數(shù)值計算網(wǎng)格模型見圖8。根據(jù)柏堡滑坡地質(zhì)勘查報告中的室內(nèi)試驗結(jié)果，并結(jié)合區(qū)域性工程經(jīng)驗和參數(shù)反演計算結(jié)果，數(shù)值計算中柏堡滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。

圖8 滑坡數(shù)值計算網(wǎng)格模型

表1 柏堡滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)

4.2 計算工況

綜合柏堡滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)分析及變形機制分析可知，大氣降雨對柏堡滑坡穩(wěn)定性影響較大，不利于滑坡的穩(wěn)定。為探究降雨因素對滑坡穩(wěn)定性影響，建立2種工況，如表2所示。

表2 柏堡滑坡穩(wěn)定性計算工況

4.3 穩(wěn)定性分析及預(yù)測

4.3.1 滑坡穩(wěn)定性分析

圖9為工況1和工況2的穩(wěn)定性計算結(jié)果，隨著降雨持續(xù)時間的延長及降雨強度的增大，柏堡滑坡穩(wěn)定性系數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢。在保持每天降雨強度為10mm/d時，隨著降雨持續(xù)時間的增加，從降雨持續(xù)1天到15天，穩(wěn)定性系數(shù)從1.981降低到1.630，下降幅度達(dá)到0.351，降低了17.7%。計算數(shù)據(jù)曲線表明，在保持降雨強度相同時，隨著降雨持續(xù)時間的增大，穩(wěn)定性總體呈現(xiàn)降低趨勢，尤其在在持續(xù)性降雨的前3天，穩(wěn)定性系數(shù)降低速率較快，之后穩(wěn)定性系數(shù)降低速率減緩。

圖9 穩(wěn)定性系數(shù)變化曲線

在保持降雨時間1天時，降雨強度從10mm/d增大到60mm/d，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)從1.981降低到1.806，穩(wěn)定性下降幅度達(dá)到0.175，降低了8.8%。降雨強度在小于40mm/d時，穩(wěn)定性系數(shù)降低速率較為平緩，降雨強度在大于40mm/d時，穩(wěn)定性系數(shù)迅速降低。

由穩(wěn)定性計算可知，柏堡滑坡的穩(wěn)定性受降雨影響較大，通過比較持續(xù)性降雨與降雨強度兩種工況下的穩(wěn)定性系數(shù)大小以及降低比率結(jié)果可知，降雨持續(xù)時間對柏堡滑坡穩(wěn)定性影響更大，即出現(xiàn)連續(xù)性降雨天氣，再次出現(xiàn)失穩(wěn)概率更大。

4.3.2 滑坡變形發(fā)展預(yù)測

柏堡滑坡堆積體前緣受童莊河侵蝕形成臨空面，特殊的地形為滑坡形成的形成提供了地形條件?；聻?zāi)害出現(xiàn)后坡體內(nèi)出現(xiàn)了大量深淺、長度不一的裂縫，若出現(xiàn)持續(xù)性降雨或者強降雨，降雨會隨著裂縫入滲，不斷侵蝕坡體，擴大裂隙寬度及深度，隨著裂縫的擴展，產(chǎn)生局部破壞概率增大。同時，降雨隨著裂縫匯集于滑體底部和滑床之間時會降低了滑帶土的抗剪強度，加大了滑體的重量，導(dǎo)致滑坡發(fā)生整體變形的可能性大大增加。

滑坡在2017年10月20日前滑坡變形特征明顯，后緣拉張裂縫，局部下坐位移，局部的坍滑、房屋地坪下陷、崩落碎落等現(xiàn)象現(xiàn)場跡象十分明顯。20日之后無明顯新增變形跡象，根據(jù)不同降雨條件下滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果及宏觀穩(wěn)定性判斷，滑坡總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，在暴雨、持續(xù)降雨、人為切坡等因素影響下，滑坡可能會產(chǎn)生整體滑動，造成嚴(yán)重危害。

5 總結(jié)

本文基于柏堡滑坡工程地質(zhì)勘察資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)，對柏堡滑坡的變形機理進行了分析，并利用Geo-Studio軟件對坡體在不同降雨工況下的穩(wěn)定性進行了模擬分析及預(yù)測，主要結(jié)論如下：

①柏堡滑坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)對滑坡的變形起著控制作用。陡-緩-陡的凹地地形為滑坡變形的發(fā)展提供了有利地形地貌條件；第四系松散堆積層及侏羅系聶家山組（J1-2n）粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖軟硬相間巖層為滑坡變形發(fā)展的內(nèi)因；滑坡體內(nèi)裂隙發(fā)育，有利于滑坡變形的進一步擴展。

②連續(xù)降雨為柏堡滑坡變形的誘發(fā)因素，大量降雨下滲至含碎石的粉質(zhì)粘土層，并在巖土分界面匯集，導(dǎo)致浮托力的產(chǎn)生與土體的軟化，持續(xù)性降雨是柏堡滑坡產(chǎn)生變形的最直接誘發(fā)因素。

③根據(jù)Geo-studio仿真軟件的數(shù)值模擬分析可知，隨著降雨時間延長及降雨強度的增大，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢，其中降雨持續(xù)時間對滑坡穩(wěn)定性影響更大，滑坡一旦再次產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生整體滑動，造成的危害性較大。