摘 要：本文對山西武鄉(xiāng)某滑坡進行現(xiàn)場勘察，綜合分析滑坡的基本特征、巖土體結構特征和變形破壞特征。分析勘察資料可知，半成巖地層在降雨作用和地表水入滲條件下，抗剪強度指標會加速降低，導致產生滑面，進而形成目前的滑坡體。坡體內部形成貫通的滑動面，發(fā)生整體失穩(wěn)。本文采用有限元數(shù)值模擬對其成因機制進行研究，所得結果與現(xiàn)場實際變形特征基本吻合，表明發(fā)生在第三系半成巖地層中的滑坡，在坡度較緩的前提下，由于半成巖具有易軟化的特性，抗剪強度指標大幅度降低，因此發(fā)生滑坡變形。本文揭示的滑坡的變形破壞過程和誘發(fā)機制對類似半成巖滑坡研究具有一定參考價值。

關鍵詞：滑坡；半成巖地層；數(shù)值模擬

中圖分類號：P 642" " " " " " 文獻標志碼：A

地層巖性是坡體的主要物質組成，是滑坡產生的主要地質條件。山西省的滑坡主要發(fā)育在第四系黃土、上新統(tǒng)至下更新統(tǒng)的雜色黏土巖、上新統(tǒng)紅色黏土和三疊系泥巖、砂頁巖地層之內，也分布于二疊系煤系地層中[1]。山西省東南部廣泛分布一套沉積相對連續(xù)的上第三系上新統(tǒng)地層榆社群，前人在此進行了大量的地質調查和研究。錢程[2]對山西榆社盆地新近紀沉積演化和古環(huán)境進行了分析，將本地區(qū)地層沉積環(huán)境進行了分類。相興華[3]簡要敘述了榆社群地層的工程特性。鄭仲[4]以實際地質災害調查項目揭示了榆社群樓則峪組地層與滑坡地質災害的關系。胡杰[5]對晉中市榆社群地層滑坡形成機理進行了分析，并就風險防控提出建議。張壽釗[6]對榆社群的灰綠色黏土進行了較詳細的研究，研究干濕循環(huán)對灰綠色黏土的抗剪強度影響規(guī)律和土體的微觀結構特征，同時研究榆社群地層中滑坡形成機理和邊坡穩(wěn)定性評價。前人研究雖然涉及榆社群上覆第四系地層的滑坡研究，但是多以綜述的形式簡單敘述，本文結合武鄉(xiāng)地區(qū)某滑坡實例，采用現(xiàn)場勘察與數(shù)值模擬深入研究具體實例，淺析半成巖地層滑坡的發(fā)育特征。

1 地層描述

榆社群[7]多分布于榆社、武鄉(xiāng)、沁縣和襄垣等境內，包括任家垴組、張村組和樓則峪組。榆社群是一套河湖相沉積物，其中任家垴組為一套濕熱氣候條件下的河流相粗碎屑堆積，以灰黃、淺紫色半固結狀態(tài)的細砂、卵石和礫石層為主，夾粉土、紫紅色黏土和粉質黏土。張村組連續(xù)沉積于任家垴組地層之上，是一套濕熱氣候條件下的湖相沉積，間夾河流相沉積物，巖性主要為半固結狀態(tài)的灰綠、黃綠、灰白和灰黑色黏土，夾薄層泥灰?guī)r、灰黃色粉砂層、淺紫色黏土、粉質黏土和少量礫石透鏡體。下更新統(tǒng)下段樓則峪組連續(xù)沉積于張村組之上，是一套濕熱氣候條件下的河流相沉積物，該組巖性主要是呈半固結狀態(tài)的黃、銹黃和淺紫色砂層，夾紫色河漫灘相的黏土與粉質黏土。

2 滑坡變形特征

滑坡位于武鄉(xiāng)，地形地貌為黃土丘陵，地勢東高西低，北高南低，最高處為北端，四周為溝，邊坡的形成除天然原因外，還包括修路等人類工程活動。滑坡區(qū)現(xiàn)地形起伏如圖1所示。

利用野外鉆探和井探工程獲得滑坡區(qū)地層分布特征，表層為第四系全新統(tǒng)人工填土、中更新世沖洪積層粉質黏土、中更新世沖洪積層粉砂和下更新世沖洪積層粉質黏土，下伏地層為上第三系上新統(tǒng)榆社群張村組黏土。

2.1 滑坡基本特征和變形跡象

滑坡位于南側，斜坡坡度一般約16°，局部50°，其間有7m陡坎，滑坡區(qū)范圍斜坡寬約186m，標高為1018m～995m。坡面主要為荒地，在野外勘查期間，斜坡中部有地下水滲出。

根據(jù)實地調查和訪問，滑坡具體變形跡象如下所示。1） 原有漿砌石擋土墻坍塌變形。該滑坡后緣原建有漿砌石擋墻發(fā)生滑塌，下沉高度為2m～3m。2） 原有道路斷裂，塌落高度約為2m。3） 原有排水溝斷裂長度約為50m。

2.2 滑坡成因分析

自然與人為的雙重驅動作用是導致滑坡區(qū)內地質災害發(fā)生的根本原因，該滑坡區(qū)的發(fā)育與脆弱的地質環(huán)境條件、人類工程活動以及降雨等密切相關。

2.2.1 水文地質條件

根據(jù)調查，場地周圍無河流。根據(jù)勘察結果，在鉆孔BK6、ZK2、ZK3、ZK12、ZK13、ZK18、ZK20和TJ9中有地下水，類型主要為松散層孔隙水。該地下水主要有2個來源，一是季節(jié)性大氣降雨補給，受季節(jié)影響顯著；二是各種管道的破裂滲漏。

地下水主要賦存于第四系地層中。根據(jù)現(xiàn)場鉆孔資料，提取第四系地層與下伏新近系地層分界面標高，繪制工程所在地古剝蝕面的起伏情況，如圖2所示。

比較圖1和圖2可知，古剝蝕面即下伏新近系地層頂面為洼地，形似一個“水盆”，周圍高而中間低，而現(xiàn)狀地面則是中間高而周圍低。盆狀的古剝蝕面為地下水的匯集提供了條件，剝蝕面上沉積第四系松散地層，是較好的含水層，地下水可以在其中流動。當降雨強度較大時，地下水位會上升，沿著“水盆”的“盆邊沿”向外溢出。下伏新近系的半固結泥巖透水性較差，是隔水層，地下水沿著古剝蝕面與上覆第四系地層分界面流動和富集，軟化泥巖，形成軟弱帶。

2.2.2 工程地質條件

巖土體是孕育滑坡的物質基礎。榆社群地層巖性為半成巖，鉆探取樣后，在室內進行浸水飽和剪切試驗，抗剪強度指標大幅下降。根據(jù)現(xiàn)場實測坡體剖面可以看到，發(fā)生滑坡的坡度較緩。通常情況下，土層不會在平緩的坡度下發(fā)生滑動，但是當下伏土層比較特殊時（例如半成巖地層），在干燥狀態(tài)下十分堅硬，抗剪強度較高，浸水以后巖石會很快崩解，成泥狀，抗剪強度所剩無幾。

2.2.3 降雨因素

根據(jù)當?shù)貧庀笳居^測資料，2021年10月當?shù)亟邓_到新高度，降雨量陡增。膨脹率試驗表明，覆蓋土層具有弱膨脹性，在干旱季節(jié)土層失水收縮形成裂縫。裂縫貫通，會形成下滲通道。降雨形成的地表水在松散的土體內入滲、浸泡并產生地下徑流。由于坡體坡度較緩，因此地表徑流較慢，增加了雨水的下滲量。由于剝蝕風化，因此砂巖上層覆蓋泥巖已消失，裸露的砂巖固結成巖時間短，暴露后很快就會成為散體狀，砂巖本身孔隙較大，是較好的透水層。地表水滲透表層土層，沿軟弱結構面相對富集與運移，浸潤軟化了潛在滑動面（帶），使巖土體強度急劇降低，破壞了斜坡體處于平衡狀態(tài)的內應力，自重加大，導致斜坡體變形和下滑力增大，不利于邊坡的穩(wěn)定。

2.2.4 人類工程活動因素

滑坡體前緣為新建G519連接線，道路的修建、開挖使坡體前緣出現(xiàn)臨空面。由于坡體下部卸荷、土體原始應力平衡破壞等，因此土體中發(fā)育較多裂隙，形成淺層應力釋放區(qū)。而下伏泥巖變化不明顯，坡上土體崩裂松散，破壞了斜坡的完整性及其原始應力平衡。同時開挖坡體導致坡腳失去支撐點，在外動力（雨水和地表水）作用下，不利于邊坡的穩(wěn)定，為坡體物質的重力變形創(chuàng)造了條件，有利于滑坡的孕育形成。

3 邊坡變形機制數(shù)值模擬

3.1 有限元模型建立

根據(jù)邊坡滑動前的地形、地貌特征，建立邊坡有限元計算模型，結合邊坡體的地層巖性對模型進行概化處理。地層主要為填土、黏土、砂土和半成巖，根據(jù)上述定性分析，滑坡發(fā)育于半成巖地層上覆地層中，在上覆地層與半成巖地層間形成一個滑動帶，其主要組成為遇水軟化的半成巖。

3.1.1 材料參數(shù)

根據(jù)室內土工試驗、工程類比和經(jīng)驗相結合的方法，綜合確定地層的物理力學參數(shù)，見表1。

3.1.2 邊界條件的選取

分析邊坡地質體的巖性和地層分布情況，并根據(jù)均質、各向同性的彈塑性體進行有限元分析和計算后，本文采用摩爾庫倫本構模型。計算模型水平方向為88m，垂直方向為22m，邊坡地層網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格單元。在建立模型過程中，底部施加垂直方向的約束，約束垂直位移為0；前、后邊界兩側施加水平方向約束，控制水平位移為0。坡體表面采用自由邊界，無約束條件，建立的有限元計算模型和網(wǎng)格劃分如圖3所示。

3.2 數(shù)值模擬結果分析

本文利用數(shù)值模擬分析，在邊坡浸水飽和的情況下，上覆土層與下伏半成巖分界面的滑帶位置，隨著時間推移，坡體質量增加，滑帶土的性質惡化，巖土體發(fā)生蠕變變形，坡體開始發(fā)生塑性變形，出現(xiàn)向坡體臨空面運動的趨勢，滑帶土發(fā)生剪切破壞，最終在分界面形成剪切破壞帶。由于滑帶土抗剪強度指標衰減幅度較大，因此發(fā)生破壞以后，上覆土層滑出距離超過40m，最終停滯于坡底相對平坦的路面。根據(jù)分析和計算可知，變形最大的位置為現(xiàn)場護面墻。因為護面墻具有一定質量，所以在變形過程中起到輕質擋土墻的作用，使墻后的巖土體變形較小。但是該部分區(qū)域已經(jīng)發(fā)生破壞，后續(xù)治理過程中應當予以考慮?；嬉陨系膸r土體位移量較大，已經(jīng)滑離原來位置，由于在數(shù)值模擬過程中是連續(xù)介質，因此無法直觀表現(xiàn)出現(xiàn)場坡體滑動的形態(tài)，數(shù)值模擬的總體計算結果與場變形特征、定性分析基本一致。

根據(jù)數(shù)值模擬可知，在坡體較緩、孕育滑帶的分界面同樣較緩的情況下，在得到充足水源的前提下，巖土體本身的易軟化特性被激活，在重力和外部營力的共同作用下，就會發(fā)生滑坡。

4 結論

本文分析了現(xiàn)場實際案例，認識了晉東南地區(qū)發(fā)育于上第三系榆社群半成巖地層中的滑坡，結合野外鉆探和室內試驗結果，找到了滑坡發(fā)生的主要因素。1） 根據(jù)現(xiàn)場勘察和室內分析，本文從工程地質條件、水文地質條件和降雨因素入手，揭示半成巖滑坡的發(fā)育特征和變形規(guī)律，其中半成巖的物理力學性質為主導因素，降雨入滲和地下水變化是觸發(fā)條件。2） 根據(jù)數(shù)值模擬分析，現(xiàn)場破壞道路落差測量與數(shù)值模擬結果豎向位移云圖基本一致。從水平位移云圖和最大剪應變云圖中可以看出，滑面以上巖土體位移量較大，已經(jīng)滑離原來位置，因為是連續(xù)介質，所以在數(shù)值模擬過程中無法直觀表現(xiàn)出現(xiàn)場坡體滑動的形態(tài)，數(shù)值模擬的總體計算結果與現(xiàn)場變形特征、定性分析基本一致。3） 今后在該區(qū)域進行的工程活動應該重視榆社群地層的特殊性，在進行道路路塹開挖等改變坡體形態(tài)的工程中，應該加強安全監(jiān)測，做好安全預案。

參考文獻

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[3]相興華.榆社群地層的工程特性[J].山西交通科技，2011（4）：8-9.

[4]鄭仲.榆社群樓則峪組地層與滑坡地質災害的關系-以沁縣地區(qū)為例[J].華北國土資源，2018（1）：33-34.

[5]胡杰.晉中市榆社群地層滑坡形成機理與風險防控建議[J].華北自然資源，2024（1）：137-141.

[6]張壽釗.灰綠色黏土滑坡形成機理及邊坡穩(wěn)定性評價[D].西安：西北大學，2020.

[7]武鐵山.山西省巖石地層[M].武漢：中國地質大學出版社，1997.