孟慶豐，丁繼新，王學(xué)良

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037；3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京100012；4.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029)

四川寧南縣坪子山滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

孟慶豐1，2，丁繼新3，王學(xué)良4

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037；3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京100012；4.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029)

摘要：新村鄉(xiāng)坪子山滑坡位于四川省寧南縣新村鄉(xiāng)。該滑坡2011年開始滑動(dòng)，每年均有小幅度下滑?；碌拇嬖谕{著下方村民的安全。在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)該滑坡的地質(zhì)環(huán)境條件、變形破壞特征、演化過程和破壞機(jī)制等進(jìn)行了初步分析。同時(shí)，采用FLAC3D軟件模擬并結(jié)合強(qiáng)度折減法對(duì)該滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性模擬。結(jié)果表明：滑坡目前的主要變形區(qū)為中后部，尚未形成貫穿性滑面。但應(yīng)重視在強(qiáng)降雨、地震等誘發(fā)因素作用下，滑坡滑面的貫通及其產(chǎn)生的失穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：滑坡；發(fā)育特征；穩(wěn)定性分析；FLAC3D

新村鄉(xiāng)坪子山滑坡位于四川省寧南縣新村鄉(xiāng)。該滑坡2011年開始滑動(dòng)，每年均有小幅度下滑。2014年8月18日大雨導(dǎo)致了再次滑動(dòng)，并損毀一擋墻。目前局部邊坡變形趨勢(shì)明顯。該滑坡威脅周邊670人，以及新村鄉(xiāng)中心校和鄉(xiāng)政府等。為了有效地保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，需要對(duì)新村鄉(xiāng)坪子山滑坡的發(fā)育特征及穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景

1.1地形地貌

滑坡區(qū)地處橫斷山東北部、青藏高原東南邊緣，東北為大涼山余脈、西及西南為魯南山東坡，兩山之間形成一條由西北向東南傾斜的橫溝，即黑水河谷。最高峰為輝隆鄉(xiāng)處海拔3760m，最低處為松新鎮(zhèn)黑水河谷內(nèi)海拔920m。滑坡區(qū)地貌形態(tài)為剝蝕構(gòu)造中-高山地貌。

1.2氣象

滑坡區(qū)受西南季風(fēng)氣流、西太平洋暖季風(fēng)氣流影響，形成了一年中干、濕季節(jié)明顯的氣候特征。

據(jù)寧南氣象站實(shí)測多年降雨數(shù)據(jù)，寧南縣年均降雨量為 1024.2mm，最大降雨量為1302.11mm(1991年)。寧南縣最大年降雨量1258.9mm(1995年)；最大月降雨量411.1mm(1991年7月)；最大日降雨量106.4mm(1998年6月29日)；最大時(shí)降雨量59.0mm(1997年8月6日1：00～2：00時(shí))。同降雨在其他滑坡中的誘發(fā)作用相似，降雨在該地區(qū)也誘發(fā)了大量滑坡的發(fā)生[1-2]。如2014年8月18日，在大雨之后，坪子山滑坡發(fā)生了再次局部滑動(dòng)。

1.3水文條件

滑坡區(qū)工作區(qū)屬金沙江水系，主要河流為黑水河。滑坡區(qū)屬黑水河小流域。黑水河全長192km，區(qū)內(nèi)流程41km，區(qū)內(nèi)流域面積877km2。黑水河汛期水流急、因含大量泥沙而呈黃褐色，河床平均比降為7.8%。洪峰期一般在7月，最大洪峰流量為1130m3/s，發(fā)生在1969年7月16日；最枯期一般在四月下旬，最枯流量為12m3/s，發(fā)生在1973年5月1日；多年平均流量為68.18m3/s。河水含沙量為1300g/s，平均輸沙量254萬t/a。

1.4地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)的主要活動(dòng)斷裂為北北西向的則木河活動(dòng)斷裂帶。該斷裂于西昌市北至寧南縣、云南巧家縣一帶，在巧家附近與小江斷裂連接，全長約140km?；掠绊憛^(qū)為其中南段的松新斷層。松新斷層是則木河斷裂的一條非常重要的分支斷層。其位于寧南縣松新鎮(zhèn)附近，沿黑水河展布，北西段斷層走向330°，南東段走向偏轉(zhuǎn)為320°，全長55km，斜切古生代地層，因河谷深切，基巖裸露，斷層上第四紀(jì)堆積物較少[3]。

2滑坡發(fā)育特征

2.1表面形態(tài)及規(guī)模

滑坡體寬300m，長500m，面積約19萬m2，滑體厚度約6m，方量約114萬m3。坡體上為耕地，水溝從坡體兩側(cè)穿過，居民房屋建在坡體上，村道從坡體各部分通過。滑坡主滑方向?yàn)?0°。滑坡后緣高程：1366m；坡底高程：1308m。

2.2滑坡及其上部構(gòu)筑物變形特征

2011年開始滑動(dòng)，每年均有小幅度下滑。由此產(chǎn)生了地面裂縫、局部陡坎變形、垮塌、房屋裂縫傾斜、土層溜滑等變形現(xiàn)象。目前，已有多戶人家因房屋變形受損嚴(yán)重而搬離原址。

2.2.1地面裂縫

地面裂縫主要分布在滑坡體中后部，導(dǎo)致多處處于滑坡中后部的房屋出現(xiàn)了變形破壞。地面裂縫長度多為3～20m，寬度為5～30cm，深度10～50cm，部分裂隙兩側(cè)錯(cuò)位高差約10～70cm。

2.2.2局部陡坎變形、垮塌

滑坡局部陡坎部位(如坡體前緣)發(fā)生變形垮塌，垮塌體方量一般較小，約100～500m3。

2.2.3坡體上部房屋開裂

多處房屋出現(xiàn)墻體開裂，門窗變形等破壞現(xiàn)象。例如，地面和墻體出現(xiàn)有多條貫通地面和房屋墻體的平行裂縫。房屋墻體裂縫寬2～15cm，局部有地面下陷。

2.3滑坡變形破壞機(jī)制

2.3.1地質(zhì)環(huán)境條件：

坪子山滑坡所處的地質(zhì)環(huán)境條件如下所述。地層組合關(guān)系為：上三疊統(tǒng)白果灣組粉砂巖、泥巖、長石石英砂巖和炭質(zhì)泥巖，具板狀波狀交錯(cuò)層理、平行層理發(fā)育。上三疊統(tǒng)白果灣組角度不整合于下奧陶-上志留統(tǒng)大菁組之上。下奧陶-上志留統(tǒng)大菁組巖性為厚層塊狀白云巖，發(fā)育均勻?qū)永?，平行層理。地質(zhì)構(gòu)造情況：則木河的一條分枝小斷層橫穿該滑坡群中部，斷層長約4km左右，走向北東向。地形地貌為中低山地，最高海拔1700m左右，最低處海拔1000m左右，地形高差約700m?；滤诓课坏钠露燃s為15～20°，坡體兩側(cè)為兩條沖溝，坡體上有多條小型沖溝。

2.3.2滑坡演化過程

1)在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和河流的侵蝕作用下，形成較陡的斜坡，經(jīng)歷了較長時(shí)間的風(fēng)化剝蝕作用，坡體逐漸變緩，并形成了一定厚度的風(fēng)化堆積層。

2)由于斷層活動(dòng)的影響，坡體自身的卸荷作用，導(dǎo)致基巖發(fā)生變形破壞；加之斜坡自身的巖土體結(jié)構(gòu)與接觸面的關(guān)系，斜坡部分部位發(fā)生蠕滑，坡體上出現(xiàn)小型拉張裂縫。

3)裂縫的存在為降雨入滲提供了有力條件，從而導(dǎo)致裂縫加深加寬，并且相互貫通，由于存在有大量相互連通的裂縫，雨水下滲極易產(chǎn)生滑動(dòng)面，為滑移、拉裂創(chuàng)造了條件，大量的降水不僅降低了滑移面的強(qiáng)度，還使得原有拉裂縫因飽水而進(jìn)一步發(fā)展。

4)地震活動(dòng)(如汶川地震、四川雅安和云南昭通市魯?shù)榭h地震等)和斜坡自重的影響下，裂縫周圍及其他部位的土體發(fā)生松動(dòng)變形。

5)其他外營力如河流的沖刷，人為活動(dòng)等加劇了坡體的錯(cuò)動(dòng)變形，開挖坡腳修建公路，在坡度不適合耕種的斜坡上開墾耕地等使得斜坡失去穩(wěn)定性，滑動(dòng)發(fā)生。因此，該滑坡的物質(zhì)來源為風(fēng)化產(chǎn)生的殘坡積物，其破壞機(jī)制為蠕滑-拉裂式[4]。

3滑坡穩(wěn)定性分析

3.1計(jì)算模型的建立和網(wǎng)格劃分

基于坪子山滑坡變形破壞特征分析，構(gòu)建了其三維地質(zhì)模型，對(duì)其穩(wěn)定性開展三維數(shù)值模擬分析。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、實(shí)地填圖、鉆探與探槽數(shù)據(jù)建立坪子山滑坡三維數(shù)值計(jì)算模型，如圖1所示。整個(gè)模型由兩部分組成：潛在滑體(圖1中深色部分)和滑體外圍巖體(圖1中淺色部分)。計(jì)算模型y方向長1400m，x方向?qū)?00m；為保證計(jì)算精度，模型中滑坡體網(wǎng)格邊長小于5m。該模型共有節(jié)點(diǎn)數(shù)56256個(gè)，單元數(shù)291279個(gè)，如圖1所示。計(jì)算采用三維有限差分商業(yè)軟件FLAC3D完成[5]。

3.2力學(xué)模型

潛在滑體部分與其外部巖體均采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型。不考慮構(gòu)造應(yīng)力場的影響，在模型底部設(shè)置固定端約束條件，模型四周測邊界則采用滑動(dòng)鉸鏈約束條件，模型在重力作用下形成的豎直方向應(yīng)力場如圖2所示。圖2顯示模型厚度大的位置的底部壓應(yīng)力值最小(壓應(yīng)力用負(fù)數(shù)表示)，與實(shí)際情況相符。

圖1　坪子山滑坡地質(zhì)模型(深色部分為潛在滑體)

圖2　重力作用下滑坡二維剖面垂直向應(yīng)力分量

3.3計(jì)算參數(shù)與工況選擇

在此次計(jì)算，重度值采用滑體現(xiàn)場重度試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)測試結(jié)果，滑帶土抗剪強(qiáng)度等參數(shù)則通過室內(nèi)試驗(yàn)值和野外判定綜合確定(表1)。

3.4結(jié)果與分析

以強(qiáng)度折減法為依托，分別從滑坡剪應(yīng)變?cè)隽亢突滤苄詤^(qū)來分析滑坡的穩(wěn)定性。圖3所示為去除自重條件下變形后的位移云圖，該圖反映出潛在滑體的整體變形量并不大，其中主要變形集中于潛在滑坡體的后部。這與野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)坪子山潛在滑體后部的局部變形及其上部存在房屋開裂情況相一致，而且房屋開裂集中區(qū)與圖3中的主要變形區(qū)位置基本一致。

圖4為計(jì)算得到潛在滑體的塑性區(qū)特征(圖4(a)為地面上所得到的圖，圖4(b)為滑坡底面所得到的圖)。從地表觀察，塑性區(qū)主要集中于滑體中后部；從滑坡底界面觀察，塑性區(qū)在潛在滑坡底界面零星分布，暫時(shí)未形成有效的貫通滑動(dòng)面。

因此，根據(jù)圖3與圖4可以判斷，坪子山潛在滑坡體目前整體上較穩(wěn)定，僅局部產(chǎn)生了較大變形。但在強(qiáng)降雨作用下，尤其是地震與強(qiáng)降雨的極端條件下，需要提防其滑坡面的進(jìn)一步貫通，及其所產(chǎn)生的滑坡失穩(wěn)。另外，趙騰遠(yuǎn)基于概率理論，分析也認(rèn)為該滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)較好，同時(shí)也指出其失穩(wěn)概率較大，需進(jìn)行工程防治[6]。

圖3　去除自重作用下變形后模型的位移云圖

圖4　潛在滑體內(nèi)部塑性區(qū)分布

4結(jié)論

新村鄉(xiāng)坪子山滑坡的破壞機(jī)制屬于蠕滑-拉裂型。從2011年至今，發(fā)生了多處局部變形和失穩(wěn)現(xiàn)象。通過現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，目前滑坡的主要變形區(qū)為滑坡中后部，尚未形成貫穿性滑面。

應(yīng)重視在強(qiáng)降雨、地震等誘發(fā)因素作用下，該滑坡滑面的貫通及其導(dǎo)致的坡體失穩(wěn)。另需對(duì)其失穩(wěn)的概率和防治的必要性等進(jìn)行進(jìn)一步分析。

參考文獻(xiàn)

[1]陳玉祿，茍寧剛，單成德，等.四川省寧南縣主要地質(zhì)災(zāi)害特征及防御對(duì)策[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2005(2)：119-124.

[2]王發(fā)讀.淺層堆積物滑坡特征及其與降雨的關(guān)系初探[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1995(1)：20 -23.

[3]四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局.四川省區(qū)域地質(zhì)志[M].背景：地質(zhì)出版社，1991：631-632.

[4]許建聰.碎石土滑坡變形解體破壞機(jī)理及穩(wěn)定性研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[5]Itasca Consulting Group Inc.User Manual(Version 3.0) of FLAC3D[R].(S.1.)：Itasca Consulting Group Inc，2005.

[6]趙騰遠(yuǎn).基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛的坪子山滑坡的穩(wěn)定性分析[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

Development characteristics and stability analysis of Pingzishan landslide in Ningnan country

MENG Qing-feng1，2，DING Ji-xin3，WANG Xue-liang4

(1.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；2.Development Research Center，China Geological Survey，Beijing 100037，China；3.China Non-Ferrous Metals Resources Geological Survey，Beijing 100012，China；4.Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China)

Abstract:Pingzishan landslide is located in Xincun town of Ningnan County in Sichuan Province.The landslide began to slide in 2011，with small deformation every year.The existence of landslide threats the safety of the villagers.Based on the survey on site，the geological conditions，deformation and failure characteristics，evolution process and failure mechanism of the landslide are preliminarily analyzed.At the same time，the stability of the landslide is simulated by FLAC3Dsoftware using the strength reduction method.The results show that：the main deformation zone of the landslide in the rear.The landslide has not yet formed through surface at this moment.However，pay attention to the through surface and the instability of the landslide triggered by heavy rainfall and earthquake.

Key words：landslide；development characteristics；stability analysis；FLAC3D

收稿日期：2015-09-20

作者簡介：孟慶豐(1976-)，男，博士，工程師，從事礦產(chǎn)勘查工作，曾從事過地質(zhì)工程方面的工作。

中圖分類號(hào)：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)01-0161-03