李洪建，洪五華，史文兵，左雙英

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000；2.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

在各類邊坡的滑坡災(zāi)害案例中，加載是滑坡的一個(gè)重要誘發(fā)因素，主要包括邊坡體上的人工加載和天然斜坡體后緣崩塌堆積物產(chǎn)生的天然加載。對于加載誘發(fā)型滑坡，明確其演化規(guī)律和變形機(jī)理對防災(zāi)減災(zāi)和預(yù)測預(yù)報(bào)評估具有重要的意義[1]。關(guān)于滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制，張倬元等[2]提出5種巖體變形組合形式：蠕滑-拉裂、滑移-壓致拉裂、彎曲拉裂、塑流-拉裂和滑移-彎曲。李明輝等[3]分析了丹巴縣甲居滑坡在自重、暴雨、地震情況下的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，提出堆積層滑坡在持續(xù)大暴雨及地震情況下有可能在前緣覆蓋層內(nèi)產(chǎn)生滑動，進(jìn)而牽引后側(cè)覆蓋層變形，引起更大規(guī)模的滑動破壞。黃潤秋，王恭先，殷志強(qiáng)等[4-7]對加載與降雨條件下誘發(fā)滑坡的穩(wěn)定性因素及成因機(jī)制分析研究較多。董夫錢等[8]研究公路滑坡在加載、降雨條件下，認(rèn)為“在松散堆積體邊坡上堆載,直接改變了邊坡的穩(wěn)定性和地下水的滲流條件，降低了坡體的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致滑坡的發(fā)生”。吳迪[9]總結(jié)出：工程加載觸發(fā)邊坡變形破壞可分為三種模式：觸發(fā)老滑坡復(fù)活、觸發(fā)飽水層蠕滑變形、觸發(fā)填土區(qū)邊坡變形破壞;加載觸發(fā)黃土滑坡滑帶的形態(tài)及形成過程與荷載值、荷載部位及邊坡坡度有關(guān)。對于滑坡治理，尤琳等[10]以四川省青川縣銀溪窩滑坡為例，判定滑坡體在不利工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，提出了“后緣截水+裂縫填封+前緣抗滑樁”的綜合治理方案，為滑坡體的穩(wěn)定性評價(jià)及治理提供了重要理論指導(dǎo)。在滑坡破壞模式確定上，吳亞子，史文兵等[11-12]根據(jù)坡體的結(jié)構(gòu)及形態(tài)特征詳細(xì)分析了滑坡的形成機(jī)制，分析了滑坡產(chǎn)生的主要因素，并判定滑坡的破壞模式為蠕滑-拉裂。數(shù)值模擬研究方面，萬文[13]對水位循環(huán)升降下庫岸邊坡滲流與應(yīng)力耦和分析進(jìn)行了深層研究，對庫岸邊坡在水位變化情況下的滲流與應(yīng)力耦合，來探討庫岸邊坡的穩(wěn)定性，運(yùn)用Geostudio流固耦合對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了合理評價(jià)。海龍等[14]對不同降雨強(qiáng)度及歷時(shí)影響下邊坡穩(wěn)定性變化進(jìn)行了研究，為降雨條件下邊坡穩(wěn)定性分析提供了可靠依據(jù)。

鑫朋滑坡位于貴州省黔南州惠水縣寧旺鄉(xiāng)鑫朋煤礦東側(cè)，屬于堆積層斜坡。經(jīng)歷強(qiáng)降雨后，滑坡堆積體表現(xiàn)出一定的蠕滑變形跡象，滑坡前緣公路上方局部滑體現(xiàn)象較發(fā)育，2012年5月16日，滑坡前緣自發(fā)生多處滑塌，阻斷了連接白水河村和惠水縣的唯一通道，給白水河村村民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響?；潞缶壎秆掠捎诓傻V等因素崩塌的大量塊石堆積滑坡體上，造成滑坡體的變形進(jìn)一步加劇，中后部形成多條具有一定規(guī)模的圓弧狀裂縫(帶)，坡體穩(wěn)定性進(jìn)一步降低，嚴(yán)重威脅滑坡前緣公路安全。本文根據(jù)滑坡結(jié)構(gòu)及變形破壞特征，結(jié)合其所處的地質(zhì)環(huán)境條件，結(jié)合Geostudio研究鑫朋滑坡的變形失穩(wěn)機(jī)制及穩(wěn)定性分析，并提出相應(yīng)的治理措施，對白水河居民的安全有非常重要的實(shí)際意義，同時(shí)也對貴州山區(qū)同類型滑坡具有一定的參考價(jià)值。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)位于云貴高原東南部，黔中山原邊坡地帶，區(qū)內(nèi)地勢總體呈西高東低，北高南低，屬侵蝕—溶蝕中低山谷地貌，地形起伏較大，溝谷切割深，坡度陡峻?；逻吔缰饕艿匦慰刂?，后緣以陡崖頂部為界，兩側(cè)則以凹形地貌為界，切割深度較深，滑坡體為殘坡積堆積物，滑坡后緣陡崖基巖出露，前緣以公路為界，后緣海拔標(biāo)高為1 354 m，前緣海拔標(biāo)高1 210 m，相對高差為144 m，滑坡體后緣到前緣地形呈陡—凸—緩變化?；w總體地貌為一個(gè)北高南低的單面長斜坡地貌。剖面形態(tài)呈前緩后陡的折線形，滑坡體后緣坡體較陡，1 275 m以上平均坡角約為50°；滑坡體前緣地形減緩，坡角約為30°，滑坡全貌圖見圖1。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)堆積層較復(fù)雜，主要為滑坡堆積、崩塌堆積及殘坡積碎石土。滑坡堆積層主要為碎石及碎石黏土構(gòu)成，其碎石最大直徑超過2 m，物質(zhì)成分以炭質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖及砂為主；崩塌堆積體(Qdel)主要分布于滑坡后緣陡崖下方及滑坡后緣；殘坡積(Qdl+el)分布于斜坡表部，厚度較小?；麦w下部為石炭系下統(tǒng)祥擺組(C1x)為灰、深灰色中厚層狀細(xì)粒砂巖與黑色炭質(zhì)頁巖(泥巖)、砂質(zhì)頁巖互層，間夾有煤層或煤線，具體地層巖性見圖2。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)大地構(gòu)造處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔南臺陷貴定南北向構(gòu)造變性區(qū)中部，黔中南北向構(gòu)造體系貴陽—惠水褶皺帶之畜牧農(nóng)場背斜東翼。從局部看區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)為一寬緩的向斜構(gòu)造，斷裂較發(fā)育，地層總體走向北西335°左右，兩翼傾角0°～10°，平均傾角為6°，為近水平的平緩地層。區(qū)內(nèi)有一條走向近南北的左行壓扭性平推斷層，傾角80°左右，斷距約200 m。

圖1 鑫朋滑坡全貌圖(鏡向75°)Fig.1 Full view of Xinpeng landslide(Mirror to 75°)

圖2 鑫朋滑坡典型剖面圖Fig.2 The geologic section of Xinpeng landslide

1.4 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水及碳酸鹽類巖溶水。松散巖類孔隙水賦存于第四系(Q)松散巖類含水巖組滑坡堆積、坡積、殘積的碎石、砂土、亞黏土中；碳酸鹽類巖溶水賦存于石炭系下統(tǒng)祥擺組(C1x)頂部中厚層狀砂巖中；碎屑巖類裂隙水賦存于石炭系下統(tǒng)祥擺組(C1x)中上、下部的中厚層狀細(xì)粒砂巖中，地下水運(yùn)動受地形、地貌、巖性、構(gòu)造控制，地下水總體上有北西向南東徑流，最終排泄于地勢低洼地帶，向南東部匯入掌布河。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡規(guī)模及形態(tài)

滑坡區(qū)前緣發(fā)育有較大的天然沖溝，呈西-東走向，滑坡體位于沖溝北側(cè)天然斜坡之上。滑坡體縱長約175 m，橫寬約153 m，平均厚度為7 m，面積21 150 m2，體積148 050 m3，為中型滑坡?；麦w主滑方向183°。 整個(gè)滑坡平面呈“長舌狀”，相對高差為144 m，滑體總體地貌為一個(gè)北高南低的單面長斜坡地貌。剖面形態(tài)呈前緩后陡的折線形。

2.2 滑坡結(jié)構(gòu)特征

鑫朋滑坡物質(zhì)組成基本為第四系松散崩塌堆積物，分區(qū)特征明顯：其物質(zhì)組成為粉質(zhì)黏土夾碎塊石，層厚3～10 m, 褐黃至灰黑色，碎塊石巖性為石炭系下統(tǒng)祥擺組(C1x)中部中厚層狀細(xì)粒砂巖與炭質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖等，碎石粒徑一般為2～5 cm，塊石塊徑一般為10～30 cm，風(fēng)化程度為中-強(qiáng)風(fēng)化，骨架結(jié)構(gòu)充填粉質(zhì)黏土，土干-稍濕-濕，可塑-硬塑?；轮泻蟛繛榻诒浪逊e碎塊石，前緣為碎塊石夾土?；聟^(qū)長期地下采煤，巖層為軟硬互層，易于發(fā)生崩塌，后緣陡壁崩塌后形成向前滑動成為滑坡堆積物?；挛窗l(fā)現(xiàn)大規(guī)模貫通性的蠕滑破壞面，淺井勘探揭露滑坡底面也不存在貫通性的滑動帶，說明目前滑坡變形主要以淺表層蠕變?yōu)橹鳌；碌臐撛诨?帶)受老滑坡形成機(jī)制的控制，其形態(tài)特征整體上呈折線形，傾角變化較大，1 250 m高程以上受其下滑床巖層面的控制傾角較大，為30°～40°，1 250 m高程以下段為滑坡剪出口部位，傾角15°～25°。

3 滑坡變形特征與形成機(jī)制

3.1 滑坡變形特征

圖3 滑坡裂縫(鏡向65°)Fig.3 Landslide cracks (Mirror to 65°)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滑坡可見變形破壞的跡象，主要表現(xiàn)在地面拉裂、上部崩塌，下部滑動等現(xiàn)象(圖3、圖4)。近期降雨作用下該滑坡變形特征較為明顯。變形主要表現(xiàn)為頂部滑坡區(qū)的崩塌、張拉裂縫發(fā)育和中部堆積體的張拉裂縫發(fā)育?；聟^(qū)后緣發(fā)生了大規(guī)模的崩塌，滑坡堆積體掩埋了滑坡前緣的公路。已崩滑邊界上部自發(fā)生崩塌后，在牽引作用下發(fā)育了大量張拉裂縫，在滑坡區(qū)后緣西側(cè)，拉裂縫明顯，張開寬度10～80 cm不等，并有上下錯動，延伸長度約100 m。局部滑塌的區(qū)域出現(xiàn)羽翼狀裂縫，裂縫張開寬度7～38 cm，上下錯動約5～30 cm。裂縫走向大致與坡面方向垂直，局部有上下錯動。由于降雨的作用，變形區(qū)裂縫在勘查工作期間仍在進(jìn)一步發(fā)展發(fā)育。整體上，滑體內(nèi)發(fā)生的地面變形裂縫的走向以近似垂直坡面方向?yàn)橹鳌?/p>

圖4 滑坡后緣崩塌體(鏡向30°)Fig.4 The collapse at the crown of landslide(Mirror to 30°)

3.2 滑坡形成機(jī)制

依據(jù)前述滑坡變形特征分析結(jié)果，鑫朋滑坡中后部堆載崩塌堆積碎塊石，形成多條具有一定規(guī)模的圓弧狀裂縫(帶)，但未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模貫通性的蠕滑破壞面，淺井勘探揭露滑坡底面也不存在貫通性的滑動帶，說明目前滑坡變形主要以淺表層蠕變?yōu)橹?。鑫朋滑坡主要受降雨和后緣崩塌堆積加載的影響：暴雨季節(jié)大量降雨下滲，由于滑坡體滑床為砂頁巖互層，頁巖為相對隔水層，而且滑床面傾角受巖層面控制，傾角較大，下滲的降水沿滑床面向下滲透，在滑坡體內(nèi)中下部形成滯水，滑帶巖土體軟化或泥化，物理力學(xué)參數(shù)降低，坡體穩(wěn)定性降低，滑坡體中后部出現(xiàn)蠕滑-拉裂變形跡象，在后緣加載作用下，坡體的下滑力增加，坡體變形破壞加劇?？偨Y(jié)鑫朋滑坡形成機(jī)制概念模型為蠕滑-拉裂型[2、14]。

4 不同工況下滑坡失穩(wěn)過程數(shù)值模擬

4.1 數(shù)值模型構(gòu)建

(1)數(shù)值模擬分析原理。應(yīng)用Geostudio2012分析鑫朋滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制，模擬滑坡后緣加載、降雨對其穩(wěn)定性的影響，選取SEEP/W模塊與SIGMA/W模塊模擬滑坡體滲流場與應(yīng)力場的耦合分析，同時(shí)選取SLOPE/W模塊計(jì)算滑坡安全系數(shù)。在SIGMA/W中分析類型是耦合應(yīng)力孔隙水壓力；材料分類是有效的參數(shù)孔隙水壓力的改變，材料本構(gòu)關(guān)系：線彈性運(yùn)用模塊計(jì)算初始應(yīng)力、彈塑性耦合分析函數(shù)設(shè)定：體積含水量函數(shù)、滲透系數(shù)函(運(yùn)用SEEP/W模塊計(jì)算初始孔隙水壓力)。

(2)參數(shù)選取。模型材料參數(shù)根據(jù)室內(nèi)室外試驗(yàn)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)材料參數(shù)選取(表1)。

表1 模型材料參數(shù)

(3)模型簡介。選取鑫朋滑坡典型剖面分析，模型與原始尺寸保持一致，長度460 m，高度226 m，模型(0,0)點(diǎn)高程為1 140 m。坡體后緣未加載時(shí)模型劃分為1 970個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 874個(gè)單元，全局單元大小尺寸為5 m。坡體后緣加載時(shí)劃分為2 065個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 976個(gè)單元，全局單元大小尺寸為5 m，模型劃分見圖5。

圖5 坡體模型剖分Fig.5 Model division of the slope

4.2 自然工況下坡體后緣加載對坡體應(yīng)力分布的影響

自然工況下最大總應(yīng)力為壓應(yīng)力，在坡體底部產(chǎn)生明顯集中，約為4 500 kPa，坡體后緣產(chǎn)生小范圍壓應(yīng)力集中，坡體后緣崩塌堆積體加載后堆積體上部、第四系地層頂部產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中。

4.3 坡體后緣加載下降雨對坡體應(yīng)力應(yīng)變、孔隙水壓力分布的影響

(1)降雨工況下，上覆崩塌堆積體中出現(xiàn)拉應(yīng)力，降雨持續(xù)24 h拉應(yīng)力集中達(dá)500 kPa。降雨48 h拉應(yīng)力區(qū)域減小，位置向坡腳移動，拉應(yīng)力增大為1 500 kPa。降雨72 h拉應(yīng)力區(qū)域繼續(xù)減小，數(shù)值增大至8 000 kPa，此時(shí)第四系地層與基巖接觸面上產(chǎn)生較大壓應(yīng)力集中，最高達(dá)到8 000 kPa。由此可見，降雨使坡體后緣的堆載體內(nèi)拉應(yīng)力集中，降雨和坡體后緣加載共同作用使第四系地層與基巖接觸面產(chǎn)生壓應(yīng)力集中。

(2)降雨導(dǎo)致坡體上覆堆積體及第四系地層內(nèi)部孔隙水壓力持續(xù)增大(包括范圍和數(shù)值大小)，由降雨持續(xù)24 h的600 kPa增大為72 h的1 200 kPa，且區(qū)域向坡腳移動。隨著降雨的持續(xù)，坡腳處孔隙水壓力持續(xù)增大，擾動坡體穩(wěn)定性。坡體孔隙水壓力分布情況見圖6。

圖6 降雨及坡體后緣加載對坡體孔隙水壓力分布的影響Fig.6 The influence of rainfall and loading at the crown of landslide on distribution of pore-water pressure

(3)降雨持續(xù)24 h，上覆堆積體頂部X方向產(chǎn)生達(dá)2 m的位移，判定此時(shí)堆積體頂部產(chǎn)生滑動，但第四系地層與基巖相對穩(wěn)定。隨著降雨的持續(xù)，第四系地層也產(chǎn)生了X方向的位移，但位移量小于堆積體位移。降雨持續(xù)72 h，堆積體與第四系地層X方向位移區(qū)域部分移動至坡腳附近(考慮為崩塌堆積體牽引第四系地層產(chǎn)生X方向位移)，由此可見坡體后緣加載和降雨是坡體失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素。此時(shí)第四系地層內(nèi)部裂縫未貫通，判定為產(chǎn)生表層裂縫或淺層滑坡。坡體X方向位移變化見圖7。

圖7 降雨及坡體后緣加載對坡體X方向位移分布的影響Fig.7 The influence of rainfall and loading at the crown of landslide on X direction displacement distribution

4.4 數(shù)值模擬結(jié)論

數(shù)值模擬結(jié)果表明自然工況下后緣加載導(dǎo)致堆載體上部、第四系地層頂部產(chǎn)生應(yīng)力集中，持續(xù)降雨使坡體后緣的堆積體內(nèi)拉應(yīng)力集中，降雨和坡體后緣加載共同作用使第四系地層與基巖接觸面產(chǎn)生壓應(yīng)力集中，坡腳處孔隙水壓力持續(xù)增大；滑坡堆積體逐漸產(chǎn)生了X方向的位移，但其位移量始終小于堆積體位移。推測后緣加載不僅增大了坡體下滑力，而且給雨水下滲提供了條件。第四系地層因坡體后緣堆積體加載而下滑力增大，加之雨水浸潤使其穩(wěn)定性降低，在坡體后緣堆積體產(chǎn)生較大X方向位移情況下被牽引發(fā)生淺層蠕滑變形，因此鑫朋滑坡變形失穩(wěn)機(jī)理為整體蠕滑-拉裂。

5 結(jié)論與建議

(1)鑫朋滑坡為崩塌加載形成的滑坡體，屬于牽引和推移式復(fù)合型滑坡，較為少見，其滑坡體形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征受滑坡體形成機(jī)制的控制，產(chǎn)生蠕滑及裂縫的關(guān)鍵因素為崩塌體后緣加載和降雨。

(2)降雨是鑫朋滑坡發(fā)生的直接誘因，也是影響滑坡穩(wěn)定性重要因素，建議在滑坡體后緣修筑截水溝，將其匯水沿到前緣自然沖溝排出，并輔助填封裂縫，以減小水對滑坡的影響。

(3)后緣崩塌體加載也是誘發(fā)滑坡的重要因素，崩塌體不僅增大了坡體下滑力，更主要的是給雨水下滲提供了條件，因此建議清理部分崩塌堆積體，以減輕滑坡體后緣的重量，減小積水面積。

(4)鑫朋滑坡的變形失穩(wěn)機(jī)制為蠕滑-拉裂，可采用在滑坡體前緣公路處設(shè)置抗滑樁的方案，能有效的控制其進(jìn)一步的變形破壞。因此，鑫朋滑坡的治理方案建議采用“后緣截水溝+部分清方+裂縫填封+滑坡前緣設(shè)置抗滑樁”的綜合治理措施。

6 致謝

由衷感謝給本論文提供野外調(diào)查資料的貴州省環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測院陸治斌研究員和陸崇偉工程師。