許泰， 鄂崇毅， 蔣興波

(1.青海師范大學(xué)， 青藏高原地表過程與生態(tài)保育教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西寧 810008； 2.青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 青海省自然地理與環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西寧 810008；3.高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院， 西寧 810008； 4.隴東學(xué)院能源工程學(xué)院， 慶陽 745000； 5.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院， 蘭州 730050)

地質(zhì)災(zāi)害具有很大的破壞力，它能埋沒和摧毀農(nóng)田，損毀國(guó)土資源，破壞交通，危害工礦、城鎮(zhèn)等，嚴(yán)重影響和制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并對(duì)人民的生命安全構(gòu)成威脅。由于青藏高原東北緣新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度都很高。青藏高原與黃土高原過渡區(qū)的黃土滑坡災(zāi)害尤為嚴(yán)重，中國(guó)有近1/3的滑坡災(zāi)害都發(fā)生在黃土高原地區(qū)[1-2]，眾多專家學(xué)者應(yīng)用各種方法、模型就黃土滑坡做了大量的研究報(bào)道，取得了一系列成果。吳良杰等[3]通過對(duì)塬、梁、峁3種典型黃土高原地貌的坡度與坡向統(tǒng)計(jì)分析，為黃土地區(qū)古滑坡原始地貌恢復(fù)提供了檢驗(yàn)方法。彭建兵等[4]從區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、邊坡構(gòu)造應(yīng)力、黃土易災(zāi)特性、動(dòng)水滲透作用、工程擾動(dòng)等5個(gè)方面論述了黃土沉積層滑移變形規(guī)律與動(dòng)力學(xué)機(jī)制，為探尋黃土滑坡的“真兇”提供了理論依據(jù)。許泰等[5-6]開展地質(zhì)災(zāi)害類型、分布范圍、結(jié)構(gòu)特征、影響因素、時(shí)空分布規(guī)律研究，對(duì)不同區(qū)域黃土地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性、危害方式及潛在經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行評(píng)價(jià)，并針對(duì)各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)形成條件和發(fā)育特點(diǎn)提出行之有效的治理方案。亓星等[7]采用物理模擬孔隙水壓力變化引起黑方臺(tái)突發(fā)型黃土滑坡破壞的過程。許強(qiáng)等[8]結(jié)合三軸常偏應(yīng)力排水剪試驗(yàn)探究孔隙水壓力增加過程對(duì)土體變形破壞的影響，建立了黑方臺(tái)突發(fā)型滑坡的臨界水位模型。梁燕等[9]通過現(xiàn)場(chǎng)灌溉試驗(yàn)、考慮地下水位、裂縫深度對(duì)非飽和黃土斜坡穩(wěn)定性影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

特殊的地質(zhì)條件使東鄉(xiāng)縣成為黃土地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)，歷史上發(fā)生過多次重大滑坡地質(zhì)災(zāi)害，著名的1983年灑勒山滑坡就發(fā)生在該縣的果園鄉(xiāng)[10-11]，閆由之等[12]采用離散元方法對(duì)灑勒山高速遠(yuǎn)程滑坡失穩(wěn)和滑動(dòng)過程模擬，發(fā)現(xiàn)蠕變導(dǎo)致下部老滑坡復(fù)活并引發(fā)上部滑體滑動(dòng)，進(jìn)而造成滑坡整體運(yùn)動(dòng)。李秀珍等[13]以灑勒山滑坡為例，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)加權(quán)組合理論和高斯-牛頓法結(jié)合在提高滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)精度方面行之有效。隨著西北氣候變暖變濕，該區(qū)域滑坡災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)愈發(fā)增強(qiáng)。迄今為止，該區(qū)滑坡仍然時(shí)有發(fā)生。例如，2011年3月2日，東鄉(xiāng)縣薩爾塔文體廣場(chǎng)發(fā)生了“3·2”特大型滑坡災(zāi)害；2016年6月10日，果園鄉(xiāng)又發(fā)生了約50萬 m3滑坡。為了深入研究黃土地區(qū)滑坡的發(fā)育和形成機(jī)制，選取東鄉(xiāng)縣近年來具有代表性的陳家下坪山黃土滑坡作為研究對(duì)象，通過對(duì)陳家下坪山黃土滑坡的地貌特征調(diào)查，分析發(fā)育特征，討論形成條件及誘發(fā)因素，綜合評(píng)價(jià)其穩(wěn)定程度，為新時(shí)期實(shí)施“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”，豐富該區(qū)及臨近區(qū)域的滑坡防治措施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 地形地貌

東鄉(xiāng)縣果園鄉(xiāng)地處隴西黃土高原，丘陵連綿、河(溝)谷發(fā)育，地貌類型以侵蝕堆積河谷平原和剝蝕侵蝕黃土丘陵為主。下坪山滑坡點(diǎn)所處的巴謝河北岸丘陵區(qū)，為溝谷強(qiáng)烈侵蝕形成的梁峁?fàn)畹匦?。受南北向沖溝控制，總體呈南北向長(zhǎng)梁狀，地勢(shì)南高北低，由南向北傾伏，海拔2 290～1 910 m，相對(duì)高差200～400 m，溝谷形態(tài)呈“V”字形，溝坡坡度35°～45°，溝道中游由新近系砂礫巖構(gòu)成的跌水發(fā)育。下坪山滑坡發(fā)育于南北向長(zhǎng)梁末端，形成兩溝同源、后壁陡峭、平臺(tái)階梯狀發(fā)育、前緣鼓起的“三角形”或“半圓形”滑坡形態(tài)微地貌。

1.2 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

大地構(gòu)造位置處于以前震旦系變質(zhì)巖和加里東旋回中期的侵入巖為基底的新生代盆地中心附近(圖1)，在洮河以西達(dá)板—車家灣一帶分布北西向長(zhǎng)約16 km的逆斷層，隱伏橫向斷層將其切割為南北兩段，使得該斷層面呈北東傾向，傾角為50°～65°，但北端斷層面呈坡狀，北西傾向，呈現(xiàn)出正斷層的特性。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)為境內(nèi)滑坡、泥石流災(zāi)害的形成奠定了基礎(chǔ)。受區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升的影響，在各河谷兩岸形成不對(duì)稱多級(jí)基座式階地，呈現(xiàn)出差異性及振蕩性抬升。

圖1 東鄉(xiāng)縣構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline of Dongxiang County

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水類型為松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水，其中松散巖類孔隙水可細(xì)分為黃土孔隙裂隙水和河谷區(qū)松散巖類孔隙水兩類。黃土孔隙裂隙水主要分布于黃土斜坡地段，含水層較薄，主要接受大氣降水補(bǔ)給，由高處向低處徑流，以潛流的方式或在低洼處以泉的形式向溝谷中排泄。碎屑巖類孔隙裂隙水在區(qū)內(nèi)廣泛分布，主要賦存于臨夏組的砂巖、砂礫巖的孔隙裂隙中，以潛水為主。該類水主要接受降雨補(bǔ)給，滲透性弱，沿裂隙徑流，徑流途徑一般較短，由溝岸向谷底及下游以滲流方式排泄。

2 陳家下坪山滑坡發(fā)育特征

2.1 滑坡基本特征

下坪山滑坡發(fā)育處原為一老滑坡，老滑坡體兩側(cè)沖溝同源。滑坡總體長(zhǎng)度為125 m，平均寬度為170 m，總面積約0.017 km2，滑體厚20～25 m，總體積約23.74×104m3。為山梁上部黃土切穿其下砂礫巖層并沿泥巖頂面剪出形成的黃土-基巖滑坡，老滑坡堆積體發(fā)生整體下錯(cuò)滑動(dòng)，形成了本次滑坡災(zāi)害?；绿幱谀媳毕蜷L(zhǎng)梁末端，滑坡區(qū)北部山梁最高處海拔1 990 m，本次滑坡后緣海拔1 968～1 975 m，滑坡中部平臺(tái)海拔1 948～1 955 m，南部滑坡前緣最低處縣級(jí)公路路面海拔1 916 m，滑坡相對(duì)高差59 m。

圖2 果園鄉(xiāng)陳家下坪山滑坡全景Fig.2 Panorama of Xiaping mountain landslide in Chenjia, Guoyuan township

2.2 滑坡形態(tài)特征

下坪山滑坡平面形態(tài)呈“三角形”，屬于中層中型滑坡。滑坡后壁平整，高度為15～18 m，西高東低，坡度60°左右(圖2)。由于滑坡后緣受到拉張的作用，出現(xiàn)了明顯由北向南傾斜的凹陷平臺(tái)，該平臺(tái)被大體改造成三級(jí)梯田，各級(jí)高差1～2 m?；虑熬墫|高西低，坡度40°左右，高差為18～30 m，侵蝕強(qiáng)烈，沖溝發(fā)育，坡面上發(fā)育大量的拉張型裂縫。

以滑體上原始沖溝作為界限，橫向上東側(cè)高于西側(cè)，但是鉆孔揭示在橫向上滑體厚度西側(cè)卻大于東側(cè)，據(jù)此推斷西側(cè)滑面埋深較東側(cè)更深，且滑面更為平緩?？v向上西側(cè)滑體整體向外呈弧形擠壓擴(kuò)展，后壁面光滑，前緣整體位移達(dá)7～8 m，東側(cè)受西側(cè)滑體擠壓限制向外擴(kuò)展沒有西側(cè)明顯，后壁粗糙，前緣坡腳位移不足5 m，且多為前緣坡面上部土體溜滑后覆于坡腳。因此，將滑體沿該沖溝分為東西兩塊。

2.2.1 東側(cè)滑坡

東側(cè)滑塊的長(zhǎng)度、寬度和厚度分別約為115、80、19 m，滑塊面積約0.008 km2，體積約9.73×104m3，主滑方向?yàn)?50°。東側(cè)滑塊中部呈現(xiàn)出“大肚”形狀，從中部向東西兩側(cè)逐漸減薄。西側(cè)緣的土體往中部原始沖溝擠壓，前緣及側(cè)緣土體錯(cuò)落。后緣和東側(cè)緣反傾凹陷，并且有大量拉張裂縫出現(xiàn)。

2.2.2 西側(cè)滑坡

西側(cè)滑塊的長(zhǎng)度、寬度和厚度分別約為115、90、22 m，滑塊面積約0.008 km2，體積約14.01×104m3，主滑方向?yàn)?60°。西側(cè)滑塊上下部薄、中部厚，東厚西薄，滑體平臺(tái)坡度較緩，前緣、側(cè)緣及后緣均有大量裂縫發(fā)育。

2.3 滑坡結(jié)構(gòu)特征

下坪山滑坡為老滑坡整體復(fù)活，滑體由老滑坡堆積物組成，新滑坡滑壁在原老滑壁基礎(chǔ)上下錯(cuò)，滑壁基本一致，僅西側(cè)有薄層粉土殘余，按物質(zhì)組成屬土質(zhì)滑坡；滑坡前緣遭受開挖失穩(wěn)引起后緣凹陷、錯(cuò)落，按變形方式為牽引式滑坡；按滑坡體積分類為中層中型滑坡(圖3)。

圖3 果園鄉(xiāng)陳家下坪山滑坡剖面示意圖Fig.3 Engineering geologic profile of the landslide in Xiaping mountain

2.3.1 滑坡體物質(zhì)組成

東西兩滑塊上部物質(zhì)組成以粉土占主導(dǎo)地位[圖4(a)]，其粉土巖芯散碎，易捏碎成粉末狀。中下部物質(zhì)成分以含卵礫石粉土或粉質(zhì)黏土為主[圖4(b)、圖4(c)]，厚度為4～7 m，為滑坡后緣新近系砂礫巖錯(cuò)落破碎混雜于粉土中形成，粒徑一般為0.5～3.0 cm不等，個(gè)別可達(dá)4.0 cm，圓狀-次圓狀。底部物質(zhì)成分主要是粉土，粉土巖芯相對(duì)較完整，在與泥巖接觸部位有少量泥巖碎塊混雜，黏粒的含量與濕度有所升高，在巖芯的表面可看到白色鹽漬化現(xiàn)象。

圖4 滑坡體組成物質(zhì)Fig.4 Composition of landslide body

2.3.2 滑帶與滑床特征

下坪山滑坡滑面與滑床的界面較清晰[圖5(a)]。鉆孔揭露兩滑塊的滑體底部均切穿了下部的泥巖，滑帶以粉土、泥巖團(tuán)塊為主[圖5(b)]。粉土呈土黃色、灰黃色，干-稍濕-濕，土質(zhì)均勻、疏松，針孔狀孔隙發(fā)育，層次不可辯，巖芯具有微細(xì)土楞，有泥巖碎塊混入，存在明顯的搓揉現(xiàn)象；泥巖團(tuán)塊擠壓碎裂，巖芯斷面參差不齊，碎片狀巖屑[圖5(c)]，常見土黃色粉土充填裂隙[圖5(d)]，滑帶厚度為0.2～1.2 m。鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)尺在滑帶部位顯著加快，由此可推斷滑帶呈軟塑狀，和滑床的巖性差異明顯。

下坪山滑坡的滑床為新近系的泥巖和粉砂質(zhì)泥巖共同組成，在基巖與滑體接觸面部位的巖體大多屬中等風(fēng)化泥巖[圖5(a)]，沿泥巖與滑體接觸面局部可見石膏脈體[圖5(e)]，應(yīng)為老滑坡滑動(dòng)后雨水沿滑面入滲淋濾形成。

2.4 滑坡變形特征

下坪山滑坡變形特征明顯，坡面碎裂、散亂、凹陷等變形跡象非常發(fā)育。剖面在形態(tài)上呈折線形，滑坡的后壁、臺(tái)地，以及前緣陡坡在地貌上都比較明顯。

(1)后緣“三角形”滑壁在原老滑壁基礎(chǔ)下錯(cuò)，下部滑面新鮮，有薄層粉土殘留，滑壁高在15～18 m，坡度均60°左右，東側(cè)滑塊低，西側(cè)滑塊高[圖6(a)]。

(2)滑坡平臺(tái)后部東西兩滑塊各自向兩側(cè)卸荷擠壓，在原始沖溝兩岸相向發(fā)育大量東西向的弧形裂縫和錯(cuò)落體，錯(cuò)落深度0.3～1.4 m，裂縫寬0.4～0.6 m，可見深度1～2 m[圖6(b)、圖6(c)]。前部裂縫向滑坡前緣呈弧線分布，裂縫寬0.1～0.3 m，錯(cuò)落0.1～0.3 m，相對(duì)稀疏細(xì)小[圖6(d)]；東側(cè)滑塊側(cè)緣與后緣形成了寬為10～20 m的凹陷帶。

(3)滑坡前緣坡度在40°左右，高差達(dá)到18～30 m，土體破碎錯(cuò)落強(qiáng)烈，錯(cuò)落高度為1～2 m，最大達(dá)到了5 m。探槽TK1揭露，前緣剪出口處于原公路下方，滑坡體向前推移了近10 m，土體剪出并掩埋原先公路路面[圖6(e)～圖6(h)]。

圖5 滑帶與滑床特征Fig.5 Features of sliding zone and sliding bed

(4)羽狀裂縫密集分布于滑坡兩側(cè)，具有向內(nèi)傾斜、順坡延伸的特征。裂縫西側(cè)較東側(cè)密集。西側(cè)裂縫寬0.1～0.2 m，東側(cè)裂縫寬0.05～0.1 m，西側(cè)寬度大于東側(cè)[圖6(i)、圖6(j)]。

綜合來看，下坪山滑坡后緣的裂縫錯(cuò)落、凹陷程度大；前緣土體破碎、錯(cuò)落高度大；裂縫兩側(cè)內(nèi)傾呈弧線分布，兩側(cè)密集程度大于中部。據(jù)此可認(rèn)為該滑坡屬于前緣土體遭受開挖失穩(wěn)而引發(fā)后緣凹陷、下錯(cuò)的牽引式滑坡。

3 滑坡成因分析

根據(jù)下坪山滑坡的基本特征和勘察分析，結(jié)合滑坡區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件，對(duì)滑坡失穩(wěn)的原因主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

(1)地形地貌。地形地貌作為滑坡發(fā)生發(fā)展的空間因素，具有一定坡度與高度的斜坡是滑坡發(fā)生的必要條件[14-16]。下坪山滑坡所處的山體切割強(qiáng)烈，地形破碎，相對(duì)高差達(dá)到200 m，坡度大于35°，高而陡的斜坡所形成的有效臨空面為滑坡滑動(dòng)創(chuàng)造了良好的滑動(dòng)條件。

(2)地層巖性。下坪山滑坡巖土體上部為馬蘭黃土，以粉粒為主，土體結(jié)構(gòu)疏松，濕陷性強(qiáng)[17]，垂向節(jié)理及高傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，利于形成陡坡而具備良好的臨空面，促使滑坡的發(fā)育。另外，這種特殊的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)使降雨極易入滲，且遇水后易膨脹軟化，形成軟弱面和軟弱帶，導(dǎo)致土體的內(nèi)黏聚力與摩擦角等抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不斷降低，易使斜坡整體產(chǎn)生蠕滑拉裂變形破壞，導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。

(3)坡體結(jié)構(gòu)。原老滑坡體結(jié)構(gòu)松散，土體坡碎，滑體中節(jié)理裂隙發(fā)育，老滑坡體原有結(jié)構(gòu)面附近土體抗剪切強(qiáng)度相對(duì)較小，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，滑體易沿原有軟弱結(jié)構(gòu)面再次發(fā)生剪切破壞。

圖6 滑坡變形破壞特征Fig.6 Deformation characteristics of landslide

(4)水文地質(zhì)條件。鉆孔及探槽資料顯示，滑體內(nèi)不存在統(tǒng)一的地下水位，下部含水率較高，土體由干-稍濕漸變?yōu)闈?。由于特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)降雨時(shí)滑坡體具有短暫蓄水的條件，在滑帶及下伏泥巖中風(fēng)化層以上可急劇充水，形成具有一定厚度的臨時(shí)含水層。地下水浸泡泥化、軟化滑帶土及底部泥巖，與此同時(shí)形成動(dòng)水壓力。干旱時(shí)含水層厚度減薄直至消失，動(dòng)水壓力變小或消失，被浸泡軟化的滑帶土及泥巖失水硬化。這種長(zhǎng)期的干濕交替作用，使滑帶土抗剪強(qiáng)度極大降低，不利于滑坡的穩(wěn)定。

(5)大氣降水。據(jù)東鄉(xiāng)縣氣象站資料，縣境內(nèi)年降水量為200～600 mm，多年平均降水量544.6 mm，降水量由南向北逐漸減少，滑坡所在的果園鄉(xiāng)為350 mm左右。全年降水集中在6—9月，這4個(gè)月的降水占全年總量的70.4%。日最大降水量為64.7 mm，小時(shí)最大降水量44.5 mm。降雨通常以暴雨和連陰雨的形式出現(xiàn)。如表1所示，果園鄉(xiāng)6月1—10日該區(qū)域連續(xù)降雨，累計(jì)降雨量超過30 mm。下坪山滑坡的前期大量降水，使坡體自重增加1.3～1.4倍[18]，孔隙壓力和巖土體強(qiáng)度等發(fā)生變化，同時(shí)造成坡體與下伏基巖接觸帶部位的土體泥化、軟化，抗剪強(qiáng)度大幅度降低[19]，迫使上覆飽水土體極易沿軟弱帶產(chǎn)生蠕動(dòng)滑移，影響坡體的穩(wěn)定性。

表1 果園鄉(xiāng)氣象站降水統(tǒng)計(jì)(2016年6月1—10日)

(6)人類工程活動(dòng)。該滑坡為一處老滑坡，區(qū)內(nèi)人類經(jīng)濟(jì)工程活動(dòng)誘發(fā)滑坡主要表現(xiàn)為開挖老滑坡坡腳，修建道路，原來坡體應(yīng)力平衡遭受破壞，使得老滑體前緣臨空，前緣阻滑區(qū)段土體大面積減少，抗滑能力降低，坡體穩(wěn)定性變差，最終導(dǎo)致老滑體再次失穩(wěn)復(fù)活。

4 滑坡穩(wěn)定性分析和綜合評(píng)價(jià)

穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是滑坡防治的關(guān)鍵問題之一。定性分析是以野外勘查為根本，配合有關(guān)地質(zhì)資料進(jìn)行綜合判斷。定量計(jì)算是以探槽、鉆探等采樣信息為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)測(cè)斷面有關(guān)資料，最終獲取主軸剖面參數(shù)，完成穩(wěn)定性計(jì)算。

4.1 定性分析

下坪山滑坡主要物質(zhì)成分為滑坡堆積物，滑坡體整體發(fā)生推移式滑動(dòng)，其滑面位于泥巖、原老滑體接觸部位，剪出口位于原公路下方，滑體前緣剪出后堆積覆蓋原始坡面并掩埋坡腳公路。綜合分析下坪山滑坡所處的地質(zhì)環(huán)境，變形破壞的歷史、現(xiàn)今變形跡象及坡體裂隙的分布特征，并與以往同類災(zāi)害發(fā)生條件對(duì)比，參照滑坡穩(wěn)定性判別表分析其穩(wěn)定性[20]，判別結(jié)果如表2所示。

滑坡區(qū)綜合工程地質(zhì)調(diào)查和鉆探發(fā)現(xiàn)，大量發(fā)育的卸荷裂縫在滑體前緣和后緣呈帶狀分布，中部裂縫發(fā)育較少，使得滑體內(nèi)應(yīng)力在一定程度上有所釋放。根據(jù)地質(zhì)條件及變形跡象，現(xiàn)狀條件下發(fā)生大規(guī)模高速滑動(dòng)的可能性較??；前緣及側(cè)緣裂縫大量發(fā)育，坡面上常伴有小型土體溜滑現(xiàn)象，局部發(fā)生滑動(dòng)的可能性較大；在地震、降水、人為活動(dòng)等因素作用下，滑坡整體滑動(dòng)失穩(wěn)的可能性大；目前后壁上部原老滑體殘余少量土體，結(jié)構(gòu)松散，有發(fā)生表層滑塌的可能。

4.2 定量計(jì)算

4.2.1 計(jì)算剖面

定量驗(yàn)算過程中需要將滑坡土體進(jìn)行條塊劃分，計(jì)算斷面應(yīng)選擇滑坡堆積體最可能剪出的位置(即最危險(xiǎn)滑動(dòng)面)，根據(jù)主滑地質(zhì)剖面滑面產(chǎn)狀的變化，將剖面劃分為若干條塊[21-22]。為準(zhǔn)確計(jì)算條塊的體積，應(yīng)充分研究滑體地面起伏狀況，進(jìn)一步細(xì)分條塊。除此之外，還應(yīng)該全面認(rèn)識(shí)滑體的巖性分布特征、坡面荷載及地下水位的埋深等諸多要素。

選擇下坪山滑坡東西兩滑塊中的主斷面1-1′剖面、5-5′剖面及兩側(cè)輔斷面進(jìn)行穩(wěn)定性定量計(jì)算，其中主剖面穩(wěn)定性計(jì)算如圖7所示。

圖7 陳家下坪山滑坡主剖面穩(wěn)定性計(jì)算圖Fig.7 Stability calculation diagram of main section of Xiaping mountain landslide

4.2.2 計(jì)算方法及工況計(jì)算的選取

該滑坡為堆積層滑坡，滑動(dòng)面為圓弧形，采用瑞典條分法對(duì)下坪山滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算[23-27]。

1)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算

下坪山滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式為

(1)

考慮降雨條件時(shí)，水體通過裂縫滲入坡體將對(duì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滲透壓力，穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式為

(2)

式(2)中：RDi為滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力；TDi為滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力。計(jì)算公式為

RDi=rwhiwLisinβisin(αi-βi)

(3)

TDi=rwhiwLisinβicos(αi-βi)

(4)

考慮地震作用的影響時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式為

(5)

式中：K為穩(wěn)定性系數(shù)；αi為第i條塊的滑面傾角，(°)；βi為第i條塊的地下水流方向，(°)；Wi為第i條塊的重量，kN/m；Ci為第i條塊的內(nèi)聚力，kPa；φi為第i條塊的內(nèi)摩擦角，°；hiw為第i條塊的滑面高度，m；Li為第i條塊的滑面長(zhǎng)度，m；Ai為第i條塊的地震力，kN/m：Ai=αWi；rw為孔隙水壓力比，因?yàn)榛w為局部含水，沒有形成統(tǒng)一水位，本次不計(jì)。

2)計(jì)算工況

工況I：自重，安全系數(shù)取1.20；工況II：自重+暴雨，安全系數(shù)取1.05；工況III：自重+地震，安全系數(shù)取1.05。

其中，降水條件下的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算，適當(dāng)降低滑動(dòng)面的C、φ。

暴雨標(biāo)準(zhǔn)：按照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219—2006)，暴雨強(qiáng)度按10年重現(xiàn)期計(jì)，20年進(jìn)行校核[28]。

地震荷載標(biāo)準(zhǔn)：按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)，本區(qū)地震設(shè)防烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度按50～100年超越概率為10%計(jì)算，取0.15g(g為重力加速度)[29]。

3)計(jì)算參數(shù)的確定

土體強(qiáng)度指標(biāo)C與φ的影響因素不僅比較復(fù)雜，并且其細(xì)微的改變都會(huì)使計(jì)算結(jié)果偏差較大。在對(duì)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，遵循滑體與滑帶土體的物理力學(xué)性質(zhì)，充分考慮研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)條件、滑體結(jié)構(gòu)、坡體變形破壞等特征以及空間變化狀況，類比參考同類地區(qū)的相關(guān)參數(shù)和有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，最后根據(jù)反算結(jié)果綜合確定本次計(jì)算參數(shù)的選取。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)下坪山滑坡的變形特征和目前穩(wěn)定性狀態(tài)的定性評(píng)價(jià)結(jié)果，分析滑坡區(qū)內(nèi)巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)變化，按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218—2006)提供的公式進(jìn)行參數(shù)反演計(jì)算，反演計(jì)算公式[28]為

(6)

(7)

式中：F為按照計(jì)算工況給定的穩(wěn)定系數(shù)；L為滑帶總長(zhǎng)度，m。

2016年6月10日下坪山滑坡發(fā)生變形破壞，現(xiàn)狀條件下兩滑塊均處于欠穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)有剖面結(jié)合滑體土實(shí)際情況，在試驗(yàn)值基礎(chǔ)上選取較大值作為本次滑體土重度γ(試驗(yàn)樣品以粉土為主，實(shí)際滑體土為粉土、含卵礫石粉土、泥巖碎塊的混雜體)，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)試驗(yàn)值先給定C值，反算出相應(yīng)的φ，利用理正軟件進(jìn)行反算、校正了滑帶土的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ的取值。參數(shù)試驗(yàn)值和反演結(jié)果如表3所示。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ的反演值較試驗(yàn)值略低，這是因?yàn)樵谌舆^程中樣品存在擾動(dòng)，且反演結(jié)果更切合滑坡體現(xiàn)狀穩(wěn)定情況，故本次穩(wěn)定性計(jì)算采取反演值，降水條件下的穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算，適當(dāng)降低滑動(dòng)面的C、φ，其計(jì)算采用值如表4所示。

表3 天然狀態(tài)下下坪山滑帶土參數(shù)試驗(yàn)值和反演值

表4 下坪山滑帶土參數(shù)取值

4)計(jì)算結(jié)果

滑坡穩(wěn)定狀態(tài)依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的規(guī)定確定穩(wěn)定系數(shù)Fs(Fs<1.00為不穩(wěn)定，1.0≤Fs<1.05為欠穩(wěn)定，1.05≤Fs<1.15為基本穩(wěn)定，F(xiàn)s≥1.15為穩(wěn)定)[30]。分別對(duì)1-1′和5-5′兩主剖面及兩側(cè)輔助剖面計(jì)算滑坡推力，選用工程領(lǐng)域慣用的增大下滑力傳遞系數(shù)法，計(jì)算公式為

Ei=FsWisinαi-Wicosαitanφ-cili+ΨiEi-1

(8)

式(8)中：Ei為第i塊滑體剩余下滑力；Ei-1為第i-1塊滑體剩余的下滑力；Wi為第i塊滑體的重量；Ψi為傳遞系數(shù)，Ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi；ci為第i塊滑體滑面上巖土體的黏聚力；li為第i塊滑體的滑面長(zhǎng)度；φi為第i塊滑面上巖土的內(nèi)摩擦角；αi為第i塊滑面的傾角；αi-1為第i-1塊滑面的傾角。

各剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果和各工況下滑坡推力計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 滑坡體穩(wěn)定性及推力計(jì)算成果

4.3 滑坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

定性分析認(rèn)為，下坪山滑坡在現(xiàn)狀條件下發(fā)生大規(guī)模高速滑動(dòng)的可能性較小，但是由于前緣及側(cè)緣裂縫大量發(fā)育，坡面上時(shí)常伴有小型土體溜滑現(xiàn)象，局部發(fā)生滑動(dòng)的可能性仍然較大；在地震、降水、人為活動(dòng)等因素共同影響下，滑坡整體滑動(dòng)失穩(wěn)的可能性大；目前下坪山滑坡后壁上部原老滑體殘余少量土體，結(jié)構(gòu)松散，存在發(fā)生表層滑塌的可能。定量計(jì)算表明，下坪山滑坡西側(cè)整體穩(wěn)定性好于東側(cè)，與定性判定結(jié)果一致。西側(cè)滑塊整體在天然狀態(tài)下沿現(xiàn)有滑面發(fā)生再次滑動(dòng)的可能性小，整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；東側(cè)滑塊整體在天然狀態(tài)下沿現(xiàn)有滑面存在再次滑動(dòng)的可能，整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；兩處滑坡塊體在暴雨條件下和地震作用下沿現(xiàn)有滑面發(fā)生再次滑動(dòng)的可能性較大，整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)下坪山滑坡屬中型黃土-基巖滑坡，平面形態(tài)呈“三角形”。以滑體原始沖溝為界將下坪山滑坡分為東西兩塊，滑體上部物質(zhì)成分以粉土為主，中下部以含卵礫石粉土或粉質(zhì)黏土為主，底部主要是粉土，在與泥巖接觸部位有少量泥巖碎塊混雜?；w內(nèi)不存在統(tǒng)一的地下水位，下部含水率較高。變形特征表明該滑坡為前緣土體遭受開挖失穩(wěn)而引發(fā)后緣凹陷、下錯(cuò)的牽引式滑坡。

(2)特殊的地形條件、巖土組合為滑坡的復(fù)活奠定了基礎(chǔ)。降雨和人類工程活動(dòng)是該滑坡穩(wěn)定性的敏感因素，降雨加速了土體的變形，人類工程活動(dòng)則加大了滑坡的臨空面，打破了原有應(yīng)力平衡。受老滑坡原有結(jié)構(gòu)面控制，老滑坡發(fā)生整體失穩(wěn)復(fù)活。

(3)下坪山滑坡定性分析與定量計(jì)算結(jié)果表明，天然工況下滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，受裂縫大量發(fā)育的影響，局部有發(fā)生滑動(dòng)的可能性。在未來暴雨(連續(xù)降雨)、地震、人為活動(dòng)等因素共同影響下，滑坡整體滑移失穩(wěn)的可能性大。天然狀態(tài)下，西側(cè)滑塊處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，東側(cè)滑塊處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，西側(cè)滑塊整體穩(wěn)定性好于東側(cè)，東西兩處滑坡塊體在遇暴雨或地震沿現(xiàn)有滑面發(fā)生再次滑動(dòng)的可能性較大。