黄角树古滑坡稳定性分析

杨 绍 平， 王 子 忠

(1.四川水利职业技术学院 ， 成都 崇州 611231;2.四川省水利水电勘测设计研究院 ，四川 成都 610072)

黄角树古滑坡稳定性分析

杨 绍 平1， 王 子 忠2

(1.四川水利职业技术学院 ， 成都 崇州 611231;2.四川省水利水电勘测设计研究院 ，四川 成都 610072)

根据黄角树古滑坡的基本地质条件、滑坡体及滑带土物质特征，分析并得出该古滑坡形成机理，通过模型计算分析其稳定性，得出的结论是局部存在复活的可能性，从而为拟建的水利工程和当地场镇建设提供了治理依据。

黄角树古滑坡；稳定性；分析

黄角树古滑坡位于巴中市某拟建水库库区河流左岸，近年来其堆积体前缘出现开裂，滑坡体上的房屋陆续出现裂缝，表明古滑坡有复活的迹象，当地已进行了局部加固治理。当拟建水库建成蓄水后，古滑坡体前缘处于库水位下，一旦失稳将危及场镇居民人身及财产安全，同时，滑坡形成的涌浪可能会影响大坝安全，若形成堰塞坝，还将影响库容和水库运营调度。这些问题将成为拟建水库成库和安全运营的关键性问题。

为此，笔者针对滑坡区的地质条件、岩土体结构特征等地质现象进行了调查，认为对古滑坡形成机理及复活性进行分析是对其稳定性进行评价的前提，亦是对滑坡处理方案进行选择的前提。

1 黄角树古滑坡的基本地质条件

滑坡区地处华蓥山断裂带、大巴山南缘推覆构造带和龙门山断裂带围成的块体内，近场区构造形迹主要表现为一系列疏缓宽展的褶皱，两翼倾角多小于5°。滑坡区为顺向坡，坡面平滑，地表物理风化强烈。据野外测绘与岩芯分析，滑坡堆积层为Q4残坡积土、崩坡积碎石土、滑坡堆积块碎石土和冲洪积砂卵石等，基岩为侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)砂岩、粉砂岩夹泥岩互层。地层岩性单一，受古滑坡间歇性滑动影响，堆积层物质出现不均一与叠置现象。

滑坡区内分布孔隙水和基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于Q4崩坡积和冲洪积堆积层中，受大气降水和地表水补给，排泄于河流或冲沟，水量不丰。基岩裂隙水主要分布于构造裂隙发育的砂岩夹层中，出露点较分散，流量一般为0.01～0.2L/s，受大气降水补给，随季节变化大，就地排泄于沟谷。

古滑体堆积于河道，使得河流由凹岸变为凸岸，在古滑体东部边缘分布拉裂形成的近南北向陡崖。古滑坡下游左岸阶地发育，保存完整。滑面出露高程为352m(拟建水库死水位高程357m)，水库蓄水后滑面处于库水位以下，受水位变动影响，地下水水压力及浮托力将影响滑坡的稳定性。

2 古滑坡的工程地质特性

2.1 古滑坡的判别及边界确定

据野外调查得知：其地形地貌具有明显的河流改道现象，改道河流长度约为250m，滑坡堵河使得滑体上游受到河水的侧蚀作用形成一个凹岸。从岩性岩相观察分析得知，现场出露的地层为J3p砂泥岩互层，其在堆积体的上游、下游和后缘部位都出露有相同的砂岩陡壁，钻探揭示堆积体内出现该砂岩块碎石，岩芯显示有以粘土夹块碎石为主的滑带，滑动擦痕清晰可见。从岩层产状可见：在前缘岸边出现因古滑坡在下滑过程中前缘受阻而发生的前缘岩土体鼓胀-弯折引起的反翘；同时，其堆积体上建有场镇，这些迹象均表明这是一个古滑坡。

滑坡在河流上游侧的边界根据基岩陡壁展布方向、基岩在地表的出露位置、地表裂缝分布和前缘河岸边大块石堆积区边界综合确定，上游侧边界总体较平直；下游侧边界根据基岩陡壁展布方向，基岩在地表的出露位置、钻孔资料综合确定，下游侧边界总体呈弧状；后缘边界以基岩陡壁为依据进行圈定；前缘边界以河流和下游阶地周界确定，其前缘和中部稍宽，后缘则逐步收敛，在平面上滑坡体边界整体上成圈椅状。滑坡体纵长(近似垂直河流方向)约为390m，横宽(近似平行河流方向)约为280m，面积约为1.01×105m2，堆积体平均厚度约19m，滑体方量约1.9×106m3。

2.2 古滑坡区岩土体物质结构特征

古滑坡发育于砂泥岩互层地区。笔者通过对6个钻孔岩样进行分析得知，泥岩或滑带土中伊利石的含量均大于20%，具有明显的膨胀性。

据钻探资料，该滑坡滑动面埋深约4～33m，滑动带下部为J3p弱风化灰白～浅紫色泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩，而滑动带上部主要为碎石土堆积层，碎石主要为紫红色砂岩、泥质粉砂岩。笔者结合古滑坡体地表以及钻孔内的物质特征，将古滑坡体物质结构分为三个区：

(1)前缘孤石-漂石堆积区：地形坡度约为8°～10°，自滑坡前缘上游侧边界向下游长约250m、宽约20～50m的范围堆积了具有一定磨圆的孤石和漂石，粒径约0.3～2m，岩性以紫红色泥质粉砂岩为主，下部偶有紫红色粉砂质泥岩出露，出现岩层反翘现象。

(2)中部块石-孤石堆积区：位于370～400m高程范围，坡度约为11°～14°。覆盖层较厚，大部分区域被粉质粘土夹砂岩、泥质粉砂岩块碎石层覆盖，粉质粘土主要呈紫红色，地表植被较发育。冲沟内可见棱角状砂岩块石-孤石，块径约为0.2～1m。

(3)后缘假基岩堆积区：位于400～415m高程范围，坡度约为4°～7°。分布强风化的崩残坡积体，地表表现为大块块石堆积形成的假基岩，假基岩出露长度一般为10～40m，厚度则大于1m。岩性主要为浅紫色砂岩夹粉砂质泥岩。堆积体覆盖层厚度小于10m，植被较为发育。

2.3 古滑坡滑带土特征及力学参数

据钻孔揭示，古滑坡体内不同深度有多个软弱夹层，成分为粘土夹粉砂质泥岩、泥质粉砂岩块碎石，块碎石呈次棱～次圆状。部分钻孔内揭露的软弱夹层含水量较高，块碎石磨圆度较好，有细微扰动擦痕。软弱夹层作为滑体内强度相对较弱的结构面，滑坡的蠕变变形或复活均可能沿软弱夹层进行。在地质剖面中对比软弱夹层的空间位置，相邻钻孔内的部分软弱夹层在空间上可以连成比较顺直的潜在滑移面。

对钻孔资料进行分析得知：各钻孔内滑带物质组成基本相同，厚度不均一，平均厚度约0.6m。滑带土物质组成主要为粘土夹块碎石，块碎石多呈次棱～次圆状，滑带土多有挤压错动痕迹，断面见擦痕镜面。滑带界面以下则多见厚至巨厚层状灰白色～浅紫色细砂岩，细粒结构，裂隙不发育。

通过取样对滑带土进行物理力学性质试验得到的滑带土物理力学性质参数见表1。

3 古滑坡形成机制分析

3.1 古滑坡成因及变形破坏发育史

现场分析和钻孔资料显示，该古滑坡为大型基岩顺层滑坡，因此，追溯其变形破坏发育历史要从滑坡区内的岩层特征入手。据钻孔资料，区内基岩为J3p砂泥岩互层，岩层缓倾坡外，发育有两组构造节理，倾角多在70°～80°之间。这种软硬岩相间又缓倾坡外的岩体容易产生蠕滑并发生拉裂变形。开阔的斜坡具备临空条件，区内降雨充足，地形平缓利于地表水入渗，从而使泥岩软弱层抗剪强度降低形成滑动面。因存在这样的地质背景，古滑坡孕育于软硬岩相间又缓倾坡外的基岩岩层内，中厚层的岩层沿其下覆相对较软弱的泥岩层产生蠕滑拉裂变形，且岩层蠕滑产生的拉裂缝不断向山体深部和高处发展，逐步贯通形成滑移面，受前缘出口地形的约束和滑移方向变化带来的阻力作用，基岩滑坡的变形模式转化为滑移弯曲型破坏，经前缘剪切段被完全剪穿，基岩滑坡发生溃决性的下滑并逐步堆积稳定后形成如今的形态。

表1 滑带土反复剪切试验成果表

3.2 古滑坡形成机制分析

通过对该滑坡体进行调查与分析，得到其变形破坏的演化过程及变形破坏机制：

(1)缓倾坡外的岩体在构造节理、层理及风化裂隙的切割下被分割为似块状岩体。在自重作用下，下部软弱层变形造成其向临空方向发生蠕变，节理裂隙进一步扩大，为水的入渗运移提供了通道。

(2)入渗水与泥岩发生物理化学作用，降低了泥岩的抗剪强度，上覆砂岩在自重作用下沿泥岩软弱带发生蠕滑变形。因砂岩与泥岩的变形速率存在差异，使其之间产生了剪切裂缝。渗入泥岩的地下水逐渐使泥岩裂隙充水，造成裂隙周围岩体强度因软化而降低。

(3)随着时间推移，变形位移的差异导致构造节理和风化裂隙被不断拉开，加剧了水岩作用，上覆砂岩与下伏泥岩间的剪切拉裂面逐渐贯通。在略高于坡脚的部位，岩层下滑受阻发生弯曲隆起。

(4)随着斜坡变形加大，应力在前缘逐步集中，当应力集中到大于斜坡前缘的阻滑力时，累进的变形使贯通的拉裂面也逐渐与前缘的弯曲拉裂面贯通，古滑坡的滑面形态最终形成，斜坡变形体突然冲出并发展为滑坡，前缘堆积物冲进河中形成堵河并使河流改道。

(5)河水不断壅高，使位于河床部位的滑坡堆积体不断被河水冲蚀带走，河流的形态也逐渐向滑坡前的形态恢复。因滑坡堆积物前缘结构相对稳定、受河流冲刷的影响较小，河流在地形地貌上出现改道现象。由于滑坡前缘弯曲鼓胀，最后冲出后前缘岩层出现反翘。

变形破坏的模式随滑坡变形过程发生变化。初始以蠕滑拉裂为主，随着拉裂缝不断发展，砂泥岩交界面处的剪切拉裂缝也不断贯通，由局部破坏转为整体破坏。随着变形破坏的加剧，在前缘受阻的条件下，破坏模式由蠕滑拉裂转为滑移弯曲，随着前缘弯曲段的溃决性剪断，其顶部的砂岩快速冲出形成大滑坡。

4 古滑坡稳定性分析

4.1 影响滑坡复活的因素

目前古滑坡前缘已出现明显的拉裂缝，说明该古滑坡已经局部复活，通过对当地居民访问得知，这些拉裂缝是伴随近年来暴雨出现的，每逢强降雨天气，拉裂缝的变形速率会加快。

强降雨是滑坡复活最重要的触发因素和动力来源，它引起滑坡土体静水压力、动水压力、浮托力、岩土体的物理力学性质、非饱和土中的基质吸力及渗流过程等因素改变，从而降低了滑坡体的稳定性。潜在滑带透水性差，在地下水长期物理化学作用下呈可塑状或软塑状。降水入渗、特别是拟建水库蓄水后，库水位高于滑动面，将进一步加速滑体内部的泥化过程，使滑带土软弱层进一步软化，进而为古滑坡的复活创造有利条件。

滑坡前缘河流洪水期的侧蚀是古滑坡局部复活的重要诱发因子。主汛期河水暴涨，流速急，对古滑坡前缘变形体的强烈冲刷侵蚀削弱了坡脚的支撑力，造成坡脚应力集中而发生破坏。水库蓄水使地下水位上升，对古滑坡前缘抗滑段具有浮托减重作用，降低了其抗滑力，可能会出现局部失稳。

堆积体上城镇规模的扩大加大了外荷载，起到了助滑作用。种植活动破坏了地表排水系统，使地表水更容易渗入到滑体中，促使了滑坡失稳。

4.2 古滑坡复活演化过程数值模拟

4.2.1 地质模型的建立

将地质资料概化后建立地质模型，考虑边界效应，横断面方向长度800m建立模型。指定沿高程增大方向为Z轴正向，沿边坡坡外方向为Y轴负向，垂直YZ面向外为X轴正向，计算范围选为X轴方向取800m，Z轴方向取300m，Y轴方向取800m，进行三维分析。

根据滑坡区地形图，选取模型长宽高为800m×800m×300m。通过软件读取地形图中的坐标，通过sufer软件进行插值，将地形图中的数据提取出来生成模型，结合一系列ANSYS生成FLAC3D文件，导入FLAC3D软件进行数值分析。

4.2.2 静力边界条件及岩土体力学参数

计算中，地应力仅考虑岩土层自重，设置计算模型的位移边界：左面边界(X=0m)、右面边界(X=800m)约束X方向位移；前面边界(Y=0m)、后面边界(Y=800m)约束Y方向位移；模型的底面(Z=200m)为固定边界，约束三个方向的位移。在FLAC3D计算中，岩、土体采用摩尔-库仑弹塑性材料模型，输入岩石力学参数：体积模量(K)、剪切模量(G)、弹性模量(E)、泊松比(u)。

4.2.3 不同工况下滑坡稳定性计算分析

(1)天然状态下滑坡稳定性分析。

在自重作用下的初始应力场，计算得到的最大竖向应力σzz=6.06MPa(模型中Z方向为竖直方向)，σxx=σyy=0.97MPa；通过应力应变特征计算，该古滑坡体变形最为明显的区域位于古滑坡体的前缘，位移为0.475m，该区域也是剪应力最为集中的地区，与野外观察到的变形迹象一致。

(2)暴雨状态下滑坡稳定性分析。

据气象资料，当地最大日降雨量达到135mm/d，利用modelflow软件进行暴雨条件下地下水位变动分析得知，在暴雨条件下，地下水位上升0.4m，对潜在滑坡前缘起到了浮托减重作用。通过计算得知，在暴雨条件下，滑坡位移量增大，其中位移速率最大的地方是前缘变形体处，最大位移增量达到0.67m，相对天然状态下位移量增大了0.2m，同时，在暴雨状态下，前缘变形体剪应力不断增大。

对比天然条件与强降雨条件滑坡应力应变计算结果得知：在暴雨条件下，降水使坡体自重增加，同时形成静水压力与动水压力，从而增大了滑体的下滑力；强降雨的渗入，导致岩体C、φ值降低，抗剪强度减小；降水入渗，潜在滑坡体含水量增大，基质吸力减小，抗滑力减小，使得前缘位移量相对于天然状态增大。

4.3 古滑坡复活变形破坏机制分析

古滑坡地形及滑面整体平缓，前缘地层反翘，基本不具有再整体滑动的可能性。钻探资料显示，其存在粘性土含量相对较高的潜在滑动带，易引发局部或浅层滑移。通过对古滑坡体变形迹象进行调查，在前缘见拉裂缝，局部地段拉裂缝分布密集，表明潜在滑动区稳定性亦不均一，从潜在滑坡的岩土体结构特征及裂缝发育速率看，滑坡现处于蠕滑变形阶段。

结合数值模拟结果和滑坡复活因素判定古滑坡局部复活机制为：古滑坡逐步稳定后，伴随着城镇建设规模扩大，在古滑坡体上建设了越来越多的建筑物，加大了古滑坡体的荷载，在降水入渗以及水库蓄水使地下水位变动的背景下，古滑坡体内部碎石土与水发生水岩作用，使得古滑坡体物质泥化程度增加，易于形成连贯性的滑动面；近年来强降雨天气频发，降水入渗提高了滑坡体的含水量，孔隙水压力增大，基质吸力减小，降低了有效应力，导致古滑坡体内部岩土体的抗剪强度下降；降水入渗，受到潜在滑面渗透系数低的控制，入渗的降水在潜在滑面处聚集，形成静水压力并沿着潜在滑面发生渗流，形成扬压力和动水压力，促进了古滑坡局部失稳复活。同时，强降雨天气能在短时间内提高河水位使水流流速加快，对滑坡前缘的冲蚀作用增强，为古滑坡复活创造了有效的临空面，并且降低了古滑坡前缘的抗滑力，进而降低了古滑坡前缘的稳定性。

5 结 语

通过河流改道、地层岩性特征和岩层反翘及堆积体上建场镇可以判定该滑坡为一古滑坡。滑坡体物质主要为紫红色砂岩，滑带土以泥夹块碎石为特征且泥质成分具有明显的膨胀性。古滑坡孕育于砂岩泥岩互层的岩层内，软硬岩相间且缓倾坡外的岩层在陡倾的节理控制下，砂岩层沿其下覆相对较软弱的泥岩层产生蠕滑拉裂变形，岩层蠕滑产生的拉裂缝不断向山体深部和高处发展，至贯通形成滑移面；受前缘剪出口地形的约束，基岩滑坡的变形模式转化为滑移弯曲型破坏，待前缘剪固段被完全剪穿、基岩滑坡发生溃决性下滑并产生堆积。

该古滑坡体经过长时间的稳定期，近年来遇强降雨，堆积体前缘地表产生剧烈变形，造成古滑坡复活。笔者结合前缘复活体的变形迹象进行分析得知：新复活体还处于蠕滑-拉裂阶段，滑面尚未整体贯通，但预计在后期暴雨或库区蓄水影响下新复活体可能沿潜在滑面推移-滑出。为此，需进一步研究其在不同工况下失稳的可能性，以及失稳后涌浪对大坝和城镇的冲击、滑坡堰塞坝形成预测及对水库功能的影响等。

(责任编辑：李燕辉)

2016-08-08

TV7;[TV221.2];TV

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1001-2184(2017)01-0091-04

杨绍平(1963-)，男，四川剑阁人，系主任，副教授，高级工程师，硕士，从事水文与工程地质、岩土工程教学与生产科研工作；

王子忠(1964-)，男，四川剑阁人，副总工程师，教授级高级工程师，博士，从事水利水电工程勘察设计工作.