南方丘陵山区某滑坡形成机制及稳定性分析_何晶莹.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6南方丘陵山区某滑坡形成机制及稳定性分析何晶莹（湖南省地质灾害调查监测所，湖南 长沙 410004）【摘要】对南方丘陵山区某滑坡的地质环境背景、孕灾地质条件、滑坡物质结构和变形特征进行综合研究，初步分析了该滑坡的形成机制和破坏模式。通过室内试验和反演分析确定了岩土体物理力学参数，并在此基础上采用圆弧滑动法对滑坡稳定性进行了计算和评价。【关键词】滑坡；形成机制；稳定性分析【中图分类号】P642.22【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0064-030引言南方丘陵山某滑坡位于长沙市望城区，于 2017 年6 月开始发生变形，且变形日趋剧烈，对当地 10 户50 余人的生命财产安全构成严重威胁，潜在经济损失 400 万元。1滑坡地形地貌滑坡区属湘江侵蚀三级阶地，区内山顶浑圆、较平缓。现状为居民聚集区，区内斜坡多呈台阶状，地面标高为 5070 m，相对高差为 515 m，山体坡度为3045，局部大于 50。民房分布于滑坡周边，植被不发育。2滑坡地层岩性及基本特征滑坡区内出露的地层主要为第四系白沙井组和燕山晚期的岩体。滑坡剪出口位于坡脚，右缘以微地貌陡坎转折处为界，左缘以微地貌陡坎消失处为界，后缘以拉张裂缝 F1、F2 变形消失处为界。滑坡主滑方向为 22，平面形态呈半椭圆状，纵向剖面呈折线状。滑体最下方标高为 5859 m，最上方标高为 6770 m，相对高差为 912 m，滑体水平长度约16 m，顺坡长度约 20 m，坡度为 2045，局部达 55以上。滑坡宽度为 108112 m，滑坡面积约 1 550 m2，滑体平均厚度为 7.0 m，滑坡体积为 10 850 m3，属小型浅层牵引式土质滑坡。3滑坡物质结构特征3.1滑体土滑体土为粉质黏土，黄褐色、红褐色，硬塑，韧性及干强度中等，底部含 5%30%的圆砾，圆砾粒径为235 mm，呈浑圆状。3.2滑带土由于滑带尚未完全贯通，推测潜在滑带位于粉质黏土内部。3.3滑床滑床主要由砂质黏性土和全风化花岗岩组成。砂质黏性土，褐黄色，硬塑为主，由花岗岩风化而成，粒径大于 2 mm 的颗粒约占 5%30%，黏性一般，遇水易软化、崩解。全风化花岗岩，黄褐色夹灰白色，结构构造已基本破坏，但仍然可以看出残余结构，岩芯破碎，遇水易软化、崩解。4滑坡稳定性计算4.1形成机制分析4.1.1变形机制分析滑坡地形较陡，滑体主要由粉质黏土组成，底部含 5%30%的圆砾，其结构相对松散。同时，滑坡所在斜坡由于建房切坡形成高 510 m 的临空面，斜坡土体在自重作用下，既使上覆粉质黏土中的裂隙进一步扩大，又使粉质黏土产生裂隙。雨季雨水沿裂隙下渗，使土体软化并形成软弱结构面，结构面逐渐向外扩展，成为潜在滑动面。随着土体含水量及浸泡时间的增长，潜在滑动面继续软化，抗剪强度进一步降低，从而形成滑坡1。4.1.2近期发展阶段滑坡自 2017 年 6 月首次变形以来，在暴雨或长时间降雨作用下变形会加剧。特别是 2020 年 5 月以来，滑体后缘民房上墙体裂缝逐步加宽，表明滑坡变形有加剧的趋势。目前，滑坡正处于缓慢变形阶段，若遇外界不利因素（如暴雨、地震），有可能整体下滑，潜在危险性大。4.1.3稳定性影响因素（1）地形地貌因素。滑坡区现状为居民聚集区，由于人类工程活动，区内斜坡多呈台阶状，容易形成滑坡。（2）岩性因素。斜坡岩土体主要由粉质黏土组成，底部含 5%30%的圆砾，其特征是结构松散、大小混杂、凝聚力小，地表水容易渗漏下去，土体多次经历湿润干燥再湿润再干燥的循环作用，致使土体强度不断降低，容易形成滑坡。（3）降雨因素。降雨是引发斜坡体变形并形成滑坡的主要外部因素。降雨不仅会增加岩土体自身重量，还会增加地下水的压力，使原本处于平衡状态低碳技术64DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.015LOW CARBON WORLD 2023/6的坡体发生变形；降雨渗入潜在滑动面，会降低滑动面岩土体的抗剪强度，并进一步降低坡体的稳定性，最终导致斜坡失稳产生滑坡地质灾害2。（4）人类工程活动因素。频繁的人类工程活动是造成斜坡失稳形成滑坡的重要外因。南方丘陵山区某滑坡区中的人类工程活动主要是切坡修路建房及农业种植活动。农业种植长年耕作，疏松局部表土，雨水等浸润软化岩土体，并下渗补给地下水，不利于斜坡的稳定3。修路建房，开挖坡脚，在斜坡底部形成510 m 高的临空面，破坏了原始斜坡的应力平衡状态，进一步加剧变形和形成滑坡。由上述分析可知，滑坡是在地形地貌、地层岩性等孕灾地质条件的主导下，以及降雨和人类工程活动等因素的诱发下形成的。4.2破坏模式分析滑坡前缘首先掉块和滑塌，随后形成了后缘拉裂缝。据当地居民反映，滑坡为前缘坡体滑动，带动后缘土体变形的发展模式。据实地调查，前缘变形明显强于后缘，属于牵引式破坏模式。4.3物理力学参数评价及综合取值滑坡现状处于强烈变形阶段，因此，滑坡稳定性计算所采用的岩土体物理力学参数根据室内试验、反演分析及工程类比综合确定4。4.3.1室内试验岩土体的抗剪强度及试验值如表 1 所示。4.3.2反演分析选在自重+暴雨的工况下取滑坡主滑面进行反演。由于滑坡的滑带尚完全贯通，反演时稳定系数取K=1.00。4.3.3稳定性计算参数取值滑坡稳定性计算岩土体物理力学参数取值如表2所示。岩土名称重度/（g cm-3）天然饱和天然/（）/（）C/kPa粉质黏土11.9217.414.121.8粉质黏土21.9316.713.521.2砂质黏性土1.8522.520.024.2全风化花岗岩1.8725.622.025.2饱和1.951.951.982.01C/kPa30.030.428.430.5表1岩土体的抗剪强度及试验值岩土名称重度/（g cm-3）抗剪强度（天然）抗剪强度（饱和）抗剪强度（饱和）抗剪强度（饱和）试验值试验值反演值综合推荐值天然/（）/（）/（）/（）C/kPa粉质黏土11.9217.414.114.014.020.0粉质黏土21.9316.713.513.513.520.0砂质黏性土1.8522.520.020.024.0全风化花岗岩1.8725.622.022.025.0饱和1.951.951.982.01C/kPa30.030.428.430.5C/kPa21.821.224.225.2C/kPa19.9820.01表2滑坡区岩土体物理力学参数推荐值4.4稳定性计算4.4.1计算剖面选取 4-4、5-5、6-6等 3 条工程地质剖面对滑坡稳定性进行计算5，工程地质剖面如图1至图3所示。4.4.2计算工况（1）计算工况。滑坡防治工程等级为二级，工况（自重）抗滑稳定安全系数 Ks取 1.15，工况（自重+暴雨）抗滑稳定安全系数 Ks取 1.05。（2）计算模型。由于滑坡为土质滑坡，所以稳定性计算采用圆弧滑动法，自动搜索最危险滑动面。Kf=（Wi（cos i-Asin i）-Nwi-RDi）tan i+CiLi）（Wi（sin i+Asin i）+TDi）。（1）其中，孔隙水压力 Nwi=whiwLicos i，即近似等于浸润面以下土体的面积 hiwLicos i乘以水的容重 w。4.4.3计算结果滑坡稳定性计算结果统计如表 3 所示。5结语南方丘陵山区某滑坡为均质土层内圆弧滑动牵引式滑坡，因不合理的人类工程活动形成了临空面，在连续强降雨条件下形成滑坡，其滑体物质由岩体风化但未经二次堆积的土体物质构成，为全强风化边坡，风化的厚度及深度较大，而滑坡剪出口在坡脚所处平面之上，沿最大剪力面在覆盖层内部作弧形滑动。本次滑坡稳定性计算采用圆弧滑动法，计算结果表明：该滑坡在自重工况下为稳定状态，在自重+图1 4-4工程地质剖面（单位：m）69.41ZK7最危险滑动面61.02ZK8Qal2b粉质黏土2第四系白沙井组冲积层第四系残坡积层燕山晚期第一次岩、土层界线最危险滑动面及滑动方向钻孔钻孔编号孔口标高Qel+dlQal2bZK85478.145全风化花岗岩16.3013.9020.00Qel+dl砂质黏性土10.5015.00低碳技术65LOW CARBON WORLD 2023/6工程地质剖面工况抗滑稳定安全系数 Fs稳定状态4-41.444稳定1.025欠稳定5-51.415稳定1.003欠稳定6-61.451稳定1.004欠稳定表3滑坡稳定性计算结果统计暴雨工况下为欠稳定状态，滑坡可能沿最危险滑动面局部或整体滑动。参考文献1 张群，许强，易靖松，等.南江红层地区缓倾角浅层土质滑坡降雨入渗深度与成因机理研究J.岩土工程学报，2016，38（8）：1447-1455.2 王森，许强，罗博宇，等.南江县浅层土质滑坡降雨入渗规律与成因机理J.长江科学院院报，2017，34（8）：96-100，105.3 李世海，刘天苹，刘晓宇.论滑坡稳定性分析方法J.岩石力学与工程学报，2009，28（增刊 2）：3309-3324.4 柴波，殷坤龙，简文星.滑坡计算参数反演分析的优化算法J.武汉理工大学学报，2007（11）：98-102.5 卢应发，黄学斌，刘德富.推移式滑坡渐进破坏机制及稳定性分析J.岩石力学与工程学报，2016，35（2）：333-345.作者简介：何晶莹（1984），女，汉族，湖南新邵人，本科，主要从事水工环相关工作。图2 5-5工程地质剖面（单位：m）ZK969.8511.3015.8019.00Qal2b粉质黏土2Qel+dl砂质黏性土5全风化花岗岩最危险滑动面ZK1058.0410.6015.20第四系白沙井组冲积层第四系残坡积层燕山晚期第一次岩、土层界线最危险滑动面及滑动方向ZK1478.14钻孔钻孔编号孔口标高5Qal2bQel+dl图3 6-6工程地质剖面（单位：m）Qel+dl砂质黏性土Qal2b粉质黏土2最危险滑动面69.115全风化花岗岩ZK1259.1212.5015.0020.009.1013.5024.00第四系白沙井组冲积层第四系残坡积层燕山晚期第一次岩、土层界线最危险滑动面及滑动方向ZK1478.14钻孔钻孔编号孔口标高ZK11低碳技术66