郁江流域堡上滑坡形成机制及稳定性分析

黎义勇，彭 轲，赵信文，刘 洋

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心,武汉 430205；2.贵州省地质矿产勘查开发局117地质队,贵阳 550018)

郁江流域堡上滑坡形成机制及稳定性分析

黎义勇1，彭 轲1，赵信文1，刘 洋2

(1.中国地质调查局武汉地质调查中心,武汉 430205；2.贵州省地质矿产勘查开发局117地质队,贵阳 550018)

根据堡上滑坡的工程地质条件,分析了滑坡的形成机制,堡上滑坡变形破坏主要是受降雨及库水位变化的影响。在野外调查及勘查的基础上应用垂直条分法对滑坡的稳定性进行了计算,计算结果表明,在自重+408m现状库水位的天然状态下,滑坡处于基本稳定状态,与现场调查所得结论一致,在暴雨和库水位变化的情况下，堡上滑坡稳定性系数逐渐降低，当库水位从415m骤降至400m时，堡上滑坡将处于临界滑动状态，滑坡不稳定。

形成机制；稳定性分析；堡上滑坡；鄂西南地区

自20世纪初中期以来，随着世界人口的不断增长、人类活动空间范围的逐渐扩展，工程活动对地质环境扰动程度的不断加大，加之受到全球气候变化(如厄尔尼诺，ElNiño)等因素的影响，滑坡灾害，尤其是大型滑坡灾害发生频率越来越高，所造成的经济损失和人员伤亡也不断加大[1～3]。到目前为止，全球范围内凡是有人类居住和工程活动的山岭地区，几乎都有滑坡灾害发生，成为各灾种中频度最高、损失最大的地质灾害类型[4～5]。

堡上滑坡位于鄂西南地区郁江上游长顺水库库区，地质条件及影响因素复杂。堡上滑坡属典型的堆积体土质顺坡斜层向滑坡，根据滑坡地貌特征，将堡上滑坡划分为2个子滑坡，分别为I号、Ⅱ号滑坡。目前I号滑坡发生地面裂缝，房屋墙体开裂、局部滑动等变形迹象；Ⅱ号滑坡后缘裂缝、中部房屋多处变形。堡上滑坡体上现有居民35户185人，分布居住在滑坡体的各个部位，在Ⅰ号滑坡中后缘及Ⅱ号滑坡右侧后缘处最集中，另外，堡上村小学也位于此处，共有教职员工及学生约450人，皆受到滑坡的威胁。因此对堡上滑坡的形成机制及稳定性进行评价分析是十分重要的。本文在勘查的基础上，重点对I号滑坡稳定性进行分析，通过野外调查，运用钻探等工程勘查措施，分析滑坡的形成机制；并结合滑坡稳定性计算，综合分析滑坡稳定性及影响因素。

1 滑坡体特征

1.1 滑坡背景特征

堡上滑坡位于利川市文斗乡堡上村三组，坐落于郁江右岸长顺水库库尾位置，东距文斗集镇12 km,西距长顺16 km,其地理中心位置坐标为:X: 3304196.15,Y:19554446.34。堡上滑坡大致呈NW-SE向展布，滑坡平面上总体呈舌形，剖面形态呈凹形，后缘北西端抵达堡上村至文斗公路上部斜坡，高程约525m，前缘南东端至郁江右岸河谷，高程约400m，滑坡总面积0.18 km2，平均厚度约35.15m，滑坡总方量633×104m3，属于大型滑坡。

堡上滑坡Ⅰ号滑坡主滑方向138°，平面上呈舌型（图1），纵向上呈凹型(图2)，滑坡后缘高程523 m，前缘高程400m，纵向长约400m，横向前缘宽约313m，后缘宽约150 m,平均宽约240 m,面积约0.096 km2，滑坡体厚度变化不大，平均厚度为35.4m，方量为339.84×104m3；Ⅱ号滑坡主滑方向138°，平面形态上呈舌形，纵向上呈直线凹形，后缘斜坡坡度约20°,中部坡度5°～8°,较平缓,前缘斜坡坡度约25°，滑坡后缘高程525m，前缘高程400m，纵向长约410m，中部平台最大宽度约235m，前缘宽约193m,后缘宽约152m，平均宽度约200m，面积约0.084 km2，滑坡体平均厚度约34.9m，Ⅱ号滑坡体方量为293.16×104m3。

图1 堡上滑坡简易地质地形图Fig.1 Simplified geographicmap of Baoshang landslide

1.2 滑坡变形特征

堡上滑坡体总体变形特征主要表现为房屋变形裂缝、公路下沉、滑坡前缘剥、坠落，滑坡后缘局部滑动。其中Ⅰ号滑坡局部滑动部分长度约20m，宽度约15m，厚度约5m，面积约300m2，体积约1 500m3,滑动后的变形体形成岩层反翘。滑坡上裂缝走向一般近垂直于主要滑动方向，分布在50°～220°范围内，裂缝长3～50m，宽度、深度分别为5～20 cm和10～30 cm。

1.3 地层岩性

滑坡所在区域出露的地层为志留系下统罗惹坪组（S1lr），岩性为浅灰色-深灰色、灰绿色薄层状泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，主要出露于滑坡左侧后缘的斜坡陡崖处，岩层产状为170°∠15°。第四系以滑坡堆积物（Qdel）分布于整个滑坡体上，厚度在1～36.0m之间，物质组成主要为褐黄色的粘土、粉质粘土、灰黄色粘土夹碎块石、浅灰色碎石夹粉质粘土、灰白色粉质粘土、浅灰色粉质粘土等。少量崩积物（Qcol）分布在滑坡后缘斜坡上，厚0.5～1m，主要为粉质粘土夹碎石、块石等；残坡积物（Qdl+el）分布在滑坡的中部平台前缘斜坡上，厚0.5～3m，主要物质组成为灰褐-褐黄色的粘土、粉质粘土及粘土夹碎块石。块碎石土堆积厚度大，颗粒较粗，分选差，分布极不均匀，其结构松散，且具架空现象，内部粘聚力差，抗拉强度低，透水性强，易于大气降雨渗入，致使岩土体抗剪强度低，为滑坡形成奠定了基础[6]。

图2 堡上Ⅰ号滑坡纵剖面示意图Fig.2 Longitudinalprofileof Baoshang No.Ⅰlandslide

1.4 地质构造

堡上滑坡附近地质构造发育一条NE向的断裂，即长顺-沙溪-八望坡断裂。断裂位于长顺至堡上、沙溪、八望坡一线，产状N40°E/NW∠30～40°，其东部出露为志留系地层，西部出露为二叠系下统地层，途经滑坡所在区域文斗乡堡上村。志留系碎屑岩内次级褶皱及节理裂隙发育,岩石破碎,为各种斜坡变形失稳和风化作用等不良地质作用过程的发生提供了有利条件。

1.5 水文地质

滑坡区地下水分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两大类。松散岩类土孔隙水分布于滑坡体及外围山体斜坡上，赋存于滑坡堆积层中，岩性为碎石土、粉质粘土，富水性较差，含水贫乏；上部碎石土结构松散，透水性较强。基岩裂隙水分布于滑体下伏基岩中，岩性为志留系下统罗惹坪组的灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，属碎屑岩类裂隙水，该岩类裂隙发育，透水性较好，富水条件差，含水贫乏。第四系松散岩土类孔隙水主要接受大气降水补给，顺坡径流，汇入溪沟，排泄于郁江，少部分通过裂隙补给下部基岩。

1.6 滑带土特征

堡上滑坡为一堆积体土质滑坡，滑面沿岩层面形成，起伏略大，产状基本与坡向、坡度一致，倾角15°～25°之间，后缘稍陡。滑带沿滑床分布，Ⅰ、Ⅱ号滑坡滑带土厚度分别为0.15～0.50 m、0.10～0.35m，滑带土物质为粉质粘土夹碎石、含砾石土、粉质粘土，根据实验结果分析表明，滑带土物质组成主要为碎石、砾石土，室内命名为含砾粉砂质粘土、粉质粘土质砾砂，粒径﹤2mm的细粒较多，含量均在30%以上，最高可达65.63%，粒径﹥2mm的粗粒含量相对较少，最低含量25.2%。滑带土天然快剪凝聚力C值19～42 kPa，个别样品扰动凝聚力C值偏低，内摩擦角φ值15.5°～23°；天然残余剪凝聚力C值15～31 kPa。

2 滑坡形成机制

2.1 滑坡形成条件

2.1.1 地形地貌

堡上滑坡位于向南至南南东倾斜的单面坡，岩层倾向134°～170°，滑坡中部平台倾角稍缓，倾角在12°～20°，其余地段岩层较陡，倾角20°～25°，郁江河流在滑坡前缘顺岩层走向流经滑坡地段，由于该地区地壳运动为间接性抬升，郁江河谷不断下切，形成峡谷，使得斜坡前缘形成高陡的临空面，为滑坡或崩塌提供了良好的临空条件，由于岸坡地带的软弱夹层被河流切割出地表，岩体便沿这些控制性软弱结构面发生滑动或崩落，并逐步导致大规模的滑坡、崩塌产生。

2.1.2 大气降水作用

降雨诱发滑坡,是通过促进滑移面剪应力增大、促使滑坡体抗剪强度降低来实现的，对于承压水型这一水文地质结构类型的滑坡，由于暴雨可以在滑坡体内产生很大的承压水压力，在此情况下，滑坡体受的承压水压力对诱发滑坡的发生起了直接重要的作用，其次才是滑坡体因软化泥化抗剪强度降低的效应。对于潜水型和层间水型这两类水文地质结构类型的滑坡，由于不能在滑坡体中产生巨大的承压水压力，只能依靠地下水对滑坡体长期的软化泥化而使抗剪强度极度地降低,结合地下水压力的共同作用来诱发滑坡发生复活[7]。

滑坡区位于鄂西暴雨区，郁江流域多年平均降水量为1 600～1 800mm，库区近7年平均降水量为1642mm,每月最大降雨量为166.9mm，三月最大值达312.4mm，最大日降雨量达122mm，大气降水沿表层松散堆积体下渗，由于下伏基岩节理裂隙发育，降水透过表层土沿节理裂隙渗入软弱夹层，将软弱层软化或泥化，从而导致岩体失稳，产生滑坡、崩塌或崩滑事件。堡上滑坡即是由于大气降雨的作用，水流沿该滑坡冲沟顺流而下，对滑坡体进行冲刷，使得堡上滑坡前缘呈渐进的方式失稳，由此可见，大气降雨是将导致滑坡产生的重要因素。

2.1.3 地层岩性

滑坡区地层岩性为志留系下统罗惹坪组浅灰色、深灰色至灰绿色泥岩、泥质粉砂岩，为一套碎屑岩地层，由于这套地层中岩石裂隙发育，泥岩、粉砂岩易于风化，遇水软化，在河流切割或构造作用、风化作用下易发生蠕变、滑动、剥落，是滑坡产生的重要条件。

2.1.4 水库水位的变化

大量事实表明,90%以上的边坡失稳与水有关，在边坡失稳的发生过程中,水的作用是一个至关重要的外在因素。由水库水位涨落导致的滑坡和边坡失稳将成为库岸边坡蓄水后最常见和最严重的地质灾害，库水的浮托力变化引起的崩塌和滑坡。水库水位突降，由水的冲刷作用而形成的具有临空面的岩石所受到的浮托力则迅速减小，滑坡体所受到的抗滑阻力也迅速减小，从而引起崩塌和滑坡[8]。郁江长顺水库正常蓄水位405m，设计最大洪水位415m，校核洪水位410m，枯水位400m，校核枯水位396m，死水位395m。水库水位的变化是导致堡上滑坡失稳的重要因素之一。

2.1.5 地质构造

断裂构造的影响，致使区内以NE及NW向两组裂隙最为发育，密集的构造裂隙相互切割，造成区内岩石破碎，岩质边坡不完整，易形成危岩，在内外应力的作用下，在外界影响因素的触发下，为滑坡地质灾害的形成创造了良好的地质环境条件。

2.1.6 人类工程活动

大规模人类活动是导致自20世纪80年代以来中国大陆大型滑坡发生相对频繁的主要因素，随着社会的发展，自20世纪中期以来，人类活动的力量就在与日剧增，并表现出逐渐取代自然营力成为导致地球环境变化和日益恶化的主要因素。中国大陆大型滑坡灾害发生的频度呈上升趋势的事实也正好印证这一点[9,10]，堡上滑坡人类工程活动主要表现在耕种造成水土流失、筑路开挖边坡影响斜坡稳定性，长顺电站水库蓄水，对斜坡坡脚的浸泡作用，造成滑坡体上大量民房开裂以及斜坡失稳。

2.2 滑坡形成过程

堡上滑坡的形成主要受地形地貌、特殊地层岩性、地质构造、大气降水以及人类工程活动等诸多因素综合控制。郁江河流不断下切，形成深切峡谷，斜坡前缘临空，为斜坡变形提供了临空条件。堡上滑坡形成过程为（1）郁江河流向下切割致使斜坡顺层蠕变，斜坡失稳，形成滑坡堆积物,堆积物在一定时期内稳定；（2）滑坡稳定堆积物在郁江河流不断下切过程中，由于斜坡不断发生的顺层蠕变，滑坡堆积物再次失稳；（3）形成滑坡。具体滑动过程经历阶段分为（图3）：

图3 堡上滑坡形成过程示意图Fig.3 Formation processof Baoshang landslide

第一阶段：郁江的形成及郁江河谷不断被切割阶段。河谷强烈下切过程即斜坡变形破坏的活跃期,保存了相应时期造成的如滑坡、崩塌等类型成因的堆积体[11]。堡上滑坡前缘斜坡在郁江河水的不断下切下，志留系地层被切穿，前缘形成高陡的临空面，在重力作用下，罗惹坪组薄层状泥岩、粉砂质泥岩沿着下部软弱夹层滑移，随着变形的急剧，最终发生了一次大规模的滑坡事件，滑坡物质主要为志留系罗惹坪组破碎后留下的块石、碎石、似基岩块体，滑坡体物质堆积于郁江或近岸地段，之后郁江河流不断下切，使得斜坡前缘不断临空，在河流流水侧蚀作用下不断失稳。

第二阶段:志留系风化残积物堆积阶段。由于郁江的不断下切,使得斜坡下部不断临空,加上志留系岩层中存在的软弱夹层泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩遇水软化，在上覆岩层自身重力作用、卸荷的影响和大气降水作用下，上覆岩层不断往下剥落堆积。剥落的物质不断在斜坡上堆积，造成斜坡自身承载力加大，增加了斜坡失稳性。

第三阶段:形成滑坡阶段。由于斜坡不断接受坡顶剥落物质的堆积，自身重力以及外来物质的加载，给滑坡的形成创造了必要条件，在大气降雨以及人类工程活动切坡开挖因素的影响下，形成现在的滑坡形态。

3 滑坡稳定性现状评价

堡上滑坡体中部450m高程平台上居住大量居民，增加了滑坡的承载力，前缘不断受流水对滑坡体的冲刷，形成渐进式的滑塌，后缘所处位置斜坡坡度较陡，其上大量的松散堆积物堆积，加上近年来在滑坡体上切坡修建公路，对滑坡的稳定性造成了一定的影响，堡上滑坡前缘下游建设的长顺电站，水库蓄水形成对斜坡坡脚的浸泡，进一步加大了滑坡失稳的可能性。由于堡上滑坡基岩岩性为浅灰色薄层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，在库水的浸泡作用、侧蚀作用下易软化，形成局部塌岸现象，另外，风化作用的影响，造成基岩不断风化残积于原地堆积，由于斜坡坡度较陡，风化残积物在原地堆积后形成渐进式剥落、坠落。分析认为，堡上滑坡近年来存在一定程度的变形，滑坡现状处于基本稳定状态。

4 滑坡稳定性计算与分析

4.1 计算参数的确定

地表测绘和勘探结果表明，堡上滑坡的滑带岩性主要为泥岩、页岩，在原生结构面的基础上存在层间剪切，之后在蠕滑过程中易形成以粘土或粉质粘土为主的滑带土，在局部地段因滑体厚度较薄等原因，滑带土中可能存在角砾成分，角砾的总体含量低于20%，滑带土的定名也说明了这一点，同时试验数据中滑带土内聚力较大和内摩擦角较小的趋势也符合这一情况；由于采取原状土较为困难、室内试验存在尺寸效应、故滑坡滑动后存在结构强度再生等原因，室内试验的内摩擦角数值可能偏小。通过钻探等手段在现场采取6组滑带样品进行室内试验分析，滑带土的主要物理力学参数中，天然重度取平均值为20.10 kN／m。含水量取平均值为19.78%，液限取标准值为25.95，塑限取标准值为14.67，天然状态下内聚力取值范围16.43～21.73 kPa，内摩擦角取值范围14.04～17.23，饱和状态下内聚力取值范围12.63～15.72 kPa，内摩擦角取值范围10.64～13.42，滑体土的天然重度取20.10 kN／m，饱和重度取20.60 KN／m。通过与工程地质类比估算和反演分析法相结合取值（表1）。

表1 堡上滑坡稳定性计算主要参数Table 1 The prim e param eter of stability analysisof Baoshang Landslide

4.2 工况组合及计算方法

堡上滑坡属于堆积体土质滑坡、涉水滑坡，稳定性计算涉及的荷载包括：滑坡体自重及地面荷载，降雨入渗形成的地下水动、静水压力，地震荷载等。区内地震烈度为Ⅵ度，在稳定性计算中可以不考虑地震荷载，堡上滑坡的地面荷载相对于滑坡体自重来说可以忽略不计，稳定性计算中未予以考虑，同时稳定性计算中未计滑坡的前端抗力和后端推力。计算采用的荷载组合包括滑体自重、滑体自重加降雨、滑体自重加水库蓄水位的变化3种工况条件。

滑坡稳定性计算采用考虑渗透力的剩余推力法，运用垂直条分的方法将滑坡离散化为若干数量的块体（图3），建立了一种特定类型滑坡体的简化物理模型，校核方法采用考虑渗透力的Sarma法。选择Ⅰ号滑坡A-A′纵剖面作为堡上滑坡的稳定性计算剖面。

4.3 滑坡稳定性计算结果分析

结合计算参数、工况组合和计算方法，计算得出堡上滑坡稳定性系数（表2）。

从滑坡整体稳定性系数计算结果来看，堡上Ⅰ号滑坡在只考虑滑体自重+现状408m水位的条件下，利用剩余推力法计算稳定性系数为1.188，Sarma法计算稳定性系数为1.130,滑坡整体处于基本稳定状态，降雨和库水位的变化导致滑坡稳定性系数出现下降，在自重+395m水位+非汛期10年一遇暴雨情况下，滑坡稳定性系数为1.238，自重+400m水位+非汛期10年一遇暴雨情况下，滑坡稳定性系数为1.216，自重+405m水位+10年一遇暴雨条件下，滑坡稳定性系数为1.190，自重+410m水位+10年一遇暴雨条件下，滑坡稳定性系数为1.152，自重+415m+10年一遇暴雨条件下，滑坡稳定性系数为1.098，这种条件下，滑坡处于基本稳定状态，在库水位从415m降至400m的条件下，滑坡稳定性系数骤降至1.035滑坡处于临界滑动状态，滑坡不稳定。

表2 堡上Ⅱ号滑坡计算工况组合及稳定系数Table2 Theoperating condition combination and stability coefficient calculation of Baoshang No.Ⅱlandslide

图3 堡上Ⅰ号滑坡稳定性计算垂直条分示意图Fig.3 The verticalslicing of longitudinalprofile for stability analysisof Baoshang No.Ⅰlandslide

5 结论

(1)堡上滑坡在自重+408m现状蓄水位的天然状态下,滑坡处于基本稳定状态,在暴雨和库水位变化的情况下，滑坡稳定性系数逐渐降低，当库水位从415m骤降至400m时，滑坡稳定性系数为1.035滑坡将处于临界滑动状态，堡上滑坡将不稳定。

(2)郁江长顺水库库水位变化和降雨尤其是暴雨是堡上滑坡产生变形破坏、形成滑坡的重要影响因素。

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The Formation Mechanism and Stability Analysisof Baoshang Landslide in Yujiang River Valley,Southwestern HubeiProvince

LIYi-yong1,PENG Ke1,ZHAO Xin-wen1,LIU Yang2
(1.Wuhan CentreofChina Geological Survey,Wuhan 430205,China;2.No.117Geological team, Bureau ofGeology andmineral Exploration and DevelopmentofGuizhou Province,Guiyang 550018,China)

The engineering geologic condition of Baoshang landslide is analyzed for reveal the formationmechanism of it,which comes to the conclusion that the rainfall and change of reservoir water level is themost important factor to induce this landslide.According to the fieldinvestigation and exploration work, the vertical slicingmethodis used to calculate the stability of Baoshang landslide,the resultshows that in the situation of self-gravitation at+408meter currentwater level,this landslide is under the state of fundamental stability,which ismatches the conclusion of fieldinvestigation.But under the cases of the storm and the changesof thewater level,the stability coefficientof Baoshang landslide isgradually declining,the landslide w illbe in criticalslipping status in the situation of storm and thewater level change from+415meter to+400 meter,the landslidew illbe unstable.

formationmechanism;stability analysis;Baoshang landslide;southwestern Hubeiprovince

P 642.22

A

1007-3701(2011)01-0069-07

2010-11-08

国家地质大调查项目（编号：1212010740604）

黎义勇（1980—），男，工程师，主要从事环境地质与地质灾害调查研究方面工作,Email:lixiangyu19800616@163.com.