皖南山区某典型碎石土滑坡变形特征及稳定性

徐静，周毅

（1成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059；2.陕西煤田地质化验测试有限公司，西安 710054；3.机械工业勘察设计研究院，西安 710043）

皖南山区地形地貌单元丰富多样，地质构造条件复杂，是安徽省滑坡地质灾害易发、多发、频发区域。随着国家对地质灾害防治力度不断加大，安徽省政府对皖南山区滑坡防治给予了充分的关注与重视［1－5]。在安徽省国土资源厅大力支持下，获取截至2010年汛前皖南山区16个县的有效滑坡信息1 303条，据统计：碎石土滑坡占滑坡总数的60%，古滑坡堆积体的局部或整体复活滑动约占滑坡总数的8%，岩质滑坡约占滑坡总数的32%［6]。结合统计资料及现场踏勘调查发现，碎石土滑坡数目最多且与人类工程建设关系密切，对居民生产生活威胁最大，有必要对该类滑坡开展研究。目前安徽省地质灾害研究成果多为区域性规律和宏观的把握，未见针对皖南山区碎石土滑坡的细类研究［7－10]；研究区碎石土滑坡“点多、面广”，不能大范围安装有效的监测设备，故有必要选取典型碎石土边坡，监测坡体变形情况，分析坡体稳定性，既为当地政府部门提供地质灾害防治依据，又为皖南山区碎石土类滑坡研究积累经验。

1 工程概况

合丰外东山滑坡位于黄山市歙县金川乡东南外东山合丰村，滑坡威胁158户居民、502人，合计财产约600万。该地区与浙江接壤，有乡村公路通过，交通较便利，当地山核桃、茶叶等经济作物丰富，居民赖以生存，搬迁难度大，急需有效的防治措施。

合丰外东山滑坡位于整个斜坡的中后缘，现有局部滑动两处，总滑动区域长约250 m，宽约185 m，该区N W侧以冲沟为界，SE侧以季节性流水冲沟为界。滑坡所在斜坡整体坡向244°，1996年6月暴雨引发小滑坡，形成小规模的槽状地貌，小滑坡长约150 m，宽约40 m，通过钻孔勘查揭露，滑坡堆积体厚度在5～13 m，平均厚度10 m，体积约6×104m3，属于小型堆积体滑坡。2011年6月19日，在雨水影响下合丰村公路边坡堆积体发生垮塌，整体坡高12 m，延伸长度100 m，滑坡体体积4 000 m3，造成当地公路阻塞，房屋部分损毁；同时在合丰滑坡N W近冲沟侧堆积体产生多条与蠕滑方向垂直的拉张裂缝，截至调查结束，坡上裂缝未贯通。几处破坏迹象及钻孔位置如图1。

2 地质环境条件

2.1 地形地貌

研究区地处皖南山区属于浅切割低山地貌单元，除中西部地区约200 k m2范围为平原或丘陵平原外，余皆为中、低山地［11]。境内山峦起伏，河流深切，多处有1 000 m以上的山峰，普遍存在滑坡产生形成的高位势能及临空面，为滑坡的形成、产生孕育了动力条件和空间条件。

图1 典型碎石土滑坡边界勘查及监测布置平面图Fig.1 Investigation and monitoring layout of the landslide boundaries

合丰滑坡所在斜坡呈典型的陡－缓－陡地形形态，以公路为界，斜坡前缘较陡，坡度一般25°～35°；公路以上，到斜坡中后缘合丰滑坡位置为一较缓，坡度一般在11°左右；斜坡后缘地形坡度变陡，直到岩质陡崖崖脚附近，坡度一般25°～35°，后缘岩质陡崖倾角60°～70°不等，局部近直立。斜坡前缘高程510 m左右，后缘分水岭处山脊高程约845 m，高差约335 m，整个斜坡纵坡向长约700 m，呈典型的陡－缓－陡形态；横向宽约300 m，横向上斜坡地形起伏不大。

2.2 地层岩性及地质构造

通过钻孔勘探及现场踏勘确定，研究区基岩为震旦系中统蓝田组－皮园村组（Z2l－p）岩体，为黑褐色、灰黑色、灰绿色薄－厚层状的硅质岩及硅质灰岩地层，局部零星含有条带状的石英脉。堆积体主要为第四系崩坡积物：黄褐色粉土、粉质粘土夹块碎石构成，半胶结；块碎石均呈棱角状，粒径较小，一般1～20 cm不等，无磨圆，杂乱堆积，岩性为强风化硅质岩。

研究区地质构造作用强烈，新老地层交替出现，NN W向的背斜核部从斜坡中后缘穿过，合丰地区整体处在背斜构造的SW翼，SW翼代表产状：N20°W／SW∠30°，受区域构造影响，区内挤压带（面）、节理裂隙及小型褶皱密集发育。

2.3 水文地质条件

研究区气候湿润、雨水丰富，地表径流强烈，各类岩组裂隙发育，地下水富集条件良好。地表水主要以大气降雨补给为主，径流排泄主要以坡面流形式为主，入渗部分以孔隙水或基岩裂隙水等形式排泄。孔隙水主要赋存于第四系松散堆积物中，丰雨期滑坡前缘近冲沟侧堆积体内有成股的水流出；受构造作用和风化变质作用强烈，岩体中结构面十分发育，为裂隙水提供良好赋存条件。

3 坡体结构特征

经钻孔勘查确定，滑体厚度2～10 m，合丰滑坡属于松散堆积体浅表层沿基覆接触带滑动，在小山脊及冲沟处均有基岩出露。

（1）滑体特征：通过纵剖面、横剖面（图2、图3）综合分析发现，1996年形成滑坡处和2011年产生裂缝区域堆积体厚度相对较大，最大厚度约15 m。钻孔取芯物质主要由灰黄色、黄褐色的粉质粘土夹灰块碎石组成。块碎石粒径较小，一般1～5 cm，岩性为灰褐色、灰黑色硅质岩，同出露风化基岩岩性一致。在孔深4～7 m范围，灰黑色块碎石含量较坡表减少。斜坡中下部堆积体厚度较上部大，斜坡上部残坡积强风化岩体厚度50～60 cm。

（2）滑带特征：滑带土分布在钻孔5.6～9.6 m深度，在强风化基岩上部，主要土性为白色粉土、粉质粘土，细腻、湿润可塑－软塑，手搓有滑腻感，多夹有白色砂粒，为含钙质较高的硅质岩风化变质成类似于石膏状产物，部分与黄褐色粉土混杂（图4）。在1996年已滑坡体钻孔滑带土分布较连续，在2011年变形斜坡的钻孔中，多为白色粉土与黄褐色粉质粘土混杂土体。

图2 滑坡1－1′实测工程地质剖面图Fig.2 Measured engineering geological profile of Landslide 1－1′

图3 滑坡3－3′实测工程地质剖面图Fig.3 Measured engineering geological profile of Landslide 3－3′

图4 钻孔取芯Fig.4 Coring

（3）滑床特征：滑床基岩主要为震旦系中统皮园村组（Z2l－p）硅质岩偶夹钙质条带，通过现场地质调查发现，滑坡所在斜坡上覆于背斜SW翼，堆积体坡角一般7°～40°，背斜SW翼出露岩层产状一般：N17°～40°W／SW∠19°～45°。从钻孔取出弱风化岩心为灰白色、青灰色硅质岩，岩心沿层面产生的断面法线与岩心中轴线交角26°～30°，与背斜SW产状吻合，岩心多见钙质充填的节理裂隙，充填宽度1～2 mm。

4 变形特征监测分析

为了及时获取合丰外东山滑坡的稳定性相关信息，选用北京微玛特公司的SMARTDATA系列监测仪器，主要包括深部位移监测、一体化地下水自动监测及一体化自动降雨监测。

监测仪器自2011年8月安装调试完毕，自监测方案实施半年以来，坡体的总体位移较小。位移监测由上到下有3处倾斜测点，以钻孔ZK6为例，测斜仪分别安置在距离地表0.8 m、4.2 m、7.9 m处（图5），测斜仪能测得X、Y垂直坐标下两个方向，将X轴向安装固定与主滑方向一致记为A方向，处理数据时，向下滑动为正，将3个深度测得数据叠加后得到该测点垂直与主滑方向总位移量。Y轴方向设置为垂直于主滑方向的侧向位移量测记为B方向，将3个深度测得数据叠加后为该测点侧向总位移量。垂直滑坡主滑向位移量约为20 mm，位移变化呈波状，未出现较大的位移突变，但滑坡体不同深度位移存在一定程度的差异，位于坡体中部4.2 m处位移监测显示，位移量不到10 mm，浅表层0.8 m深处位移量可达30 mm，结合钻孔揭露的滑坡堆积厚度来看，在堆积体较厚的部位位移较大且坡体浅表层滑动可能性大。

图5 zk6深部位移监测曲线Fig.5 Monitoring curve of deep displacement at zk6

将雨量数据以相同时间叠加到位移图上，明显发现位移波动受降雨量影响，并呈良好的相关性和滞后性，往往在降雨后3 d左右引起位移波动。

5 降雨作用下变形特征分析

降雨是碎石土滑坡主要的诱发因素，在监测数据分析的基础上，选取1－1′剖面，采用 Geost udio2007软件的sig ma、slope和seep模块，耦合降雨条件分析坡体在天然情况以及暴雨作用下的变形特征。降雨边界条件，每天降雨4 h，每小时雨量与物理模拟实验相同保持36 mm／h，即每日降雨量144 mm，与皖南山区大暴雨情况降雨量吻合。经过持续5 d降雨，坡体由最初的稳定性系数1.132降低至1.085，对应产生位移由最初的12 mm变为65 mm（表1），其中第三天位移值33 mm与监测数据接近，表明目前斜坡处于基本稳定状态。在雨季，当位移数据发生陡增突变时应采取适当的避让措施。

表1 降雨作用下稳定性变化Table 1 Stability variation under rainfall

以M－P法计算稳定性系数随降雨天数关系曲线为：

x方向位移－降雨时间关系曲线为：

y方向位移随降雨时间变化关系曲线为：

根据规范［12]中稳定性系数Fs划分值带入（1）式求得降雨天数x，将x带入（2）、（3）式求得不同稳定性系数时的位移值（表2）。

表2 滑坡稳定状态划分Table 2 Divisions of landslide stability states

通过数值模拟结果计算分析表明：降雨作用是影响合丰外东山滑坡的主要因素，当累积雨量小于518 mm、位移监测值小于48 mm时，坡体处于基本稳定状态；当累积雨量在518～633 mm时，滑坡可能产生位移48～77 mm，稳定性系数在1～1.05之间，滑坡进入欠稳定状态，应向当地政府部门提出防灾建议，适当加密变形观测。当累积雨量大于633 mm，监测坡体位移值大于77 mm范围且有连续降雨天气，应向防灾部门发出预警，组织居民做好防灾避让准备，持续观测坡体变形，如变形持续增大，适当采取“砍头压脚”等紧急支护措施；如变形产生陡增突变，应及时组织居民转移。

6 结论

（1）皖南山区碎石土滑坡众多，在兼顾科研与地方政府防灾工作需要的前提下，将变形迹象明显、搬迁难度高、威胁居民多的合丰外东山滑坡定为典型碎石土滑坡。

（2）合丰外东山滑坡为碎石土沿基岩－覆盖层接触带滑动浅表层滑坡，滑体厚度在2～10 m，滑带土特征明显，为含钙质较高的硅质岩风化变质成类似于石膏状产物；滑面倾角与滑床基岩层面一致在26°～30°之间。

（3）1996年已滑动堆积体现处于稳定状态，垂直滑坡主滑向位移量约为20 mm，位移变化呈波状，未出现较大的位移突变，但滑坡体不同深度位移存在一定程度的差异，位于坡体中部4.2 m处位移监测显示，位移量不到10 mm，浅表层0.8 m深处位移量可达30 mm，坡体可能再次发生浅表层滑动。在位移监测数据陡增突变时应引起政府决策部门的重视，通知居民采取适当避让措施。

（4）通过数值模拟分析，在每天降雨144 mm的条件下，降雨3 d产生位移33 mm与监测位移数值吻合，稳定性系数为1.085，滑坡处于基本稳定状态。当累积雨量大于633 mm，监测位移77 mm，稳定性系数小于1，滑坡进入不稳定状态，加之遇到连续降雨天气时应向防灾减灾部门发出预警，组织居民做好防灾避让准备。

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