安徽省横痕滑坡形成机理及堆积体稳定性研究

魏海楠　周中海　刘魁玉

[摘要]本文以安徽省横痕滑坡为例对该区滑移-压致拉裂式滑坡的形成机理进行分析研究，并基于变形理论对研究区域进行了二维数值分析和稳定性评价，分析结果表明，该滑坡整体稳定性较好，但在暴雨工况下，稳定性欠佳。

[关键词]滑坡 变形理论 形成机理 边坡稳定性研究

[中图分类号] P642.22 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-37-2

安徽省境内皖南山区受地质灾害影响严重[1]，每年发生地质灾害的次数、所造成的人员伤亡和直接经济损失在全国一直处于前几位，地质灾害已日渐成为影响和制约安徽省社会经济发展的重要因素之一。仅在2004～2009这6年时间内，共发生地质灾害10358起，其中滑坡2328处，崩塌7575处，泥石流370处，地面塌陷85处，共造成直接经济损失122591万元以及69人的人员伤亡。特别是在近年来为了加快皖南地区的交通网络建设过程中，工程开挖在公路沿线诱发了大量的山体滑坡[2]。近年，安徽省在地质灾害防治领域开展了不少的工作，取得了一定的成果，但仍存在着不足。对地质灾害发育形成条件、诱发因素及形成机理的系统总结还尚有待进一步深入。鉴于此，紧密结合安徽省皖南山区滑坡地质灾害防治现实需求，本文就横痕滑坡为例，紧密结合安徽省皖南山区滑坡地质灾害防治现实需求在对皖南山区地质灾害发育特征现场调查基础上，针对滑坡形成条件、诱发因素及其形成机理进行深入分析。

1滑坡概述

1.1滑坡工程地质条件

横痕滑坡地处皖南山区东部，属中低山地貌。滑坡位于溪流左岸河流转弯处，滑坡所在斜坡坡顶高程570m，沟底高程200m，高差370m，斜坡整体上陡缓相间，坡度20～40°，斜坡中上部为一缓坡平台，坡度15～20°，现开垦为耕地。此段溪流呈S型弯曲，宽8～12m，常年有水流，整体流向250°。滑坡源区位于斜坡顶部山梁上，三面临空，其西侧和东侧分别为两条平行深切冲沟，冲沟呈“V”字型，走向330°。滑坡区地质构造活动强烈，构造形迹发育。斜坡对岸公路开挖出露基岩发生明显揉皱，岩体破碎，节理裂隙发育，岩层产状不一。

1.2滑坡体基本特征

滑坡后缘高程530m，前缘剪出口高程350m，主滑方向303°。1996年6月30日在连续暴雨下诱发滑坡，滑体沿主滑方向向前向下运动，在斜坡中部（B点）受山脊阻挡，滑动大部分滑体停留下来，少部分滑体碎屑流的形式沿290°方向冲沟向下滑动，最后滑入坡脚溪流中形成泥石流。主滑体整体呈“锥”型，上宽下窄。滑坡体两侧形成明显的冲沟，且双沟在前缘汇聚。滑体长500m，宽200m，厚15～20m，总体积约200×104m3。滑坡发生后，后缘形成明显的圈椅状地形，滑坡后壁平直高陡。斜坡发生失稳后，滑坡边界条件特征明显，后缘形成明显的圈椅状地貌，两侧为冲沟。

2滑坡变形特征及形成机理研究

2.1滑坡变形特征

横痕滑坡为多日连续暴雨诱发[3]，整个滑体倾泻而下，并伴随巨大声响。滑坡发生后，后缘形成明显的圈椅状地形，后壁平直高陡，两侧壁形成多级错台，且在滑体后缘斜坡上发育多条长大裂缝，原横痕村舍房屋开裂，现已全部拆迁。

2.2滑坡形成机理

通过现场地质调查，横痕滑坡所在山体为顺层边坡，岩层产状N40°E/NW∠33°，基岩岩性为薄层状千枚岩。自然历史过程中，斜坡在内外营力作用下产生滑移，在后缘产生深大拉张裂缝。1996年，在暴雨的作用下，斜坡滑移面贯通，产生滑坡。据此分析，滑坡的形成过程可以分为3个阶段：

（1）岩体卸荷回弹-滑移阶段

在斜坡形成过程中，地壳抬升，河谷下切，为斜坡滑动提供了较好的临空面，伴随沟的下切，斜坡的原有应力平衡遭到破环，发生了应力的重新分布。斜坡应力调整所致的卸荷回弹在坡体一定深度范围内形成陡倾坡外的卸荷裂隙，并促使斜坡岩体沿下伏软弱面向坡前临空方向滑移，产生自下而上发展的拉裂隙并造成陡倾卸荷裂隙的进一步扩展。

（2）潜在滑移面逐渐贯通阶段

随着冲沟下切深度的增大，自下而上的拉裂隙发育程度越来越高，并沿层面方向产生剪切滑移。临空面少部分岩体拉裂解体，产生局部的滑塌，堆积于沟中，使原有的岩体的稳定性降低。雨水等沿裂隙向下渗流，一方面对岩土体产生软化作用，降低岩土体的物理力学性质，另一方面，使得斜坡内产生静水压力与动水压力，增加斜坡下滑力，最终使潜在滑移面逐步贯通。

（3）滑面贯通-破坏阶段

斜坡内部潜在滑面逐渐贯通，发展到累进破坏阶段后，由于受到持续暴雨的作用，滑移体拉裂解体，沿前缘的一组节理面产生切层滑出，滑坡便发生滑动破坏。滑坡发生后由于受到地形的限制，滑体滑移一定距离后受前缘山脊阻挡作用，大部分滑体停留下来。在与山脊的碰撞过程中，滑体解体成块碎石状堆积于沟谷中。

3基于极限平衡理论的滑坡稳定性评价

采用二维有限元对斜坡的稳定性进行分析，并利用Geo-Studio软件中SLOPE/W模块，根据斜坡坡体结构特征、岩土体结构特征及坡体内部应力应变特征推测潜在滑动面（根据工程地质条件指定最可能失稳的潜在滑面），对斜坡在各种不同工况条件下的稳定性进行模拟计算。斜坡稳定性定量评价采用基于刚体极限平衡理论的Morgenstern-Price法、Janbu法、Bishop法、瑞典条分法等四种方法进行计算。由于水对斜坡稳定性起关键作用，因此在稳定性计算之前应耦合进相应工况条件下的地下水渗流场，暴雨工况时按堆积体全部饱和这一最危险条件进行计算分析。通过软件的模拟，分别对所有可能的滑面分天然、暴雨工况条件下进行计算，然后对筛选出的最不利滑面进行分析。

通过表1计算结果显示：

在天然工况条件下，典型剖面各滑面稳定性系数均大于1.15，处于稳定状态。在该工况条件下斜坡整体稳定性较好，稳定性系数分别为1.34，处于稳定状态。

综合以上图表数据分析得出，在天然工况条件下典型剖面整体稳定性较好，没有发生整体失稳的可能。

在暴雨工况下按50年一遇设计、相应降雨量为1.177E-006mm/s。经过连续五日强降雨后斜坡稳定性分析结果如表2所示。

在天然+暴雨工况条件下，典型剖面各滑面稳定性系数呈减小趋势，稳定性降低。降雨96小时斜坡体稳定性逐步降低到到1.087，仍然处于稳定状态，但已经向欠稳定状况发展。降雨120小时斜坡体稳定性进一步降低，降到1.047，已经处于欠稳定状态。以上表明，在暴雨工况条件下，在斜坡前缘不出现局部失稳破坏形成新的临空面的情况下，整个堆积体斜坡的整体稳定性是比较好的，没有发生整体失稳的可能，但是斜坡体中部以上由于降雨影响有失稳的危险。

综合以上图表数据分析得出，在天然+暴雨工况条件下典型剖面整体稳定性有一定程度的降低，发生整体失稳的可能性较低，但局部失稳的风险较大。

4结论

通过现场的地质调查，结合滑坡变形特征及滑坡形成机理分析，可得出以下结论：

（1）横痕滑坡为顺层滑坡，为暴雨诱发形成。基岩岩性为青白口系井潭组千枚岩。滑坡横向宽150～200m，纵向长500m，厚15～20m，总体积约200×104m3。

（2）滑坡边界特征明显，滑坡发生后，后缘形成明显的圈椅状地形，后壁下部发育两级平台，滑体两侧冲沟明显。滑体在运动过程中产生撞击转向。

（3）滑坡的形成过程可分为三个阶段：首先在长期的自然历史过程中岩层卸荷回弹-滑移阶段；随着卸荷回弹-滑移的发展，岩层内产生大量裂缝，为潜在滑移面的形成提供基础条件；最后在暴雨的诱发，潜在滑移面逐步贯通，最终形成滑坡地质灾害。

（4）通过对滑坡典型工程地质剖面图的数值模拟计算可知，该滑坡整体稳定性较好，但在暴雨工况下，稳定性欠佳。

参考文献

[1]王国强，徐威，吴道祥，刘洋，叶朝汉. 安徽省环境地质特征与地质灾害[J]. 岩石力学与工程学报，2004，01：164-169.

[2]孙健，陶慧，杨世伟，耿夏莲，魏永霞. 皖南山区地质灾害发育规律与防治对策[J]. 水文地质工程地质，2011，05：98-101.

[3]周创兵，李典庆. 暴雨诱发滑坡致灾机理与减灾方法研究进展[J]. 地球科学进展，2009，05：477-487.