皖南山区典型顺层滑坡形成机制研究

黄健敏，潘国林，罗云丰

（1 安徽省公益性地质调查管理中心， 安徽合肥 230001； 2 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，四川成都 610059）

皖南山区典型顺层滑坡形成机制研究

黄健敏1，潘国林1，罗云丰2

（1 安徽省公益性地质调查管理中心， 安徽合肥 230001； 2 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，四川成都 610059）

∶皖南山区鸟雀坪滑坡是典型的顺层岩质滑坡，其变形破坏模式为滑移-弯曲，变形破坏过程可分为以下三个阶段：斜坡初始形成，表面卸荷回弹阶段、上部岩体滑移，下部岩体隆起弯曲阶段、滑面贯通—滑坡整体失稳破坏阶段。滑坡形成沿河长200m，纵向长700m，体积约200×104m3的滑坡堆积体，堵塞大源河并强迫河流发生改道。关键词：顺层滑坡；形成机制；鸟雀坪滑坡；皖南山区

0 引言

顺层斜坡是指岩层走向和倾向与边坡走向和倾向一致的边坡［1］。顺层滑坡的形成机制主要包括滑移-拉裂、滑移-压致拉裂和滑移-弯曲。滑移-拉裂主要发生在岩层倾角小于坡角的顺层斜坡中，其变形特征主要为下伏软弱面向坡前临空方向滑移，使滑坡体拉裂解体；滑移-压致拉裂主要发生在岩层平缓的顺层斜坡中，其变形特征主要为坡体沿下部软弱面蠕变后，压致拉裂自下而上扩展并形成贯通的滑移面；滑移-弯曲主要发育在岩层倾角大于或等于斜坡坡角的陡倾顺层斜坡中，其变形特征为上部滑移，下部弯曲、隆起最后失稳［1］。雅砻江霸王山滑坡、意大利瓦伊昂水库滑坡等都是由滑移-弯曲导致斜坡失稳的典型实例［2］。L.G.Bellon，R.Stefani［3］，Silvia Bosa，Marco Petti（2011）［4］对瓦伊昂滑坡破坏影响方面进行了研究。通过对瓦伊昂滑坡产生的涌浪，建立了水平双向三维有限体数学模型。日本［5］的大尺度试验分析了坡高和摩擦等对滑动的影响。

冯君等［6］利用三维数值模拟技术对顺层岩质边坡开挖破坏过程进行模拟，模拟结果认为边坡开挖后，边坡最大位移出现在临空面附近，且在坡脚附近出现位移集中，坡体可能沿此处发生整体牵引式顺层滑移破坏；宋勇等［7］通过弹性板理论和能量分析方法对顺层岩质边坡的失稳作出了分析。任光明等［8］经研究认为陡倾顺层岩质斜坡也可产生倾倒变形，且该类变形多发育在软硬相间、力学性质相差较大的互层状陡倾岩体中，岩层倾角一般在60°以上的高陡斜坡中。

一般情况下陡倾顺层斜坡稳定性较好，但在存在层间软弱结构面的情况下，岩层可能沿弱面产生滑移弯曲变形，并最终形成较大规模的变形体或滑坡［9］。魏玉峰等［10］对甘肃文县的何家滑坡研究认为深部厚层软弱岩带的位置及强度条件以及一定的临空条件是厚层状坚硬岩顺层斜坡发生滑移-弯曲模式变形破坏的根本原因；朱玉平等［11］对黄河上游李家峡谷II号滑坡研究认为影响顺倾岩层滑移弯曲边坡影响因素由大到小依次为岩层单层厚度、滑移面的力学性质、岩层倾角和弹性模量。

皖南山区鸟雀坪滑坡属于典型的顺层岩质古滑坡，位于歙县岔口镇周家村，滑坡高程462～780m之间，表现为坡度30°～55°的斜坡地形，呈典型的“陡-缓-陡”地形特征：后缘主要为50°左右陡坡，中部为平均坡度15°的缓坡；前缘为40°～45°斜坡，滑坡体积约为200×104m3，属大型滑坡，见图1。本文以鸟雀坪滑坡为例，研究了滑坡的形成机制，分析了滑坡稳定性。

1 滑坡工程地质条件

研究区位于皖南山区的东部，属高起伏中山地貌类型［12］。属于扬子陆块东南部，地质构造复杂多样，经历了皖南、印支和燕山多期次的构造活动，致使断裂构造发育［13］。滑坡区地层为震旦系上统雷公坞组（Z3l）灰绿、暗绿色千枚状凝灰质砂岩、含砾粉砂质千枚岩，千枚岩风化强烈，形成层间软弱结构面。

图1 鸟雀坪滑坡全貌图Fig.1 Close-up view of the Niaoqueping landslide

图2 滑坡工程地质平面图Fig 2 Engineering geological plan of the landslide

图3 鸟雀坪滑坡典型工程地质剖面Fig.3 Typical engineering geological plan of the Niaoqueping landslide

鸟雀坪滑坡位于大源河左岸，滑坡发育三级堆积平台，坡度较陡的地方主要为一、二级平台之间坡体以及三级平台以下坡体，见图2、图3。滑坡发生后，滑坡体阻塞河流，致使河流改道，见图2。

滑坡后缘出露基岩，为陡倾顺层的灰黄-灰绿色中厚层中风化千枚岩，层面产状为N30°E/ NW∠58°。后缘表现为顺层发育的陡壁，高度70m，节理裂隙发育。层间发育张裂缝，张开宽度5～10cm，层间间距30～50cm，表面平直光滑。岩体中主要发育三组结构面，见表1、图4。

表1 鸟雀坪滑坡基岩结构面统计表Table1 Statistics of bedrock structure plane of the Niaoqueping landslide

滑坡一至二级平台之间坡度40°～45°，地表为细至巨型块碎石堆积，块碎石粒径1～200cm不等，堆积体结构松散，架空现象明显，表面植被发育一般，碎石多为滑坡后壁岩体滑塌形成。

滑坡前缘坡度较陡，坡度约50°，主要为碎石土，土石比2∶8，偶见巨型孤石。前缘变形剧烈，坡度较陡，与三级平台一起，组合成向临空面突出的地形。冲沟内可见岩体由于重力变形产生的揉屈岩体。

图4 鸟雀坪滑坡基岩结构面赤平投影图（上半球投影）Fig.4 Stereogram of bedrock structure plane of the Niaoqueping landslide

滑坡的变形主要发生在上部较陡处和下部隆起处，上部较陡处可见大量浅表层滑动，局部有地下水渗出，发育一些冲沟。下部隆起处坡面附近生长有大量的马刀树，弯曲方向为主滑方向。

2 滑坡形成机制分析

鸟雀坪滑坡形成前自然斜坡为中倾角顺层岩质斜坡，岩性为千枚质砂岩夹千枚岩。由于滑坡区构造活动强烈，褶皱形成过程中层间错动可能形成层间软弱结构面，为斜坡的顺层滑移提供基础。岩层倾角为58°大于自然斜坡坡角，斜坡具备产生滑移-弯曲变形的条件［1，14］。鸟雀坪滑坡的形成是在漫长的地质历史过程中，在降雨、地震等多种因素作用下，经历长期的变形过程，产生贯通的滑动面形成的大型滑坡，其形成过程可以概括为以下三个阶段：

（1）成坡阶段，岩体产生卸荷回弹（图5-a）

斜坡成坡阶段，由于河流的快速下切，岩体产生卸荷回弹。卸荷作用引起坡面一定范围内应力重分布［15］，产生与临空面近平行的陡倾卸荷裂隙。

（2）上部坡体滑移，下部岩层弯曲（图5-b）

上部坡体沿层间软弱结构面产生顺层滑移，后缘形成拉裂缝。由于滑移面未临空，在上部滑体作用下，底部千枚岩产生塑性弯曲变形，导致下部岩体破碎，地表隆起。这种滑移-弯曲变形的形成具有时效变形的特点，其形成往往经历漫长的地质历史过程。

（3）下部滑面贯通，滑坡形成（图5-c）

滑移-弯曲变形体形成后，由于岩体破碎，降雨作用下地下水入渗至滑移面附近导致其物理力学性能进一步降低［16］。上部坡体的滑移将导致下部弯曲段破碎岩体内部形成贯通的剪切滑动面［17］。上部软弱结构面与下部的剪切滑动面贯通后［18］，在暴雨作用下，变形体整体下滑，阻塞了大源河。

图5 滑坡形成过程示意图Fig.5 Formation process of the landslide

表2 鸟雀坪滑坡堆积体岩土体参数综合取值表Table 2 Rock and soil mass integrative parameters taken for the Niaoqueping landslide

表3 滑带抗剪强度参数综合取值表Table 3 Anti-shearing strength integrative parameters taken

可见，鸟雀坪滑坡上部滑面较陡（约58°），下部滑面较缓（10°～20°）。滑坡前缘堆积体厚度较大，约50m，上部堆积体厚度较小，约1～5m。推测滑坡堵河后溃坝，在长期冲刷作用下形成现今前缘地貌形态。由于前缘滑面较缓且堆积体厚度较大，对滑坡的长期整体稳定性有利［19］。

3 鸟雀坪滑坡稳定性研究

堆积体的稳定性评价多采用有限元方法与极限平衡法相结合［20］，一般首先根据地质调查和工程地质勘察结果，建立滑坡工程地质模型［21］，采用有限元方法模拟滑坡体内部的应力及变形特征，确定可能的潜在滑面；然后利用极限平衡法计算滑坡稳定性系数［22］。本文采用Geo-Studio软件模拟滑坡应力状态及其变形情况，分析斜坡可能出现的变形或破坏特征［23］，采用极限平衡法进行稳定性评价。

3.1 有限元模拟

典型剖面位于堆积体中轴线，坡度在15°～45°之间，见图2。综合考虑滑坡工程地质条件，假定斜坡岩土体应力、应变之间的本构关系为弹塑性，岩土体的破坏服从摩尔-库仑准则［24］。计算模型共划分为三层：第一层为浅表层碎石堆积体；第二层为滑坡堆积体；第三层为下伏基岩，主要为千枚岩。有限元单元的划分以三节点，三角形单元为主，共划分3491个节点，6210个单元。根据工程地质类比及《工程地质手册》［25］，综合取值，得出岩土体及滑带参数如表2、表3。

模拟结果表明，斜坡上部和下部平台后缘浅表层分布拉应力，对斜坡稳定性不利，见图6。塑性区主要出现堆积体中上部，形成了贯通的滑面，有局部失稳的可能。

图6 鸟雀坪滑坡数字模拟结果Fig.6 Digital simulation of the Niaoqueping landslide

塑性区出现的区域与现场调查发现的滑坡中后缘树林向主滑方向变形的区域一致。在暴雨及其地震等极端工况条件下，滑坡中上部可能产生整体变形。

3.2 稳定性评价

根据数值模拟结果及现场调查情况，确定了两条潜在滑动面，控制滑坡整体稳定性的滑面I和中上部滑面II。采用传递系数法［26］分别研究天然状况和暴雨工况下的滑坡稳定性状况，结果表明，滑坡整体稳定性较好，但在暴雨条件下滑坡中上部稳定性较差［27］。但滑坡中上部的变形可能引起下部坡体的变形，平台上房屋的裂缝和前缘局部破坏也说明这一论点（图7、表4）。

图7 鸟雀坪滑坡计算剖面图Fig.7 Rated section of the Niaoqueping landslide

4 结论与建议

鸟雀坪滑坡是皖南山区发育于中陡倾顺层岩质斜坡中的古滑坡，体积200×104m3，是典型的滑移-弯曲变形发展形成的滑坡。滑坡发育于千枚岩中，千枚岩岩质软在构造作用下易产生层间错动形成层间软弱夹层，对斜坡稳定性不利。鸟雀坪滑坡是在漫长的地质历史过程中，多种因素作用下，由斜坡的时效变形逐渐发展形成的大型滑坡。滑坡的形成具有从上向下发展的特点，上部坡体沿软弱结构面形成贯通的滑面向下滑移，在下部弯曲破碎部位产生贯通的剪切滑动面。这种滑坡的滑面形态一般具有上陡下缓的特点，滑坡体的整体稳定性一般较好，在山区可形成大型古滑坡堆积体。但在强降雨或人类活动下也可能产生复活，由于滑面上部较陡，整体复活多从中上部启动向下部发展。这类滑坡的防治应重点控制滑坡中上部的变形，同时注意前缘陡坡部位的防护，并采取系统的排水方案排出坡体内部地下水。

表4 鸟雀坪滑坡稳定性计算结果表Table.4 Calculation results of stability of the Niaoqueping landslide

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STUDY ON FORMATION MECHANISM OF TYPICAL BEDDING LANDSLIDE IN THE MOUNTAINOUS AREA OF SOUTH ANHUI

HUANG Jian-min1， PAN Guo-lin1， LUO Yun-feng2
（1. Public Geological Survey Management Center of Anhui Province， Hefei， Anhui 230001， China； 2. State Key Lab of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059， China）

∶ The Niaoqueping landslide is a typical bedding rocky landslide in the South Anhui mountainous area，whose deformational destruction is in a mode of sliding-bending and in a process divided into three stages as initial slope formation， surface unloading rebound， overlying rockmass movement， underlying rockmass uplift and bending， sliding face overall taking form and landslide mass instability and destruction. The landslide formed 200m along river， and 700m in lengthwise direction， and about a accumulation body of 200×104m3， jammed the Dayuan River and rechanneled it.

∶ bedding landslide； Niaoqueping landslide； South Anhui mountainous area； formation mechanism

P642.22

A

2015-12-21

黄健敏（1974-），女，浙江浦江人，高级工程师，博士，主要从事环境地质和地下水管理、研究工作。

1005-6157（2016）02-0127-5