桂东南容县平梨滑坡的成因机制及稳定性评价

黄希明， 江思义， 李海良

(广西壮族自治区地质环境监测总站，广西 南宁 530029)

0 引言

我国地质灾害频发，其中滑坡每年均造成大量人员伤亡与财产损失[1]。滑坡的发生受暴雨影响显著，其甚至成为诱发滑坡的最主要因素[2]，主要是由于降雨引起滑坡体内孔隙水压力升高、岩土体有效应力减低[3-4]。

关于滑坡失稳机理、稳定性分析方法，国内外学者开展了大量的研究。殷跃平等[5]研究了库区水位变化及降雨对千将坪特大型滑坡稳定性变化特征，并指出了滑坡的形成机理。罗先启等[6]根据诱发黄腊石滑坡的典型降雨过程给出了设计降雨过程和入渗曲线，分析了降雨条件下滑坡的非饱和非稳定渗流，研究了黄腊石滑坡群失稳后所造成的灾害及滑坡排水效果评价。殷跃平等[7]以四川省丹巴县城古滑坡为案例，因开挖未合理支护而形成的二次滑坡，通过强度折减法分析了边坡的稳定性，并提出了施加预应力锚固结构治理滑坡的方案。周建[8]采用自主研发的可视化试验装置，参照某泥石流现场试验进行了离心机模型试验，指出滑坡型泥石流形成的原因是坡体中细颗粒随孔隙水迁移，引起孔隙水压力升高并形成底部渗流，造成坡体发生抗剪强度破坏。李向红[9]对造成2011年5月9日广西桂林咸水乡山体滑坡的暴雨成因进行了分析，结果表明，滑坡是由于暴雨因素诱发的地质灾害，短时强暴雨是造成山体滑坡的直接原因。郑颖人[10]、刘红帅[11]等在传统极限平衡法基础上，提出了有限元强度折减法运用于边坡稳定性分析，研究表明具有良好的适用性。

本文依托容县平梨滑坡为案例，通过规范理论分析和有限元强度折减法分析了砾岩高边坡的稳定性。在此基础上，考虑滑坡变形演化过程，以期为指导工程实践提供依据。

1 滑坡区地质背景

1.1 地形地貌

容县地处广西东南部，玉林市最东部，北流江(容县称之为绣江)中游。灾害点位于容县石寨镇下烟村平梨组，地理坐标为X：2519847；Y：19459708(东经110°36′28″北纬22°46′34″)，滑坡交通条件相对较好，滑坡离主要公路约1 km，离容县县城约13 km。目前滑坡西侧平台上居住有平梨组23户居民，常住人口约120人。

区域上，滑坡处于容县红层盆地南东边缘，属低丘盆地地貌区，区域上山体标高一般100～250 m，切深一般50～200 m，地势较缓，坡角10°～30°，山顶浑圆，似馒头状，沟谷宽阔多呈“U”型。在地貌上为盆地地形，盆地内又由丘陵组成。

滑坡所在山丘丘顶标高150 m，山坡自然坡度约25°，斜坡西侧沟谷剖面形态呈“U”型，沟底标高约75 m，山顶与沟底高差80 m。滑坡所处斜坡微地貌上地形呈较为明显的三级斜坡状，其中一级斜坡高约7 m，斜坡东侧为宽20～25 m的平台，二级斜坡高4～5 m，下侧为人工开挖的平台，三级斜坡高约50 m。斜坡表层植被发育中等，坡面多松树及杂草，植被覆盖率约70%。滑坡区出露的主要地层岩性表层为第四系全新统残坡积、滑坡堆积形成的黏土，中部为厚约20余米的第三纪邕宁群半成岩状红色砂砾岩，下伏红色的砂砾岩。滑坡前缘(标高85.5～86.5 m)为一宽度为25～35 m的宽阔平台，平台上为平梨组居民建筑。经访问，20世纪60年代初在修建民房前此处为一阶梯状平台，修建民房时小规模开挖、填方形成现有的平台地形；在民房后侧因修建房屋的需要开挖了大量边坡，边坡高度一般为1.5～2 m，坡度近直立。斜坡地貌景观见图1。

图1 滑坡全貌照片

1.2 地层岩性

经野外调查，平梨滑坡所处地层岩性单一，上部为第三系邕宁群半成岩状(Ey)砾岩；下伏完整的厚层状微风化状砾岩，岩层产状140°～170°∠12°～15°，节理裂隙发育，完整的砾岩仅在滑坡前侧水田附近局部可见出露；滑坡所处斜坡脚处可见胶结较差、风化强烈的红色、砖红色半成岩状砾岩层，未见微风化状砾岩出露。斜坡表层为第四系全新统残坡积层，岩性为棕黄、黄褐色花斑状的黏土，含有风化极其剧烈的碎石和角砾，含量约占10%，砾径多在1～3 cm之间，成分以砂岩和粉砂岩为主，土体结构松散，黏性土多呈可塑状～硬塑状。

经工程地质测绘和钻探揭露，勘查区地层岩性主要由第四系滑坡堆积(Q4del)、残坡积(Q4el+dl)黏土层、第三系邕宁群(Ey)全风化～微风化状砾岩层。

2 滑坡发育基本特征

平梨滑坡发育于居民区背后斜坡上，平梨滑坡整体呈半圆状。滑坡区地形整体坡度约20°，主滑方向220°。平梨滑坡分级滑动迹象较为明显，滑坡总体呈两级滑动。

平梨滑坡沿深层滑动面(沿Ⅱ级滑带)滑动的剪出口位于居民区背后，高程为85～86 m，现状变形特征为发育带状滑塌及挡墙变形和破坏；滑坡后缘位于高程110～116 m处，以滑坡滑动形成的贯通性裂缝和下错陡坎为界，前后缘高差30 m左右；左侧以后缘裂缝延伸终止处和陡坎为界；右侧以后缘裂缝延伸终止处和植被变形特征来判断。滑坡总体宽约70 m，长约70 m，平均厚度约4 m，体积约为20 000 m3。

平梨滑坡区Ⅰ级滑坡(①#滑坡区)位于平梨滑坡的中上部(二级平台以上，高程93.6～95 m)，此区为强变形区，该滑坡于1994年暴雨期间发生变形，并在2002年8月发生大规模滑动，并形成错落陡坎和后缘，①#滑坡区滑坡后缘位于后侧错落陡坎处，剪出口位置位于二级平台上的村道附近，剪出口附近的主要特征为小垮塌。该滑坡平均厚度约为2 m，宽约60 m，长约50 m，滑体体积约为4 500 m3。滑坡分级滑动各滑带位置具体见滑坡工程平面图(如图2)。

2.1 形态特征

根据调查，目前平梨滑坡地表变形特征主要表现为：前缘形成垮塌带，滑坡体中、前部表层出现多条横、纵向拉张裂缝及错落小坎，后缘形成贯通性的拉张裂缝和滑壁。

平梨滑坡后缘特征：①该滑坡后缘由一系列的下陷平台和拉裂缝组成，下陷平台宽度2～3 m，地表坡度10°～15°，下陷平台上植被倾倒严重。②主断壁和拉张裂缝较发育，地表上多表现为一系列残存的坡度在60°～70°的小陡坎，陡坎一般高在0.8～1.5 m，大部分保留断壁特征，局部因地表雨水冲刷和耕作而不明显。③沿后缘有一条长约100 m的滑坡陡坎，坎高0.5～1.5 m，该拉张裂缝由滑坡逐年滑动拉裂而成，形成时间较长，且多发生在雨季，大部分已被雨水冲刷物所充填，充填物主要为表层浅褐色的耕表土。④浅层滑坡滑动后缘滑壁形成临空面，在强降雨等不利条件下临空面表层土体发生小规模垮塌，形成逐年向后缘发展现象。

图2 滑坡工程地质平面图

平梨滑坡前缘特征：①2010年6月连续暴雨期间，滑坡前缘形成长约65 m的滑塌带，目前的破坏模式主要为浅层垮塌，且2010年暴雨期间在坡脚处形成泉点。②前缘伴随的主要地物破坏现象为挡墙垮塌和变形，斜坡上的民房也有沉降破坏现象。③滑坡前侧砖房未见变形破坏现象，地表也无明显的隆起等现象，故可判断滑坡剪出口位置应位于民房后侧。具体描述如下：

剪出口北西侧部分形成的带状垮塌长约37 m，该段形成于2010年6月强降雨期间，垮塌带高约3 m，斜长4 m，后缘陡坎下挫0.5～1 m(见图3)。经访问， 2010年6月强降雨期间在坡脚处有一处集中渗水点；2011年7月降雨期间未见泉点；该段部分简易挡墙发生垮塌(见图4)。

剪出口南东侧部分主要变形特征为挡墙变形；部分挡墙上侧土体发生了“越顶”现象。挡墙中部产生15 cm左右的鼓胀，中间段发生明显下沉，下沉量达15 cm，墙体裂缝宽度为5～10 cm。挡墙后侧斜坡表层目前有明显的拉张裂缝，裂缝最宽达到15 cm，呈近垂直向发育，延伸入全风化层。由于表层土充填，探槽揭露裂缝延伸方向和滑带都不甚清晰。二级平台上的便道在强降雨期间也发生了下沉。

图3 后缘滑壁

图4 挡墙垮塌

2.2 滑带物质组成与结构特征

据钻探、槽探及地面调绘可知，平梨滑坡体的物质组成以黏土和全风化状半成岩状砾岩为主，空间分布上各土层呈层状分布，土性变化不大。滑体物质分述如下：

黏土：棕黄色，稍湿，硬塑～可塑，手捻有轻微砂感，含少量强风化～全风化状砂岩和粉砂岩角砾和碎石；黏土层厚为1.0～2.3 m；该层表层0.2～0.6 m含有较多的植物根系和有机物，多呈浅褐色。

全风化状砾岩：岩石整体风化呈土状，黏性较强。呈棕黄色，风化呈花斑状，泥质胶结为主，无明显的层理构造。砾岩胶结物多风化为黏土状；岩屑风化严重，多为风化剧烈的砂岩和粉砂岩，夹有石英碎屑，铁质锈染现象严重。

2.3 滑带与滑床特征

根据勘探资料，Ⅰ级滑坡滑带土在ZK3-1钻孔1.55～1.90 m、ZK3-2钻孔1.7～2.0 m、ZK2-1钻孔1.3～1.5 m范围内有揭露。浅层滑带物质为黏土，呈浅黄色，潮湿，局部高岭土化，现场判断主要呈可塑状，质软，手捻滑腻感较强(见图5)。

图5 ZK3-2中揭示滑带土

Ⅱ级滑坡滑带土在ZK2-3钻孔2.8～3.2 m、ZK3-1钻孔2.8～3.0 m、ZK3-2钻孔3.2～3.4 m范围内有揭露。全风化状砾岩层中揭露的软弱层风化极其严重，多呈棕黄色和浅红色，胶结物已呈黏土状(图6)。根据地面调查、钻探及探槽揭露，推测其沿着钻孔中揭露的相对软弱层和全风化层与强风化砾岩接触带附近为可能形成滑坡的滑带，故在其临近土层内取样做室内土工试验。最终确定Ⅱ级滑坡滑面倾角为10°～35°，呈后部略薄、中前部厚的特点，整体略呈弧形。

图6 ZK2-1全风化层中揭露的软弱层

根据地面调查和钻孔揭露，滑坡主要沿两级滑带滑动，不同的滑带位置分别描述如下。

沿Ⅱ级滑带土滑动的滑坡滑床地层岩性为第三系邕宁群半成岩状强风化砾岩。具体特征如下：岩石整体呈半成岩状；红色，泥质胶结为主，无明显的层理构造；砾石含量65%～80%，粒径为0.5～2 cm，多呈次棱角状；岩屑风化较严重，多为强风化状的砂岩和粉砂岩，偶夹有石英颗粒；局部岩屑为灰白色的粉砂质泥岩，亲水性极强；岩石整体强度低，胶结差，用手能掰裂；组成岩石的矿物成分有较强的亲水性，岩石遇水迅速发生软化和崩解。钻孔揭露该层厚度13 m左右，下伏微风化状块状砾岩。

沿Ⅰ级滑带土滑动的滑坡滑床地层岩性为第三系邕宁群半成岩状全风化状砾岩。全风化状砾岩整体风化呈黏土状，黏性较强；呈棕黄色，风化呈花斑状；岩屑风化严重，多为风化剧烈的砂岩和粉砂岩，夹有石英碎屑，铁质锈染现象严重；岩石强度低，用手能掰裂，遇水迅速软化。该层厚度变化幅度较大。

3 滑坡变形破坏模式分析

根据现场勘查及容县石寨镇平梨滑坡的物质组成及结构特征分析，该滑坡目前已经整体发生滑动，而出露地表的变形迹象主要以局部滑移变形为主。斜坡体后缘拉裂缝为滑坡变形的后缘边界，前缘剪出口位于平梨组居民区背后斜坡坡脚。随着滑坡后部滑体推挤，在其推力作用下，最终在前缘剪出口附近形成带状滑塌；滑坡滑动后在后缓出现下错陡壁。若在连续降雨等影响下，滑坡可能再次失稳滑动。

从平梨滑坡的地貌特征和各阶段变形情况来看，该滑坡应为牵引式滑坡。

4 滑坡成因机制分析

4.1 地层岩性

平梨滑坡体发育于第三系邕宁群(Ey)半成岩状砾岩中，岩体风化程度高，遇水极易软化。地层是易变形岩层，在水的作用下，半成岩状砾岩力学强度指标大幅度降低。全风化状砾岩及其上覆的坡、残坡积物组成的松散地层，这些堆积物保水性较好，为地表水的长期富集提供了条件。

4.2 降雨

该滑坡的活动与降雨关系密切，是导致滑坡活动的主要激发因素。在工作区降雨集中，尤其是雨季，极端降雨天气时有发生，短时强降雨量和连续强多日降雨量大等降雨特点降低了风化层的抗剪强度，不利于岩土体的稳定。一方面饱水加载，另一方面软化斜坡岩土体，强降雨导致斜坡特别是局部坡体稳定性下降，从而触发斜坡岩土体失稳滑动而形成滑坡。据调查访问，平梨滑坡表层发生的滑动都发生于雨季时强降雨期间。

4.3 斜坡

由于滑坡区出露岩层为斜向坡，加之岩层倾角(21°～15°)小于地形坡度(20°～30°)，且顺坡向倾斜，顺倾向岩层为地下水入渗提供了良好的条件，加剧了上部分岩体的泥化。

4.4 人类工程活动

坡脚开挖造成斜坡前缘临空面加大，破坏了斜坡本身的力学平衡，加剧了斜坡失稳。二级斜坡坡脚处发生垮塌的重要原因为修建民房开挖坡脚卸荷引发的。

5 滑坡稳定性分析评价

根据地面调查、钻探及探槽揭露，推测其沿着钻孔中揭露的软弱层和全风化层与强风化砾岩接触带附近为可能形成滑坡的滑面，故在其临近土层内取样进行室内土工试验。

根据室内土工试验，分析斜坡堆积体中软弱层土样和全风化砾岩层中发育的软弱层主要物理力学性质指标结果。室内分析结果显示：钻孔中揭露的相对软弱黏土层，平均天然强度：黏聚力27.16 kPa，内摩擦角12.90°；平均饱水强度：黏聚力14.73 kPa，内摩擦角12.72°。全风状砾岩层中揭露的软弱层平均天然强度：黏聚力18.10 kPa，内摩擦角17.18°；平均饱水强度：黏聚力13.4 kPa，内摩擦角16.7°。强风化状半成岩砾岩层平均天然峰值强度：黏聚力31.9 kPa，内摩擦角20.20°；平均饱水峰值强度：黏聚力8.15 kPa，内摩擦角22.23°，见表1。

表1 平梨滑坡体土层物理力学参数

从平梨滑坡的微地貌形态和地表变形特征来看，平梨滑坡以2级滑坡的形式发生破坏。其稳定性定性评价具体见表2。

表2 滑坡稳定性计算成果汇总表

通过定性评价和定量计算可知，平梨滑坡在暴雨饱和条件下整体处于不稳定状态，浅层滑坡处于欠稳定～不稳定状态；在天然自重工况下滑坡整体应处于基本稳定状态，浅层滑坡应处于基本稳定～稳定状态。因此，为保证滑坡具有足够的安全储备，保证滑坡前侧平梨组居民区的安全，建议尽快采取应急治理措施。

6 边坡稳定性有限元分析

6.1 模型建立和参数选取

据地形地质条件，选取最典型的最不利边坡稳定的地段作为计算研究剖面，上部土层为黏土，往下依次是全风化泥岩、强风化泥岩、中风化泥岩。计算模型如图7所示。土体采用M-C本构模型，模型左右侧约束，底部施加约束，上部自由。土层物理力学参数如表1所示。

图7 滑坡计算模型

6.2 边坡稳定性成果分析

分原始状态(工况1)、暴雨工况(工况2)两种工况对高边坡典型断面3-3稳定性进行有限元分析，提取两种工况下的塑性云图如图8所示。

图8 3-3断面滑动面云图

3-3断面两种工况下的坡体安全系数计算成果见表3及图9所示。

表3 滑坡稳定性数值分析计算成果汇总表

图9 典型断面不同状态及工况下安全系数对比

由图9可知，在天然工况下，3-3剖面安全系数为1.1，处于基本稳定状态，在暴雨工况下，强风化砾岩遇水软化，边坡的安全系数由1.12降为1.04，小于规范的1.05，处于欠稳定状态。且通过塑性云图可知，两种工况下均在坡脚应力集中，在暴雨工况下坡脚的危险区域有进一步扩大扩展趋势。

由图9可知，通过有限元分析得到3-3剖面的安全系数与规范计算值偏差不大，较为接近，说明强度折减法能较好地运用于边坡工程稳定性分析。

7 结论

(1)平梨滑坡体发育于第三系邕宁群(Ey)半成岩状砾岩中，岩体风化程度高，遇水极易软化。是易变形岩层，在水的作用下，半成岩状砾岩力学强度指标大幅度降低。全风化状砾岩及其上覆的坡、残坡积物组成的松散地层，这些堆积物保水性较好，为地表水的长期富集提供了条件。

(2)据本次调查和勘察并结合稳定性计算表明，平梨滑坡暴雨时整体处于不稳定状态，浅层滑坡处于欠稳定～不稳定状态。其发展趋势主要为：黏土层赋水性强，且风化层遇水极易软化，滑坡区又处于极端降雨天气多发区，地表水长期入渗极可能软化滑带，诱发滑坡整体或者局部变形甚至大规模滑动；斜坡坡脚陡坎存在继续变形破坏的危险，而坡脚不断的破坏导致斜坡坡脚卸荷，降低滑坡的整体抗滑力。

(3)根据滑动面塑性云图可知，在滑坡前缘存在应力集中危险区域，滑坡有继续滑动的可能性，后缘陡壁也可能逐渐发生小规模垮塌，建议尽快采取工程治理措施。