冲洪积卵石土层分布区滑坡形成机理分析——以安溪县某安置区边坡为例

卓万生

(1.福建省安溪县地质灾害研究所，福建 安溪 362400；2.福州大学安溪地质灾害防治研究生工作站，福建 安溪 362400)

安溪县是福建省地质灾害最为发育的地区之一[1]，滑坡是主要发育类型，占该县地质灾害的75%以上。滑坡一般可分土质滑坡和岩质滑坡，土质滑坡多以崩坡积层滑坡为主，而岩质滑坡则以全-强风化花岗岩在强降雨作用下产生的局部滑塌为主[2]。众多学者对这两类滑坡进行了研究。关于土质崩坡积层滑坡，周云涛等[3]认为滑坡蠕变形成的超孔隙水压力是致使特大型近水平崩坡积破坏的诱因；陈志超等[4]通过SketchUp软件，分析安溪县岩山角落崩坡积层滑坡的渗流系统特征及其对滑坡的影响，认为崩坡积层以管网渗流系统为主，且对降雨的敏感度较高；尹小涛等[5]利用颗粒流PFC2D探讨了强度变化对崩坡积体稳定性的影响；此外，有众多学者对坡脚开挖和强降雨诱发滑坡的机制做了卓有成效的探索[6-9]。

对于岩质滑坡，亦有诸多成果。李凯等[10]认为饱和度对花岗岩岩土体的抗剪强度有较大的影响；张永波等[11]从颗粒划分角度分析了花岗岩边坡的稳定性；王浩等[12]认为矿物成分差异、沿海断裂构造带和湿热的气候特征是花岗岩球状风化的主要原因：在雨水冲刷作用下形成沟槽，风化球体逐渐暴露于坡面，形成地质灾害；刘艳辉等[13]以花岗岩风化壳地区某典型二元结构斜坡为原型，基于饱和-非饱和渗流理论，分析降雨入渗过程和斜坡失稳机制；此外，亦有不少学者通过基岩和风化层物理力学特性探讨边坡的稳定性[14～17]。

本文讨论的滑坡和上述类型不同，其位于山脚下冲洪积台地，上覆较厚卵石土层，水文地质条件复杂。独特的地质结构和水文地质特征，致使原本坡度缓、高差小的边坡多年来变形不断加剧、范围逐年扩展，从最初的西段2组裂缝扩展到边坡的中段和东段，新增了多组裂缝和5处泉眼。裂缝持续下错，挡墙中段鼓出开裂、局部甚至倒塌，2017年埋设的监测孔测斜管被剪断。虽多次改造边坡，地下水补给通道形似切除，但实际成效微弱。因此，本文在开展详细的现场走访调查和工程勘查基础上，分析了滑坡的变形特征和成因机理，着重于水文地质条件分析和稳定性的预测与验算。

1 研究区概况

滑坡区位于福建省泉州市安溪县湖头镇湖上安置区北侧山体，五阆山(最高峰高程605 m)坡脚下冲洪积台地、湖头小盆地内，为构造侵蚀丘陵地貌，整体地势西高东低。滑坡所在山体由西往东自然延伸，山体连贯，山脊处于安置区中轴。

20世纪70年代在安置区南西侧建水库，水面高程207 m；2006年在滑坡区南侧推平山包、统建100栋安置房，自西往东高程为197～178 m。安置区建成后，其四周边坡下侧开始频繁的工程活动：2010年在北侧高程156～157 m处建水泥厂、西侧197 m处建蓄水池；2012年在南侧高程173～190 m处建人才公寓；2014年在东侧176 m处建水厂；2015年在西侧建环城公路，高程185～190 m，从而挖开安置区和横山水库间原本连贯的山体，似鞍状。至此，安置区微地貌形似椭圆横卧的“馒头”(图1)。

图1 滑坡区工程地质平面图Fig.1 Map showing the engineering geology of the landslide area

2 工程地质条件

经对滑坡区调查、测绘和工程勘查，结合之前工程活动所揭露的地层，地层岩性自上而下依次是素填土、卵石土、残积砂质黏性土和全风化花岗岩[18]。各层特征如下：

3 水文地质条件

根据现场调查和周边揭露的地层情况，推断安置区位于一条古河道上，河道走向SE110°，卵石土层展布和河道走向基本吻合，呈扇形扩散，宽150～200 m，卵石土层总体厚度3～25 m，其中：环城路西侧处厚10～25 m，滑坡处厚3～10 m，由边坡南侧往北侧的厚度逐渐变薄，北侧边坡的中部及以下未见卵石土层。

根据场地地层岩性及地下水在含水介质中的赋存特征，滑坡区地下水以赋存于卵石土层中的孔隙水及基岩风化裂隙中的裂隙水为主，主要补给来源包括大气降水、地表水，西侧山脉、水库及临近基岩裂隙水的侧向补给；向滑坡北侧水泥厂低洼处排泄。

孔号S07、S08(图1)为残积土层水位观察孔，钻孔结束后通过清洗并抽干孔内地下水，经观测孔内水位的恢复情况，发现两水文孔均在2 h内恢复至稳定水位，尤其是最初10 min，水位迅速升至地面下4.5 m处，表明滑坡区残积土砂质含量较高，渗透性较强；在孔号ZK26、ZK32(图1)周边对残积砂质黏性土做试坑渗水试验，渗透系数为9.5×10-4～1.3×10-3cm/s，渗透性较好。

滑坡区共出露5处泉眼(Q1—Q5)，用三角堰法测得Q1和Q2平常流量分别为28 t/d、24 t/d，均无色无味；暴雨期流量分别为28 t/d、39 t/d；表明Q1受天气影响很小；采取地下水示踪法，对蓄水池溢出的水流用墨汁渲染追踪，10多分钟后Q2颜色变暗，后期水塔关闭，溢水停止，Q2随之干枯，判定Q2来自蓄水池溢水。Q3平常流量约9 t/d，雨期约10 t/d。Q4平常流量约1.8 t/d，无色无味，雨季流量约12 t/d，流量与天气关系明显，变化较大。Q5呈带状出露，高程165～175 m，平常和雨期流量约40 t/d，无色无味，受天气影响小。通过现场实测，5处泉眼(图1、图2)渗水位置大致在卵石土层和残积砂质黏性土的交界面。卵石土层渗透性较好且存在一定的架空结构，管网渗流的特征明显。因此，综合判定地下水主要是沿着卵石土层与下部残积砂质黏性土交界处进行渗流。

为形象说明卵石土层分布特征及其与泉眼的关系，作A-A′、B-B′和 C-C′三条典型剖面(图2～3)，其中A-A’剖面位于环城路西侧20～30 m处，穿过水库；B-B’剖面位于环城路东侧10～20 m处，穿过Q1、Q3；C-C’剖面位于滑坡中段，穿过Q4、Q5。根据5处泉眼监测和6个水位孔观测资料(表1)，取5个组合(①S01、S02、S04，②S01、S03、S04，③S02、S03、S04，④S01、ZK34、ZK35和⑤S02、ZK34、ZK35，具体位置见图1)，采用三点法测定地下水流向，获得各组流向(图4)。由此判定卵石土层潜水流向总体为NE50°～60°，水库与卵石土层仍存在着地下水补给联系。

图2 卵石和泉眼的分布位置图Fig.2 Distribution of the pebble layer and the spring’s vents

图3 卵石及泉眼关系示意图Fig.3 Schematic diagram of the pebbles and spring’s vents

表1 卵石土层水位观测值Table 1 Observed values of groundwater level of the pebble layer

图4 卵石土层地下水流向示意图Fig.4 Schematic diagram of groundwater flow in the pebble layer

4 滑坡体变形特征

按边坡变形的发生时间和范围，将北侧边坡划分三个滑坡体，即滑坡Ⅰ(西段)、滑坡Ⅱ(中段)和滑坡Ⅲ(东段)，具体位置见图1。

4.1 滑坡Ⅰ(1-1′)变形特征

滑坡Ⅰ主滑方向28°，后缘高程195 m，前缘高程155 m，横向宽90 m，纵向长100 m，面积约9 000 m2，滑体厚度10～15 m，平均厚度约12 m，体积约12×104m3(图5)。受强降雨影响，2010年6月坡体发育2条裂缝，9月又发育2条裂缝，产状分别是：①走向355°，长80 m，宽5～10 cm，下错5～10 cm，可见深度30 cm；②走向55°，长约180 m，宽10～15 cm，下错10～20 cm，可见深度50 cm；③走向290°，长约50 m，宽10～20 cm；④走向60°，长100 m，宽10～15 cm，可见深度1 m以上。2017年6—9月裂缝进一步加剧，埋设的3个专业监测孔均被剪断；2018年9月2日距安置区的水泥路10 m处边坡上发育第5组裂缝，东西走向、长35 m、宽10～25 cm(图1)。

通过钻探揭露，滑坡发育两层滑动面。滑动面1位于残积黏性土和全风化花岗岩交界处，为含角砾黏土，含水率高，呈软塑状，渗透性较差，为弱透水层，角砾分布不均，呈棱角状，母岩为花岗岩，含量为10%～15%；滑动面2位于残积土内，为黏性土，含水率较高，呈可塑-软塑状，镜面光泽，可见擦痕。

4.2 滑坡Ⅱ(2-2′)和滑坡Ⅲ(3-3′)的变形特征

滑坡Ⅱ西侧紧邻滑坡Ⅰ，呈EW展布，平面上呈弧形，主滑方向28°，后缘高程192 m，前缘高程156 m，横向宽150 m，纵向长100 m，面积约1.5×104m2，滑体厚10～15 m，平均厚度约12 m，体积约18×104m3(图6)。通过钻探揭露，滑坡发育两层滑动面。滑动面1位于残积黏性土和全风化花岗岩交界处，为含角砾黏土，含水率高，呈软塑状，渗透性较差，为弱透水层，角砾分布不均，呈棱角状，母岩为花岗岩，含量为10%～15%；而滑动面2位于残积土内，为黏性土，含水率较高，呈可塑-软塑状，镜面光泽，可见擦痕。

图5 滑坡Ⅰ工程地质剖面图Fig.5 Engineering geological profile of the landslide Ⅰ

图6 滑坡Ⅱ工程地质剖面图Fig.6 Engineering geological profile of landslide Ⅱ

滑坡Ⅲ呈SN展布，平面上呈弧形，主滑方向10°，后缘高程182 m，前缘平台高程156 m，横向宽60～90 m，纵向斜长50 m，平面面积约4 000 m2，滑体厚7～12 m，平均厚度约7 m，体积2.5×104m3(图7)。通过钻探揭露，滑动面位于残积黏性土和全风化花岗岩交界处，为含角砾黏土，含水率高，呈软塑状，渗透性较差，为弱透水层，角砾分布不均，呈棱角状，母岩为花岗岩，含量为15%～20%。

图7 滑坡Ⅲ工程地质剖面图Fig.7 Engineering geological profile of landslide Ⅲ

2013年以来，安置区水泥路面的中段至东段(对应滑坡Ⅱ、滑坡Ⅲ)多次拉裂下沉，滑坡Ⅱ底部浆砌挡墙鼓出开裂，滑坡Ⅲ坡面塌陷，挡墙外移，围墙局部倒塌，2015—2016年多次修补；2016年9月和2017年6月，滑坡Ⅱ和围墙破坏再次加剧、围墙局部断开，靠近水泥路的两座安置房墙面拉裂、屋顶渗水；滑坡Ⅲ的毛石砼挡墙前移了20～30 cm，地表水冲刷坡面、呈条状小冲沟，沿裂隙面下渗掏蚀、逐步坍塌；底部排水沟因受挤压、沟壁倾倒、路面多处开裂、变电站围墙外侧水沟边缘可见一组裂缝，长16 m；2018年9月滑坡Ⅱ后缘水泥路面严重下沉，长110 m、宽10～45 cm，可见深度30～100 cm(图1)。

5 滑坡机理分析

本处滑坡的变形破坏与地形地貌、地层岩性、地下水特征、工程活动、降水强度等因素密切相关，其成灾机理一般可归纳为：在有利的地形地貌、工程地质条件和水文地质条件的直接作用下，受工程活动和降水强度等因素的叠加影响，导致滑坡区变形破坏持续加剧、灾害范围逐年扩展。

5.1 地形地貌

首先，滑坡区西侧山脉地势高，汇水面积大、汇集水量多，且设置一座水库，十分有利于充沛的地表水及地下水从西侧往滑坡区补给；其次，滑坡区顶部为集中安置区平台，处于西侧山脉的下部，安置区整体坡度较缓(约15°～20°)，200多户居民的生活污水排放量大，加上地表水排水不畅，十分有利于地表水直接下渗。

5.2 物质组成

滑坡区为古河道地貌单元，表层为卵石土层，下部为花岗岩残积层及风化层。卵石土层渗透系数相对较好，有利于地表水下渗，残积层及风化层黏性颗粒含量较少，为砂质土，残余结构面发育，岩土体渗透性较好，为地下水运动提供便利通道。地下水长期软化岩土层，造成岩土体物理力学强度降低，极易在残积层内发生失稳下滑，是重要的致灾因素。

5.3 渗流作用

有利的地形地势，为滑坡区营造水力梯度提供十分有利的条件，也为滑坡区提供更多地下水补给源；卵石土层和残积砂质黏性土层的空间展布，已构建了通畅的地下渗流系统，是地下水集中径流区，为地表水下渗、地下水渗流提供了良好通道和储水场所，是重要的致灾成灾因素。

值得注意的是：如果不开展实地详查，把钻孔资料和边坡揭露实况有机地结合起来，并作整体分析，极易产生两个误判：一是环城公路开挖后，外观上极易判定水库对安置区影响甚小的误判；二是水库北侧的侧向渗流问题。理论上，水库东侧大坝虽切断向下导水通道，但现场调查发现，水库北侧仍是卵石土层中心区，其厚度大，建库时没有任何的堵截措施，凭借较高水力梯度，库水依然往北东方向作侧向渗流，至环城路段以U形管的方式，继续往滑坡区渗流，而单凭外观，极易误判水库北侧不存在侧向渗流。

5.4 工程活动

安置区建设前，该处地质环境良好。安置区等项目建成后，因边坡改造强烈、开挖量大、边坡临空面大(尤其北侧边坡坡脚修建水泥厂，大量开挖原始山坡)，防护措施又未能及时、有效跟上，加上未科学建水池和前期应急措施的局部失效，使地质环境恶化加剧、边坡应力一次次失衡又一次次寻求新的平衡，导致安置区及其边坡变形险情屡屡发生，是重要的触发因素。

5.5 大气降水

经对2010年以来安置区和滑坡区出现险情时的雨量统计，表明都是在一定的降雨强度和时间跨度之下发生，比如2010年6月16—20日和9月11—15日过程雨量分别是422 mm、353 mm；2013年的5月15—23日、6月9—13日、7月、8月的过程雨量分别是263 mm、261 mm、263 mm和248 mm；2017年4月19—21日、6月1—9日与13—21日、7月30日—8月4日的过程雨量分别是170 mm、420 mm和280 mm；2018年8月23—25日和27—31日累积雨量336 mm[19]。变形范围、变形程度和降水强度、时间跨度相吻合，呈正相关关系(图8)。另外，大气降水提升水库水位，增大水力梯度，滑坡区地下水位也随之抬升。因此，大气降水也是滑坡灾害的另一重要触发因素。

图8 滑坡最大变形量与降水量关系图Fig.8 Relationship between the maximum deformation of the landslide and rainfall

6 滑坡稳定性分析和防治措施建议

6.1 工况选取

地下水是滑坡变形破坏的主控因素，调查期间恰逢雨季，坡体地下水位普遍较高，稳定水位一般在0.5～4.5 m，降低坡体地下水位是工程治理最需要考虑的因素。因此，工况按以下两种情形选取，并对滑坡Ⅰ—Ⅲ的典型滑动面分别进行稳定性验算。

(1)工况Ⅰ：暴雨，未采取任何排水措施(坡体的地下水位处于现状水位，见图5～7，数据是暴雨刚过现场测得)。

(2)工况Ⅱ：暴雨，采取相应的4种排水措施情况，即：将地下水位分别降低1 m、2 m、3 m和4 m。

6.2 参数选取

根据原状土样试验成果，结合参数反演及工程地质类比分析，计算参数按表2选取，其中滑坡Ⅲ的滑动面采取滑动面1的参数。

表2 计算参数Table 2 Calculation parameters

6.3 滑坡稳定性验算结果

利用理正岩土分析6.5软件，设计安全系数≥1.25。采用简化Bishop法计算，各工况条件下边坡的稳定系数如表3所示。结果表明：工况Ⅰ条件下的滑坡稳定系数0.987～1.048，处于不稳定-欠稳定状态。工况Ⅱ条件下，水位降低1 m的稳定系数为1.063～1.108，处于基本稳定性状态；水位降低2 m的稳定系数为1.143～1.201，处于基本稳定-稳定状态；水位降低3 m的稳定系数为1.205～1.324，处于基本稳定-稳定状态；水位降低4 m的稳定系数为1.298～1.388，处于稳定状态。

表3 滑坡稳定性验算结果Table 3 Calculation results of the landslide stability

验算结果表明：地下水就是滑坡的主控因素，随着地下水位的降低，边坡稳定系数提升较快。以现状水位和地下水位降低4 m的计算结果看，稳定安全系数增幅0.268～0.353，提升率在30%～35%，从欠稳定状态转变为稳定状态。由此可见，验算结果为治理设计提供了科学理论依据，因此，将“治好水”作为治理方案设计的核心内容，只要把地下水位有效降低4 m及以上，就可保障整个滑坡区的稳定和安全。

6.4 防治措施

根据稳定性分析结果，针对主控因素，综合场地附着物和施工条件，以“主攻治水、统筹安排、因地制宜、科学有效、经济实惠、施工方便”为原则，采取“动态化设计、信息化施工”的办法，有效拦截水源，使补给源不流(渗)入安置区及其边坡。就此提出如下治水止滑措施建议：

(1)在安置区西侧坡脚、北侧边坡并沿北侧边坡的水泥路外侧开挖盲沟，断面尺寸要够大、够深，盲沟拐点要闭合，回填碎石块前要正确安放好盲管、土工布和防水膜。

(2)针对地下水较集中的滑坡Ⅰ、滑坡Ⅱ和滑坡Ⅲ，采用“定向敷管+竖井”作辅助导水。

(3)根据村民用水量，对安置区四周科学设置排水沟和生活污水收集池，做好集中排放和处理。

(4)规范管理蓄水池，硬化其周边场地，防止地表水入渗。

(5)推进已废弃水库的整治措施。

7 结论及建议

(1)随着走访调查的不断深入，作者再次体会到“全面走访、细微入手、细致调查、细部掌握、疑点从有、疑点必查”至关重要[20]。比如，在对水库北侧的侧向渗流问题和环城路开挖后对安置区的渗流问题，如果在现场调查时马虎走过场，则极易出现上述的两个误判。

(2)滑坡卵石土层管网渗流特征明显，地下水主要是沿着卵石土层与下部残积砂质黏性土交界处进行渗流，卵石土层潜水流向总体为NE50°～60°，水库与卵石土层仍存在着地下水补给联系。

(3)滑坡的变形破坏与地形地貌、地层岩性、地下水特征、工程活动、降水强度等因素密切相关，工程活动和大气降水是滑坡的主要触发因素，变形程度、变形范围和降水强度、时间跨度相吻合，呈正相关关系。

(4)项目建设对安置区周边微地形改造强烈，使边坡地层和地下水系统揭露得越加明显，便于更直观、更全面掌握之前难以摸清的关键情况，使成灾机理剖析得更透彻，治理方案更趋科学、合理和经济。

(5)地下水是本处滑坡的主控因素。因此，采用闭合式盲沟盲管为治水止滑的主措施，同时也是对高差不大、坡度较缓的常用边坡治理措施(如抗滑桩+锚索+挡墙)的有益探索和挑战。

致谢：本论文在撰写和成稿过程中，得到福州大学博士生导师简文彬教授的大力支持，也得到福建省地质工程勘察院鄢庆南和吴钟腾两位专家以及成都理工大学冯文凯教授的指导和帮助，在此一并致谢！