研究判定滑坡滑动面的方法及实际应用

江学中

（中化地质矿山总局福建地质勘查院 中化明达（福建）地质勘测有限公司， 福建 福州 350013）

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。运动的岩（土）体称为变位体或滑移体，未移动的下伏岩（土）体称为滑床[1]。滑面是指滑坡滑动和堆积过程中的底界面，即滑动剪出过程中形成的滑动面[2]。滑动面通常是上陡下缓，近似圆弧形。一个滑坡的滑动面可能不止一个，故可分为主滑动面和分支滑动面。

滑坡广泛的发生于山地、高原及丘陵地带，一旦产生滑坡，将会对山区人民生命财产造成严重的危害。近年就是由于连续的强降雨，福建省三明市多个县市都发生了滑坡灾害，造成了巨大的损失。所以对滑坡防治一直以来都是重中之重，在滑坡治理过程中，滑动面的确定至关重要。滑动面的位置不仅关系到治理方案的确定和设计参数的选取，也关系到工程费用的高低及滑坡治理的成败[3-5]。所以研究判定滑坡滑动面的方法在实际中是有重大意义的。

1 滑动面的判定方法

由于受到很多不确定因素的影响，导致滑动面的识别与判定就变得十分复杂且难度很大，一般来说，目前所使用的方法主要有四种：

（1）观察法，通过现场观察到的变形迹象进行推断，例如找到后缘裂缝，前缘隆起，剪出口等，并根据产状综合推断出滑坡滑动面的位置。

（2）监测法，根据监测手段，主要通过深层水平位移（测斜）的变形趋势，一般在一个断面上布设3～4 根测斜监测点，找到突变点所在的深度，从而找到滑动面的位置。

（3）综合勘探法，结合勘探、物探及地下水位测量，并采取岩（土）样进行室内试验，根据试验成果判定滑动面。

（4）理论法，通过有限元分析，数值模拟，找到最危险滑动面，这种方法更适用于找到潜在的滑动面。

2 实际工程案例

三明市位于武夷山脉与戴云山脉之间，境内以中低山及丘陵为主，北西部为武夷山脉，中部为玳瑁山脉，东南角依傍戴云山脉。峰峦耸峙，低丘起伏，溪流密布，雨量丰富，每年都发生多起滑坡事件，危害严重。现以福建省三明市尤溪县梅仙镇半山村后门山滑坡为例进行分析。

2.1 工程概况

该滑坡位于尤溪县梅仙镇半山村后门山林金智等屋后斜坡，据现场调查访问，2008年6月，斜坡后缘开始出现裂缝，且近几年受强降雨影响，裂缝有明显扩大变形。2016年3月至4月受强降雨影响，滑坡后缘及两侧均已出现裂缝，后缘（标高约180m）裂缝与右侧裂缝已贯通，裂缝宽约3～20cm，下错高度约3～30cm，深度约5～50cm，后缘裂缝延伸约30m，下切角约70°，右侧裂缝延伸约100m，左侧裂缝断续延伸约100m，裂缝宽约2～10cm，下错高度约2～5cm，深度约3～15cm；滑坡中部水渠沟（标高约155m）侧壁出现鼓胀裂缝，中部水池发生渗漏（标高约163m）及倾斜，倾斜度约18°（标高约169m），倾斜方向约SE125°；前缘坡脚标高约146m处，林金智屋后边坡多次出现崩塌灾害，方量一般约20m3，最近一次崩塌为2016年4月发生，方量约50m3，且坡脚标高约146.2m处（林金智房屋右侧）水泥地块出现拱起现象，拱起高度约10cm（剪出口），滑坡左侧林瑞彪房屋出现向外开裂、挡墙出现鼓胀现象，下方林金涛房屋后侧挡墙出现明显外错开裂等变形迹象。现滑坡周界已基本形成，滑坡方向约98°，潜在滑坡体主轴长约150m，宽约120m，厚约7m，面积约18000m2，体积约126000m3。威胁坡脚44户216人居民生命财产安全，危险性、危害性均较大。其滑坡勘查平面示意图如下图1。

图1 滑坡勘查平面示意图

2.2 场地地形地貌特征及气象、水文条件

2.2.1 场地地形地貌特征

调查区属侵蚀～剥蚀低山丘陵地貌单元，滑坡位于尤溪县梅仙镇半山村后门山，斜坡自然坡度约20～30°、局部达35°以上，高差大于100m。

斜坡微地貌呈“缓-陡-缓”型展布，斜坡上部缓坡段坡度约20～25°，植被较发育，主要为松、杉木；斜坡上下两缓坡之间的陡坡坡度约50～60°，陡坡相对高差约30～40m，现状形态呈“圈椅”状，凹凸坡坡面植被发育较少，见基岩出露，主要以碎块状强风化岩为主；陡坡下方缓坡为本次滑坡区，坡体植被发育一般，主要以毛竹林、灌木、杂草为主，坡度约20°～25°，且毛竹林中部有两～三级高约1～2m、坡度约55～70°的小陡坎，为早期村民修建民房及耕地形成，斜坡中部（标高约156m）有一条水渠，该水渠修建于1960 年代，水渠宽约80cm，深约80cm，未硬化，局部渠沟侧边有简易护面墙支护，据调查访问，受人为因素影响，2011 年该水渠被堵，雨季时水流不通畅。中部设有2 处蓄水池（标高约165m），斜坡坡脚为村民聚集地，房屋基础为浅基础，坡墙距约1.5～2.5m。据村民介绍，坡脚林上庭宅前北东侧原为一条冲沟，现已被人工夯实填埋，标高与周边地形齐平，坡面种有杉木。

2.2.2 气象、水文条件

尤溪县气候属中亚热带，温暖湿润，四季分明，年平均气温18.9°C，夏季最高气温40.5°C，冬季最低气温-8.0°C。年降雨量变化幅度为1460～1809 毫米，年平均降雨量1655.4 毫米，降雨多集中于5～6 月，7～9 月多雷阵雨，11 月至次年2 月雨量稀少，蒸发量大于降雨量，此时气候较干燥，年平均相对湿度80%。风向受季节性影响较大，夏季多为东南风，冬季多为西北风。早霜始于12 月中旬，晚霜至于次年2 月下旬，无霜期约300 天。

勘查范围未见有明显的溪、沟、河、池塘等地表水体，也未见有地表水对坡体明显冲刷作用。场地所处微地貌为凹坡～斜坡地段，凹坡易于地表水汇集，汇水面积约为0.26km2，降雨对现状边坡坡面冲刷影响较大。

2.3 场地地层岩性及地基岩土层特征

2.3.1 地层岩性

根据场地岩土工程勘察情况，场地地层较为复杂，各岩土层特征自上而下为：

①老滑坡堆积体：灰黄、灰褐色，湿，含水量较高，松散～稍密，可塑。主要成分为含碎石粘性土、石英片岩残积砂质粘性土，为老滑坡堆积体，主要分布在现滑坡体中下方表层，其中分布厚度1.00～4.80m。

②坡积含碎石粘性土：灰黄、灰褐色，稍湿，稍密，可塑～硬塑。主要成分为坡积粘性土，不均匀含有碎石，为早期坡积成因。分布厚度0.40～4.20m。

③石英片岩残积砂质粘性土：灰黄、灰褐色、灰黑色，稍湿，稍密，含水量较高，呈可塑～软塑状，稍有光泽反应，主要成分为石英、白云母、绿泥石等矿物组成，浸水易软化崩解，分布厚度1.10～13.70m。

④全风化石英片岩：灰黄色、灰红色，密实、稍湿。矿物成分主要为石英、白云母及少量暗色矿物，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，干钻可钻进，长石及暗色矿物大部分已风化成粘土矿物，岩芯手捏易散，浸水易软化崩解。分布厚度1.90～5.10m。

⑤砂土状强风化石英片岩：浅黄色，灰白色、灰黑色，散体状，原岩结构清晰。本层干钻较困难，底部钻进进尺缓慢，浸水易软化崩解。分布厚度0.90～1.30m。

⑥碎块状强风化构造角砾岩：灰白色、青灰色、灰色、浅肉红色，碎裂结构，锤击易碎，遇稀盐酸起泡，主要成分由白云石构成的岩石，具碎屑结构，块状构造，混有少量方解石等，分布厚度0.50～11.00m。

⑦中风化白云岩：灰色、青灰色、浅肉红色，角砾状结构，块状构造。岩石经区域动力地质作用，发育破裂和粉碎，并胶结成岩，主要由角砾及胶结物组成，岩石裂隙发育一般，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级，揭露厚度4.90～10.80m。

勘查区地层较复杂，主要为沉积变质岩，变质岩主要为动力区域变质作用形成，通过野外调查及钻探岩芯判断，地灾点上覆风化地层为新元古代龙北溪组石英片岩（即石英片岩残积砂质粘性土、全风化石英片岩、砂土状强风化石英片岩），下部基岩为新元古代龙北溪组白云岩（包括碎块状强风化及中风化白云岩），两地层之间受地质构造作用影响，上覆石英片岩与下覆白云岩间夹有构造角砾岩（受区域动力地质作用影响）。

2.3.2 地质构造

据1/5万福建省尤溪幅地质矿产图，灾害点所在勘查区域内有活动性断裂通过，区域内地质构造作用较强烈。本次对尤溪县梅仙镇半山村进行了1：5000地质调查及测绘，根据野外踏勘，工作区内褶皱构造不发育，未发现大褶皱构造，主要发育断裂构造。根据野外地质调查结合钻探情况分析，主要发育构造线有北东向走滑断层F1断层和呈弧状环绕半山村分布F4断层两组，如图2所示，各断层特征如下：

F1断层：性质为左行走滑断层。分布于工作区北部，工作区内分布长100多米，往北东延伸至工作区外，往南西被F2断层错动。半山村北部公路边D011点处断层迹象明显（见尤溪县梅仙镇半山村1/5000地形地质图），出露断层带宽4.0m，断层面产状145°∠65°，擦痕产状230°∠10°，断层面发育阶步，指示上盘运动方向为北东，判定该断层为左行走滑断层。断裂带内出露含构造角砾岩、石英大理岩，滴稀盐酸起泡。带内岩石碎裂，泥化强烈，风化呈土状，含少量构造角砾。

半山村及后山斜坡位于F1断层的上盘，F1断层的存在容易导致该村尤其是村北部地区，沿断层面往北东方向发生位移，诱发滑坡地质灾害。

F4断层：性质为正断层，呈弧状环绕半山村分布，属新构造断裂。工作区的地层产状按倾角大小，沿D007、D008、村西陡坎一线，可明显分为两套：F4断层外侧地层产状较缓，倾角一般15-20°；F4断层内侧（即半山村一带）地层产状较陡，倾角一般50～80°。该断层处于活动期，断裂带外侧的地层产状较稳定，倾角为低角度；断裂带的岩石不断崩落垮塌；断裂带内侧的地层产状倾角变化较大，倾角多为中、高角度。

半山村位于F4断层的断陷带内，推测该村滑坡地质灾害明显与此地质背景有一定的关系。

图2 地形地质图

2.4 判定滑动面

本次我们选择典型主滑2-2’剖面进行分析判定滑坡滑动面的位置，确定滑坡体的厚度以及滑坡体的体积，从而为防治设计提供依据。现我们分别用上述四种方法进行滑动面的判定。

（1） 观察法

通过现场的调查测绘，滑坡后缘的裂缝延伸约30m，下切角度约70°，右侧裂缝延伸约100m，走向约95°，坡脚水泥路面有明显的隆起迹象，假定滑动面为一个圆弧滑面，通过对滑坡后缘及前缘的位置和产状的量测，可通过简易的作图法推算出滑动面。简易作图法如图2示。

假定A、B分别位于滑坡后缘与前缘，根据滑坡后缘及前缘的位置和产状的量测，分别可确定出AC与BC两条线并交于C点。作AC与BC的垂线，则可发现相交于圆心O点，以OA或OB为半径，则可确定滑动面的位置。根据此方法，推测出来的滑动面如图7所示。

图2 作图法

（2） 监测法

根据滑坡勘查平面布置图可知，现场我们在2-2’剖面上分别在上、中、下部各布设一根测斜孔（CX2、CX3、CX4），用于滑坡深层水平位移的监测。根据2017年3月14日-2018年5月4日的监测情况，从而得到该滑坡的变形规律，如下图3所示。

从监测结果可以发现，CX2位于滑坡周界外，数据并没有发生很大的变化。而CX3、CX4三根测斜管分别于6.0m及4.0处发生位移突变，后期更是由于过大的变形导致直接破坏。根据位移变形的规律，可以推测出滑动面如图7所示。

图3 CX2～CX4 深层水平位移变化曲线图

（3） 综合勘探法

现场在主轴2-2’剖面上总共布设了6个钻孔及2个调查点，并选择4段进行面波及电法的测试。结合电法资料基本确定地层走势，取面波a-a’段分析结果对比钻孔资料后发现面波分层结果基本符合，在白云岩残积砂质粘性土内，频散曲线明显出现转折段，这就意味着其连线很有可能是滑动面，结果如下图4、图5所示。

图4 电法分析结果

图5 a-a’段面波分析结果

以此类推，再分别取b-b’、c-c’及d-d’段分析，判定各段的滑动面，则可相连出一条完整的滑动面，结果如图7所示。

（4） 理论法

通过理正岩土软件对2-2’剖面进行稳定性分析，根据勘探的地层条件，输入相关参数，在一定范围内自动搜索最危险的滑动面。结果如下图6所示。

图6 边坡稳定性计算结果

根据计算结果，最危险滑动面主要位于碎块状白云岩段，且安全系数达到2.779，处于稳定状态。这也间接说明该边坡在正常状态下应该是处于稳定阶段。根据现场调查，现场出现很多泉眼，地下水十分丰富，汇水面积大，说明本次滑坡主要是由于地表水与地下水的原因，这样对之后针对性的设计治理提供了依据。

3 结论

现将四种方法判定的滑动面绘于一起，进行对比。如下图7 所示。

（1）从图上可知，监测法判定的滑动面应该最接近于实际的滑动面，综合勘探法与监测法判定的滑动面比较接近，说明在实际判定过程中，综合勘探法得出的滑动面是可以作为治理设计的依据的。

（2）观察法判定的滑动面就相差较大，主要是由于它假定滑动面是圆弧状，这与实际是不符的，实际的滑动面是不规则的，所以观察法只能作为初步判断，不可直接当作后期治理设计的依据。

（3）理论法更适用于寻找潜在的滑动面，它可判定最危险滑动面的稳定性。但是假如采用圆弧搜索可能会与实际造成大的出入，建议滑动面先利用监测法与综合勘探法判定，再将判定后的滑动面导入理论计算，这样结合后的成果更可靠且具有说服力。