大型牵引式土质滑坡形成机制分析及稳定性评价——以甘洛县西西呷村滑坡为例

刘定霞， 张青云， 李占飞， 陈 喆

(四川省地质矿产勘查开发局 四○三地质队，四川 峨眉山 614200)

一般滑坡按照体积可分为巨型滑坡、特大型滑坡、大型滑坡、中型滑坡、小型滑坡。土质滑坡按照运动形式可分为推移式滑坡和牵引式滑坡[1],牵引式滑坡主要特征为下部先滑使上部失去支撑而变形滑动。一般速度较慢,多呈上小下大的塔式外貌,横向张性裂隙发育,表面多呈阶梯状或陡坎状,常形成沼泽地。

目前滑坡稳定性分析方法主要采用极限平衡法中的瑞典圆弧法、Bishop法、Janbu法、Sarma法和传递系数法[1-3],传递系数法计算的稳定系数略小于其他计算方法的稳定系数。传递系数法采用二维平面法[3],根据滑面位置、滑体及滑动面物理力学参数,计算滑坡的稳定系数,从而确定滑坡的稳定性。传递系数法是一种定量评价方法适用于折线形态并考虑土条间作用力,在满足滑动面折线段连接光滑和坡顶不太陡的情况下,其评价结果与实际情况接近,并能得出不同部位的滑坡剩余下滑力。

甘洛县西西呷村滑坡为大型牵引式土质滑坡,滑体为第四系全新统滑坡堆积层,滑面为岩土接触界面,呈折线型,本次采用传递系数法进行滑坡的稳定性分析。

1 区域地质概况

1.1 地形地貌

滑坡区属于侵蚀堆积地貌,海拔高程1 025～1 290 m,相对高差265 m,斜坡总体坡度约15°～30°,局部形成陡坎；总体地势东高西低。微地貌单元主要为基座阶地,地形整体呈台阶状,坡顶缓坡带主要为居民安置区,坡度5°～15°；坡体中部坡度斜坡约为15°～20°，呈台阶状,台阶高一般3～5 m,最大可达12 m,主要为耕地；斜坡前缘为甘洛河一级阶地,坡度0°～15°。

1.2 地层岩性

1.3 水文地质条件

1.3.1地表水

斜坡坡体发育一条冲沟即西西呷沟,属于甘洛河一级支流,主要由两条支沟组成,呈树枝状分布在斜坡坡体,汇水面积1.83 km2,主沟道长度2.85 km,沟道纵坡降150‰～330‰,滑坡区内纵坡降210‰～300‰,属常年性流水小溪沟。西西呷沟受大气降雨及居民生活用水补给,沿地表低洼沟道径流,最终汇入甘洛河。西西呷沟暴雨最大流量可达1.5 m3/s。

1.3.2地下水

受区内地层岩性、地形地貌及构造的控制,水文地质条件复杂程度为复杂。根据地下水的赋存条件和水力性质,地下水类型分为松散堆积物孔隙水、基岩裂隙水两大类。

碎屑岩类孔隙裂隙水除接受大气降水入渗补给外,还接受松散岩类孔隙水下渗补给,沿着基岩裂隙水向深部运移,直接向下游河、沟排泄。

2 滑坡基本特征及形成机制

2.1 基本特征

滑坡平面形态呈“Y”字型,由7个滑坡体组成,其中1#、2#滑坡体已发生滑塌(图1)。主要滑动方向243°～329°,长度约100～600 m,宽度130～320 m。滑坡整体面积约18.15×104m2,滑体厚度3.5～25.1 m,平均厚度约13.7 m,体积约248.77×104m3,属于中层大型牵引式土质滑坡(表1)。

图1 滑坡全景图
Fig.1 Landslide panorama

2.2 演变过程

在2018年汛期,甘洛县连续遭受强降雨天气,2018年8月4日凌晨4点甘洛县普昌镇西部村2、3、4组斜坡土体发生明显变形滑移,导致该处房屋多处拉裂,但无明显位移迹象；通村道路下错2～3 m,道路中断；斜坡体中的梯田内有明显拉裂缝,并有漏水现象；在斜坡前缘,沟道内的水出现浑浊现象。2018年8月5日该滑坡急剧下滑,坡体上镇西部村2、3、4组部分房屋进一步拉裂、滑移、倒塌,部分房屋水平位移20～30 m,下错10～15 m,滑坡体内部分道路滑移20～30 m,下错5～15 m,耕地受损严重；滑体顺沟道进入甘洛河,侵占河道[4],滑体水平滑移的距离达530 m。

2.3 形成机制

本次滑坡形成的主要诱发因素有如下几点：

表1 滑坡基本特征表Table 1 Basic characteristics of landslide

(1) 地形地貌。滑坡区地形为台阶状,局部为陡坎,坡度约10°～35°,为滑坡的形成提供了地形条件。

(2) 地层岩性。斜坡剪出口处于地层分界处,分界线上为泥质粉砂岩,为相对隔水层,下部为三叠系砂岩,为透水层,地下水汇集此处后从岩土界面溢出,水压力增大,C、φ值降低,斜坡稳定性降低是产生本次滑坡的主要原因之一。

(3) 大气降水、地表水入渗。滑坡的发生多与降雨的作用有关,雨季的集中降雨往往形成暴雨灾害,高强度的降雨量过程常成为诱发滑坡地质灾害的最直接因素。坡体上水系发育、沟水入渗坡体使土体处于饱和状态,增加坡体自重,降低土体抗剪强度[5-9]。

(4) 地下水。坡体内存在稳定的地下水位,形成扬压力,使土体饱和,导致土的抗剪强度降低,坡体的抗滑力减小,下滑力增加,稳定性降低[10-11]。

(5) 人类工程活动。滑坡后缘主要人类工程活动为耕地、建房、修路,滑坡体上耕地主要为水田；因居民生产、生活人为改变地表水汇集,滑坡体上部水沟网状布置；以上水均会沿土孔隙下渗[9],使土体饱和,导致土体抗剪强度降低,对滑坡体的稳定性产生不利影响。

形成机制分析：2018年7月30日—2018年8月4日连续降雨量为80.7 mm,受强降雨的影响,沟道水流量和渗入坡体的水增加,导致坡体土体自重增加,抗剪强度降低,下滑力加大；地下水位上升,扬压力增大,在两沟交汇处的扬压力增加幅度更大,且对斜坡坡脚的冲刷最大,是斜坡最薄弱处；地下水汇集此处后从岩土界面溢出,最终导致滑坡。1#、2#滑体滑移后在后缘形成陡壁,进而诱发坡体后缘牵引变形；已滑塌土体在降雨及地表水影响下处于饱和状态,形成塑流体,部分堆积于斜坡低洼处,部分沿沟道流入甘洛河,侵占河道,在甘洛河右岸形成堆积扇[4，12-13]。受滑坡影响,地表水在塑流区分流,分别从斜坡两侧坡脚排泄,由于地面坡度较大、汛期水流量较大,地表水对斜坡坡脚冲刷强度加大,斜坡稳定性降低,引发两侧斜坡蠕滑变形(3#、4#、5#),滑坡堆积体对坡体产生推力,导致坡脚引水渠破坏,形成7#滑坡(图2)。

综上分析,滑坡的破坏机制为下部土体先滑使上部土体失去支撑而变形滑动,该滑坡呈上小下大的塔式外貌,横向张性裂隙发育,表面呈阶梯状(图3),牵引变形区变形速度较慢,因此该滑坡破坏模式为牵引式破坏模式。

图2 滑坡形成分区图
Fig.2 Zoning map of landslide formation

1.1#滑坡滑动变形区；2.1#滑坡牵引变形区；3.2#滑坡滑动变形区；4.2#滑坡牵引变形区；5.3#滑坡；6.4#滑坡；7.5#滑坡；8.6#滑坡；9.滑坡塑流区；10.滑坡堆积区。

图3 滑坡典型工程地质剖面图
Fig.3 Typical engineering geological profile of landslide

1.第四系全新统滑坡堆积层；2.第四系全新统冲洪积层；3.第四系上更新统冰积层；4.侏罗系下统益门组泥质粉砂岩；5.三叠系上统白果湾组砂岩；6.潜在滑动面；7.调查时河流水位；8.地下水位线；9.强风化界限。

3 滑坡稳定性分析

3.1 参数选取

滑坡滑体为第四系上更新统冰川堆积层碎块石土；1#～5#滑坡体滑带为含碎石粉质粘土,6#滑坡体滑带为可塑—软塑粉质粘土；滑床为侏罗系下统益门组泥质粉砂岩、三叠系白果湾组砂岩。岩土参数选择见表2。由于滑带土厚度较小、碎石含量高、室内试验可靠性较低,采用试验参数计算滑坡稳定性时,其结果与实际差距较大,因此滑坡滑带土的抗剪强度参数需结合反演值[8-9，14]取值。

表2 滑坡物理力学参数建议值表Table 2 Recommended values of physical andmechanical parameters of landslide

3.2 稳定性计算

该滑坡推测的潜在滑面为岩土接触面，滑面呈折线，采用传递系数法[3]计算稳定性。

稳定性评价依据《滑坡防治工程勘查规范》(DZT 0218—2006),一般条件下,滑坡稳定系数Fs=1.05～1.00时,滑坡处于整体暂时稳定—变形状态；滑坡稳定系数Fs=1.00～0.95时,滑坡处于整体变形—滑动状态。

西西呷村滑坡沿岩土界面发生滑动,滑面呈折线形态,故稳定计算采用折线型滑动面的传递系数法[5，7，15]计算。选择1#～7#滑坡体的主剖面进行稳定性计算,分别计算各潜在滑面的稳定性系数并评价其稳定性。本次选定三种工况计算评价滑坡体的稳定性,各滑坡体稳定性系数及稳定性评价结果见表3。

3.3 成果分析

根据现场调查,西西呷滑坡1#～7#滑坡体地表存在多处拉张、下错裂缝,由于滑带土处于饱和状态,裂缝仍存在位移变形,在雨天及雨后加剧变形迹象明显,目前处于蠕滑变形阶段,即欠稳定状态,暴雨等不利因素下可能发生失稳、滑移。传递系数法的计算结果显示,该滑坡在天然工况下处于基本稳定—稳定状态,暴雨工况下处于欠稳定—不稳定状态,地震工况下处于欠稳定—基本稳定状态,与滑坡现场变形特征基本吻合,由此表明传递系数法适合用于该大型土质滑坡。

表3 滑坡稳定性评价表Table 3 Evaluation table of landslide stability

4 结论

(1) 甘洛县西西呷滑坡的地形地貌特征具有显著的代表性,如地形坡度较陡,地下水丰富,斜坡前缘为冲沟交汇,岩性分布特征等,滑坡形成机制的分析及稳定性评价可延伸至甘洛县其余相似区域的斜坡稳定性分析,以相似的原理对斜坡进行稳定性预判,可较准确地排查地质灾害隐患点,对今后的防灾减灾工作具有重要的意义。

(2) 在滑带抗剪强度参数选择中,试验值在滑坡稳定性计算中与滑坡实际情况差距较大,因此需采用试验值及反演值综合取值。

(3) 采用传递系数法计算滑坡稳定性系数,计算结果显示滑坡在天然工况下处于基本稳定—稳定状态,暴雨工况下处于欠稳定—不稳定状态,地震工况下处于欠稳定—基本稳定状态,总体而言,滑坡处于欠稳定—不稳定状态。现场变形特征分析,目前西西呷滑坡处于蠕滑变形阶段,即欠稳定状态,与传递系数法计算结果相近,表明传递系数法适合用于滑面形态为折线的大型土质滑坡。