湘潭地区典型红黏土滑坡成因机制分析和稳定性评价

屈添强，张联志，潘 卓，夏 乐

（1.湖南省有色地质勘查局二总队，湖南 湘潭411102；2．湖南省自然资源事务中心，湖南 长沙410004）

2017年6月28日起，湘潭县青山桥镇出现连续性强降雨天气。在降雨作用下，桥头铺滑坡变形急剧发展，造成滑坡下方多户居民房屋受损、屋后挡土墙开裂变形，严重威胁下方17户居民的生命及财产安全。该滑坡区内上覆第四系以灰岩风化的红黏土为主，具有孔隙率大、含水量高、塑性高、收缩性强等特征，为湘潭地区典型的红黏土滑坡。此类滑坡一般先发生坡脚破坏变形，再逐步往滑坡后部发展，多为浅层牵引式滑坡。文章基于桥头铺滑坡的物质结构、变形发展，分析其成因和稳定性，预测其发展规律。

1 滑坡地质环境条件

滑坡区属低丘陵山地地貌，丘顶较浑圆，山坡植被发育。坡体上覆第四系残坡积土，滑坡坡向101°，整体坡度＞30°，地形总体为西高东低，南北两侧相对为缓坡地形，山体植被发育，主要为茂密的灌木丛和乔木，覆盖率达70%，部分坡脚人工切坡较重。

滑坡区内主要地层由新至老主要为第四系更新统含砾粉质黏土（红黏土）、砂壤土（），下伏地层为泥盆系棋梓桥组（）石英砂岩、灰岩夹炭质页岩地层，产状为123°∠61°。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形态特征

滑坡区总体具有坡体后缘裂缝、陡坎、错台、裂缝等微地貌特征，结合地表调查圈定滑坡周界。滑坡体前缘堆积体于居民房屋后，根据前缘临空面滑塌现象结合钻探情况，滑坡剪出口位于下部山体切坡形成的二级陡坎处。

主滑坡：滑坡平面呈不规则圆弧形态分布，主滑方向101°，纵向宽约65m，横向宽约140m，平面面积6.0×103m2，滑面平均深度8.1m，体积4.9×104m3，属于小型浅层牵引式土质滑坡。次级滑坡H1：滑动方向106°，已出现部分滑塌，滑塌方量约1500m3。纵向宽约33m，横向宽约38m，面积0.9×103m2，深度5.5m，体积0.5×104m3。次级滑坡H2：滑动方向112°，已出现部分滑塌，滑塌方量约3000m3。纵向宽约28m，横向宽约71m，面积1.3×103m2，深度6.0m，体积0.8×104m3。滑坡平面图如图1所示，剖面图如图2所示。

2.2 滑坡变形破坏特征

滑坡在连降暴雨作用下变形迹象明显，主要表现为坡体塑性变形、中部及后缘产生张拉裂缝等，已造成下方多户居民房屋、挡墙、路面等变形受损，滑坡处于破坏变形阶段。

图1 滑坡平面图

图2 2-2’剖面图

2.3 滑坡物质结构特征

（1）滑体。滑坡体物质主要为灰岩风化产生的含砾粉质黏土（红黏土）及部分石英砂岩风化产生的砂壤土。红黏土呈褐黄色—棕红色，主要由黏性土及砂岩碎屑组成，碎屑含量10%～15%，揭露层厚1.80～9.10m。（2）滑带。主滑坡南侧以及次级滑坡的滑带土主要为残坡积含砾粉质黏土（红黏土），主要由黏性土及石英碎石组成，厚度为0.1～0.3m。滑坡北侧附近的滑带土为砂壤土中的黏土夹层，厚度为0.1～0.2m。（3）滑床。滑床为南侧中风化灰岩夹炭质页岩，其中灰岩呈灰白—灰黑色，风化裂隙稍发育；北侧滑床为强风化—全风化石英砂岩，灰白色，石英含量90%以上，节理裂隙较发育。滑床埋深7.70～8.90m，岩层倾向与坡向相近，中后缘较深，向前缘逐渐变浅。

3 滑坡稳定性影响因素

滑坡稳定性影响因素分为内因和外因，其中内因方面的地质因素包括地形地貌、地层岩性等；外因包括气候（持续强降雨）及各类人为活动作用等。

（1）地形地貌因素。区内属剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大，坡度多＞30°。

（2）地质构造。据区域地质资料及勘查显示，区内地质构造相对稳定，稳定性良好。地质构造对滑坡的影响小。

（4）降雨因素。降雨是引发滑坡的重要因素，由于红黏土的特性，在连续强降雨作用下，滑坡土体强度大幅降低，并由于其强收缩性在反复饱水排水过程中土体易干缩形成裂缝，短时间内大量雨水沿裂缝渗入坡体，导致坡体的容重迅速增大，进而造成土体的抗剪强度降低，同时浸润软化滑带附近岩土体，对滑坡的变形起加剧作用。

（5）人类工程活动。区内存在人工切坡修路、建房，切坡形成高陡临空面，降低了岩土体的稳定性，扰动了斜坡的初始应力平衡条件，进而引发滑塌。

4 滑坡成因机制和破坏模式分析

（1）滑坡成因机制。依据前文分析，影响桥头铺滑坡稳定性的主要因素是降雨，其次为人类工程活动、岩土体性质、地形地貌等因素。滑坡区原始地形为丘陵山地，起伏较大，修路、建房时人工切坡使得坡脚产生了高陡临空面，而区内未做相应的排水措施。坡体红黏土由于其强收缩性在反复饱水排水过程中土体易干缩形成裂缝，在连续强降雨作用下大量雨水沿裂缝渗入坡体无法及时排出，导致滑体容重迅速变大，岩土体的抗剪强度降低，并浸润软化滑带附近岩土体，随着潜在滑动面的进一步发展及贯通，滑坡加剧发展。

（2）滑坡破坏模式。该滑坡主要物质组成为红黏土，此类滑坡一般坡脚先出现变形破坏特征，而后逐步往滑坡后缘发展。坡脚切坡形成临空面，破坏了坡体固有的应力平衡，在长时间降雨或暴雨条件作用下，坡体向临空方向剪切蠕动，坡体逐级往上产生拉张裂缝，滑坡往后发展最终致使滑坡发生整体滑动。其破坏模式为牵引式滑坡破坏。

5 滑坡稳定性计算及评价

（1）计算方法。滑坡为土质滑坡，滑面总体呈圆弧状。采用毕肖普法（Bishop）计算滑坡稳定性系数。

（2）参数选择。根据现场大重度实验以及室内土工试验成果数据，结合反演分析，综合确定滑坡岩土体相关计算参数，如表1所示。

（3）计算工况确定。依据滑坡的形态结构特征、成因机制分析，结合区域气象、地震等情况综合分析，考虑在以下2种工况下进行稳定性计算。①工况1：天然自重，仅考虑滑体自重（包括附加荷载），采用天然状态下滑带土的C、φ和滑体天然容重；②工况2：天然自重+暴雨（全饱和水），考虑到暴雨下滑体饱水状况采用滑带土饱和水下的C、φ和全饱水时容重。

表1 岩土体物理力学参数表

（4）计算成果评价。综合考虑滑坡特征选取三条主滑坡剖面，采用毕肖普法和相关参数进行稳定性计算，并对滑坡进行稳定性分析，如表2所示。

表2 滑坡稳定性计算成果表

滑坡发生变形加剧可能性大。据调查，桥头铺滑坡数次出现新变形及变形加剧均发生在连续性强降雨和大暴雨期间，滑坡变形发展情况与计算结果的定量分析一致。

6 结论

（1）滑坡为湘潭地区典型的红黏土滑坡，滑体主要由红黏土及部分砂壤土组成。（2）滑坡的破坏模式为牵引式破坏，滑坡稳定性的主要影响因素为连续性强降雨，其次为人类工程活动、岩土体性质等。（3）滑坡为浅层土质滑坡，滑面为圆弧状土层滑面，采用毕肖普法计算分析滑坡在天然状态下处于基本稳定-欠稳定状态，在暴雨工况下处于不稳定状态。（4）由于红黏土的强收缩性、高塑性，易形成坡体裂缝，对滑坡稳定性影响显著，对应完善好截排水等坡面阻水措施，将会有效提高滑坡的稳定性。