新疆头屯河楼庄子水库左岸边坡滑坡稳定性评价

蒋新会 张金铸 刘胜

摘 要：2017年9月27日，新疆头屯河中上游河道左岸山体边坡发生滑坡。通过对滑坡的形态特征、物质组成、结构特征调查及岩土体物理力学参数，分析滑坡变形特征，得到滑坡影响因素与变形破坏机制，利用传递系数法分别对滑坡在不同工况下的稳定性进行计算和评价，为头屯河楼庄子水库左岸山体滑坡监测预警与防治提供参考。

关键词：滑坡;影响因素;变形破坏机制;稳定性评价

中图法分类号：P642. 22             文献标志码：A               DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0111

新疆头屯河楼庄子水库是头屯河流域上游山区正在建设的控制性民生水利工程，主要任务为防洪、灌溉、城市生活及工业供水，距离昌吉市75km，距离乌鲁木齐市85km。2017年9月27日，距离水库下游1.8km处头屯河左岸山体发生滑坡，滑坡体位于昌吉市硫磺沟镇楼庄子村附近（以下简称“滑坡区”）。

1  滑坡区概况

昌吉市南部高中山区属于天山地槽区北天山褶皱带，褶皱断裂构造发育，崩塌、滑坡灾害发育[1]。楼庄子滑坡位于头屯河左岸中、低山区地段。从整个滑坡区的地形地貌条件看，该滑坡曾经为一大型老滑坡，老滑坡体整个滑坡体上可明显发现至少3次滑动痕迹，老滑坡存在多级错台裂缝和滑动痕迹，原老滑坡体中前部滑体在原稳定山体阻挡下，沿左侧低洼区域滑动堆积，而右侧山丘并未发生滑动迹象。老滑坡体长550m，宽180m，面积约99 000m2，平面形态呈“圈椅”形，滑坡主要发育在侏罗纪砂岩和泥岩互层的地层结构中，岩体结构为缓倾顺层结构。

2  滑坡发育特征

2.1  滑坡区地貌形态及边界特征

滑坡体左、右两侧以冲沟为边界，后缘以错落陡坎为界，前缘剪出口位于县道X125线公路上边坡的砂泥岩层面分界处。滑坡前缘高程1 303m，后缘高程1 399m，高差90m。滑体坡度在10°～30°左右，主滑方向140°。

地形上坡体起伏变化较大，左右两侧滑坡体区地势起伏较小、中间滑坡体地势起伏较大。后缘为上侏罗统头屯河组（J2t） 灰白色夹灰色厚层状砂岩，陡坎高为6～8m。滑坡体表层为第四系中～上更新统冲积、洪积层含砾粉质粘土、砾砂和上侏罗统头屯河组（J2t） 泥岩全强风化物，下伏基岩为上侏罗统头屯河组（J2t） 灰白色夹灰色厚层状砂泥岩，产状为110°∠Z15～20°。

2.2  平面分区特征

本次滑坡主要是沿NW140°方向滑動，后缘主动滑动体在遇到前缘山丘阻挡后，沿两侧低洼沟道滑移，分为左右两支滑动体。在后缘强大推动力作用下，前缘山丘内部上覆泥岩沿下伏砂岩接触面附近发生滑动，致使公路被掩埋破坏。整个滑坡体平面上可明显分为4个分区，即I区后缘滑动区、II区左侧滑坡区、III区中部滑坡区和IV区右侧滑坡区。

（1）I区后缘滑动区

该区位于滑坡后部，为后缘主动推移区，由于地震震动作用使得滑坡后部在自重作用下沿着泥岩面底面和泥岩层内发生滑动破坏，主滑方向为140°，长80m、宽75m，滑体厚度为5～10m左右。垂直下落距离达5m，滑动砂岩块体长15～20m左右、厚8m左右，后壁处出露的泥岩滑动面呈30°、擦痕明显，滑动面呈锈黄色，为长期雨水侵蚀发生软化作用所致。

该区在自重作用下受地震、降雨等诱发发生主动破坏区，由于块体差异运动导致滑体块体分解现象明显，发育众多小错台，块体之间的裂缝发育密度大、且相互连通，表层堆积有众多砂岩破坏块体、直径可达2～5m。

（2）II区左侧滑坡区

该区为左侧被动推移区，主滑方向为105°，长200m、宽70m，滑体厚度为10m左右。该区受I区后缘的推动作用发生被动推移滑动破坏，后由于前缘临空条件较好、且无阻拦发生二次推动破坏，在中部形成3～4到贯通裂缝和错台，裂缝长50m左右，与主滑方向近于垂直，错台高差达1～2m。该区前部左右两侧分别发生小规模滑动破坏。

（3）III区中部滑坡区

该区为中部被动推移区，主滑方向为125°，长150m、宽80m，滑体厚度为10m左右。该区受I区后缘的推动作用发生被动推移滑动破坏，后由于前缘临空条件较好、且无阻拦发生二次推动破坏，前缘临空面发生层内滑动，堆积掩埋县道X125公路，该区中部发育3道贯通性裂缝和错台，裂缝呈圆弧状，与主滑方向近于垂直，裂缝长90m、张开宽度为0.5～2m左右，裂缝处错台高差达2～3m。

（4）IV区右侧滑坡区

该区为右侧被动推移区，主滑方向为150°，长150m、宽40m，滑体厚度为10m左右，该区受I区后缘的推动作用发生被动推移滑动破坏，由于前缘临空条件较好、且无阻拦推动破坊前缘临空面发生层内滑动，堆积在滑坡右侧区，该区滑动距离较大，近5m厚的滑体滑动堆积到右冲沟内，坡面变形破坏特征明显。

2.3  变形破坏特征

滑坡体平面呈圈椅状，滑体各部位变形破坏特征明显。滑坡后壁清晰，出现明显后缘平台和台坎，高度变化1～10m，滑体上出现多处横向和纵向拉裂隙，裂隙错台高度0.2～1.5m不等，并在滑坡后缘出现裂缝，在已错动砂岩裂缝内有明显雨水淋溶现象。

2.4  滑坡物质结构特征

滑体主要分为两层：第一层为全风化泥岩，局部为砂岩，厚度2.5～3.5m，侏罗系全风化泥岩，呈紫色，松散，干燥稍湿;第二层为强风化泥岩，厚3.5～7.7m，侏罗系泥岩呈强风化，青灰色夹紫红色，节理裂隙发育，岩体破碎，岩心呈短柱状。

本次滑坡属于砂、泥岩接触面和泥岩层内的中层滑坡，滑带为强风化泥岩，呈棕黄色，岩体有明显挤压破碎痕迹，断面处可见少量透明色石英结晶体。泥岩呈可塑—硬塑状，手捏可变形，滑带处颜色多呈锈黄色，有泥岩现象，局部可见擦痕。

滑床主要是上侏罗统头屯河组（J2t） 强—中风化砂岩，层厚 7.0～9.5m，侏罗系中风化砂岩，局部夹少量含砾砂岩，青灰色，层状构造，岩芯较完整，多呈长柱状。该层砂岩下部为砂泥岩互层结构，呈顺层缓倾结构，岩层产状110°∠15～20°。

3  滑坡成因分析

3.1  滑坡影响因素分析

滑坡區位于头屯河流域南部山区地质灾害易发区，头屯河左岸为砂泥岩顺层地层结构、容易发生滑坡灾害、发育众多古老滑坡体，是昌吉市地质灾害重点巡查区[1]。

（1）地层岩性

滑坡区地层为侏罗纪砂岩和泥岩互层的地层结构，砂岩节理裂隙发育，卸荷裂隙发育，风化严重，岩体被切割成岩块，泥岩表层风化严重，属于极软岩，遇水易崩解软化，常在与顶板砂岩层接触面形成隔水层和滑移面，使得砂岩顺层结构在自重应力作用下更容易发生滑动破坏。

（2） 地形地貌

滑坡区域位于头屯河上游中低山区，海拔1 200～1 400m，在后期头屯河侵蚀下切和山体隆升剥蚀过程中，在河谷两岸发现4级阶地，又加上不同阶段河流水动力条件促使侵蚀速率存在差异，滑坡区形成山坡陡峭的阶梯状山体地貌，促使陡峭砂泥岩边坡常常沿接触面发生崩塌和滑动破坏。

（3） 降雨

滑坡区多年平均降水量257.5mm，最大积雪深度510mm，丰富降雨和冰雪融水致使水系发有，地下水发育，在滑坡体两侧发育两条平行沟道，为滑坡滑动提供陡峭临空面和排水通道，滑坡后缘山坡具有上陡下缓地形特点，具有良好汇水条件。根据2017年9月份气象数据显示，滑坡发生前共出现7次降水过程，其中23～24日的降水可能为本次滑坡事件具有重要贡献作用，前期的有效降水加速泥岩层饱水软化，促使滑坡处于临界滑动状态。

（4） 地震活动

该滑坡区域动峰值加速度为 0.2g，对应基本烈度为V度。区域历史地震频发，滑坡附近断裂发育，致使近场中小地震较为活跃，据2017年9月份地震活动记录，滑坡附近150km范围内共发生74次，25km范围内发生2次地震，其中2017年9月27日2时发生的0.9级地震，可能促使处于临界状态的边坡发生滑动破坏。

3.2  变形破坏机制

（1）滑坡诱发因素

由于滑坡区2017年9月在滑坡发生前的7次降水过程，尤其是9月23～24日的降水加速泥岩层饱水软化，促使滑坡处于临界滑动状态。2017年9月27日2时发生的 0.9 级地震，促使处于临界状态的滑坡后部和临空的砂岩块体发生滑动破坏。

（2）滑坡形成演化

根据滑坡发展演化过程，滑坡区主滑方向上纵向形成演化可以划分为三区：I区后缘主动滑动区、II区中部被动滑动区和III区前缘被动推移区。

I区后缘主动滑动区：该区厚度较大，坡度较大，裂缝发育，在自重作用下受连续降雨+地震作用诱发首先发生主动破坏，滑动距离可达40m，滑动势能较大，由于块体差异运动导致滑体块体分解现象明显，坡面变形破 坏特征明显，发育众多小错台和裂缝。

II区中部被动滑坡区：该段左右两侧由于阻力小、首先推移剪出滑坡，由于滑坡后部的I区后缘主动滑动区的推动作用，使得II区中部被动滑坡区变形破坏严重，中部山丘后部受推动后形成众多裂缝，两侧局部受挤压后形成鼓胀，该区变形破坏特征明显，块体分解现象明显。

III区前缘被动推移区：该区位于滑坡前缘处，由于前缘临空条件较好、且无阻拦发生二次推动破坏，在中部形成3～4到贯通裂缝和错台，该区发生被动破坏后堆积掩埋新建道路，道路上堆积体高5～20m，根据现场观测，该区从9月27 日开始出现道路堆积，受后部推动作用的不断向前，主要堆积在县道X125公路和路基边坡上。

（3）变形机制分析

根据滑坡诱发因素、滑坡形成演化过程和现场观测，该滑坡后部在自重作用下受连续降雨加上地震作用诱发首先发生主动破坏，使得滑坡表层全—强风化泥岩沿着下覆砂岩面附近产生滑动，滑体中后部率先变形出现局部滑塌，从而推动前缘变形，滑坡中部和前缘剪出口土体受挤压后形成鼓胀，故该滑坡破坏模式为推移式。

4  稳定性分析与评价

4.1  滑坡稳定性计算

楼庄子滑坡滑面即泥岩与砂岩分界面和泥岩层内滑面计算，滑面主要呈折线形，故采用折线型滑动面计算模型[2]。

坡体上没有建筑，可不考虑建筑荷载;因坡体为斜坡，地表存水相对较少，可不考虑动静水压力对滑坡的影响;坡体内无地下水位，不考虑地下水的影响;本区地震基本烈度为8度，考虑地震影响;本区为降雨集中，暴雨多发区，考虑暴雨对滑体加载及对滑带软化的影响。经以上分析综合本滑坡特征及其各种荷载情况，选定工况1：自重（天然状况）、工况2：自重+暴雨和工况3：自重+地震，三种工况计算评价滑坡稳定性。根据勘测资料，滑坡稳定性和滑坡推力参数按下表1取值。

根据计算结果对滑坡进行稳定性评价，将稳定性划分为四级：稳定系数Fs≥1.15为稳定，1.15>Fs≥1.05基本稳定，1.05>Fs≥1.0为欠稳定，Fs< 1.0为不稳定。按照上述工况及方法进行滑坡稳定性计算，计算结果见表2。

4.2  滑坡稳定性分析评价

根据《滑坡防治工程规范》（DZ/T 0218-2006），边坡稳定性评价参考边坡稳定状态划分标准评价本次计算的边坡稳定性，如表3所示。

将滑坡剖面所计算的稳定系数按表边坡稳定状态划分标准进行评价，评价边坡的稳定性状态，如表4所示。

由上表可知，该滑坡处于欠稳定状态，滑坡一定时期内处于蠕动变形阶段，在暴雨或地震的条件下发生滑动破坏的可能性较大。

在天然工况下，滑坡稳定性系数在1.022～1.169之间，滑坡处于基本稳定状态，局部处于欠稳定状态;滑坡前缘路基处由于堆载过多，其处于欠稳定状态，容易沿着现路基下边坡处发生剪切破坏。

在自重+暴雨工况下，滑坡稳定性系数在0.846～0.955之间，滑坡处于不稳定状态，容易再次发生滑动破坏。

在自重+地震工况下，滑坡稳定性系数在0.871～0.932之间，滑坡处于不稳定状态，容易再次发生滑动破坏。

5  结论与建议

楼庄子滑坡长约350m，宽约150m，滑坡主滑方向140°，滑体厚度平均10m，滑坡坡度为15～30°，体积约5.25×105m3。此滑坡属于中层、大型、推移式自然岩质滑坡。

楼庄子滑坡平面滑动特征复杂，为后缘主动滑动体在遇到前缘山丘阻挡后，分左右两支沿两侧低洼沟道滑移，同时，在后缘强大推动力作用下，前缘山丘内部上覆泥岩沿下伏砂岩接触面附近发生滑动，致使公路被掩埋破坏。整个滑坡体平面上明显分为4个分区，即I区后缘滑动区、II区左侧滑坡区、III区中部滑坡区和IV区右侧滑坡区。

该滑坡为顺层滑坡，地层结构简单，为上覆泥岩沿下伏砂岩发生滑动。滑体主要分为两层：第一层为全风化泥岩，层厚2.5～3.5m，第二层为强风化泥岩，层厚3.5～7.7m;滑带为强风化泥岩，呈棕黄色，岩体有明显挤压破碎痕迹，呈可塑—硬塑状，手捏可变形，有泥岩现象，局部可见擦痕;滑床主要是强—中风化砂岩，层状构造，岩芯较完整。

楼庄子滑坡是一个典型的自然滑坡灾害现象，滑坡区为砂泥岩互层结构，砂岩节理裂隙发育，泥岩风化严重，遇水易崩解软化，砂泥岩顺层缓倾结构使得陡峭砂泥岩边坡坡体在自重应力作用下更容易发生推移滑动破坏。滑坡诱发因素为降雨和地震，滑坡发生前共出现7次降水过程，其中23～24日的降水可能为本次滑坡事件具有重要贡献作用，前期的有效降水加速泥岩层饱水软化，促使滑坡处于临界滑动状态。其中2017年9月27日2时发生的0.9级地震，可能促使处于临界状态的边坡发生滑动破坏。

根据滑坡发展演化过程，滑坡区主滑方向上纵向形成演化可以划分为三区：I区后缘主动滑动区、II区中部被动滑动区和III区前缘被动推移区。I区后缘主动滑动区在自重作用下受连续降雨+地震作用诱发首先发生主动破坏，滑动距离可达40m，滑动势能较大;II区中部被动滑坡区：该段左右两侧由于阻力小、首先推移剪出滑坡，中部山丘后部受推动后形成众多裂缝;III区前缘被动推移区：该区位于滑坡前缘处，由于前缘临空条件较好、且无阻拦发生二次推动破坏，该区发生被动破坏后堆积掩埋X125线公路。故该滑坡破坏模式为推移式。

传递系数法稳定性计算结果分析，定量计算结果与现场对滑坡的定性分析判断基本吻合。当前滑坡在天然状态下，坡体整体处于基本稳定状态，局部块体处于欠稳定状态，在暴雨和地震工况下，坡体处于不稳定状态。滑坡后部受山包阻拦，仍然存在一定的势能条件，而且滑面依然存在，容易再次导致推移式滑动。

参考文献：

[1]白铭.新疆昌吉市地質灾害形成机制及其防治对策[J]. 地质灾害与环境保护，2009.6（2）：13-15.

[2]陈刚，李世民，蔡敏.高川陈家坡滑坡的形成机制及稳定性评价[J].南水北调与水利科技，2011.9（1）：134-138.