湖南安仁县地质灾害特征与变形机制分析

杨建新，王 剑，唐海英

（湖南省核工业地质局三O二大队，湖南 郴州 423000）

1 研究区地质条件

1.1 地质构造

研究区位于黄田铺断层及杨家源断层中间部位，岩层总体上呈单斜构造，产状204°∠26°，与坡面倾向基本一致，局部见小型褶皱，强风化泥质砂岩地层节理极为发育，破碎强烈。

1.2 岩土体特征

根据本次勘察钻探揭露成果，研究区的主要岩土体主要为第四系粉质黏土（Q4dl），坡积成因，硬-可塑状态，主要由粘粒和粉粒组成，含少量砂砾，局部含风化岩碎块，棱角状为主，少量次菱角状，刀切面较光滑，干强度较高，韧性中等，无摇震反应[1]。该层广泛分布于斜坡地带，厚度较小，一般在1.50m～3.60m之间。其下为泥盆统锡矿山组强风化泥质砂岩，黄褐色，灰褐色，砂质结构，薄层状构造，原岩结构大部分被破坏，风化差异明显，风化裂隙极发育，岩体破碎，局部夹页岩软弱夹层，风化产物中含有较多粘性矿物，具有亲水性、胀缩性、崩解性特征，浸水易软化，岩芯多呈碎屑状、土柱状，少量碎块状。下伏基岩为泥盆统锡矿山组中风化石灰岩，灰黑色，灰色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩体较完整，岩芯多呈柱状，少量短柱状、碎块状，节长5cm～25cm，属较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级，岩石RQD=55～75。

1.3 水文地质特征

研究区地下水主要为第四系松散堆积物中的孔隙水为主，储水物质主要为滑坡堆积体、残坡积体等，其中滑坡堆积体、残坡积体主要分布在斜坡地带，其地下水含水层主要受大气降水及基岩裂隙水补给，不利于储存，一般沿内部孔隙或基岩面、基岩裂隙径流，于冲沟低洼处排泄或沿基岩裂隙下渗。

2 滑坡体特征

2.1 形态特征及边界条件

根据现场地质测绘及调查，滑坡平面形态呈扇形状，坡面较平直，前缘呈阶梯状。滑坡前缘高程144.61m，滑坡后缘高程193.40m，相对高差近49m，斜坡坡度平均约为25°，滑坡后缘为自然山坡。滑坡主滑方向为192°，滑坡平面投影前缘宽约136m，纵长约100m，正投影面积约8500m2，滑坡体平均厚度约7m，体积约5.95×104m3。该滑坡后缘及右侧边界明显，可见清晰的滑坡后壁及侧壁，前缘剪出口特征明显，地面出现鼓胀、开裂现象[2]。根据滑坡边界特征、变形特征及地形地貌特征等综合判定，该滑坡为一小型浅层牵引式滑坡。

2.2 变形特征

受2019年7月强降雨影响，该滑坡开始变形，坡体已产生局部垮塌开裂和多处拉张裂缝，造成底板局部多处被掏空下沉，外侧垮塌等不良地质现象。据现场调查，共发现4处裂缝，裂缝方向均近垂直于主滑方向，详见下表1。

表1 滑坡裂缝统计表

2.3 物质结构组成特征

根据工程地质测绘及勘探揭示，结合滑坡剖面图分析，滑坡体发育在第四系全新统（Q4）与上泥盆统锡矿山组上段地层中，其物质结构可分为滑体、滑带、滑床三个带，各带的物质结构特征具体如下：

（1）滑坡体主要由表层粉质黏土及强风化泥质砂岩组成，厚度2.85m～8.50m，厚度变化较大，平均厚度约7m。粉质黏土（Q4dl）：坡积成因，黄褐色，红褐色，硬-可塑状态，主要由粘粒和粉粒组成，含少量砂砾，局部含风化岩碎块，棱角状为主，少量次菱角状，刀切面较光滑，干强度较高，韧性中等，无摇震反应[3]。该层广泛分布于斜坡地带，厚度较小，本次揭露深度一般在1.50m～3.60m之间。强风化泥质砂岩：黄褐色，灰褐色，砂质结构，薄层状构造，原岩结构大部分被破坏，风化差异明显，风化裂隙极发育，岩体破碎，浸水易软化，岩芯多呈碎屑状、土柱状，少量碎块状，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层分布于第四系覆盖层底部，本次勘查所有钻孔均有揭露。

（2）滑带（面）。本次钻探工程钻进过程中，在ZK1钻 孔4.8m～5.0m处、ZK2钻 孔5.0m～5.5m处、ZK3钻孔4.3m～4.6m处、ZK4钻 孔3.4m～3.6m处、ZK6钻 孔5.2m～5.6m处、ZK11钻 孔6.4m～6.7m处、ZK14钻 孔7.2m～7.5m揭露到滑带，滑带潮湿松软状、含水量高、湿润感强，含较多碎石，呈棱角状，粒径2mm～20mm（图1）。同时，在ZK7钻孔8.3m处、ZK8钻孔9.2m处、ZK9钻孔5.1m处、ZK12钻孔9.1m处滑带部位，钻孔漏水明显、钻进速度明显变快。根据钻孔揭露情况、剪出口特征及地层岩性特征等综合判断，滑坡主要沿着强风化泥质砂岩软弱夹层滑动，为顺层滑坡。剖面上，滑面形态为平缓折线状，折线形态一般后部倾角较陡，中部渐缓，前缘近水平。

图1 钻孔揭露的滑带

（3）滑床。根据钻孔揭露资料分析，滑床主要为强风化泥质砂岩，黄褐色，灰褐色，砂质结构，薄层状构造，原岩结构大部分被破坏，风化差异明显，风化裂隙极发育，岩体破碎，浸水易软化，岩芯多呈碎屑状、土柱状，少量碎块状，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层厚度较大，分布于第四系覆盖层底部，本次勘查所有钻孔均有揭露。强风化泥质砂岩下伏为上泥盆统锡矿山组中风化石灰岩，灰黑色，灰色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩体较完整，岩芯多呈柱状，少量短柱状、碎块状，节长5cm～25cm，属较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级，岩石RQD=55～75。该层厚度较大，钻孔未揭穿，揭露最大厚度为7.40m。

3 滑坡形成机制

3.1 变形机制分析

该坡体上出露主要地层为上泥盆统锡矿山组强风化泥质砂岩，经现场调查，其岩层倾向与坡向基本一致，且节理裂隙极为发育，同时由于切坡建房及切坡修路形成了高陡临空面，边坡内侧应力发生了改变，破坏了原有坡体的平衡。在连续强降雨条件下，大量水体汇集在废弃水渠中，集中渗入至坡体内部，同时由于公路内侧边沟未硬化，排水不畅，长期以往导致公路被掏空，路基下方土体不断软化，降低了岩土层的抗剪强度，形成软弱带，导致坡体产生滑移变形，目前滑坡处于蠕动变形阶段。

3.2 稳定性影响因素

3.2.1 地层岩性

研究区出露地层为上泥盆统锡矿山组强风化泥质砂岩、灰岩。泥质砂岩风化程度高，风化产物中含有较多粘性矿物，局部夹页岩，具有亲水性、胀缩性、崩解性特征，其强风化层遇水易软化泥化，致使其抗剪性能降低，形成软弱带。同时，泥质砂岩岩层倾向与坡向基本一致，给滑坡的形成提供有力的条件，是引发滑坡的主要内因之一。

3.2.2 地形地貌

研究区地形坡度较陡，坡度在20°～30°之间，同时斜坡坡向与岩层倾向一致，为顺向破，岩土体在陡坡下易沿着软弱结构面向下滑动，形成滑坡。地形坡度高陡是引发滑坡的主要内因之一。

3.2.3 降雨

该斜坡蠕动变形后，表面裂缝较发育，在连续性强降雨下，雨水沿裂缝下渗，致使岩土体饱和，重量增大、抗剪强度降低，降低了斜坡稳定性，是诱发滑坡的主要外因之一。

3.3 破坏模式分析

该滑坡破坏表现为首先前缘坡脚失稳，引发坡体上产生自地表向深部延伸的拉裂，使整个坡体向下滑动。由于前缘存在临空面，在长时间降雨或暴雨等因素诱发下，土体软化，局部产生小型滑坡，破坏坡体原有平衡状态，不断牵引后侧岩土体失稳。综合认为，该滑坡破坏模式为牵引式滑坡。

4 稳定性计算

4.1 反演分析

按照《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2016），根据经验给定潜在滑带土粘聚力C值或内摩擦角φ值，根据下列公式反求另一值。计算公式如下：

式中：

c——潜在滑带土粘聚力（kPa）；

φ——潜在滑带土内摩擦角（°）；

F——暂时稳定系数，取值见表5；

Wi——第i块段的重量（kN/m）；

αi——第i块段的滑面倾角（°）；

L——滑带长度（m）。

根据现场调查滑坡体变形特征，反演分析选取滑坡主剖面3-3´的滑面按天然工况与暴雨工况进行。在工况Ⅰ（天然工况）该滑坡处于不稳定-欠稳定状态，选取稳定系数为1.0；在暴雨工况下，滑坡体处于不稳定状态，选取稳定系数为0.95，反演滑带（面）土体对应的抗剪强度。

根据上述公式得到反演成果见表2、表3，根据反演参数结果得到F、C、Φ之间的关系曲线见图2、图3、图4、图5。

表2 滑坡3-3´剖面（天然工况）滑带土参数反演表

表3 滑坡3-3´剖面（暴雨工况）滑带土参数反演表

图2 滑坡3-3´剖面参数反演成果F-Φ关系曲线（天然工况）

图3 滑坡3-3´剖面参数反演成果F-C关系曲线（天然工况）

图4 滑坡3-3´剖面参数反演成果F-Φ关系曲线（暴雨工况）

图5 滑坡3-3´剖面参数反演成果F-Φ关系曲线（暴雨工况）

通过滑坡两种工况的稳定性计算，进一步说明了饱和状态下滑坡的稳定性较天然状态下的稳定性差。因此，大气降水与地表水的长期下渗是影响滑坡变形的主要因素。

由图3、图4、图5、图6可见，F-Φ关系曲线中的直线斜率比F-C关系曲线中的直线斜率大，表明滑坡安全系数F对内摩擦角的反应比对粘聚力的反应更灵敏，滑带土的内摩擦角对滑坡稳定性影响较大。

根据场地内工程地质条件和岩土层特性，参考土工试验成果、根据土体结构特征、结合地区经验，建议岩土体设计参数如下表4。

表4 岩土设计参数推荐值

4.2 稳定性计算

本次滑坡稳定性计算选取主滑剖面P3-P3´纵剖面，滑坡滑面呈折线型，采用传递系数法对其稳定性进行定量分析计算。

肾司二阴：前阴包括尿道和生殖器，是排尿和生殖的器官。肾主司前后二阴。尿液的贮存和排泄虽属于膀胱的功能，但须依赖肾的气化才能完成。因此，尿频、遗尿、尿失禁以及尿少或尿闭，均与肾的气化功能有关。

传递系数法的计算公式：

Ri——作用于第i块段抗滑力(kN/m)；

Ni——作用于第i块段滑动体上的法向分力(kN/m)；

Ni=（Wi+Qi）cosαi

Qi——作用于第i块段滑动体上的建筑荷载（kN/m2）；

Ti——作用于第i块段滑动面上的滑动分力(kN/m)，出现与滑动面方向相反的滑动分力时，Ti取负值；

Ti=（Wi+Qi）sinαi+γwAisinαi

Ai——第i块段饱水面积（m2）；

Tn——作用于第n块段的滑动面上的滑动分力(kN/m)；

ψi——第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i)；

αi——第i块段滑动倾角(°)；

ci——第i块段滑动面上粘聚力(kPa)；

φi——第i块段滑带土内摩擦角(°)；

Li——第i块段滑面长°(m)；

Wi——第i块体重量(kN/m)；

剩余下滑力计算公式：

Ei=K〔（Wi+Qi）sinαi+γwAisinαi〕+ψiEi～1-（Wi+Qi）cosαitgφi-cili；

其中：Ei-1——第i-1条块的剩余下滑力(KN/m)，作用于分界面的中点；

αi——第i条块所在滑面倾角(°)；

k-滑坡推力安全系数。

该滑坡采用传递系数法（条分法）对滑坡进行稳定性计算与分析，计算结果见表5。

表5 滑坡稳定性系数计算成果表

根据定量计算并结合现场定性判断，安仁县平背乡龙头山村熊古组滑坡天然工况下处于欠稳定状态，暴雨工况下处于不稳定状态，坡体在暴雨作用下极有可能发生滑动，亟需进行工程治理。

5 防治措施

根据滑坡的特征和破坏模式，本次治理治理方案建议采用抗滑桩+截排水综合治理方案：①抗滑桩工程：在滑坡前缘已建简易道路上布设一排抗滑桩，同时在抗滑桩桩顶设冠梁连接进行有效地阻滑，抗滑桩应进入中风化石灰岩一定深度，布桩方向宜垂直主滑方向。②截排水沟工程：在滑坡坡顶及坡体上修建截排水沟，在已建简易道路内侧修建排水沟，保证场地地表水排泄畅通。

6 结语

①基本查明了滑坡的物质组成、基本特征、变形特征、灾情和险情，分析了滑坡的形成机制、破坏模式和稳定性，该滑坡为一小型浅层牵引式滑坡。②根据现场调查与勘查，影响滑坡稳定性因素主要有地层岩性、人类工程活动、大气降雨、地形地貌，其中地层岩性、地形坡度较陡是滑坡发生的内因，人类工程活动、大气降雨是诱发滑坡主要的外因。③通过对滑带土的安全系数、粘聚力、内摩擦角进行反演分析，表明滑带土的内摩擦角对滑坡稳定性影响更大。④根据稳定性定量计算并结合现场定性判断，该滑坡在天然工况下处于欠稳定状态，暴雨工况下处于不稳定状态。⑤针对该滑坡体的特征及现场条件，建议采用抗滑桩+截排水的综合治理方案，本工程的成功应用，为今后类似滑坡地质灾害治理提供宝贵经验。