河南省西峡县石界河乡通渠村滑坡成因分析及稳定性评价

杨森，方荣，徐书文，徐川川，刘冬，豆靖林

（1.河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南 郑州 450016；2.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016）

0 引言

中国是世界上滑坡灾害严重的国家之一，每年因滑坡造成的经济损失均在十亿美元以上（殷坤龙，2004）。河南省西峡县雨量充沛，通渠村滑坡存在失稳的可能性，严重威胁人民群众的生命和财产安全，通过分析研究该滑坡的稳定性提出合理的防治措施，意义重大。滑坡的成因机制和破坏过程非常复杂，国内外许多研究者对滑坡变形特征与各类影响因素进行了不同程度的分析（彭令和牛瑞卿，2011），影响因素大致可以分为内在和外在两种影响因素，内在影响因素主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造及地震等，外在因素包括人类工程活动、气候、降水等。极限平衡分析法在土质边坡稳定分析中应用最为广泛（王道山等，2020），常用的方法有Spencer法、垂直条分Sarma法、斜条分Sarma法、传递系数法（赵广春等，2005；方玉树，2007）等。本文通过传递系数法计算得出天然工况、暴雨工况和地震工况（何专和姚令侃，2009；王江荣等，2018）条件下的整体安全系数，进而整体评价该滑坡的稳定性（栾永平和高永强，2007；龙维和裴学斌，2013），为该滑坡治理提供了可靠的技术支撑（李健生和张洒，2020）。

1 滑坡概况

通渠村滑坡位于河南省西峡县石界河乡通渠村孤山组，滑坡区人类工程活动较为强烈。经过现场调查，滑坡区的前缘由于修路建房，人工开挖形成临空面，后缘和中部发育多条拉张裂缝，滑坡区雨水充沛，尤其在雨季，持续降雨的情况下，滑坡存在失稳的可能性。滑坡区下部分布有村部、卫生所、小学以及居民区，滑坡危险区范围包括滑体及周边50 m的区域范围，危险区面积约2.2×104m2。滑坡一旦失稳，将严重威胁通渠村孤山组村民和学校师生200余人的生命财产安全。因此，急需对滑坡形成机理和稳定性进行分析，并提出滑坡治理的措施和建议（张玉池等，2004），同时对整个豫西山区受降雨影响的滑坡研究（王红晓等，2009；常晓军等,2010）具有一定的借鉴意义（图1～2）。

图1 通渠村滑坡全貌

2 滑坡区地质环境条件

2.1 地形地貌

滑坡区位于石界河乡石烟河与大坪河交汇处，属于豫西低山区，滑坡区总体趋势北高南低，高程在658～703 m，西北东南走向的大坪河是区内最低侵蚀基准面，滑坡平面形态呈不规则马蹄状，剖面形态呈阶梯状，区内地形起伏较大，冲沟发育，坡角25°～35°。

2.2 气象水文

滑坡区处于亚热带向暖湿带过渡地带，属暖温带大陆性季风气候，气候温和，雨量充沛，光照充足，年均气温15.1℃，年均降雨量830毫米左右（汛期占全年雨量的60%以上，最高可达80%）。滑坡区前缘的大坪河属于季节性河流，向东南汇入石烟河，最后汇入鹳河。

2.3 地层岩性

滑坡区出露地层为第四系冲洪积及残坡积层，下伏古元古界秦岭岩群。第四系冲洪积及残坡积层主要岩性为粉质粘土、碎石土及砂砾卵石层，上部粉质粘土黄褐色，可-硬塑，含砂及少量碎石，下部碎石含量增高，粒径2.0～40.0 mm的占50%，干强度较高，韧性较好，为滑坡体的主要岩性。下伏古元古界秦岭岩群岩性主要为（全-强-中风化）花岗片麻岩，颜色黄褐色-灰白色，岩石节理裂隙发育，风化程度由上至下减弱。滑带土以黄褐色，软-可塑，以粘性土为主，含砂粒，强度较上部土层偏低，湿度偏高。

2.4 地质构造及地震

滑坡区位于小寨断裂带与朱阳关断裂带之间，岩层的产状稳定为301°～320°∠20°～27°，岩层倾向与坡向基本相反属于逆向坡。

西峡地区地震设防烈度为Ⅶ度（中华人民共和国国家标准，2016①；中华人民共和国住房和城乡建设部，2016②）。

2.5 水文地质条件

滑坡区有多条天然冲沟，降雨形成坡面流，汇入冲沟，最后汇入大坪河，部分入渗形成地下水。滑坡区地下水主要为基岩裂隙水，并主要赋存于滑坡体的全-强风化花岗片麻岩的节理裂隙内，表层粉质粘土层中含少量孔隙水，水位季节变化大。

2.6 工程地质条件

滑坡区工程地质岩组主要为粘土、细砂、砂卵石多层土体和花岗片麻岩岩组。

粘土、细砂、砂卵石多层土体：该岩组厚度一般小于10 m，残坡积物结构较疏松，基岩裂隙较发育，遇水力学性质变化大，工程地质条件较差，滑坡主要发生在该工程地质岩组内。

花岗片麻岩岩组：属坚硬、半坚硬岩类。岩石坚硬，中粒、中粗粒及似斑状结构，块状构造，为中生代黑云母斑状花岗与元古代闪长岩，其力学强度能满足一般工程建筑，工程地质条件相对较好。

2.7 人类工程活动

滑坡区人类工程活动较为强烈，对滑坡体的扰动较大，主要表现为2个方面：

（1）削坡建房、修路人为削坡建房，降低了斜坡的稳定性，对地面扰动较大，原地貌、土地及植被也遭到破坏，引发和加剧滑坡、崩塌灾害的发生（张啟兴等，2019）。

（2）人工取土、开挖梯田滑坡体上人工筑堤造田，导致地表土质疏松，改变了原有地表水的排泄通道，增加汇水面积，也有利于地表水转化为地下水，导致坡体局部稳定性降低，坡体中后缘拉张裂缝较为发育，并在坡体后缘发生滑塌。

图2 通渠村滑坡平面图

3 滑坡基本特征及成因分析

3.1 滑坡空间形态

通渠村滑坡体为凸型，平面上为簸箕状，滑坡体西侧以基岩和残坡积层的分界线为界，东侧以冲沟为界，后缘以张拉裂缝下挫为界，后缘高程点约702 m，前缘剪出口以中心小学后地面与坡体交界处为界。滑坡主滑方向177.5°，坡角25°～35°，滑坡轴线长约140 m，平均宽约160 m，总面积约22000 m2，滑坡体厚度约1～8 m，滑坡体土方量约100000 m3，属于浅层小型土质滑坡。滑体地表呈台阶状，形成多条高2～6 m陡坎。地表倾角呈上陡中下缓，后部倾角30°～40°，中部倾角20°～30°，前部倾角0°～3°。

3.2 滑坡体物质组成与结构

滑体为第四系残坡积碎石土，厚度1～8 m，杂色，碎石土内含有少量的植物根系，呈杂色，其母岩为斜长片麻岩。滑床为强风化至中风化的斜长片麻岩，岩层倾向为320°，倾角25°。岩体由于受到构造影响，裂隙较为发育，岩层被切割成碎裂状的碎块，透水性系数大，是地下水的富集区。

据勘查资料，滑坡体的滑面为黄褐色粉质粘土软弱层，位于粉质粘土和全风化斜长片麻岩的接触带。由于地表水和地下水的作用，改变了该土体的结构，在自重和压力的作用下，使该软弱层的孔隙发育，含水量增加，从而导致强度降低。

3.3 滑坡的变形特征

该滑坡变形特征主要表现为拉张裂缝、浅层滑塌以及前缘建筑局部变形。滑塌位于滑坡后缘西部，在滑塌体后缘所形成的陡壁高约2～3 m，坡度为40°～50°（图3）。

图3 滑坡后缘滑塌

3.4 滑坡的成因机理

在小寨断裂带和朱阳关断裂带的作用影响下，造成滑坡区的岩体破碎、裂隙发育，外加降雨的入渗，改变了岩体的结构，降低了岩石的强度，加快岩石的风化速度，为滑坡形成提供了物质基础（田恒召和李虎杰，2011）；其次滑坡区前后缘高差约50 m，坡度30°左右，坡度较陡，为滑坡形成提供了势能条件，前缘经河流洪水冲蚀及人工开挖，形成多条2～6 m陡坡，为滑坡的形成制造了有利的临空面（田恒召和李虎杰，2011）；滑坡面人工改造梯田，使植被减少，改变了原有的排水通道，增加汇水面积从而增加了雨水的入渗，雨水沿滑面向下部渗流，造成结构面的力学参数降低，从而降低了上覆盖层的稳定性，加剧了滑移变形。

3.5 滑坡的破坏模式

从滑坡的破坏特征看，滑坡体先期由人为的开挖坡脚引起坡脚处土体失稳，继而引发后部坡体的变形破坏。目前滑坡的变形在后缘形成拉裂下挫，前缘有鼓胀变形，是牵引式破坏，是以拉裂蠕滑性破坏模式为主。从破坏的模式分析，该滑坡符合牵引式滑坡（袁从华等，2008；罗晓风，2011）的特征。

4 滑坡稳定性分析

4.1 计算方法

滑坡区抗震设防烈度为Ⅶ度，且临近水源，加上降雨因素，根据滑坡形成原因、机制及坡型特点（中华人民共和国国土资源部，2016③），选取天然、暴雨和地震三种工况对缓坡的稳定性进行计算。

依据滑坡勘查资料，通渠村滑坡的滑动面近似折线型，采用传递系数法对滑坡2-2′主剖面进行稳定性计算。计算公式如下（李毅等，2005）：

式中：Rn=(Wn((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn；TDi=rwhiwLisinβicos(αi-βi)；=ΨiΨi+1Ψi+2…Ψn-1；Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+TDn；Ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αiαi+1)tanφi+1；RDi=rwhiwLisinβisin(αi-βi)；Kf为稳定系数；Wi为第i块段滑体的自重力（kN/m）；φi为第i块段土的内摩擦角（°）；Ci为第i块段土的粘聚力（kN/m）；Li为第i块段滑动面长度（m）；Ti为作用于第i块段滑动面上滑动分力（kN/m），出现与滑动面方向相反的滑动分力时，Ti取负值；Ψj为第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为第i块段滑动面切线方向与水平方向夹角；TDi为作用于第i块段渗透压力平行滑面分力；RDi为作用于第i块段渗透压力垂直滑面分力；βi为第i块段地下水流向与水平方向夹角（°）；rw为水的重度（kN/m3）；A为地震加速度（取0.05 g）。

4.2 计算参数

4.2.1 滑体重度

根据滑坡体残坡积粉质粘土的2组现场大重度试验结果，天然重度分别为19.7 kN/m3和19.5 kN/m3；根据滑体土12组室内试验结果，天然重度平均值为19.5 kN/m3，饱和重度平均值为20.4 kN/m3。综合确定滑坡稳定性和滑坡推力计算中所采用的重度值为：滑体的天然重度γ=19.6 kN/m3；饱和重度γw=20.0 kN/m3。

4.2.2 滑体、滑带物理力学性质

根据滑坡钻孔内基岩顶面采集的滑带土（图4）进行的室内试验，滑带土力学性质见表1；在滑坡体上残坡积土层现场开展一组原位剪切试验，试验结果见表2。

图4 滑带土特征

表1 滑带土物理力学试验结果表

表2 滑体现场原位剪切试验结果表

4.2.3 计算参数的选择

具体参数参照类似工程经验结合临近场地以及参数反演法综合确定，由于坡体土取样试验可靠度相对较差，因此在参数选取时主要结合反演分析的方法确定，反演分析时采用滑坡主剖面2-2′剖面进行，滑坡2-2′剖面在暴雨工况时坡体处于不稳定状态，稳定系数取0.99进行反演。综合参数取值见表3。

表3 滑坡稳定性计算参数取值表

4.3 计算模型

对滑坡主剖面2-2′进行稳定性计算，剖面方向与滑坡滑移方向一致，剪出口位于边坡前部居民房屋后部，滑坡边界清楚（图5）。

图5 2-2′剖面计算示意图

4.4 计算结果

2-2′剖面在天然工况条件下的稳定系数（Kf）为1.35（表4）；在暴雨工况条件下的稳定系数（Kf）为0.99（表5）；在地震工况条件下的稳定系数（Kf）为1.05（表6）。

表4 2-2′剖面稳定性计算（天然工况）

表5 2-2′剖面稳定性计算（暴雨工况）

表6 2-2′剖面稳定性计算（地震工况）

4.5 稳定性综合评价

依据滑坡稳定状态评价标准（表7）。通过计算结果可知，在天然工况下，2-2′剖面处于稳定状态；在暴雨工况下，2-2′剖面处于不稳定状态；在地震工况下，2-2′剖面处于基本稳定状态。

表7 滑坡稳定状态评价标准表

稳定性计算结果与宏观地质分析结果基本吻合，通过调查可知，滑坡变形均产生于强降雨期间，表明大气降水对滑坡变形起到决定性的促进作用。失稳方式为滑坡前缘先启动，然后逐次牵引中上部滑体产生变形破坏。

5 结论

通过调查滑坡区的地形地貌及滑坡基本特征着手，深入分析滑体、滑带和滑床特征及降雨对滑坡的影响，对通渠村滑坡的变形机制及成因进行分析。根据勘查资料、室内试验数据统计、经验类比及反算值综合确定滑坡岩土体物理力学参数。用传递系数法计算了滑坡在天然工况、暴雨工况和地震工况条件下的稳定性。得到了以下结论。

（1）该滑坡属浅层中型土质滑坡，人类工程活动是滑坡形成的主导因素，大气降水是滑坡进一步加速发展的重要条件。

（2）暴雨工况下滑坡处于不稳定状态，滑坡一旦失稳，严重威胁到滑坡前缘通渠村小学师生、居民以及乡村公路的安全。

（3）经过分析，推荐采用抗滑桩+挡土墙+截排水工程等综合措施治理该滑坡。

注 释

①中华人民共和国国家标准.2016.中国地震动参数区划图（GB 18306-2015）[S].北京:中国标准出版社.

②中华人民共和国住房和城乡建设部.2016.建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京:中国建筑工业出版社.

③中华人民共和国国土资源部.2016.滑坡防治工程勘查规范（GBT 32864-2016）[S].北京:中国标准出版社.