济南市南部山区水井北村滑坡成因机制及稳定性研究

2022-02-18李志峰田光彩王宁李坤

山东国土资源 2022年1期

李志峰，田光彩，王宁，李坤

(山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队)，山东兖州 272100)

0 引言

2019年8月，受台风“利奇马”影响，济南南部山区水井北村发生滑坡地质灾害，滑坡发生在坡体南侧前缘，损毁了坡体前缘的两处民房，北侧坡体已发生明显蠕滑并出现大范围张拉裂缝。滑坡体长度约122m，宽约33m，滑坡体体积约7649m3，已对边坡下方7户民居26位村民的生命财产造成一定程度的威胁和破坏。水井北村滑坡是台风诱发的危害较严重的地质灾害，作为济南市内典型的强降水诱发滑坡，如何认识水井北村滑坡类型与成因机制，如何进行滑坡体应急调查与整体稳定性评价，不仅具有重要的学术意义，也可指导济南市类似滑坡体稳定性分析[1]。本文在水井北村滑坡工程地质特征分析的基础上，探讨了滑坡类型及发生的地质成因机制，并对滑坡体的整体稳定性进行了评价。

1 地质背景

滑坡体位于低山区，区内地形整体呈西高东低、北高南低趋势。滑坡体位于山体前缘，早期村民建造房屋切坡形成了陡立面，立面高差6.7～9.8m。

根据现场调查，滑坡体及附近区域出露的地层主要有寒武纪九龙群崮山组、炒米店组及第四系：崮山组岩性以灰色薄层疙瘩状—链条状灰岩、竹叶状灰岩互层为主，夹薄板状灰岩；炒米店组岩性以灰色薄层泥质条带灰岩、鲕粒灰岩、中厚层竹叶状灰岩为主，为区内主要出露地层，区内岩层整体倾向为NNW向，倾角较小，岩层产状为345°∠4°；第四系主要分布在山间盆地和山麓斜坡上，第四系厚度变化较大，由东向西厚度逐渐变小。

滑坡体位于山体前缘，上部由当地居民沿坡改造成的梯田，滑坡体下方(东侧)为村民修建的房屋，由于坡脚开挖，形成了高陡边坡。区内破坏地质环境的人类工程活动较强烈。

2 滑坡体勘查工作概况

在充分收集区内已有地质、水文地质、环境地质资料的基础上，对水井北村滑坡采取了工程地质测绘、地球物理勘探、岩土工程勘察、坑探等多项勘查工作(图1)[2]。

(1)1∶500工程地质测绘

根据踏勘结果，开展1∶500工程地质测绘，获得了准确的边坡特征，以大比例尺地质图作为基础，对地物点等实施测绘上图，对整个滑坡体与影响范围进行工程地质测绘，并进行专门的水文地质测量与地质灾害测量，此外还辅以走访调查，调查内容包括自然地理、地层、水体、裂隙、陡崖、人为活动、滑坡活动性、灾情和险情等[3]。

(2)地球物理勘探

采用手段主要为高密度电阻率法[4]及地质雷达[5]，通过踏勘布设了高密度电阻率法物探剖面线6条，每隔1m布设一个物探点，1,2,3线近平行于等高线布置，4,5,6线近垂直于等高线布置。地质雷达根据高密度电阻率法勘探情况布设勘探点用于补充高密度电阻率法的效果，布设了地质雷达剖面线5条，每隔1m布设一个物探点，同一物探点采用100MHz和200MHz两种不同的探测频率。物探探测深度为0～15m[6]。

(3)钻探

根据现场调查情况，在松散堆，积物分布区布设了钻孔6个，共组成3条勘探剖面。滑坡体后缘钻探孔深为10～13m，滑坡体前缘钻探孔深为15m。所有钻孔揭露完整基岩的厚度均大于5m。

(4)坑探

在滑坡体石堰上部的平台内侧布设9个探坑，探坑平面尺寸0.6m×1.0m，深度0.4～1m不等[2-5]。

3 滑坡体基本特征

将现场调查、工程地质测绘、物探、钻探、坑探等勘查手段取得的结果综合验证，得出了滑坡的基本特征[5]。

3.1 滑坡形态特征

水井北村滑坡边坡走向近SN向，倾向E，倾角约40°。该区已有两处发生了滑坡地质灾害，地层岩性主要为炒米店组灰岩和第四系残坡积层，其南侧可见泥质页岩夹薄层灰岩，岩石风化强烈，裂隙发育，岩石破碎，完整性差，呈散状或碎块状，力学强度低。

3.2 滑坡物质组成

据ZK1-ZK06号钻孔资料表明，滑坡体底部岩石为炒米店组中厚层灰岩、竹叶状灰岩及薄层泥质灰岩，浅部风化强烈，裂隙节理发育，岩体破碎，其下部岩体裂隙较不发育，完整性较好。将所有勘查工作的资料进行了汇总整理，通过钻探、物探及坑探的数据分析，选取了工程地质剖面，绘制了综合工程地质剖面图(图2)。

1—粉质黏土；2—含碎石粉质黏土；3—泥灰岩；4—中厚层灰岩；5—竹叶状灰岩；6—薄层灰岩；7—钻孔位置、编号及标高；8—探槽位置、编号及标高；9—分界深度；10—滑动带图2 研究区综合工程地质剖面图

滑坡体大部分区域均被第四系松散物覆盖，岩土体类型为多层结构中压缩性岩土体，岩性为粉质黏土及泥灰岩、灰岩为主，灰岩差异风化明显，无湿陷性和胀缩性等特殊性土(图3)。

1—推测断层；2—推测第四系(松散层)；3—推测基岩图3 研究区高密度2线解译图

3.3 滑动面特征

根据不稳定斜坡变形的现状及钻孔资料揭示情况，该斜坡存在土岩分界面及局部存在两个结构面，经稳定性分析，滑坡体可能沿着土岩分界面进行滑动，根据钻探及物探资料显示，滑动面特征如下：

(1)结构松散，塑性状态以软塑状态为主。

(2)导水性较好，地下水的渗透系数较大。

(3)土岩分界面上部土层含大量碎石，胶结较差。

(4)土岩分界面上部土层厚度厚薄不一，滑坡体后缘土层厚度在1.5m左右，滑坡体前缘清理前，土层厚2.5～7m。

3.4 滑坡体推测界线

初步推测滑坡体范围的北部边界为受灾房屋北侧，南侧边界为另一受灾房屋南侧，东侧边界为滑坡体前缘、受灾房屋西侧，西侧边界为山坡基岩出露处。

3.5 滑床特征

据钻孔揭露以及实地调查，滑坡中后缘滑床为微风化中厚层灰岩，即推测滑坡体以微风化中厚层灰岩与第四系松散结构面滑动为主。滑床埋深最大为5m，该层灰岩完整性较好，节理裂隙闭合，岩体坚硬，工程地质性状较好。

4 滑坡体成因机制

本滑坡产生的条件十分复杂，归结起来可分为内部条件和外部条件两个方面。不良的地质条件是滑坡产生的内部条件，人类工程活动、水的作用则是触发并产生滑坡的主要外部条件[7-8]。

4.1 滑坡发育的内部条件

(1)地质构造。区内有小型断裂构造，基岩裂隙较发育，多个钻孔揭露灰岩及泥灰岩层间裂隙发育，局部较破碎。第四系中碎石含量较高，利于地下水的渗入，致使松散层力学性质减弱，两条断裂间岩层抬升，加速风化，致使风化后的松散堆积层厚度较厚，有利于滑坡体的物质积累。

(2)地形、地貌因素。滑坡区处于斜坡地带，地势由西向东倾斜。滑坡坡脚是当地村民修建房屋开挖形成的临空面，提供了滑坡向前滑动的空间。

(3)岩层因素。堆积层下伏的灰岩差异风化明显，下伏的薄层灰岩风化强烈，风化裂隙破坏了岩体的完整性，将土体切割成块状和片状，水沿裂隙活动对岩体的工程性质不利。上覆松散层结构松散，抗剪强度低，浸水后易发生软化和膨胀，抗滑稳定性极差，在自身重力和地形条件下沿土岩分界面发生滑动。

(4)水文地质因素。滑坡区内浅层含水层主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水，含水层与大气降雨关系密切，对斜坡表层的岩土体影响作用明显，当水渗入上部堆积层后，增大了土石的下滑力，降低其抗剪强度，起到“润滑剂”的作用，对滑坡下滑起到重要作用[9]。

通过调查发现本次滑坡地质灾害点边坡陡崖高度6.6～22.2m，坡度60°～80°之间，地形条件较为复杂，滑动方向70°；通过物探和钻探探明边坡上存在厚度1.5～6m的松散堆积层，有较好的透水性，下部基岩主要为灰岩，透水性一般，大量降雨后易在岩层交界面形成较好滑动面，存在滑坡有利条件。

4.2 滑坡发育的外部条件

(1)降雨影响

滑坡发生正处台风“利奇马”过境时，台风带来的降雨下渗进入滑坡体松散土体中，增大了土体重度，降低了土体的抗剪强度指标。地表水沿着孔隙下渗，给潜在滑坡提供“润滑剂”[10]。在长期重力和风化作用下，软弱面逐步向深部扩展，出现了与外界贯通的面，坡体结构随着变形发展而松动[11]。加上本区山坡上有季节性泉眼，雨水和泉水的大量渗入使得基岩接触面以上的松散土体强度降低，在不利的地形条件下沿软弱结构面产生滑动。

(2)人类活动的影响

滑坡的表面主要为梯田，四季耕植翻土、挖沟等行为使土层松散，降雨下渗浸润土体，使坡体物质稳定性变差。

调查过程中发现多处人工开挖形成的临空面，破坏了坡体的自然平衡条件，坡面形成的裂隙加剧了地下水的下渗，进一步影响了坡体的稳定性，在自重力作用下，使上部堆积层沿着最危险滑动面产生应力松驰，引发坡体的下滑。

滑坡的形成是自然因素和人为活动因素综合作用的结果，水井北村山体滑坡目前整体处于稳定状态，局部处于欠稳定状态，在持续不利荷载(人类活动、降雨及地震)的作用下，随着变形的发展和加剧，将可能继续发生局部下滑失稳情况，危及坡体下村民及村道的安全。