四川省万源市毛坝子老滑坡变形特征及复活机制分析

王长宝 黎佳 刘江伟 徐鹏

收稿日期：2023-03-07

作者简介：王长宝（1985—），男，硕士，高级工程师，从事地质灾害防治研究.Email：496727944@qq.com

摘要：老滑坡复活失稳主要是以基覆界面附近的滑带土作为滑面失稳的，万源市地形起伏较大，雨量充沛，发生过多起滑坡事件.通过工程地质调查及相关地质灾害监测手段对毛坝子滑坡的失稳过程分析得出，毛坝子滑坡的诱发首要因素为滑坡前缘基坑开挖，基坑开挖导致整个坡体应力分布表现为坡脚应力集中，出现剪切破坏带，滑坡开始蠕动变形；在持续的暴雨条件下，地下水位急剧上升，由于拉张裂缝的存在使雨水容易进入坡体内，滑体的抗剪强度降低，因粉质黏土的存在，使得孔隙水压力的消散产生较大的滞后性，基岩的隔水作用使坡体局部产生扬压力对滑坡产生托顶作用；人工开挖诱使滑坡发生蠕动变形，在持续暴雨条件下进行加速变形阶段，最终导致滑坡失稳.

关键词：老滑坡；复活；降雨；开挖；变形特征

中图分类号：P642.22

文献标志码：A

0引言

近些年来，老滑坡复活失稳频繁发生，造成了巨大的生命和财产损失［1-3］.对此，国内外学者对堆积体失稳做了大量的研究，主要通过传统现场调查、模型试验与数值模拟来研究堆积体失稳的影响因素及形成机制.宋琨等［4］以三峡库区秭归县谭家湾大型深层老滑坡为例，在地表宏观裂缝时空分布规律的精细描述基础上，结合15年的人工监测和2年的实时监测数据，分析了老滑坡的复活变形特征和发展过程，通过滑坡阶跃阶段的位移与降雨（当前降雨和前期降雨）的相关性分析，提出了降雨对深层滑坡复活变形演化过程的动态作用机制.杜飞等［5］利用Geo Studio软件动力响应Quake模块，对该滑坡局部复活机制进行模拟研究.结果表明，地震响应下滑坡变形破坏受地质条件和地形坡度的影响显著，同一地震波，相对于基岩，滑坡体对地震波具有明显的放大效应.陈春利等［6］以延安市王窑村滑坡为例，通过数值模拟研究了开挖过程中最危险滑面上的应力及强度变化趋势，揭示了坡脚开挖诱发古滑坡复活的变形破坏机制.结果表明，坡脚开挖改变了坡体中下部的应力分布，抗滑段土方开挖减小了滑坡抗滑力，增大了下滑力，最终滑坡下滑力超过抗滑力，导致古滑坡复活.Okura［7］在室内进行滑坡物理模型试验，证实降雨诱发滑坡滑动的主要因素是由于孔隙水压力的上升而导致的.Rosso 等［8］在边坡模型的基础上加入了渗流水文要素，分析了浅层堆积型滑坡在不同强度降雨条件下的稳定性变化规律.

已有研究大多是在室内进行模型试验，由于室内模型尺寸受限，不能反映真实情况，因而缺乏真实性和准确性.四川省万源市由于地形起伏较大，城区四面环山，周围山体上覆盖有大量的第四系崩坡积体，该地区强降雨持续且频繁，历史上发生过多起滑坡事件［9］.太平镇毛坝子滑坡属于老滑坡，曾在20世纪70年代发生滑动，并在2013年7月发生两处次级滑动（浅层滑动），随后进行了治理，治理主要采用3排抗滑桩、格构护坡、钢管桩和截水沟等.此外，场地修建了多级砌石挡墙.2019年4月，由于棚户区改造对滑坡前缘进行开挖，6月中下旬，万源市持续强降雨，造成该滑坡再次复活、急剧变形.随后四川省地质工程勘察院集团有限公司对该滑坡进行了应急调查及相关的变形监测，通过工程地质调查，以及对滑坡变形进行全天候位移监测，以此来分析滑坡的变形机制，这对该地区与该类型的滑坡形成机制，以及监测、预警和治理有重要的指导意义.

1滑坡区工程地质条件

毛坝子滑坡区位于四川省万源市区南部太平镇毛坝子村（见图1），距离市政府约2 km，中心地理坐标为东经108°01′57.8"、北纬32°03′47.8"，有市区道路长征路通往滑坡前缘，并有村道通往滑坡后缘及中部，交通较为便利，紧邻后河，东北方向为包茂高速公路.

该区系北亚热带秦巴季风气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，雨热同季，多年平均降雨量为1 169.3 mm.本区属四川盆地弱活动断裂构造区，断裂活动性与地震活动均较弱，河流的侵蚀作用比较明显.研究区地形地貌为侵蚀构造中山岭脊—峡谷地形，为山前台地，场地地形起伏变化较大，地貌单元属山前坡地，整体地势南高北低，地形陡缓相间，地形坡度变化较大，地形较复杂.从地形来看，整个坡体陡缓交替，地形坡度变化较大，整体呈“陡—缓—陡—缓”的特点，后缘较陡，两侧发育有冲沟，具有滑坡的特征，初步推断为老滑坡.

根据区域地质图、工程地质测绘调查、钻探资料结合邻近场地勘查资料，研究区区内地层主要包含2部分，分别为第四系覆盖层及基岩.第四系堆积层主要包括第四系全新统滑坡堆积层（Qdel4）及滑坡前缘崩坡积层下冲洪积层（Qal+pl4），基岩主要为三叠系上统须家河组地层（T3xj）.通过钻探揭露滑坡体下部（基坑开挖区）块石土堆积于冲洪积卵砾石之上，可以看出，该滑坡具有明显的推铲作用，由此推断该滑坡体为一个老滑坡.

通过工程地质测绘调查分析，地表水主要为降雨产生的坡面流以及冲沟水流.坡体覆盖层较厚，滑坡后缘地下水以基岩裂隙水为主，基岩破碎，与第四系空隙潜水有较好的连通性，丰水期水力坡降大，局部承压；第四系松散层孔隙水存在于滑体中，无统一水位，由于局部含有粉质黏土层，透水性差，因此存在上层滞水，水文地质条件复杂.

2滑坡基本特征

从滑坡工程地质平面图来看，整个滑坡平面上呈“舌形”，纵向长约640 m，横向宽约270 m，平均厚度约30 m，方量约520×104 m3，属大型深层土质滑坡.滑坡呈北西/南东方向展布，东南高西北低，最低点位于勘查区北面长征路，标高639 m，最高点位于勘查区南面山坡，标高890 m，相对高差251 m.总体地形坡度5°～25°，局部陡坡坡度40°～60°，后缘陡壁坡度80°～90°（见图2）.滑移方向334°.滑坡范围内现状分布有建筑物、耕地和林地，植被较发育.滑坡边界结合地形地貌、基覆界线和坡体变形特征综合确定，滑坡后缘与右侧以基岩与覆盖层分界线为界，左侧边界以冲沟为界，前缘以向前广场与长征路交界处楼梯鼓胀裂缝为界.

2.1滑体

滑体为老滑坡堆积层（Qdel4），主要由块碎石土和含碎石粉质黏土组成，沿整个坡表互层分布，分布不均，厚度不一，具体描述如下：

块碎石土层：该层层底深度约16～48 m不等，浅黄色、灰白色，结构较松散，主要物质成分由块石、碎石和粉质黏土组成，块石粒径范围20～150 cm，大小分布不均匀，块石含量占50%～60%，碎石及角砾含量占15%～20%，块石和碎石成分以砂岩为主，其余为粉质黏土充填，沿着坡向逐渐变厚.

含碎石粉质黏土层：浅黄色、灰褐色，塑性状态各异，可塑～流塑均有揭露，碎石含量5%～25%，其母岩成分为砂岩，切面稍光滑.该层广泛分布，与块石土层呈互层状，或以夹层的形式存在于块石土层中.

2.2滑带土

根据钻孔揭露（见图3），滑带土埋深在10～46 m不等，呈浅黄色、褐灰色，含碎石粉质黏土，碎石含量占5%～15%，主要矿物组成为长石、石英和云母，湿，可塑～软塑状，结构松散，均在钻孔中揭露，坡体上部分布较浅，中部及下部较深.

2.3滑床

滑坡基岩滑床为三叠系上统须家河组地层（T3xj）砂岩，灰色、青灰色，中—粗粒结构，中—巨厚层状构造.矿物成分以长石、石英和云母为主，少量岩屑及暗色矿物等，泥、钙质胶结，岩质较硬，局部可见铁锰质锈染或煤线.

3滑坡主控因素及变形特征

3.1主控因素

结合工程地质调查、滑坡位移及气象监测发现，诱发滑坡的主要因素有3个方面.

3.1.1地形地貌和地层岩性

滑坡所处斜坡整体地势南高北低，地形陡缓相间，地形坡度变化较大，整体呈“上缓下陡”的趋势，斜坡两侧发育小型冲沟，形成三面临空，为滑坡形成提供了较好的地形条件.该斜坡为一个老滑坡，地质结构脆弱.滑坡体主要由第四系堆积体组成，主要为碎石土及粉质黏土夹碎石，坡体结构较松散，架空现象严重，且下伏基岩为砂岩，透水性较弱，为滑坡下滑提供了必要的物质条件.

3.1.2降雨及地下水作用

从2019年降雨情况来看，进入6月份以后降雨明显增多，大雨和暴雨次数明显增多，在对坡体地表位移监测可知，降雨与坡体变形具有明显的对应性.在2019年7月15日到7月18日期间降雨量极大，累计降雨量达到213 mm左右，同时从图4（A）和图4（B）可以看出，在强降雨期间，位移急剧变大，说明降雨是引起滑坡变形的主要因素，速率曲线及加速度曲线表明，滑坡前中部以缓慢的蠕动变形为主.滑坡后部偶有突发性的变形，这一点也可以从图4（C）和图4（D）中监测点GJ06在7月19日左右有较大的位移速率和加速度得到说明.从地表位移监测数据分析可知，滑坡以水平运动为主，坡体前部基本趋于稳定，坡体中后部位移较大.因此存在次级剪出的可能（钟家院子和蒋家院子）.

同时降雨也导致地下水位上升，由于局部存在粉质黏土分布，且局部承压.一方面，滑带土孔隙水压力增大，有效应力降低，从而降低滑带土抗剪强度，另一方面，承压水对滑带土形成的扬压力对滑坡稳定性也有较大影响.由于土体含较多粉质黏土等细粒成分，透水性相对较差，地表水下渗量小，但坡体上形成的张裂缝导致地表水下渗量不断增大，致使孔隙水压力增大，有效应力降低，加速了滑坡变形的发展，从而使坡体的安全系数减小.

3.1.3人类工程活动

2019年4月，向前广场棚户区改造三期项目基坑开挖，设计开挖深度为12 m，长度150 m，总挖方量约4×104 m3.2019年6月18日基本已挖至设计标高.据调查，裂缝最早在2019年4月中旬发现，少部分裂隙形成于6月13日前，大量的裂缝在6月底形成.裂缝发育过程与基坑开挖卸荷时间基本一致.

由于老滑坡前缘基坑开挖（挖方量约4×104 m3），相当于对滑坡进行前缘减载，基坑开挖后，该滑坡处于极限平衡状态；滑坡长期处于该状态，导致坡体应力重分布，前缘基坑的变形不断加剧，由于斜坡变形补偿，引起滑坡后部应力不断调整，最终促使滑坡出现剪切带，应力调整促使滑坡剪切带形成的同时，也导致土体抗剪强度降低，诱发滑坡失稳变形.由此可知，人类工程活动（棚户区改造基坑开挖卸荷）是诱发滑坡失稳的直接因素.

3.2滑坡变形特征分析

现阶段滑坡处于滑动变形阶段，变形造成了大部分建筑物的破坏，其中包括坡体上的居民房及滑坡前缘的高层建筑物，危害巨大.结合现场工程地质调查及位移监测，该滑坡的变形有以下几个特征：

1）坡体及房屋变形裂缝较多，总体可分为3类：①张拉裂缝，主要分布于蒋家院子、钟家院子、向前广场南侧居民楼及其硬化内部道路，裂缝走向大致与滑动方向垂直，如图5（A）所示；②剪切裂缝，主要分布于滑坡右侧边界，裂缝走向大致与滑动方向平行，如图5（B）所示；③鼓胀裂缝，主要分布于滑坡前缘向前广场，鼓胀高度3～5 cm，如图5（C）

所示.从裂缝统计情况来看，主要以垂直于滑向的张拉裂缝为主，如图6所示.

2）根据水平位移监测，滑坡变形特征在横向上表现为水平位移中间大，两边小；纵向上水平位移后缘大，中部及前缘小；前缘由于受到基坑回填及堆载反压的影响，应力重新调整，水平位移方向较为杂乱；总体滑坡变形呈现后部大于中部，中部大于前部，广场区大于基坑区的特点，体现出在该阶段滑坡变形不断从上向下推挤，并存在转向推挤的现象.

3）由于坡体上有大量人工开挖的台阶，因此有发生多级剪出的可能，蒋家院子和钟家院子后部为较陡斜坡体，在陡缓交界处存在次级剪出的可能.

4滑坡形成机制分析

综上所述，老滑坡前缘由于人工开挖深度较大，整个坡体的应力重新调整，坡脚发生应力集中，并通过利用Geo Studio软件对滑坡前缘基坑开挖前后工况进行模拟.从图7可以看出，坡脚应力与开挖前相比存在应力集中现象.从图8可以看出，此时滑坡前缘已出现缓慢的位移变形，后缘逐渐出现拉张裂缝，由于坡体变形补偿，引起滑坡后部应力不断调整，最终促使滑坡变形出现剪切带，应力调整促使滑坡变形剪切带形成，也导致其抗剪强度降低.持续的暴雨致使地下水位上升明显，滑带土的孔隙水压力大幅增加且由于粉质黏土层的存在使得孔隙水压力的消散有很大的滞后性，因而导致抗剪强度在较长时间内处于一个很低的水平，抗滑力大幅减小.又由于砂岩的存在形成相对隔水层，使得坡体产生局部的承压托顶作用，滑体的稳定性大幅降低.最终在重力与水压力的耦合作用下，堆积体沿着基覆界面产生滑动，坡体发生失稳.

从监测数据分析可知，总体滑坡变形呈现后部大于中部，中部大于前部的特点，体现出在该阶段滑坡变形不断从上向下推挤，并存在转向推挤的现象；从滑坡变形特征分析，滑坡变形中部拉张裂缝较发育，且其走向基本与滑动方向垂直，多条张拉裂缝可见明显下错，最大下错约3 cm，裂缝发育特征符合推移式的典型特征.综合分析，该滑坡变形破坏模式由前期的牵引式转换为后期的推移式.

5结论

通过本次对毛坝子滑坡的调查，主要得出以下结论：

1）万源市毛坝子滑坡属于大致以基覆界面为滑面的大型土质滑坡，其主要由滑坡前缘基坑开挖诱发，由于开挖深度较大，导致应力分布重新调整，在地形及岩土体性质的作用下，坡体发生滑动变形.

2）通过地表位移监测发现，在持续的强降雨作用下，尤其是2019年7月15至18日，累计降雨量高达213 mm，使其进入加速变形阶段，表现出前缘鼓胀裂缝及左右两侧的剪切裂缝，对房屋破坏较大.

3）滑坡前缘的基坑开挖是老滑坡发生复活的直接触发因素，三面临空的地形条件—人工开挖（应力重分布，坡脚应力集中）—持续强降雨导致滑体的抗剪强度大大降低，三者的综合作用下，坡体发生失稳，变形破坏模式为推移式.

4）由于坡体中部有大量人工开挖的陡坎，因此存在次级剪出的可能，要加强监测预警，以及相关的防治措施.

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（实习编辑：罗媛）