织金县垮坡组滑坡变形失稳原因分析

董建辉， 邱 茂， 谢飞鸿， 李海军， 朱要强

(1.成都大学建筑与土木工程学院，成都 610106；2.四川大学水利水电学院，成都 610065；3.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059；4.贵州省地质环境监测院，贵阳 550000)

贵州处于亚热带季风气候地区，夏季雨量充沛。由于其复杂的地质条件以及频繁的采矿活动，常常在降雨等因素作用下诱发滑坡及一系列地质灾害，对当地生产生活造成了极大影响。学者们围绕滑坡的变形失稳内部演化过程，展开了大量的研究工作。许强等[1]通过对中国多起重大滑坡的研究，得到了滑坡的时间、空间演化规律；吴越等[2]在研究滑坡内部能量耗散规律的基础上，建立了一种新的滑坡体运动模型；张莹等[3]通过对柳家坝滑坡的研究，得出了断裂对滑坡的控制机理；李靖[4]采用数值分析方法，建立了滑坡稳定性系数的预测模型，提出了滑坡生命周期的概念；周萃英等[5]建立了滑坡统计物理模型，并结合数值分析方法，研究了滑坡系统的自组织；王文俊等[6]提出了灾害地貌链，研究了其中的临界过程。由于地质条件和影响因素的差异，滑坡的破坏模式不尽相同。因此，针对不同地区的滑坡还需要选择适合的路线进行分析。魏昌利等[7]使用数值模拟，并进行定量计算，将俄寨村滑坡的变形分为四个阶段，评价了其稳定性；魏丽敏等[8]利用传递系数法计算了地下水位降低后滑坡安全系数的变化；常亚婷等[9]通过动力计算和数值模拟，揭示了罗峪沟古滑坡的发展趋势；陈允法等[10]选取了不同剖面进行定量计算，分析了上三公路5号滑坡在公路修建后的稳定性变化，提出了加固方案；许建聪等[11]建立数理统计相关式，并利用有限元分析方法，揭示了强降雨作用下边坡的稳定性变化规律；余宏明等[12]结合无人机、数值模拟进行研究，探明了盐关村滑坡的成因；张大权等[13]使用数值模拟方法，研究了降雨对贵州大榕滑坡的影响；郭宁[14]通过物理勘探、工程地质分析方法，研究了姚家山滑坡的成因机制及稳定性控制要素；Rossi等[15]利用无人机航测调查了Ricasoli村滑坡，通过滑坡轮廓特征分析了滑坡的演变；García-Delgado等[16]结合物理勘探影像资料分析，揭示了哥伦比亚南部普图马约省泥石流和滑坡的形成原因；王江锋等[17]结合勘察资料与数值模拟分析，研究了恩子坪2#滑坡体的变形破坏特征；袁进科等[18]利用有限元数值计算软件，模拟了边坡在降雨情况下内部的演变规律，分析了大仁烟村滑坡的变形机制。

跨坡组滑坡位于贵州省毕节市织金县，于2019年7月27日突发险情，造成滑坡中上部公路严重损毁，损毁长度约100 m，由于避险得当，未造成人员伤亡。垮坡组滑坡影响因素复杂，区别于以上研究，同时受到降雨、采煤活动、公路工程、地下水及复杂地质条件的影响。研究垮坡组滑坡变形失稳原因，不仅能给该类滑坡提供防治思路，同时也能为当地地质灾害相关工作给予参考帮助，对保障当地生产、生活的稳定有重要意义。

1 研究区地质环境条件

研究区为侵蚀中山斜坡沟谷地貌，地形总体上呈北高南低。最高点位于研究区北侧移动信号基站所在的无名山头，海拔高程约2 141 m，最低点位于研究区南侧溪沟底部，海拔高程约1 831 m，相对高差约310 m。区内地形起伏较大，地形坡度一般在15°～35°。位于四季春煤矿北部边界外马场与双羊岩头之间出露断层F1，呈北东—南西走向，走向长度约1 400 m，倾向南东，倾角60°，落差约45 m，见图1。

图1 工程地质平面图Fig.1 Engineering geology plan

研究区内出露地层有第四系(Q)的残坡积粉质黏土、黏土；三叠系下统飞仙关组(T1f)的灰色薄至中厚层状钙质泥岩夹泥灰岩；二叠系上统龙潭组(P2l)的为深灰色薄至中厚层状细砂岩、泥岩、煤层；长兴-大隆组(P2c+d)的灰、深灰色中厚层至厚层含燧石团块生物屑灰岩。

2 滑坡基本特征

跨坡组滑坡位于毕节市织金县三塘镇岩洞口村，该滑坡位于中山斜坡段，地形自然坡度为28°，滑坡滑动前纵向长约116 m，横向宽约50 m；滑坡滑动后滑坡体纵向长约265 m，横向宽50～100 m。该滑坡前缘高程约1 898 m，后缘高程约1 971 m，相对高差约73 m，主滑方向167°。滑体厚度：前缘5～9 m，中部5～13 m，后缘3～17 m，平均厚度约10 m，滑坡体规模约14.95×104m3，属中型浅层滑坡。滑坡滑动后，整个平面上呈现一个长条形。滑坡体整体滑移以后，由于滑坡体前缘为一冲沟，造成了滑动后前缘形成一个长条状，目前滑坡的后缘壁裸露于地表，坡度约45°；滑体纵长约265 m，宽50～100 m，滑体堆积平均厚约10 m。受滑坡体滑动影响，其后部植被呈明显的“醉汉林”状，部分见植物根系，位于滑坡体后部的垮坡至纳雍县张家湾镇乡村公路约150 m已在滑坡作用下断裂，且严重损毁，交通处于阻断状态。同时，在滑坡体后缘的斜坡上，还存在大小不一的拉张裂缝多条，部分裂缝明显呈下错状态，下错方位167°，下错高度0.1～2.0 m 不等，如图2所示。

图2 滑坡正视图Fig.2 Elevation of landslide

贵州省织金县三塘镇岩硐口村垮坡组滑坡后缘靠北侧山顶一带为缓斜坡，为后缘带地势陡缓斜坡分界线，该段斜坡坡度约16°，局部有陡坎，标高为1 965～1 970 m，高差约5 m，该带出现近平行于滑坡滑面的拉张裂缝，地面可见明显下沉、开裂现象，下沉高度0.1～2.0 m不等。滑坡后缘带的斜坡坡度为45°，标高为1 953～1 971 m，高差约18 m，斜长29 m，为明显的滑坡后壁，见图3。滑坡体中后部可见一台阶，地形坡度5°～10°，为宽缓平台，高差约6.0 m，斜长约100 m。中部为一陡坎，地形坡度为30°，高差22 m，斜长57 m。中前部滑坡体上为一宽缓平台，地形坡度约5°，高差约6.0 m，斜长约45 m。滑坡前缘为一缓斜坡，地形坡度为15°，高差14 m，斜长60 m。滑坡体呈阶梯状农业耕地，总体地形坡度为16°，台阶状梯坎高为14～30 m。

图3 滑坡后壁Fig.3 Back wall of landslide

滑坡前缘以冲沟为界，即剪出口位于冲沟中下部临空面上，最低剪出口为沟底。滑坡后缘以基岩出露及变形裂缝为界，为一典型的“圈椅状”；滑坡左侧边界为左侧缘地势陡、缓斜坡交界线附近，处于山脊梁微地貌交汇地带；滑坡右边界以季节性冲沟为界，见图4～图6。

图4 滑坡前缘Fig.4 Leading edge of landslide

图5 滑坡左侧边界Fig.5 Left boundary of landslide

图6 滑坡右侧冲沟Fig.6 Right gully of landslide

该滑坡已经发生明显滑动，滑带位置明显，位于强风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩层和泥质粉砂岩、粉砂质泥岩层之间。由于滑坡坡面多呈台阶状，从纵向上来看，整个滑坡体上剪出口位置位于泉点附近，沿着岩层面进行滑动，总体上滑面呈直线形，在滑坡后部呈阶梯状形。从横向来看，滑坡前缘受冲沟冲刷、掏蚀作用，加上滑坡前缘高差较大，这样造成横向滑体的厚度不一。

3 滑坡影响因素分析

3.1 地形条件

滑坡所在的斜坡坡面多呈台阶状，台阶高低不一，前缘为较陡的临空面，为滑坡形成提供了较好的临空条件，这种台阶状的斜坡为滑坡的滑动提供了地形条件，如图7所示。

图7 滑坡体前缘临空面Fig.7 Airside of leading edge of landslide body

3.2 地层岩性条件

滑坡所在区域坡体结构为缓倾角顺向斜坡，岩体主要为粉砂岩、泥岩、泥灰岩夹灰岩，节理裂隙贯通性好，强风化层岩体破碎，地表土体呈松散状，造成斜坡坡体自身稳定性较差，如图8所示。

图8 滑坡破碎松散的岩土体Fig.8 Broken and loose rock and soil mass of landslide

3.3 地质构造

研究区滑坡体内发育断层F1，由于断层F1的存在破坏了岩体的完整性，降低了岩体的强度，加速了风化作用、地下水活动，同时断层破碎带为地下水的良好通道，还伴随着产生了小型的褶皱，如图9所示。

图9 滑坡后缘断层的伴生褶皱Fig.9 Associated fold of fault at the back edge of landslide

3.4 水文地质条件

根据现场调研，在滑坡体的前缘剪出口处存在一个下降泉，如图10所示，总体来说土体结构松散，加上滑坡体内节理裂隙发育，坡面汇集的地表径流极易沿地表松散堆积体和强风化岩体节理裂隙下渗而转化成地下水，在下部滑床的阻隔下，地下水在滑带附近汇集，在滑坡前缘剪出口溢出，泉水形成致使地下水对滑带土进行长时间的浸泡和软化，降低岩带土体的物理力学性质，其上部滑体与滑床之间的黏聚力、内摩擦角降低，有利于滑坡向前缘蠕滑变形，促进后缘拉裂缝的形成及演化，由于滑坡后缘存在泥岩夹灰岩，易形成渗水和导水通道。

图10 滑坡前缘出露的泉水点Fig.10 Exposed spring point at the leading edge of landslide

另外滑坡体的右侧存在季节性冲沟并流经滑坡体的前缘，冲沟在雨季时候对滑坡体前缘存在着冲刷作用，使得滑坡体前缘坡度随之变陡，为滑坡的形成提供了临空面。

3.5 降雨

根据织金县雨量资料显示2019年7月16—24日期间，研究区内普降中至暴雨，累计降雨量高达296.2 mm，其中7月17、22、23日为暴雨，期间累计降雨量达到了182.7 mm，见图11。研究区内年降水量1 028.7～1 727 mm，7月16—24日期间降雨量达到年降水量的17%～30%，降雨对滑坡的发生是最重要的影响因素，在持续大暴雨的作用下，雨水沿着第四系松散黏土层孔隙、风化的基岩裂隙、构造裂隙渗入坡体内部，从而增加滑体自重，软化滑动带土体，降低滑带土体的抗剪强度，影响坡体稳定性。降雨作用一方面使该滑坡体地下水位上升，在滑面以上形成扬压力，从而加剧了滑坡的变形和发展；另一方面使得该滑坡岩土体的抗剪强度下降。雨水沿着第四系松散黏土层孔隙、风化的基岩裂隙、构造裂隙渗入坡体内部，增加了滑坡体自重，使下滑力增大，同时使得滑带土体内聚力和内摩擦角降低，抗滑力减小，极大降低了滑坡的稳定性，这个是突发滑坡滑动的主要因素。

图11 滑动前后降雨过程曲线Fig.11 Rainfall process curves before and after sliding

3.6 人类工程活动

本次调查的滑坡位于织金县三塘镇岩硐口村垮坡组，研究区内的人类工程活动主要为采煤工程活动、四季春煤矿运煤专道建设及村民建房活动。总的来说，区内人类工程活动强烈，但对于该滑坡触发的影响较小。

4 滑坡失稳原因分析

跨坡组滑坡区的地质环境条件脆弱，地形条件为滑坡的形成提供了临空面；滑坡所在区域坡体结构为缓倾角顺向斜坡，岩体主要为粉砂岩、泥岩、泥灰岩夹灰岩，节理裂贯通性好，岩体破碎；断层的存在破坏了岩体的完整性降低了岩体的强度，加速了风化作用、地下水活动；在滑坡体已有渗流通道；冲沟在雨季时候对滑坡体前缘存在着冲刷作用，从整个地质环境来看该斜坡体已经具备了滑坡的地质条件，为滑坡隐患点。连续几天的强降雨增加了滑坡体自重，使下滑力增大，同时使得滑带土体内聚力和内摩擦角降低，抗滑力减小，极大降低了滑坡的稳定性，所以说降雨是促使滑坡滑动的主要外在因素，而秀华煤矿的注抽水活动对滑坡有一定的影响，在天然工况下滑坡处于基本稳定状态，在连续强降雨情况(达到饱水工况)下失稳，其变形破坏模式为压致-拉裂型，如图12所示。

图12 滑坡压致-拉裂变形破坏过程示意图Fig.12 Schematic diagram of the deformation and failure process of landslide induced by compression and tension cracking

(1)由于已有的泉水点的存在已形成了地下水通道，随着2019年7月16—24日期间持续强降雨，大量的地表水通过裂缝进入滑体内部，猛然抬升的地下水水位，加剧了岩土体性质的弱化，而且增加了滑坡体的自重，在滑体内产生水压力(静水压力和动水压力)、浮托力、水化学作用，持续降低了滑动面的抗剪强度，滑坡在自重作用下，开始产生向下进行滑移的趋势，地表开始出现裂缝等变形迹象。

(2)地下水在不断汇集在滑面过程中，造成滑动剪切面上剪应力集中，此时地表裂缝逐渐增大，地表水也沿着拉裂面渗入坡内，从而促进蠕滑的快速发展，削弱剪切面的抗剪强度，最后滑坡体前缘被完全剪断而产生滑坡现象，留下目前所见的错动平台以及次级滑坡后壁。需要指出的是，滑坡体后缘平台上存在着多条地表裂缝，则存在继续发展扩大并与其他潜在剪切面连通的趋势，并最终再次形成次级的表层滑塌。

5 结论

(1)泉水形成致使地下水对滑带土进行长时间的浸泡和软化，降低岩带土体的物理力学性质，其上部滑体与滑床之间的黏聚力、内摩擦角降低，有利于滑坡向前缘蠕滑变形，促进后缘拉裂缝的形成及演化，由于滑坡后缘存在泥岩夹灰岩，易形成渗水和导水通道。

(2)滑坡岩体节理裂贯通性好，岩体破碎；断层的存在破坏了岩体的完整性降低了岩体的强度，加速了风化作用、地下水活动。

(3)从整个地质环境来看该斜坡体已经具备了滑坡的地质条件；连续几天的强降雨增加了滑坡体自重，极大降低了滑坡的稳定性，降雨是促使滑坡滑动的主要外在因素。

(4)跨坡组滑坡为岩土混合型滑坡，强风化带的泥岩软弱面最终形成了滑面，总体上滑面呈直线形，其变形破坏模式为压致-拉裂型。