黄土——泥岩接触面滑坡发育特征及稳定性评价——以伊犁大洪纳海沟滑坡为例.pdf

2023年第9期西部探矿工程*收稿日期：2023-03-16基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目（2022D01A239）、大学生创新训练项目（202210994010）。第一作者简介：曹小红（1985-），女（汉族），新疆阿克苏人，副教授，现从事地质灾害防治与地质环境保护教学、研究工作。黄土泥岩接触面滑坡发育特征及稳定性评价以伊犁大洪纳海沟滑坡为例曹小红*1,2，许涛1,2，王伟中1,2，蔡明明1，龚泽1（1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆地质灾害防治重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830000）摘要：黄土泥岩接触面滑坡是黄土发育区重要的滑坡类型之一，具有发生频繁，且在雨季/融雪季节以及丰水期具有“群发性”的特征。本次研究以伊犁大洪纳海沟滑坡为研究对象，在前人研究的基础上，确定了其滑坡形态、滑坡结构以及活动特征等。实验获得岩土体物理力学参数，运用瑞典条分法、传递系数法，结合工程规范对其稳定性进行评价。研究认为在现有工况和暴雨工况下，该滑坡处于稳定/基本稳定状态，在暴雨或久雨+地震工况下，处于不稳定状态。关键词：大洪纳海沟滑坡；黄土泥岩接触面；稳定性评价中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)09-0019-04黄土滑坡是我国重要的滑坡类型之一，根据滑坡体物质组成及滑面的发育位置，将黄土滑坡进一步划分为黄土层内滑坡、黄土泥岩接触面滑坡、黄土泥岩顺层滑坡和黄土泥岩切层滑坡四种基本类型1。黄土泥岩接触面滑坡主要指黄土沿下伏泥岩等接触面滑动的黄土滑坡，是黄土发育区主要的滑坡类型之一。伊犁地区是我国17个黄土集中分布区之一，也是地质灾害较为发育的区域之一。伊犁滑坡的结构类型分别是黄土+泥岩结构、黄土+基岩（灰岩）结构和黄土+砂砾石+软岩（泥岩）结构2，其中黄土泥岩接触面滑坡是伊犁滑坡灾害的重要类型之一，具有发生频繁，且在雨季/融雪季节以及丰水期具有“群发性”的特点，给当地居民的生产生活带来较大的危害。本文在前人研究成果的基础上，分析总结了大洪纳海沟黄土泥岩滑坡的滑坡形态、滑坡结构、活动特征等，运用定量计算方法，对该滑坡的稳定性进行评价，为减灾防灾提供参考3-4。1大洪纳海沟滑坡基本特征大洪纳海沟滑坡位于研究区省道S237线西南侧约80m的山坡处，该滑坡平面形态整体呈“喇叭形”，坡向320，坡度2330，主体滑坡滑动方向为85；滑坡体高150m，纵向长达300m，横向宽约900m，分布面积约5.4104m25。滑坡体坡面呈复合形态，顶部为平台，上部稍陡，中部及下部较为平缓。滑坡体表面凹凸不平，滑体滑动方向散乱、滑体变形破坏严重，坡面经再次滑动、流水冲蚀等作用形态较为复杂。滑坡后壁平面形态呈直线型，由西北向东南延伸，后壁形态较为明显，处于斜坡中上部，滑坡后壁呈陡坎状，坡度4575，高度36m。滑坡前缘出露于斜坡坡脚部位，平面形态以舌形为主，前缘鼓胀，坡度较为平缓。滑坡体中部有2处基岩出露（图1a），对斜坡第四系残坡积物覆盖层（滑体）的下滑起到了缓冲和分流作用，在两处基岩出露区域之间及两侧形成了3个不同方向滑动的次级滑坡体H1、H2、H3，呈“川”字形分布（图1a）。这3个次级滑坡被2条切割较浅的冲沟分割，这2条冲沟的走向分别为52和94。在H1和H2之间的冲沟内的基岩底部有地下水溢出，沿冲沟缓缓流向斜坡下方坡底（图1b）。在坡体表面发育有鼓丘、坡面冲沟、地下水溢出点等，未发现明显的裂缝、滑移面、滑床和剪切口5。2滑坡形成条件2.1岩土体性质与结构滑坡区出露基岩属侏罗系地层，裂隙较发育，主要由互层的泥岩、砂岩组成，属软岩较软岩，抗风化、剥蚀能力弱，泥岩遇水易软化。基岩顶部泥岩全风化为土状物，浸水后呈泥状、流塑，形成滑带土。相对结构较为松散的含砾粉质粘土和砂、砾层直接覆盖在侏罗192023年第9期西部探矿工程系基岩上，构成滑坡体，是滑坡发生与发展的物质基础。岩土测试分析结果表明，滑坡体粉质粘土中含砾，土层虫孔、大孔隙构造和垂直节理比较发育；砂砾层结构松散，透水性强。在长期春季融雪水和雨水及地下水的作用下，上部土层的抗剪强度随着含水量的增加迅速下降，而成为易滑地层6。2.2地形条件滑坡区为凹形缓微冲沟地形，为水体的聚集提供地形条件，松散物质在降水汇集坡面流、坡面冲沟水及地下水长期入渗软化、冲刷及潜蚀作用下，抗剪强度明显降低，形成不稳定的坡体。2.3地下水该滑坡为坡积层土质滑坡，可见地下水溢出，促使滑移面发育。地下水长期入渗坡体表层松散堆积层，基岩顶面泥岩透水性相对较差，从而基岩顶面和覆盖层底部附近岩土体饱水状态长期偏高，大部分岩土体处在饱和状态，入渗地下水对堆积层底部及基岩顶面泥岩形成浸泡、软化和潜蚀作用，在堆积层底部和基岩顶部形成连续的软弱带（滑带土），滑带土抗剪强度降低无法承受坡体施加的下滑力作用时，就会发生滑坡5。2.4大气降水降雨和融雪不仅为地下水提供了补给，还在隔水层之上形成局部上层滞水。降水及融雪水入渗使得坡体土层的含水量不断增加，一方面增加了坡体的自重、增大了下滑力，另一方面也降低了土体的抗剪强度，形成了软弱滑带土，破坏了坡体的稳定平衡状态。周期性大气降水导致上述过程重复发生，在多次重复剪切下使滑带土体抗剪强度不断降低，从而诱发形成滑坡。季节性的降水及融雪，亦使得土体抗剪强度遭到累积性破坏，加之地下水参与的季节性冻融作用也会使土体的力学性质趋于劣化，更加大了滑坡发生的可能性7。3稳定性定量分析3.1边坡二维计算模型野外地质剖面和探井工程显示，该滑坡体上部为第四系上更新统残坡物层，下部为风化破碎的泥岩夹砂岩层。残坡积层的厚度在3.810.2m，平均厚度7m。根据勘探线剖面显示该滑坡为“黄土+泥岩”的二元结构（图2），物探剖面测量显示该滑坡的结构类型为黄土层+侏罗系泥岩层2。滑坡的稳定性计算模型分别以滑坡PM2、PM3、PM4主勘探线剖面进行稳定性计算，稳定性评价时分别以PM2、PM3、PM4剖面为主进行评价。3.2计算方法选取根据伊犁地区已经发生滑坡形态和西部地区黄土滑坡研究成果，确定其滑面以折线形为主，故本次滑坡稳定性计算采用剩余下滑力，用瑞典条分法计算稳定系数，下滑推力计算采用传递系数法。利用理正边坡稳定性分析软件对滑坡进行稳定性分析并计算下滑推力。研究区滑坡已发生变形，反演参数时将滑坡恢复到刚滑动的瞬间，即认为滑坡正处于极限平衡（k=1）的状态，反演滑带土的抗剪强度参数。3.2.1稳定系数计算（瑞典分析法）瑞典条分法是条分法中最古老而又最简单的方法，除假定滑动面为圆柱面及滑动上体为不变形的刚体外，还假定不考虑土条侧面上的作用力，不考虑地下水作用其计算式8-9：Ks=Wi(cosi-Asini)tani+CiLiWi(sini+Acosi)式中：Ks稳定性系数；Wi第i条块的重量，kN/m；图1大洪纳海沟滑坡体形态及地质现象a.滑坡体形态（镜头指向西）；b.滑坡区工程地质图；1.等高线；2.植被覆盖区；3.地质剖面位置；4.物探剖面位置；5.浅井位置202023年第9期西部探矿工程Ci第i个条块内聚力，kPa；i第i个条块内摩擦角，（）；i第i条块滑面倾角，（）；A地震加速度，g。3.2.2下滑推力计算（传递系数法）滑坡推力计算公式8-9：Pi=Pi-1+KstTi-Ri其中：下滑力：Ti=Wi(sini+Acosi)抗滑力：Ri=Wi(cosi-Asini)tani+CiLi传递系数：=cos(i-1-i)-sin(i-1-i)tani式中：Pi、Pi-1第i块、第i-1条块滑坡推力，kN/m；Kst滑坡稳定性系数；Ci第i个条块内聚力，kPa；i第i个条块内摩擦角，（）；Li第i个条块沿滑动面的长度，（m）。3.3物理力学参数及稳定性系数确定物理力学参数包括重度、粘聚力c和内摩擦角，其中重度取室内试验平均值，确定PM2剖面天然状态下为20.93kN/m3，饱和状态下为23.45kN/m3，PM3剖面天然状态下为 20.93kN/m3，饱和状态下为 22.45kN/m3，PM4 剖 面 天 然 状 态 下 为 20.93/m3，饱 和 状 态 下 为22.45kN/m3。本次勘察对通过钻孔、浅井取到的岩土样进行了c、值测定，但这些数据不能准确反映滑坡滑带土的抗剪强度，严格的说，即使取到滑带土土样，几个点的测试数据也不能完成全反映整个滑带土的性状，所以c、值的取值显得十分困难。据以往对此类滑坡的勘察经验，c、值的选取采用试验、经验数据类比和反演计算相结合的方法确定。根据岩土力学性质指标试验结果，参考以往此类滑坡勘察工作提供的经验值，综合考虑该滑坡取 c 值为10.050kPa，值则采用反演计算的方法求出，公式如下：i=arctanKs(Wisin-cLi)Wicosi式中：滑动面与水平面的夹角，（）；W滑块重力，kN；c滑带土的平均粘聚力，kPa；i第i个条块内摩擦角，（）；Ks稳定系数，取1.0；Li第i个条块沿滑动面的长度。3.4不同工况下稳定性分析根据现状特点，稳定性分析按现状天然条件、暴雨导致土体饱和及地震等影响因素进行工况选择。滑坡稳定性分析计算状态选以下三种工况：工况1：现状工况；工况2：暴雨或久雨工况（强度重现期为二十年的暴雨）；图2PM3实测地质剖面1.第四系上更新统残坡积物；2.侏罗系以泥岩为主的风化层；3.地层分界线；4.推测滑动面；5.探井编号及深度；6.钻孔编号及深度212023年第9期西部探矿工程工况3：暴雨或久雨+地震工况。工况分析中，物理力学参数根据试验数据、经验数据和反演计算结果综合确定，稳定性计算中安全系数根据表1确定。工况1现状条件：重度取天然状态重度，滑动带抗剪强度指标取室内试验、反算结果和经验值综合确定值，稳定性计算中稳定性系数取1.05。工况2暴雨或久雨条件：重度取饱和状态重度（根据饱和重度计算公式sat=(G+e)/(1+e)求得）；根据经验，一般粉质粘土浸水饱和后粘聚力 c 值降低约为原值0.43倍，内摩擦角值降低约为原值0.83倍10，滑动带饱和抗剪强度指标根据规范和经验进行取值。稳定性计算中稳定性系数取1.05。工况3暴雨或久雨+地震工况条件：物理力学参数取值与工况2相同；地震系数由表2确定，地震烈度为度，地震系数取0.158,11，稳定性计算中稳定性系数取1.01。确定稳定性计算的各项物理力学参数见表2。3.5滑坡推力计算参数确定选取滑坡体中主滑方向的主勘探线作为反算剖面，反算时稳定系数取1.0。天然状态假定c值反求值；饱和状态下的抗剪强度指标根据经验粘聚力c值降低约为原值0.43倍，内摩擦角值降低约为原值0.83倍计算。综合实验结果、反算结果和经验分析，确定推力计算的各项参数见表3。4稳定性评价滑坡稳定系数计算结果见表4。定量计算结果显示（表4）：该滑坡现状工况下稳定系数F1.720781.752531.15，处于稳定状态；暴雨工况下稳定系数F=1.133101.158981，处于基本稳定状态；暴雨+地震工况下稳定系数F=0.912450.944501，处于不稳定状态9。5结论（1）伊犁大洪纳海沟滑坡为黄土泥岩接触滑坡类型，具有黄土+基岩的二元结构。（2）在现有工况和暴雨工况下，该滑坡处于稳定/基本稳定状态，在暴雨或久雨+地震工况下，处于不稳定状态。参考文献：1吴玮江,宿星,刘伟,等.黄土泥岩接触面滑坡的特征与成因J.冰川冻土,2014（36）：1167-1174.2曹小红,尚彦军,弓小平,等.特克斯达坂滑坡灾害发育特征、成因机制及防治措施J.新疆地质,2019,37(2):260-265.3胡卫忠.新疆地质灾害及减灾防治对策J.地质灾害与环境保护,1992,3(2):16-22.4居马 吐尔逊.新疆维吾尔自治区地质灾害防治的意义J.西部探矿工程,2015（11）:97-100.5曹小红,孟和,尚彦军,等.伊犁大洪纳海沟滑坡发育特征及形成机理J.新疆地质,2020,38(1):113-118.6李晓光,弓小平,刘祥,等.伊犁谷地地形地貌对滑坡的影响J.世界有色金属,2017(8):219-220.7付鹏飞,弓小平,孙乾龙,等.新疆昭苏县滑坡特征及影响因素分析J.西部探矿工程,2019,31(1):16-20.8 工程地质手册 委员会.工程地质手册M.4版.中国建筑工业出版社,2006.9DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘查规范S.中华人民共和国国家质量监督检验监督总局,中国国家标准化管理委员会,2006.10 关文章.湿陷性黄土工程性能新篇M.西安:西安交通大学出版社,1990.11 周立祥.工程地质分析原理M.地质出版社,2009.表4滑坡稳定系数F计算结果剖面PM2剖面PM3剖面PM4剖面现状工况1.727761.720781.75253暴雨工况1.133101.135011.15898暴雨+地震工况0.912450.930190.94450表3滑坡推力计算参数一览表计算剖面PM2PM3PM4粘聚力c(kPa)天然状态9.45012.0012.00饱和状态4.1607.0007.000内摩擦角()天然状态15.24017.00017.000饱和状态11.45012.00012.000表2稳定性计算物理力学参数选用表计算剖面PM2剖面PM3剖面PM4剖面天然重度(kN/m3)20.9320.9320.93饱和重度(kN/m3)23.4522.4522.45粘聚力c(kPa)4.167.07.0内摩擦角()11.4512.012.0表1滑坡稳定性安全系数滑坡防治工程等级一级二级三级非校核工况稳定性安全系数1.251.151.05校核工况稳定性安全系数1.051.031.0122