强降雨诱发茅台镇某滑坡复活变形机理及稳定性研究_阮凡.pdf

地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总798期第4期2023年2月强降雨诱发茅台镇某滑坡复活变形机理及稳定性研究阮凡何旭东唐文佳陈佳斌（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义563000）摘要：【目的】强降雨作用是诱发滑坡变形及古滑坡复活等地质灾害的主要因素之一。通过研究强降雨条件下滑坡失稳变形机理及特征对开展滑坡灾害气象预警及监测意义重大。【方法】以贵州省仁怀市茅台镇仁文村海椒坪大型古滑坡为例，基于现场勘测的多源数据融合及室内试验成果，深入分析强降雨作用下该滑坡的复活变形演化规律。【结果】滑坡区较大的汇水面积及降雨持时过长，导致水沿中后缘滑塌区拉裂缝和右侧缘倾向节理与老崩滑堆积体接触带向下渗透。高含水率导致岩土体强度参数劣化，其中内摩擦角对坡体稳定性的影响系数是黏聚力的 57倍。粉质黏土的过饱及富水环境为动水压力触发滑坡启动创造了条件，中后缘次级剪出部分已处于欠稳定状态，在短期强降雨条件下极易发生整体滑动并形成堰塞湖。【结论】可为该类滑坡的气象预警与防治提供参考。关键词：强降雨；入渗机制；滑坡变形；稳定性中图分类号：P642.22文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）04-0111-04DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.04.023Study on the Deformation Mechanism and Stability of a Landslide Resurrection Induced by Heavy Rainfall in Maotai TownRUAN Fan HE Xudong TANG Wenjia CHEN Jiabin（114 Geological Brigade,Guizhou Geological and Mineral Exploration and Development Bureau,Zunyi563000，China）Abstract:Purposes The effect of heavy rainfall is one of the main factors inducing geological hazardssuch as landslide deformation and paleolandslide resurrection.By studying the mechanism and characteristics of landslide destabilization and deformation under heavy rainfall conditions,it is significant tocarry out weather warning and monitoring of landslide disasters.Methods Taking the large ancient landslide of Haijiao Ping in Renwen Village,Maotai Town,Renhuai City,Guizhou Province as an example,the resurgence deformation evolution law of the landslide under the effect of heavy rainfall was analyzedin depth based on the fusion of multi-source data from field survey and indoor test results.FindingsThat the large water catchment area of the landslide area and the long rainfall holding time lead to thedownward infiltration of water along the middle and rear edge of the landslide area pulling cracks and theright edge tendency joints and the contact zone of the old avalanche-slide accumulation.The high watercontent leads to the deterioration of the strength parameters of the geotechnical body,in which the coefficient of influence of the angle of internal friction on the stability of the slope is 57 times higher thanthat of the cohesive force.The over-saturated and water-rich environment of the powder clay creates con收稿日期：2022-11-08作者简介：阮凡（1988），男，硕士，工程师，研究方向：水工环地质。112第4期ditions for the dynamic water pressure to trigger landslide initiation,and the secondary shear-out part ofthe middle and trailing edge is already in an unstable state,which is highly susceptible to overall slidingand formation of a weir under short-term heavy rainfall conditions.Conclusions The results of thestudy can provide a reference for the meteorological warning and prevention of this type of landslide.Keywords:heavy rainfall;infiltration mechanism;landslide deformation;stability0引言强降雨是引起滑坡复活变形破坏的最广泛的诱因之一1-3。除了浅表的剧烈浸润侵蚀作用下引起浅层滑坡以外，强降雨还会造成坡体入渗条件良好的深层老滑坡的复活变形破坏4-5。通常该类滑坡的启动受到地形、降雨持时、坡体结构、岩土体水敏感性等因素的影响，而斜坡稳定性也是由前述多因素共同耦合作用控制的6-7。2019年主汛期以来，仁怀市持续降雨，茅台镇（6月1日7月30日降雨量达302.6 mm），多地出现地质灾害险情。7月29日17时05分，茅台镇仁文村海椒坪滑坡地质灾害隐患点产生新的开裂变形，滑坡区多处产生滑塌，滑坡地表裂缝呈现加剧发展趋势。本研究基于现场调查、坡体长期监测及室内岩土体试验结果等，对强降雨条件下滑坡的复活成灾机理与演化规律进行了深入分析。总结了研究区该类滑坡的破坏特征，相关成果可为西南山区强降雨触发滑坡灾害科学防治与应急管理提供参考与借鉴。1研究区环境地质条件研究区地貌类型属侵蚀低山河谷地貌，地貌类型顺应构造迹象发育。根据现有地貌及地质骨架推测，地质历史上滑坡区应为连续的山体，然而软硬相间岩组遭受两组倾共轭节理切割后在内外地质营力作用下发生大规模的崩塌滑坡，形成滑坡区今天的地貌轮廓，即多级宽缓平台与陡缓斜坡相间的似槽状地形。研究区主要有第四系全新世以来发生崩滑堆积而成的含碎石粉质黏土、碎石土、碎块石夹粉质黏土、侏罗系中统沙溪庙组砂岩夹泥岩。区域水文地质条件较简单。根据滑坡区钻孔地下水位量测，滑坡体地下水位埋深在019.5 m，地下水受滑坡中后部高位水池渗漏就近补给影响，总体水位趋势为中后缘埋深大于前缘，但局部受早期老崩滑堆积体堆积物质的分纵向坡渗透系数差异较大，如图1所示。2滑坡基本特征及岩土体特性2.1滑坡形态海椒坪滑坡为老崩滑堆积层滑坡，纵剖面上由三级宽缓平台与陡缓斜坡交替组成，初始变形时间为1985年，历年来处于蠕变阶段，受近期持续强降雨影响，老滑坡部份复活，变形更加强烈，如图2所示。老滑坡纵长约410490 m，横宽约130280 m，厚度320 m，平均厚度15 m，总体积150104 m3，面积 8.3104 m2，主滑方向 217，平面形态为“倒舌形”，滑面为折线型，为大型中层推移式堆积层滑坡。图1钻孔揭露岩层及地下水埋深特征（b）地下水埋深分部635630625620615610605600595590585580575570565560555550545540535530525337 250337 200337 150337 100337 050337 00030916503091600309155030915003 091 4503 091 4003 091 350（a）钻芯取样阮凡，等.强降雨诱发茅台镇某滑坡复活变形机理及稳定性研究图2滑坡全景及分区图区区区第4期1132.2滑体特征滑体土结构复杂，成因为老崩滑堆积体，物质组构成层性差，物质成分以碎块石夹粉质黏土、碎石土、黏性土夹碎石、含碎石粉质黏土为主，厚度0.520 m，稍密中密，多为黄褐色、灰褐色，稍湿湿润，表层为硬塑状，中下部为可软塑状，粉质黏土无摇振反应，稍有光滑。2.3滑带特征现场开展了地表工程地质测绘、钻探、井探和槽探等多种勘探手段，同时通过13个钻孔测斜监测滑坡变形，如图3所示。测斜数据和滑坡后缘探井开挖揭露滑动面情况，滑面（带）追踪和沿着老崩滑堆积体与下伏基岩层面发育，形成以该界面形态为主的非线性形的滑面（带），滑带土为软塑的粉质黏土夹少量碎块石。从钻孔地下水位观测可知，大部份滑带土处于地下水位以下，处于饱水状态。滑坡深部位移监测曲线总体为“r”型，为滑坡典型滑动面位移特征曲线，例如钻孔测斜ZK06孔，如图4所示。2.4岩土体参数现场选取滑体土样 9 件；开展现场大剪实验6 组；渗水试验9组；滑体土大重度试验6组。滑体土重度按室内试验与现场大重试验统计数据的平均值确定，含碎石粉质黏土、碎石土的天然重度取平均后与钻孔取样重度偏差率0.49%，说明钻孔取土样测试重度可靠度较高，故碎石土饱和重度按钻孔取土样饱和重度确定，其取值见表1。渗透系数前缘为0.545 m/d，中后部为0.933 m/d。现场大剪试验获取滑体原位强度参数见图5。实验时试样的制备和实验设备的安装应尽快完成，以保持试样的天然含水率状态。此次试验共完成测点7个，其中1、4号试体因数据异常舍去。试体分别施加梯度法向应力，再施加剪切应力。将试验数据进行线性拟合，得到内摩擦角为25.4，黏聚力为18.0 kPa。3滑坡成因机理及稳定性评价3.1计算模型计算模型主要是根据滑坡各勘探剖面，监测数据分析，结合地质环境条件和滑坡变形破坏特征建立的。滑坡选择4条典纵剖面进行计算（这里以2-2为例），分别计算老滑坡整体稳定性与滑坡区次级剪出部分的稳定性，计算模型如图6所示。计算参数根据前述前期现场试验和室内试验结果进行取值。设定计算工况1为自重+地下水+附加荷载（设防安全系数取1.20），工况2为自重+地下水+20年一遇暴雨+附加荷载（设防安全系数取1.15），工况 3为自重+地下水+50年一遇暴雨+附加荷载图3滑坡全景及分区图123456784321威胁范围8滑坡边界765ZK17ZK16ZK18ZK19ZK15ZK12ZK14ZK11ZK13ZK10ZK09ZK07ZK06ZK08ZK05ZK04ZK03ZK02ZK01ZK01ZK03ZK05ZK07ZK09ZK11ZK13ZK15ZK17ZK19ZK02ZK04ZK06ZK08ZK10ZK12ZK14ZK16ZK18644.325.1642.530.0608.731.0602.231.0576.929.2579.727.9572.030.1563.727.0524.546.0565.836.6642.530.5622.024.6603.431.5582.632.8582.529.3560.032.0564.134.0540.821.0562.535.8图4ZK06钻孔测斜位移曲线-4-202468 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2802468101214161820深度/m位移/mm2019-08-212019-08-272019-08-202019-08-252019-08-192019-08-242019-08-182019-08-232019-08-172019-08-22表1滑体土重度名称含粉质黏土取样方法钻孔取土环刀取土大重度天然重度20.319.221.7饱和重度21.220.0天然重度平均20.4饱和重度21.2单位：kN/m3图5现场大剪试验及抗剪强度参数垂直压力/kPa剪切应力/kPa100908070605080100120140160180y=0.475x+18.09C=18.0 kPa=25.4测试点趋势线EquationWelghtSum ofSquarePearsons rAdj R-Squ剪切应力y=0.475x+18.09No Weighting7.248360.99670.9913InterceSlopeVatue18.0920.4758StandardEr2.931 730.022 25阮凡，等.强降雨诱发茅台镇某滑坡复活变形机理及稳定性研究图6剖面2-2计算模型114第4期（校核安全系数取1.10）。滑坡体渗透系数为1.0810-5m/s5.410-6m/s，渗透系数大于 110-7m/s，地下水位以下范围内滑体取浮重度，计算渗透压力，抗滑力计算采用有效应力法。3.2模拟结果及成灾机理分析计算结果表明，随着降雨量的增加，斜坡整体稳定系数逐渐降低，次级剪出口逐渐由基本稳定向欠稳定方向发展，表明在该地形及岩土地层条件下，强降雨加剧坡体的开裂变形，影响滑带及坡体岩土参数。为进一步探究滑坡变形机理，选取岩土体参数开展敏感性分析研究。影响滑坡稳定性主要因素包括滑带抗剪强度参数、滑体饱水情况及容重变化等。本次敏感性主要针对C、值做分析，计算选取2-2剖面次级剪出部分研究其变化对滑坡稳定性的作用，如图7所示。当C值每增加1 kPa时，则稳定系数提高在0.38%0.99%，当值每增加1时，则稳定系数提高在1.62%7.11%，尤其是稳定系数小于1.05前段，变化斜率更陡。这表明抗剪强度参数值较抗剪强度参数C值的敏感性强，说明值对滑坡稳定性影响较C值大，由此可知降雨入渗和滑带土饱水程度是影响土体抗剪强度的关键因素。前期研究表明，海椒坪滑坡主要受大气降雨、地下水、岩土结构和属性控制。首先，滑坡区地形成总为槽状地形，两侧为山脊，剖面上以阶梯状为主，总体呈现上陡中缓下陡的趋势，三级平台间临空条件好，下伏基岩为顺坡向结构，为滑坡的滑动与剪出提供了有利的条件。其次，松散堆积岩土组物质成分复杂，成层性差，土体渗透系差异大，有利于地表水垂直下渗。滑坡为顺向坡，出露地层为层状碎屑岩组，斜坡整体稳定性受软弱泥岩夹层控制，对水较为敏感。滑体土长期处于饱水状态，力学强度低，地下水赋存和泾流条件较复杂，易沿其下覆基岩面或内部产生滑动。最后，土体饱水和含水量丰富，顺坡向结构使得基岩裂隙水源源不断的补给老崩滑堆积体，软化含碎石粉质黏土层，地下水水力梯度发生改变，动水压力的形成不利于滑坡稳定。4结论该滑坡是由不利的地形地貌、岩土结构组合、持续降雨和地下水等自然因素诱发的老滑坡局部复活。目前滑坡整体处于稳定状态，中后缘次级剪出部分处于基本稳定及欠稳定状态，剪出口位于前缘陡临下部缓坡地段。强降雨引起了地下水渗透运移和滑坡岩土体参数劣化，从而触发了坡体位移并逐步加剧滑坡变形。在水致劣化作用下，内摩擦角对坡体稳定性的影响系数是黏聚力的57倍。如再遇类似2019年68月份的持续强降雨天气，滑坡体有可能出现较大规模变形，整体复活，甚至整体下滑形成泥石流，铲刮滑坡下部陡斜坡区强风化泥岩及土层，堵塞自然溪沟，形成堰塞湖，严重威胁自然溪两侧村民的生命财产安全。参考文献：1 宋琨，陈伦怡，刘艺梁，等.降雨诱发深层老滑坡复活变形的动态作用机制 J.地球科学，2022，47（10）：3665-3676.2 张永双，吴瑞安，任三绍.降雨优势入渗通道对古滑坡复活的影响 J.岩石力学与工程学报，2021，40（4）：777-789.3 杨帆，何健保，陈锡锐.降雨雨型对滑坡稳定性影响研究 J.甘肃水利水电技术，2022，58（5）：33-38.4 毛峰，张桂涛.滑坡复活因素分析及其稳定性计算J.土工基础，2019，33（3）：363-365.5 杨志勇.降雨诱发风化泥岩残积土滑坡复活破坏规律研究 D.武汉：华中科技大学，2017.6 郑伟.强降雨状态下堆积体滑坡有限元计算和稳定性分析 J.陕西水利，2022（8）：104-106.7 覃事河，郑正勤，胡庆忠，等.高山峡谷区大型水电站库岸滑坡失稳机理与风险管理研究 J.广东水利水电，2021（12）：25-30.（a）值稳定性系数1.31.10.90.70.55791113151719内摩擦角/（）（b）C值稳定性系数1.21.151.11.0510.950.9内聚力/kPa1820222426283032图7抗剪强度参数敏感性分析阮凡，等.强降雨诱发茅台镇某滑坡复活变形机理及稳定性研究