深切河谷区平推式滑坡失稳演化及稳定性评价_赵海松.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202212044开放科学（资源服务）标识码（OSID）深切河谷区平推式滑坡失稳演化及稳定性评价赵海松，向 波，张 乐，邵 江，魏安辉，邬 凯（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都610041）摘要：以雷打石深切河谷地貌平推式滑坡为例，通过现场调查、钻孔、地表位移监测等方法，查明变形特征和规模等工程地质条件，对滑坡的稳定性进行评价。结果表明：河谷下切使坡体前缘临空，卸荷变形明显；陡倾裂隙的差异充填利于其中部形成竖向空隙层，对平推式滑坡的滑面位置和充水高度具有较大影响。深切河谷区平推式滑坡的失稳演化可分为构造作用下岩体损伤、坡体卸荷开裂、裂隙差异充填、坡体滑动诱发和平推式失稳 5 个阶段，坡体卸荷开裂和裂隙差异充填是深切河谷地貌对平推式滑坡的典型贡献。现有计算模型适用于深切河谷区平推式滑坡的稳定性评价。关键词：深切峡谷区；平推式滑坡；变形特征；失稳演化；稳定性评价中图分类号：TU42文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)03 0018 07 0 引言我国西部山区地势高陡，且水系发育较多，常见深切河谷地形。以四川盆地为例，其降雨具有显著的季节性特征，河流在汛期受地表水补给充沛从而对岸坡产生较大的冲刷侧蚀作用，边坡易于卸荷变形，导致滑坡等地质灾害频现。平推式滑坡是四川盆地红层地区常见的典型滑坡灾害之一，也是工程地质灾害领域的热门问题1-2。张倬元等3最先提出平推式滑坡的概念，即近水平地层中降雨沿硬岩裂隙入渗至滑带，并在坡体后缘张拉裂缝中形成静水推力，在底滑面形成扬压力，联合作用下将滑块平推出去。据不完全统计，四川盆地红层分布区已发现的平推式滑坡多达 347 处，分布范围广，危害性强4-6。郭晓光等7以中江县冯店垮梁子滑坡为研究对象，对比宣汉县天台乡滑坡8，讨论了平推式滑坡的牵引后退式和推动前进式运动机制；赵权利等9以下山滑坡为例，探讨了承压水对平推式滑坡的作用，将滑面渗水通道分为承压段和潜水段，并结合一维稳定渗流理论推导了承压水的作用范围；李伟等10考虑岩层倾角影响，分析了滑面承压段对岩层倾角的敏感性；涂园11认为前端临空是平推式滑坡的地质结构特征之一，并在前人研究的基础上建立了新的计算分析模型；杜岩等12-13以重庆开县桌子石滑坡为例，考虑软硬相间岩床所引起的坡体阶梯式沉降，对平推式滑坡成因机制和计算模型进行了修正；许强、唐然等14-15在近年详细阐述了考虑后缘拉裂缝角度的平推式滑坡计算模型，并与文献 3 所提的临界水头高度相关联，进一步探讨了坡体运动距离，以分析平推式滑坡的变形机制和运动特征。上述研究多依托实际工程，着重于平推式滑坡的计算模型优化，对地质力学特征等研究已较为丰富，关于特定条件下的失稳演化过程较少。深切河谷是坡体前缘临空的主要形成地貌之一，为平推式滑坡的灾变提供了有利条件16-18。本文以雷打石滑坡为例，结合其工程地质背景，从变形过程、起动机制等方面总结变形特征，对深切河谷区平推式滑坡的失稳演化过程进行归纳，并采用最新的计算模型探讨其稳定性。1 滑坡简介雷打石滑坡位于四川省乐山市马边彝族自治县石梁乡永和村，其北东侧约 140 m 处为仁寿至沐川高速公路马边支线。2018 年 8 月发生山体滑坡，严重影响在建工程施工及附近居民出行安全。1.1 地形地貌四川盆地西南部属典型构造剥蚀低山及深切河 收稿日期：2023 02 01基金项目：四川省交通运输科技项目（2021-A-02，2021-A-12）；四川省公路规划勘察设计研究院有限公司科研项目（2022-YL-02）作者简介：赵海松（1989），男，云南宣威人。工程师，从事公路地质灾害防治领域研究工作。E-mail：。路基工程 18 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）谷地貌区，最低点永和沟海拔约 515 m，最高点场地东侧山峰海拔约 900 m，相对高差约 385 m。雷打石滑坡所在斜坡为一凸出山脊，两侧为冲沟，沟宽约 510 m，深约 510 m，向靠山侧延伸 100 m 均为基岩陡坎。山脊宽约 160 m，坡度上缓下陡，上部较缓区域坡度约 1025，植被覆盖较好，主要为竹林、茶树；下部较陡区域坡度约 3070，沐马高速施工便道对该山脊中部进行了切坡开挖，开挖宽约1030 m，挖高约2535 m，开挖后坡上基岩出露，滑坡体主要位于该区域。1.2 地层岩性Qal+pl4滑坡发生前，场地出露及钻探揭露的地层为新生界第四系全新统冲洪积层（）、崩坡积层Qc+dl4J2sQal+pl4Qc+dl4J2s（）、侏罗系中统沙溪庙组（）。位于永和沟内，以卵石、漂石为主；位于坡体滑坡地带，以含砾粉质黏土为主，透水性一般-较差；岩性为薄-厚层紫红色粉砂质泥岩夹浅灰色砂岩，粉砂质泥岩具饱水开裂特征。1.3 地质构造场区周边主要发育断层为近南北向的五渡-利店断层、志河坝断层、苦竹坝-沙匡断层等，近东西向的靛兰坝断层、平等断层等，以及与河流流向近平行或小角度相交的“L”型的五指山背斜、马边向斜、利店新凡向斜。受南北向为主、东西向为辅的多期构造作用影响，岩体劣化严重，结构面剪切强度低。雷打石滑坡地质构造，见图 1。NWES雷打石滑坡 边水系 边河流域界线向斜背斜断层白垩系及侏罗系软岩分布沐 速雷打石滑坡雷打石滑坡永和沟永和沟 边河 边河N N900 m900 m900 m900 m02.55.010.015.020.0 m图1雷打石滑坡地质构造 在构造作用下，岩层优势产状 2607，层间结合差-极差，层面间普遍含构造挤压镜面；发育 2 组近正交节理，节理展布，见图 2。J2J2J1J1207236 7583207236 7583300316 8389300316 8389图2雷打石滑坡节理展布 J1 产状 3003168389，为主控结构面，条间间距 26 m，其延伸、切深均较大，一般延伸 2030 m，最大可达 70 m 以上（滑坡后壁），切深 1026 m，面较平，结合差，裂面微张-张开，浅表充填泥质、岩屑，且充填密实；J2 产状 2072367583，局部倒转，条间间距 25 m，延伸 26 m，切深 1026 m，面较平，结合差，微张-张开，浅表充填泥质、岩屑，且充填密实。1.4 水文条件所处区域属亚热带季风气候，四季分明，气候温和无霜期，降雨充沛且时空分布不均，集中于59 月份。石梁乡2018 年场区降雨量分布，见图3。累计降雨量 1 446.1 mm，58 月份累计降雨量1 086.0 mm，占比 75.10%。降雨条件下，滑坡区周边地表水汇集流入山脊两侧的冲沟 1、冲沟 3 及赵海松，等：深切河谷区平推式滑坡失稳演化及稳定性评价 19 山脊区域的冲沟 2，最终汇入永和沟。2018 年8 月 1 日强降雨后，经地表调查，冲沟内水流激增数倍，地表形成坡面水流，杂草冲刷痕迹极为明显。降雨量/mm月份123456789 10 11 1205010015020025030035040011.865.355.1227.1405.4309.6129.653.722.115.07.5143.9143.9图32018 年场区降雨量分布 坡体失稳后，详细调查滑坡后壁地下水出露情况，见图 4。滑坡松散层孔隙水主要接受降雨补给，多沿岩土界面或相对隔水层顺坡向渗流，部分沿岩体张开裂隙及节理面渗入或流入下伏基岩内，部分以下降泉点形式在坡脚或陡缓交界附近出露。基岩裂隙孔隙水主要赋存于砂泥岩裂隙中、砂岩孔隙中，粉砂质泥岩为相对隔水层，补给通道主要为岩土界线附近孔隙、砂岩裂隙、砂泥岩层面。据调查，在长约 40 m 的后壁范围，8 处松散层孔隙水沿岩土界线附近孔隙流入基岩裂隙，雨后 9 小时调查最大一处流量约 0.501.00 L/s；3 处基岩裂隙水沿砂岩裂隙流向下部竖向裂隙，雨后 9 小时调查最大一处流量约 0.03 0.05 L/s；11 处基岩裂隙水沿砂泥岩接触面流入下部竖向裂隙，雨后 9 小时调查最大一处流量约 0.01 0.10 L/s。砂岩底部地下水砂岩底部地下水砂岩裂隙内地下水砂岩裂隙内地下水岩土界地下水入渗岩土界地下水入渗图4滑坡后壁地下水出露 高强降雨后，基岩裂隙内地下水得到大量补给。场区属典型的深切河谷地貌，在长期应力释放及重力作用下，陡坡地段岩体节理裂隙因卸荷而向临空方向明显张拉扩展。大于 35陡坡或陡崖段岩体浅层与河谷延伸方向一致的 J1 节理面拉裂张开约 0.58.0 cm，后期表层充填岩屑及泥，且充填密实，地下水不易渗入或排出。钻探及调查表明：岩体卸荷顺坡向宽约 4050 m，垂直地表深约2065 m，在此范围内与 J1 节理间距相当形成多级卸荷裂隙，受卸荷开裂影响。雷打石滑坡所处山脊岩体卸荷裂隙充填情况，见图 5。a 山脊左侧卸荷裂隙表层充填密实 b 山脊右侧卸荷裂隙表层充填密实表层充填密实表层充填密实图5雷打石滑坡所处山脊岩体卸荷裂隙充填情况 2 滑坡失稳演化 2.1 变形特征及诱因坡体位移是分析顺层边坡变形过程的有效参数19-20。雷打石滑坡变形监测，见图 6。后缘可见张拉裂缝和拉裂变形区，见图 7。0102030400510152025监测时间/h坡体位移/m8月1日8月2日8月3日降雨75 mm22时24时22时24时降雨115 mm20时图6雷打石滑坡变形监测 a 后缘张拉裂缝后缘张拉裂缝后缘张拉裂缝滑坡边界前缘剪出口后缘张拉裂缝后缘张拉裂缝滑坡边界前缘剪出口前缘剪出口及零星股状水流前缘剪出口及零星股状水流 b 拉裂变形区滑坡后壁拉裂变形区滑塌区滑坡边界滑坡后壁拉裂变形区左侧边界左侧边界滑塌区滑坡边界右侧边界及裂痕拉裂变形区与滑坡拉裂变形区与滑坡右侧边界及裂痕N图7雷打石滑坡变形特征 2022 年 8 月 1 日晚 2224 时，滑坡区域降雨量约 115 mm，在高强降雨触发下，8 月 2 日 6 时滑坡发生变形，坡体前缘临空面上可见近水平剪出错动裂缝，长约 97 m，错动剪出约 5 40 cm，地下 水 沿 错 动 面 呈 股 状 零 星 流 出，总 流 量 达58 L/s；后缘可见张拉裂缝，宽约 0.11.5 m，横线延伸约 60 m。8 月 2 日晚 2224 时，降雨量约 75 mm，冲沟 2 水流量及后壁处地下水流量激增数倍，直接灌入后缘裂缝，导致地下水位升高，西南侧坡体快速变形，发生失稳破坏，现场监测显路基工程 20 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）示滑塌区滑动距离约 1020 m，北东侧区域产生拉裂变形，拉裂变形区明显可见 5 条张拉裂缝，张开 约 0.1 1.3 m，长 约 13 25 m，间 距 约26 m。连续高强降雨后坡体经历了滑移变形、失稳滑塌 2 个阶段，其连续高强降雨是滑坡失稳的主要诱因。2.2 滑坡规模及分区雷打石滑坡平面，见图8。典型工程地质剖面，见图 9。N滑动区拉裂变形区冲沟节理产状77岩层产状11侏罗系沙溪庙组第四系崩坡积层第四系冲洪积层第四系滑坡堆积层22434311ZK02ZK04ZK05ZK03ZK01Q4al+plQ4c+dlQ4delJ2sx冲沟1冲沟2冲沟2 滑塌前 图8雷打石滑坡平面 滑坡体滑动方向上长约 28 m，宽约 90 m，面积约 2.52103 m2，厚约 1026 m，滑塌前平均厚约 16 m，主滑方向 292，约 4.05104 m3。结合变形情况将滑坡体分为拉裂变形区和滑塌区，滑塌区进一步分为滑动区和滑塌堆积区，总面积约3.20103 m2，平均厚约 10 m，约 3.20104 m3；强变形区约 560 m2，平均厚约 15 m，约 0.84104 m3。雷打石滑坡属典型的深切河谷区平推式滑坡。500100150200525550575600625高程/m距离/m泥化夹层岩层产状 2607地面线滑塌前地面线ZK0520.9 mZK0421.5 mZK0335.6 m292滑坡体滑动区Q4c+dlQ4delQ4al+pl永和沟滑动面J2sx砂岩粉砂质泥岩含块石土漂石块石图9雷打石滑坡工程地质剖面 2.3 失稳演化机制结合雷打石滑坡的工程地质背景及变形特征等，深切河谷区平推式滑坡的失稳演化过程归纳为岩体损伤、坡体卸荷开裂、裂隙差异充填、坡体滑移诱发、坡体平推式失稳14-15,215 个阶段，见图 10。500100150200525550575600625 程/m距离/m292永和沟层间结合差 示意 岩体内J1节理面 示意 J2sxJ2sx钻孔揭示层间结合差 a 构造作用岩体损伤500100150200525550575600625 程/m距离/m砂岩底部泉点 2018年8月2日流量0.1L/s后缘裂缝沿砂泥岩接触面或砂岩内地下水入渗沿岩土界线附近地下水入渗强降雨后 裂隙内水位升 致坡体变形开裂292Q4c+dlQ4al+pl永和沟J2sx d 水位 升 滑移诱发500100150200525550575600625 程/m距离/m岩层产状 260 7滑塌前地面线292Q4c+dlQ4delQ4al+pl永和沟地表冲沟水J2sx地表水 e 坡体平推式失稳岩体内J1节理面 示意 沿J1形成的卸荷裂隙卸荷蠕滑形成的泥化夹层层间结合差 示意 500100150200525550575600625 程/m距离/m292Q4c+dlQ4al+pl沟谷下切J1卸荷裂隙泥化夹层J2sx b 河谷下切 岩体卸荷岩体内J1节理面 示意 表层充填岩岩屑及泥 起阻水作用底部充填泥 起阻水作用中部局部充填 入渗 排泄时水位升 292Q4c+dlQ4al+pl永和沟500100150200525550575600625 程/m距离/m地表充填底部充填局部充填表层充填J2sx c 裂隙差异充填图10深切河谷区平推式滑坡的失稳演化过程 3 滑坡稳定性评价文献 4,12-15 认为：坡体后缘拉裂缝与水平面的夹角 对平推式滑坡的稳定性具有一定影响，并修正了平推式滑坡稳定性计算模型。平推式滑坡稳定性计算模型，见图 11。LWPuPPPuwhwh图11平推式滑坡稳定性计算模型赵海松，等：深切河谷区平推式滑坡失稳演化及稳定性评价 21 Fs滑坡的稳定性系数14-15Fs=TTr=WcosPupPpucos()tan+cLWsin+Ppusin()（1）|Pup=12whLPpu=12wh2（2）cPupPpu式中：W 为滑块单宽重力；为滑面倾角；、为滑带黏聚力和内摩擦角；为滑面位置扬压力，为坡体后缘拉裂缝中静水推力；L 为滑体底面沿滑动方向上的长度；h 为坡体后缘裂缝充水高度，基准面取为坡脚切出口位置。Fs=Wcos12whL12wh2cos()tan+cLWsin+12wh2sin()（3）取雷打石滑坡 2-2、3-3和 4-4剖面计算其稳定性，通过现场测量及室内岩土体试验，计算参数，见表 1。表1雷打石滑坡稳定性计算参数剖面 工况 W/（kNm1）/（）h/m c/kPa/（）L/m/（）2-2天然8472.06.1015.09.523.886降雨8702.76.110.3 13.29.023.8863-3天然14742.65.9015.09.524.884降雨16742.35.914.2 13.29.024.8844-4天然7314.65.8015.09.520.785降雨7513.85.89.3 13.29.020.785 FsFsFs雷打石滑坡 3 个剖面不同工况下的，见图 12。降雨条件下 3 个剖面的分别为：0.98(3-3)1.02(2-2)1.09(4-4)1.15。结合图 8，3-3剖面位于滑动区，4-4剖面位于强变形区，2-2剖面贯穿滑动区与强变形区，与计算结果相一致。表明本文选用的平推式滑坡计算模型14-15适用于深切河谷区平推式滑坡的稳定性评判。2-23-34-40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.071.09天然降雨稳定性系数Fs剖面1.961.861.020.98图12雷打石滑坡稳定性系数FsFs(33)Fs(22)Fs(44)Ppu高强降雨下雷打石滑坡稳定性变化，见图 13。底滑面在横坡向上 3 个剖面高程存在差异，3-3剖面最低，4-4剖面最高；高强降雨下 3-3剖面后缘裂缝先充水，4-4剖面最后充水，故充水高度上升过程中 3 个剖面的均呈现 h(2-2)=10 m h(4-4)=9 m。与不同工况下计算所得对比，见图 14。3 个剖面在高强降雨条件下 h 均大于，即满足临界滑动条件。滑动区的 h 与的差值约 2.25，变形区约 1.28。152-23-34-48910111213147.7511.687.7210149水头 度h/m剖面临界水头 度hcr裂缝充水 度h图14雷打石滑坡水头高度对比 hcr式（4）忽略了滑面黏聚力 c 对抗滑作用的贡献，且计算模型认为承压水分布于整个底滑面。实际上，坡体在滑动时底滑面仍存在一定的黏结作用，且靠近坡脚剪出口位置地下水为潜水段，无扬压力作用，故计算较实际值偏低，即偏安全11。路基工程 22 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）4 结语本文以雷打石滑坡为例，结合其工程背景，从变形过程、起动机制等方面总结变形特征，对深切河谷区平推式滑坡的失稳演化过程进行归纳，并采用最新的计算模型探讨其稳定性。（1）深切河谷区平推式滑坡的失稳演化过程可分为 5 个阶段：构造作用下岩体损伤阶段、坡体卸荷开裂阶段、裂隙差异充填阶段、坡体滑移诱发阶段和平推式失稳阶段。（2）坡体卸荷开裂和裂隙差异充填是深切河谷区相较于其他地貌对平推式滑坡失稳破坏的典型贡献。深切河谷区坡体临空条件好，河谷下切致使坡体卸荷变形，卸荷裂隙较为发育；裂隙表层及底部充填较好，不利于地下水入渗或排出，中部仅局部充填，形成裂隙竖向空隙层，利于地下水汇集，并对滑面的形成有较大影响。（3）高强降雨是深切河谷区平推式滑坡的典型失稳诱因。高强降雨后地下水岩土界线附近孔隙、砂岩裂隙、砂泥岩层面处等优势渗水通道进入卸荷裂隙的竖向空隙层内，充水位骤升对坡体产生较大静水推力，致坡体变形滑移，后缘形成竖向拉裂缝；地表水汇入竖向拉裂缝后，充水高度大于临界水头高度，诱发坡体平推式失稳滑塌。（4）所选计算模型及临界水头高度适用于深切河谷区平推式滑坡的稳定性评价。高强降雨条件下，雷打石滑坡的稳定性显著降低，且不同剖面处滑坡的稳定性系数随后缘拉裂缝充水高度的增大均呈下降趋势。坡体后缘拉裂缝的及时充填和防渗，应利于平推式滑坡的稳定。考虑此类地貌区平推式滑坡失稳演化及起动判据，其治理重点在于裂隙充填的优化及起动水头的控制。因此，建议首先针对坡体后缘拉裂缝利用黏土进行密实填充处理，并设置地表截排水设施以避免达到平推起动条件；同时，可采用锚索或抗滑桩等进行支挡防护以提高坡体抗滑力，采用仰斜式排水孔疏排地下水以降低充水高度。参考文献(References)：1 XIN P,LIU Z,WU S R,et al.Rotational-translational landslides in theNeogene basins at the northeast margin of the Tibetan Plateau J.Engineering Geology,2018,244:107 115.DOI:10.1016/j.enggeo.2018.07.024.2 FAN X M,XU Q,ZHANG Z Y,et al.The genetic mechanism of atranslational landslide J.Bulletin of Engineering Geology and theEnvironment,2009,68（2）:231 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landslide with deep-incised valley landform as an example,troughfield investigation,drilling,surface displacement monitoring and other methods,this paper identifies theengineering geological conditions such as deformation characteristics and scale.and evaluates the stability of thelandslide.The research shows that the down-cutting of the river valley makes the front edge of the slope hollow,and the unloading deformation is obvious;the differential filling of steeply dipping fissures facilitates theformation of vertical void layer in its middle,which has a great influence on the slide surface location and fillingheight of the thrust landslide.The instability evolution of deep-incised valley landslides can be divided into fivestages:rock damage under tectonism,slope unloading and cracking,fracture differential filling,slope slidinginduction and horizontal-push instability.Slope unloading cracking and fracture differential filling are typicalcontributions of deep-incised valley landforms to horizontal-push landslides.The calculation model in this paperis applicable to the stability evaluation of horizontal-push landslides in deep-incised valley areas.Key words:deep-incised valley；horizontal-push landslide；deformation characteristics；instabilityevolution；stability evaluation路基工程 24 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）