昔格达滑坡破坏模式及稳定性评价

陈林，朱剑

（成都兴蜀勘察基础工程公司，成都 610072）

1 前言

雅泸高速公路沿线地质条件复杂，局部地段穿越昔格达地层，这套地层对水的灵敏度特别高，干时坚硬，遇水迅速崩解，几乎完全丧失强度，极易发生滑坡。目前国内研究主要集中在昔格达地层形成时代及沉积环境、昔格达土的物理力学性质及其工程地质特性等方面，孔德坊、黄俊分析昔格达组粘土的力学特性及其与滑坡产生的关系［1]；罗永利、刘东生对昔格达组地层的形成环境作了较深入的分析研究［2]；彭盛恩在昔格达土作为筑坝土料特性的研究中分析论述了昔格达组粘土岩、“昔层”细砂岩、“昔层”混合粗粒土的物理力学性质［3]，黄绍槟、吉随旺、朱学雷等对昔格达滑坡从易滑结构面着手，将昔格达滑坡归为覆盖层滑坡、昔格达基底滑坡和昔格达组层面滑坡等3类［4]，但我国公路部门对昔格达滑坡稳定性分析研究甚少。因此，本文以雅泸高速公路K154＋100～K154＋500段昔格达滑坡作为研究对象，从昔格达滑坡机制和滑坡稳定性影响因素进行分析，为昔格达滑坡稳定性分析提供经验和借鉴。

2 滑坡区工程地质条件

2.1 地形地貌

昔格达滑坡位于四川省石棉县栗子坪乡栗子村筲箕湾组斜坡上。该处地形呈典型的圈椅状，坡面上可见多级平台及陡坎（图1）。西侧G108国道和孟获河沿坡脚蜿蜒而过，后缘为一近南北走向的坡脊，滑坡剪出口位于坡脚孟获河岸边（图2）。

图1 筲箕湾滑坡全貌图

2.2 地层岩性

根据区域地质资料及地质勘察，勘探区揭露的地层主要有第四系全新统粉质粘土（Q4）、第三系昔格达组粉砂质泥岩（N2x）、早震旦系花岗岩（γ2）。

2.3 地震概况

滑坡区一般场地基准期50 a超越概率10%的地震动峰值加速度a＝0.2 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，对应地震基本烈度为Ⅷ度。

3 昔格达滑坡特征

3.1 滑坡基本特征

场区昔格达滑坡分为古滑坡和浅表层次生滑坡，分别针对其特点进行介绍。

筲箕湾古滑坡平面呈圈椅状，滑坡相对高差约240 m，南北两侧均为早震旦系花岗岩出露。该古滑坡主滑方向为271°，纵向长约800 m，横向宽约600 m，厚约15～36 m，滑坡方量约750×104m3，属大型古滑坡。滑坡体主要由成岩差的昔格达组泥岩组成，层理模糊凌乱，层面倾角一般20°～25°，局部达40°；下伏泥岩呈坚硬粉土状，岩芯难折断，岩理明显，层面倾角5°～10°。滑带土迹象不明显，仅在个别勘探孔中可见镜面及擦痕，据此推测为古滑坡滑动带。

浅表层次生滑坡位于筲箕湾古滑坡后缘圈椅状凹地内，滑坡前缘为雅泸高速公路施工便道，后缘为坡表发育的拉张裂缝带，左右两侧以地裂缝为界。滑坡滑动方向约131°，纵向长约80 m，横向宽约50 m，滑面深3～6 m，体积约2×104m3。该滑坡体由浅表粉质粘土及昔格达组泥岩组成，滑带土迹象明显，大部分勘探孔中5～7 m处可见镜面及擦痕，该地层遇水易崩解、软化，在受到外界扰动影响下易发生滑动（图2）。

图2 筲箕湾滑坡B－B′工程地质剖面图

3.2 滑坡变形特征

由于古滑坡形成时间早，滑坡体上可能存在的滑坡裂缝及错台已被破坏，仅在古滑坡后缘山脊坡脚隐约可见滑坡平台地貌特征。滑坡体主要由昔格达地层组成，该地层为遇水易崩解、软化，在整个滑坡范围内易形成次生滑坡。修建高速公路施工便道时对坡体切坡开挖，致使坡体前缘产生临空面，在降雨诱发作用下产生次生滑坡。

3.2.1 浅表滑坡变形特征

昔格达地层为半成岩地层，粉砂质泥岩遇水易崩解、软化，在整个滑坡范围内易形成次级滑坡，高程为1 930～2 000 m，滑动方向约311°，该滑坡纵向长约120 m，横向宽约80 m，滑面深为3～6 m，体积约4×104m3，该滑坡裂缝形成阶梯状，分为三级，近圆弧状，长20～40 m，后缘裂缝宽20～50 cm，裂缝下滑1～2 m，滑坡坡度为20°～25°。主要为修建施工便道时对边坡进行开挖，产生临空面，在饱水情况下，粘土的粘聚力降低，致使滑坡失稳。

3.2.2 滑坡深部变形特征

为了进一步查明滑坡深部变形情况，对滑坡深部进行位移监测，对古滑坡布置（弱变形区）6个监测点，对浅表层滑坡（强变形区）布置1个监测孔（ZK7）。将监测孔位移分为X方向（主滑方向）位移和Y方向位移，从而确定滑动面的位置，典型监测孔X方向累计位移曲线（图3），由监测结果可知：

（1）ZK2等6孔监测古滑坡深部变形结果均处于稳定状态，古滑坡未见明显深层滑移迹象。

（2）ZK7孔X向累计位移－孔深曲线可知：孔口以下5～7 m存在一浅层滑动面，变形速率0.40 mm／d，尤其在暴雨天气下有明显加大。

3.3 滑坡破坏机制分析及定性评价

通过以上综合分析可知，筲箕湾滑坡为顺层古滑坡，目前条件下整体稳定。由于雅泸高速公路干海子大桥通过古滑坡后缘，由于桥梁基础及施工便道开挖，边坡开挖切穿了易滑地质结构面，为滑坡的产生提供了有效临空面，开挖卸荷导致昔格达地层原有节理裂隙侧向扩展，为地表水的下渗进一步创造了条件，由于昔格达土的亲水性强、遇水软化、物理力学参数降低，可能引起古滑坡的浅表层滑动。

对古滑坡体上浅表层滑坡特征的分析，浅表层滑坡均为渐进后退式滑坡，裂缝体系的分期配套特性当坡体滑动面倾角相对较均匀、平缓，或前缘临空条件较好（如坡体前缘为一陡坎），或前缘受流水冲刷掏蚀、库水位变动、人工切脚等因素影响时，在重力作用下坡体的变形往往首先发生在前缘。前缘岩土体发生局部垮塌或滑移变形后，形成新的临空面，并由此导致紧邻前缘的岩土体又发生局部垮塌或滑移变形，依此类推，在宏观上表现出从前向后扩展的“渐进后退式”滑动模式（图4）。渐进后退式滑坡地表裂缝体系一般具有如下的分期配套特性（图5）：

（1）前缘及临空面附近拉张裂缝产生。当坡体前缘临空条件较好，尤其是坡脚受流（库）水侵蚀、人工开挖切脚等因素的影响时，在坡体前缘坡顶部位出现拉应力集中，并产生向临空方向的拉裂–错落变形，出现横向拉张裂缝。

图3 监测孔累计位移－深度曲线

图4 渐进后退式滑坡典型剖面结构图

图5 渐进后退式滑坡地表裂缝的分期配套体系

（2）前缘局部塌滑、裂缝向后扩展。随着变形的不断增加，前缘裂缝不断增长、加宽、加深，形成前缘次级滑块（如图4、5所示的滑块①）。随着前缘次级滑块不断向前滑移，其将逐渐脱离母体，为其后缘岩土体的变形提供了新的临空条件。紧邻该滑块的坡体失去前缘岩土体的支撑，逐渐产生新的变形，形成拉张裂缝，并向后扩展，形成第二个次级滑块②，依此类推，逐渐形成从前至后的多级弧形拉裂缝、下错台坎和多级滑块（如图4、5）。当坡体从前向后的滑移变形扩展到后缘一定部位时，受斜坡体地质结构和物质组成等因素的限制，变形将停止向后的继续扩展，进一步的变形主要表现为呈叠瓦式向前滑移，直至最后的整体失稳破坏。当然，如果整个坡体的坡度较大，或岩土体力学参数较低，坡体稳定性较差时，也有可能出现从前向后各次级滑块各自依次独立滑动，而不一定以整体滑动的形式出现。

大量的滑坡实例表明，当滑坡进入加速变形阶段后，各类裂缝便会逐渐相互连接、贯通，并趋于圈闭。但是斜坡的变形破坏机制和过程非常复杂，个性特征明显，在实际的变形过程中，推移式和渐进后退式滑坡往往存在时间和空间上的转换，在不同时间段和不同空间部位的滑坡裂缝体系可能会有所变化。

通过古滑坡和次级滑坡的特征分析，次生滑坡产生条件为前缘较陡约40°后缘较缓约20°，前缘有一定的临空，并对坡脚进行一定开挖，后缘较缓暴雨情况下易形成坡面积水，在雨水的渗透下砂质泥岩崩解软化，物理参数降低导致局部失稳，尤其在人为的振荡下，砂质泥岩强度迅速降低，导致失稳。通过地质类比法，筲箕湾滑坡体上极有潜在不稳定斜坡高程为1 930～2 000 m后缘边坡（图2），此边坡前缘较陡后缘较缓，前缘有施工便道，在前缘产生临空面，对坡脚进行开挖及重型车的振荡，前缘锁固段岩体在饱水振荡的情况下，极易软化崩解失去锁固作用，目前条件下前缘坡体已经出现较大的拉裂缝。

后缘较为平缓局部出现较多拉裂缝，雨水通过裂缝渗透到坡体，对地层产生动静水压力，对岩层起到软化崩解的作用。由于滑坡后缘有高速公路的桥墩通过，桥基的开挖过程中会对坡体岩层扰动，局部产生卸荷松弛，产生较多拉裂缝，也是地表水下渗的有利通道。在运行过程会对坡体扰动，导致其砂质泥岩强度降低，导致浅表层坡体失稳，需对滑坡整体和浅表层的稳定性做出定量评价。

4 滑坡稳定性定量分析

4.1 滑坡稳定性定量计算与分析

滑坡稳定性定量计算常用一般条分法、简布（Janbu）法和不平衡推力法对选取滑坡 A－A′、B－B′剖面进行稳定性计算，计算结果如表1所示。

表1 滑坡稳定性计算结果

根据计算结果，古滑坡在自然、暴雨及地震工况处于基本稳定－稳定状态；次生滑坡在自然工况下处于基本稳定状态；在降雨及地震工况下处于不稳定状态。

4.2 滑坡稳定性影响因素敏感性分析

采用正交试验设计方法对滑坡稳定性影响因素敏感性分析。

4.2.1 影响因素敏感性分析的正交试验设计

选择滑带土内摩擦角φ、滑带土粘聚力c、饱水深度h、及岩体的容度γ这4个因素进行敏感性分析，选用B－B′剖面分析。选取因素水平表2，根据正交设计计算方案，选取L18（35）正交表，对剖面BB′采用剩余推力法计算滑坡稳定性系数，计算结果如图6、表3所示。

表2 B－B′剖面因素水平表

4.2.2 正交试验计算结果分析

对正交试验设计计算的数据结果进行分析判断各个因素的主次顺序，一般有极差分析和方差分析两种。极差分析方法就是先求出各因素每一水平下试验指标的平均值，然后计算出同一因素不同水平下试验指标均值的极差，极差Rj越大的因素对试验指标的影响越大，即可判定为主要影响因素，反之亦然。

通过公式（1）计算第j列上第i个水平的试验结果总和kij，然后通过式（2）计算Kij的平均值及公式（3）计算第j列的极差。

表3 B－B′剖面正交设计方案与极差计算结果表

根据极差分析表4可以看出4个因素进行敏感性排序如下：地震作用→内摩擦角→内聚力→滑带土容重。

方差分析就是将数据的总变差平方和分解为因素的变差平方和与误差平方和之和，利用各因素的变差平方和与误差平方和构造检验统计量，作F检验，即可判断各因素的作用是否显著。用F值与以上三种显著性水平的Fa比较，可将因素对试验指标影响的显著性水平划分为4个等级：

表4 B－B′极差分析表

图6 B－B′剖面稳定性系数与各因素各水平关系

①F≥F0.001，为有特别显著影响；②F0.005≤F≤F0.001，为有非常显著影响；③F0.005≤F≤F0.01，为有影响，但不显著；④F≤F0.01，无影响 。

按照上述步骤，最终正交试验设计方差分析结果如表5所列。

4.2.3 影响因素敏感性分析

通过对滑坡稳定性影响因素敏感性进行正交试验的计算分析可以看出，孔隙水压力是最为敏感的因素，其次是内摩擦角。滑坡对孔隙水压力及内摩擦角因素的敏感实质也就是对水的敏感，从影响因素和机制分析可知，降水对滑坡的形成、发展、发生的作用举足轻重。

表5 B－B′剖面方差分析表

5 结论

（1）筲箕湾滑坡属一大型古滑坡，滑体主要由昔格达地层组成，目前该滑坡未见明显深层滑移迹象，整体稳定性较好，由于昔格达地层特殊岩性，在外界因素扰动下坡表浅层土体极易滑动，形成次生滑坡。

（2）通过滑坡稳定性分析，目前滑坡整体稳定性较好，变形破坏主要集中在坡表浅表地层中。影响滑坡稳定性最为敏感的因素是水，应控制水对滑坡的影响。

［1]黄俊.昔格达组地层易滑性研究［J].成都地质学院学报，1990，（6）：103－106.

［2]倪恒，刘佑荣，龙治国.正交设计在滑坡敏感性分析中的应用［J].岩石力学与工程学报，2002，21（7）：989－992.

［3]方开泰，马长兴.正交与均匀试验设计［M].北京：科学技术出版社，2001.

［4]黄绍槟，吉随旺，朱学雷，等.西攀路昔格达地层滑坡分析［J].公路交通科技，2005，6（22）：41－44.

［5]马良驹，袁灿勤.岩土工程勘察数据统计分析［M].南京：南京大学出版社，1991.

［6]蔡正永，王足献.正交设计在混凝土中的应用［M].北京：中国建筑工业出版社，1985.