下芹村岩质滑坡变形特征及发展趋势研究

王蓓蓓

(山西省第二地质工程勘察院，山西侯马 043011)

1 概述

山西省位于黄土高原西部，由于降雨和人类工程活动等因素的影响诱发的黄土滑坡灾害频发，但岩质滑坡的发生给当地人民生命安全和财产安全带来的威胁也应该引起足够重视。在滑坡形成发展过程中，对边坡变形特性的研究极为重要，因为它可以直接反映边坡的稳定性和发展趋势。有些学者［1，2］通过边坡变形的宏观监测和测量分析滑坡变形特性，而随着各种试验方法和微观技术的发展，加之滑坡的破坏实质是滑带土受各种因素的影响发生变形破坏的过程，因此，通过观测滑带土的微观变形机理［3-5］推测反映滑坡的宏观变形机理也越来越常见，并且取得了很好的效果。

当滑坡处于不稳定状态，并且由于各种因素的影响可能再次发生滑动，因此对滑坡发展预测的研究也尤为重要，这实际上与滑坡的预警预报密切相关［6］，可以通过监测系统［7，8］以及建立模型［9，10］等方法综合判定滑坡再次发生的可能。因此，本文以下芹村岩质滑坡为例，通过稳定性分析及变形特性研究，对滑坡的发展趋势进行变形特性研究，对滑坡的发展趋势进行预测分析，为滑坡治理设计和防治提供一定依据。

2 滑坡概况

2.1 工程地质条件

2.1.1 地形地貌

该滑坡所处位置位于阳城县县城西部，为中低山斜坡地貌。该处总体地势南高北低，西高东低，其北部为下芹村住宅小区及民房，南侧为公安局训练场。研究区的最高高程为661.5 m，最低高程在滑坡前缘的下芹村住宅小区内，高程 616.2 m，项目区相对高差 45.3 m。

2.1.2 地层岩性

滑坡所处研究区的地层岩性从新到老描述如下:

第四系全新统(Q4):主要由碎石、黄色及黄褐色粉土、粉质粘土组成，为人工杂填土，局部地区会有建筑垃圾、砖屑等出现，厚度 2.0 m～4.7 m。

第四系上更新统(Q3):主要为棕色、红棕色的粉质粘土，可塑～硬塑，竖直节理发育，厚度 3.2 m～10.3 m。

石炭系上统太原组(C3t):为主要含煤地层之一。主要由灰色、灰黑色泥岩、不同粒径的砂岩、灰岩及煤层组成。泥岩呈碎屑结构，极破碎，强风化，裂隙发育。厚63.16 m～109.47 m，平均 85.21 m。

2.1.3 人类工程活动

研究区内影响滑坡稳定性的人类工程活动主要为下芹村住宅小区建设和公安局训练场建设，现叙述如下:

1)滑坡前缘下芹村住宅小区建设。在小区建设中，对山体坡脚进行了人工开挖，并修筑了浆砌石挡墙护坡，高度为4 m，目前较为稳定，但在极端降雨、地震等作用下，可能会发生失稳。

2)滑坡中部农业活动。在滑体中部，当地居民对山地进行了开垦种植，对原有地形地貌进行削坡开挖，改变了原有的地形地貌，使山体形成一些临空面。

2.2 滑坡基本特征

该滑坡所在的原始斜坡为直线型坡，东西走向陡坎较发育，坎高约1 m～5 m，局部陡坎坡度 50°～70°，平均坡度23°，坡向10°。滑坡平面形态呈“椭圆形”(见图1)，近似圈椅状，东西向延伸，主滑方向为10°。滑坡南北长约140 m，东西宽约300 m，平均厚度25 m，滑体体积约105.0×104m3，属于大型滑坡。

图1 滑坡全景图

3 滑坡变形特征及稳定性分析

3.1 滑坡变形特征

根据现场实地调查结合勘查资料、地质资料，将滑坡变形特征总结并分析如下。

3.1.1 滑坡后缘裂缝

滑坡后缘位于山坡南部公安局训练场，通过野外调查可清楚的观察到在训练场周围及场内有近东西向延伸的张拉裂缝，走向110°～130°，宽约 1 cm～5 cm，在滑坡后缘裂缝处挖探槽，拉张裂缝清晰可见，产状为31°∠80°(见图2)。

图2 滑坡后缘拉张裂缝

3.1.2 坡面变形特征

该滑坡坡面变形严重，主要表现为地表裂缝和坡面松散岩体崩落以及局部小滑坡。

滑坡中后部为高陡坡，高差比较大，出露的泥岩在长期风化下强度比较低，加上长期受临空卸荷影响在滑坡中后部形成了平行等高线的集中卸荷裂隙带，裂缝宽约20 cm～40 cm。在2017年7月强降雨季节过后，滑坡坡面变形迹象不断加剧，在坡体上形成了多道垂直滑动方向的平行张拉裂缝，其中滑体中部的拉张裂缝宽度将近40 cm长约140 m，可见深度达到0.6 m(见图3)。

图3 滑坡中后部裂缝发展

在滑坡体中部左侧部位，出露基岩主要为泥岩，在长期风化作用下极为破碎，由于村民不合理的开挖卸荷导致此处坡面变得比较陡峭，在其自重及强降雨等不利因素下发生了局部的崩塌(见图4)。

图4 滑坡的局部崩塌

位于滑坡中后部右侧处泥岩风化严重，坡度较大，节理裂隙比较发育。在强降雨及长期风化等不利因素下，裂隙不断加宽加深并贯通，最终导致发生局部小型滑坡。滑坡长约16 m，宽约18 m，平面上近似椭圆形，主滑方向为10°，与本滑坡主滑方向基本一致(见图5)。

图5 坡体的小型滑坡

3.2 滑坡稳定性计算

结合试验资料和反分析法综合确定滑带土的参数取值，并选取2个合适剖面(如图6所示)进行天然工况和天然+暴雨工况的稳定性计算，采用不平衡推力传递系数法对滑坡的稳定性进行计算，其计算公式如下:

其中，Fs为边坡稳定性系数;ψj为传递系数;Ri为第i个滑块的抗滑力;Ti为第i个滑块的下滑力;Ni为第i个滑块在滑动面上的法向反力;ci为第i个滑块内聚力标准值;φi为第i个滑块内摩擦角标准值;li为第i个滑块滑动面长度;Wi为第i个滑块的重力;θi为第i个滑块与水平面的夹角。

根据确定的计算参数和计算剖面分别对滑坡在工况一(自重)、工况二(自重+暴雨)，进行稳定性和推力计算，并对照相关规范确定其稳定性是否满足要求，滑坡稳定性系数和推力计算成果见表1。

表1 稳定性计算结果

图6 稳定性计算剖面

4 滑坡发展趋势预测

根据勘查资料和实地调查结合相关分析，可以得出如下结论:

1)在坡面上垂直节理发育，形成了大大小小的裂隙，裂隙延伸至数米，为降雨等进入滑体内部提供了通道。

2)滑坡后部由于牵引作用也形成拉张裂缝，在长期风化、地表水渗透作用下，裂隙不断加宽加深。

3)滑坡中前缘的泥岩在雨水长期浸泡下强度大大降低，久而久之泥岩层间软弱夹层逐步形成(初步推测为潜在滑移面)，并且在滑坡前缘处裂缝发展到一定程度后与底部软弱结构面相结合。

4)当遇到强降雨或暴雨时，滑坡岩体荷载增大，在静水压力和托浮力的共同作用下，软弱结构面相贯通，最终导致滑坡前缘失稳破坏，滑坡后缘岩体由于失去下部支撑作用，在其自重等作用下向前发生滑动。

图7 滑坡最终形成示意图

综上，本滑坡总体上稳定性差，处于缓慢变形破坏阶段，结合上述稳定性计算结果，可知在强降雨或暴雨等极不利因素影响下，以中后部拉裂缝为后缘拉裂面、泥岩层中经受强烈蠕变的软弱面为潜在滑面发生滑动(如图7所示)。

5 结论

本文以下芹村岩质滑坡为研究对象，通过实地调查结合分析，得到的主要结论如下:

1)该滑坡受到降雨和人类工程活动双重因素的影响，目前处于不稳定状态。

2)根据现场实地调查，滑坡变形情况非常严重，包括后缘和坡面的大量拉张裂缝以及坡面形成的小型泥石流，并且在降雨等因素的影响下，变形会进一步加剧。

3)结合稳定性计算，可知该滑坡仍旧处于变形阶段，在强降雨等极不利因素影响下，可能以泥岩层中经受强烈蠕变的软弱面为潜在滑面发生滑动。因此，需要引起当地有关部门的重视，做好防灾减灾工作。