湖南通道播阳镇楼团滑坡发育特征及稳定性分析

周小飞，曹红娟

(湖南省核工业地质局三0一大队，湖南 长沙 410114)

0 引言

边坡稳定性和群众日常生活息息相关，边坡失稳滑坡甚至威胁人民生命财产安全[1-3]，尤其是在湖南等山地丘陵地区，很多工程、民房都是依山而建，且居住较密集，因此边坡稳定性就显得十分重要[4-5]。通道县位于湖南西南部，地貌以丘陵为主，滑坡地质灾害多发、易发且具有突发性、隐蔽性和破坏性强等特点[6]。楼团滑坡为通道县典型滑坡之一，该滑坡始发于2008年5月20日，威胁25户107人的生命财产安全，近年来随着雨水的不断浸入，变形更加强烈，本文根据滑坡发育特征选择传递系数法[7]进行稳定性评价[8]，对该滑坡今后的防治提出建议。

1 滑坡区地质环境背景

1.1 地形地貌

滑坡区地貌属低山剥蚀地貌，山脊呈南北走向长条状，微地貌为陡斜坡。坡面呈坡向向西的南北向长东西向短的长条形状。坡面植被因村民建房密集破坏严重。滑坡后缘高程约 378 m，前缘高程约 345 m，相对高差约 33 m。坡面因居民建房挖填局部呈陡坎状，整体斜坡坡度约为 35°，局部坡度 40°～70°不等，坡面房屋较密，主要为木结构民房。

1.2 地层岩性

根据区域地质资料结合本次工程地质测量、工程钻探、山地工程勘查结果，楼团自然寨区域地层结构简单，上覆第四系残坡积土层，下伏震旦系下统富禄组(Zaf)强风化-中风化砂岩，为基岩，区域资料显示该基岩厚度大于 300 m，无软弱地层或夹层。

1.3 地质构造、新构造运动与地震

根据地质调查，区域内岩性受构造运动挤压作用不强烈，基岩呈单斜构造，地表出露的岩层多呈层理状，风化作用强烈，岩体较破碎—破碎，据 1∶5 万通道幅(G49-64-A) 地质图，调查区附近2 km内未发育断层构造，勘查范围内未发出新断裂构造及新构造运动迹象。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，本区地震动峰值加速度 0.05g，地震基本烈度小于 VI 度，地震动反应谱特征周期值为 0.35 s。

1.4 地表水

调查区域内西侧发育播阳河地表水流，流向由南向北，该地表河流对滑坡体无影响。滑坡及滑坡影响范围内无地表水流发育，但在滑坡前缘坡脚发育水塘，常年积水，由大气降雨、东侧山体地下水补给。楼团自然村寨位于播阳河右岸，播阳河由南向北流向，汇入渠水经靖洲、会同、洪江等县市，注入沅江，属长江水系，流量约 5.02 m3/s。楼团滑坡斜坡坡脚距河流平距约102 m，建筑密集，勘查期间播阳河水位约 332.6 m，历史最高洪水水位约 338.5 m。楼团滑坡前缘标高 342.5～343.6 m，高于最高水位约 5 m，该地表河流对滑坡体无直接影响。

2 楼团滑坡发育特征

2.1 滑坡形态特征

根据现场工程地质测绘、地质勘查及结合前期成果综合分析，滑坡边界的判定主要以错台、地表出现的变形裂缝、沟谷及陡坎地形和微地貌特征为依据。

山体斜坡面明显有 A、B 两处微地貌等高线变化较大，A 处呈明显圈椅状台阶地形，B 处斜坡面则呈错等高线斜坡状，分析该斜坡应为邻近两处山体坡面不同时段滑坡，边界交叉叠加堆积而成(图1、图2)。

图1 楼团滑坡平面示意图Fig.1 Plan of Loutuan Landslide

图2 楼团滑坡A-A′剖面图Fig.2 Sketch map of Loutuan Landslide section A-A′

A 滑体后缘高程 369.5 m，前缘高程 344.5 m，相对高差 25 m。坡向 279°(向西)，坡长 66.7 m，平均坡度 23°，南北边界平均宽 42 m，钻孔勘查揭露滑坡体平均厚度约 4.9 m，滑坡范围约 2 081.4 m2，滑坡体积约 1.373×104m3，A 滑体规模属于小型。为潜在浅层推移式土质滑坡。

B 滑体后缘高程 377.9 m，前缘高程 345.6 m，相对高差 32.3 m。坡向 274°(向西)，坡长54.7 m，平均坡度 35°，南北边界平均宽74 m，钻孔勘查揭露滑坡体平均厚度约6.5 m，滑坡范围约 4 047.8 m2，滑坡体积约 2.631×104m3，B 滑体规模属于小型。为潜在浅层推移式土质滑坡。

滑坡左、右缘均以裂缝变形消失处为界，后缘以裂缝变形消失处及陡坎微地貌为界，前缘剪出口以前缘陡坎为界，总体来看，整个滑坡的周界明显。

2.2 滑坡物质组成及结构特征

滑坡物质组成包括滑坡体及滑床的物质组成，A 滑体和 B 滑体的物质组成和结构特征基本一致，均为上土下岩的结构特征，土岩接触面见软塑状滑带土存在。自上向下分布为滑体土、滑带土、基岩，基岩体内无软弱夹层。

(1)滑体：滑体土主要由含角砾粉质黏土组成。褐黄、黄褐色，含角砾粉质黏土，土质较均匀，含少量铁锰质结核，无摇振反应，刀切面较光滑，韧性及干强度性中等，稍湿—湿，可塑状，含砂岩角砾，粒径 2～10 cm 不等，角砾含量 约 15%。结构较松散——稍密。层厚 2.72～8.6 m，层顶埋深 0.0 m。覆盖整个滑坡体斜坡面。

(2)滑带(面)：滑带土主要由粉质黏土组成。褐黄、黄褐色，粉质黏土，土质较均匀，潮湿—饱和，可塑—软塑状。层厚 0.3～0.42 m，层顶埋深 2.72～8.6 m。主要分布于滑坡体与滑床之间。

(3)滑床：滑床主要由震旦系下统富禄组强风化砂岩及中风化砂岩组成，基岩产状 130°∠30°，为内倾斜向斜坡，有两组主要的节理裂隙产状分别为 195°∠65°、230°∠70°。

①强风化砂岩：灰、灰黄色，中厚层状砂岩，节理裂隙发育，节理面可见铁锰质侵染，为较软质岩，钻探岩芯呈砂、碎石状。锤击声闷哑，易碎。产状：130°∠33°，为内倾斜向斜坡，有两组主要的节理裂隙产状分别为 195°∠65°、230°∠70°，节理面张裂有粉土充填物，岩体破碎。岩石质量指标RQD 极低，一般为 5%～10%，岩石基本质量等级 V 级。圆锥动力触探实测击数为 N63.5>30，承载力特征值为800 kPa。

②中风化砂岩：灰、灰黄色，中厚层状砂岩，节理裂隙较发育，节理面可见铁锰质侵染，为较软质岩，钻探岩芯呈块状、短柱、长柱状。锤击声较脆，重击可断。产状：130°∠33°，为内倾斜向斜坡，有两组主要的节理裂隙产状分别为 195°∠65°、230°∠70°，节理面闭合无充填，岩体较破碎。岩石质量指标RQD 较高，一般为 80%～95%，岩石基本质量等级Ⅳ级。承载力特征值为 1 500 kPa。

2.3 滑坡变形特征

据访问当地居民，1978 年以前就有祖辈建房居住在斜坡面上，随着经济的发展人口的增多，在该斜坡上切坡填方建房越来越多。2008 年 5 月 20 日暴雨后，该斜坡后缘出现拉张裂缝，走向 5°左右，长约 30 m，当时裂缝宽度 5～10 cm，可见深度约 0.5 m，同时胡田光村民屋后陡坎滑塌砸损房屋一间。之后村民对塌坑进行了回填，并在坡顶修筑了简易的排水沟。

2008 年至 2014 年本次调查期间，该斜坡并无整体下滑迹象，但斜坡面多处陡坎在每年雨季总有不同程度的变形，小体积垮方。2011 年 5 月，滑坡前缘低洼水塘出现冒浑水现象。

目前该滑坡变形裂缝迹象不太明显，但勘查揭露土岩接触面存在着老滑坡滑带软土，即存在潜在的滑动面，特别 B 滑体潜在滑动面倾向约 279°，倾角 35°，前缘和陡坎临空面高约 7.4 m，一旦暴雨量达到一定程度，滑带土水含量饱和浸软，滑体土饱和增重，斜坡有可能失稳下滑成灾。进而牵动 A 滑坡滑动，威胁 25 户 107 人的生命财产安全。

由于滑坡体上主要为生活区，村民自发地对坡上的裂缝进行填堵，滑坡体上的裂缝大部分已不可见。目前滑坡体上可见的裂缝共有 4 条，裂缝多为拉裂缝，分布于滑坡的前后缘及中部，与滑坡的主滑方向 270°左右相吻合。裂缝统计见表4。

表4 楼团滑坡变形裂缝统计表Table 4 Statistical table of deformation cracks of Loutuan Landslide

3 滑坡稳定性分析计算及防治工程措施建议

3.1 稳定性宏观分析

现场调查表明，楼团滑坡体所反应的宏观变形迹象一般，局部陡坎出现裂缝、失稳垮塌等现象，整体下滑的迹象不太明显，但勘探揭露土岩接触面有滑带土存在，具潜在滑动面，是该点的主要隐患，对滑坡体上的居民存在潜在威胁。

3.2 滑坡稳定性计算

根据滑坡的发育特征结合本次勘查结果判断，该滑坡滑体在基岩接触面上滑动，其滑面近于折线形，因此采用传递系数法进行稳定性计算。计算模型如下(图3)：

图3 传递系数法计算模型及条块划分图(折线形滑动面)Fig.3 Calculation model of transfer coefficient method and block partition diagram (broken line sliding surface)

稳定性系数Fs：

其中：ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1

Ri=Nitanφi+cili

Ti=Wisinθi+PWicos(αi-θi)

Ni=Wicosθi+PWisin(αi-θi)

Wi=Viuγ+Vidγ′+Fi

PWi=γWiVid

i=sin|αi|

γ′=γsat-γW

式中：Fs——滑坡稳定性系数；

ψi——传递系数；

Ri——第i计算条块滑体抗滑力/(kN·m-1)；

Ti——第i计算条块滑体下滑力/(kN·m-1)；

Ni——第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力/ (kN·m-1)；

θi——第i计算条块底面倾角/(°)，反倾时取负值；

αi——第i计算条块地下水流线平均倾角/(°)；

Wi——第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和/(kN·m-1)；

Viu——第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以上体积/ (m3·m-1)

γ——岩土体的天然容重/ (kN·m-3)；

Vid——第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积/ (m3·m-1)；

γ′——岩土体的浮容重/ (kN·m-3)；

Fi——第i计算条块所受地面荷载/kN；

PWi——第i计算条块单位宽度的渗透压力，作用方向倾角为αi/(kN·m-1)；

i——地下水渗透坡降；

γsat——岩土体的饱和容重/ (kN·m-3)；

γW——水的容重/ (kN·m-3)。

因此，滑坡稳定系数Fs的求解公式为：

式中：Fs——滑坡稳定性系数；

Wi——第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和/(kN·m-1)；

γui——孔隙压力比；

αi——第i计算条块地下水流线平均倾角，一般情况下取浸润线倾角与滑面倾角平均值/(°)，反倾时取负值；

K——地震加速度(重力加速度g)；

RDi——渗透压力产生的垂直滑面分力/(kN·m-1)；

φbi——第i计算条块滑带土的内摩擦角标准值/(°)；

cbi——第i计算条块滑动面上岩土体的凝聚力标准值/(kPa)

li——第i计算条块滑动面长度/m；

ψi——传递系数；

Ri——第i计算条块滑体抗滑力/(kN·m-1)；

TDi——渗透压力产生的平行滑面分力/(kN·m-1)；

Ti——第i计算条块滑体下滑力/(kN·m-1)。

滑坡推力计算如下：

Pi=Ks×Ti+Pi-1×ψi-1-Ri

式中：Pi——为第i条块的推力/(KN·m-1)；

Ks——推力计算安全系数；

Pi-1——第i-1条块的剩余下滑力/(KN·m-1)；

ψi-1——第i-1条块传递系数。

计算采用的岩土物理力学参数合理与否，是计算评价滑坡稳定性的关键，其中滑带土的抗剪强度参数C、φ取值更是关系重大。滑面抗剪强度指标应根据室内试验、反演分析、工程类比及参考地区经验等来综合确定[8-9]。参数取值见表5，稳定性计算结果见表6。

表5 滑坡稳定性计算参数综合推荐表Table 5 Comprehensive recommendation table for calculation parameters of landslide stability

本次勘查在斜坡纵向 A 滑体、B 滑体各布置一条东西向纵剖面，均为主剖面，两主剖面间距约 70 m，每条纵剖面上均布置 3 个勘查点，以 A-A′、B-B′为计算剖面分别计算A 滑体、B 滑体的稳定性。计算结果见表6。

表6 滑坡稳定性计算结果表Table 6 Table of calculation results of landslide stability

3.3 滑坡稳定性分析与预测评价

通过采用折线滑动法分别计算滑坡各剖面的稳定系数及剩余下滑力，可以得出如下结论：

A 滑体在工况1(自重)条件下，为基本稳定状态；在工况2(自重+暴雨)条件下，为欠稳定状态。B 滑体在工况1(自重)条件下，为基本稳定状态；在工况2(自重+暴雨)条件下，为不稳定状态。

注：① 稳定状态分级：Fs<1.00 不稳定；1.00

滑坡体在降雨条件下，随着雨水入渗，下滑力增大，抗滑力减小，滑坡稳定性进一步降低；本次滑坡稳定性计算已进一步验证了当前状态。B 滑体在自重+暴雨条件下失稳下滑，势必会牵引A 滑体的滑动，因此，该楼团滑坡亟待治理加固。

3.4 防治工程措施建议

根据本次勘查，查阅相关文献资料[10]，在掌握斜坡可能形成滑坡的机制和主要诱发因素基础上，对其进行工程治理，主要采取抗滑支挡和截排水相结合的综合治理工程措施。

主要采用抗滑桩工程+地表截、排水工程+坡面生态工程对坡体进行整体防护，并与优化坡面排水，植被恢复等辅助治理措施相结合进行防护。

(1)抗滑桩工程：在滑坡体前缘部位采用抗滑桩进行支挡，桩基础以中风化砂岩桩端持力层，桩端应嵌入基岩一定深度。

(2)地表截、排水工程：对滑坡后缘及保护对象周围，修建一级截水沟，在滑坡两侧各修建一条排水明沟，与滑坡体上现有冲沟及滑坡后缘、两侧的环形截水沟构成一个有机整体，以达到在雨季期间能充分、有效地排放滑坡区内的地表水，以减少滑坡区内土体的流失。修建、完善滑坡前缘排水沟和居民区现有排水系统，确保极端气候下排水系统能及时排走地表积水。

(3)坡面生态工程：滑坡区坡面及后缘因拉张裂缝作用，表层土体较松散，局部地段采取削坡后，应对坡面进行有效防护，并对现有地面裂缝及滑坡上裂缝进行回填加固。有条件时，可在坡面种植易生长存活又对表层土壤固结作用强的树木、楠竹和草本植物。

4 结论

本研究以楼团滑坡为对象，在总结研究区地形地貌、地层岩性、活动构造和人类工程活动的基础上，分析了滑坡的分布特征、岩土体组合类型，并对滑坡进行了稳定性评价，提出了治理建议，主要认识如下：

(1)楼团滑坡斜坡面多呈阶梯形，坡面张拉裂缝发育，后缘裂缝切割角度大，滑坡属推移式滑坡。

(2)楼团滑坡坡体在天然工况下为基本稳定，在暴雨工况下为欠稳定至不稳定状态。

(3)建议采用抗滑桩工程+地表截、排水工程+坡面生态工程对坡体进行整体防护，并与优化坡面排水，植被恢复等辅助治理措施相结合进行防护。