新安县马行沟滑坡形成机理研究

高欢，孟飞，黄继超，吴威男

（1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南郑州450001;2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南郑州450053）

新安县马行沟村滑坡地处河南省洛阳市新安县北冶镇的马行沟行政村，地理坐标为东经112°07′51″和北纬34°52′32″，总面积约为0.0931km2。该村地处低山区丘陵区，坡地、沟谷遍布，地表多为第四系黄土覆盖，其下为二叠系炭质页岩夹石英砂岩地层。滑坡地势东北高西南低、其滑坡最大高程390m，相对高差变化明显可达70m，从宏观地形上来看为斜坡地形，整体坡度约47°，坡向242°；且坡脚与坡底分布有若干废弃洞穴；中部多为耕地、农用地；而上部陡峻，基岩明显出露，斜坡上部植被覆盖率较高。

1 滑坡基本特征

1.1 滑坡周界及形态特征

新安县马行沟村滑坡属典型牵引式土质滑坡，坡向241°。滑坡后缘冲沟较发育，深度约10.2m～15.1m。它在平面上类似于簸箕，在剖面上呈阶梯状。地表形态复杂，滑坡区坡面起伏不规则，前坡面较陡，坡度36°～59°，中、后坡面较平坦，4级陡坎呈大小不等的平台状分布，坡度18°～35°。同时，滑坡体宽90.2m，长135.4m，高29.2m，平均厚度8.9m，体积约10.98×104m3，为中型滑坡。滑坡顶高程337.2m，坡脚高程约308.15m，最大相对高差29.40m。滑体后缘出露明显，地层岩性为砂岩，上覆为5m～15m厚粉质粘土，节理裂隙十分发育，坡顶植被覆盖度高；另外，中部滑体一般较平坦，坡体前后边缘为陡坡，坡度大于33°。从滑坡体后缘到前缘，变化缓慢-平缓-凸出-陡峭。

该滑坡边界：通过相关勘查、测绘并结合物探资料确定滑坡边界。滑坡后缘的砂岩出露位置下部平台所产生裂缝位置为界，高程为337.2m，前缘位于村民屋后平台，高程为308.6m，滑坡左侧以“村村通”公路为界，地表层以洪积物为主，无基岩明显出露地质现象。其右侧又以粉质黏土分布的陡坎为界，二者切割程度均较浅，地表层为洪积物，无基岩出露。

1.2 滑坡物质结构特征

该滑坡体上部多为第四系全新统杂填土-黄土覆盖，其下为二叠系炭质页岩夹石英砂岩。根据野外2条物探剖面、1条钻探剖面（图1）以及土工试验资料分析，滑坡体土层结构较为清晰，工程地质分层比较明显。根据滑体土、滑带土以及滑床的不同特性，将具有相近特征的土按岩性分层统计。

图1 马行沟滑坡工程地质平面图

（1）滑坡体物质结构特征

杂填土：主要分布于滑坡前缘，土体灰黑，含有强风化泥岩块等岩石残核，以粉质粘土为主，偶见生活垃圾，土质松散，透水性良好。层底标高为355.33m～391.99m，层底深度0.41m～1.52m，厚0.43m～1.57m。

粉质粘土：分布于整个滑坡体上，颜色主要为黄褐色和棕红色。可塑-硬塑，上部疏松，针虫孔较发育，含钙质结核，粒径约1.0m～2.0cm，透水性好；下部土体密实，透水性差。底高程353.61m～389.37m，底深5.5m～11.2m，层厚3.35m～14.74m。

粉质粘土夹粉细砂：硬塑，灰黄。主要以粉质黏土为主，局部见强风化砂岩，颗粒粒径0.6m～1.5cm，砂质含量达40%，层底标高349.70m～382.31m，层底深度3.55m～14.75m，层厚2.60m～4.70m。层理不分，粉质粘土、粉细砂、强风化砂岩及少量泥岩颗粒相互夹杂，土质总体较松散，透水性较差，有益于降水的下渗，其抗剪强度低，工程地质性质不稳定。

（2）滑带土物质结构特征

强风化泥岩：灰白、深灰色，细粒结构，层状构造，主要物质以粘土矿物为主组成，钻进速度慢，其岩芯采取率虽高，但透水性差。层底标高354.40m～376.55m，层底深度9.5m～17.85m，层厚3.0m～6.55m。该层主要成分有粘土矿物（蒙脱石、高岭石等）、锰铁质及其他有机物等，质地较松软，固结程度弱，重结晶不甚明显。该层透水性差，为良好的隔水层，大气降水经上部粉质粘土层下渗作用后多汇聚于该层，在地下与地表水水作用下，其泥岩呈逐渐膨胀的状态，致使其表面强度逐渐降低。此外，上伏的粉质粘土在重力作用下易沿其表面发生位移滑动。

（3）滑床物质结构特征

强风化砂岩：灰色，多为中细粒结构，砂质胶结，层状结构。主要矿物成分为石英和长石。节理裂隙较发育，岩芯多呈碎块状，取心率低。ZK1中20m处砂岩孔隙较发育，孔径2m～5cm，该层在区域内分布不均匀，最大出露厚度为10.28m。

中风化砂岩：灰色，中粗粒结构，砂质胶结，块状结构，主要成分为长石、石英等，岩芯破碎、块状，回收率不高，最大暴露厚度为7.3m。

砂质页岩：黄灰色、灰色。上部分布碳质泥岩，煤层埋深29.1m～30.0m；下部为砂质页岩和砂岩，细粒结构，砂质胶结，层状结构，主要由石英、长石等矿物组成。该层仅在ZK3中可见，最大暴露厚度为8.52m。

石灰岩：灰色。细粒结构，块状结构，矿物成分以方解石为主，偶见少量石英和长石。岩芯呈柱状块状，长4m～20cm。岩芯回收率低，最大揭露厚度9.23m。下部多为碳质泥岩，黑色-灰色-黑色。细粒结构，层状-厚层状结构，岩芯长柱状，长10.21m～5.35cm，下部为煤层，该层仅在ZK5中可见，最大暴露厚度为3.65m。

1.3 滑坡变形特征

该滑坡滑动迹象十分明显，隐患突出。据2012年3月9日实地调查发现，2011年9月该坡体曾发生滑动，导致坡体上居住的8户居民45间房屋遭到破坏，无人员伤亡，现居民已搬至坡下居住。该处在2011年汛期产生的地裂缝及地面错位滑移现象共5处，局部滑塌有2处。地裂缝宽度0.6m～1.2m不等，顺向土体出现错位下移，下移距离为0.55m～2.56m，其裂缝长约25m～55m，该滑坡地质灾害规模为中型、隐患十分突出，对马行沟村村民造成了直接和潜在的威胁。

2 成因及机理分析

调查结果综合分析认为，马行沟村滑坡产生的主要原因为人为改造开挖坡脚，再由降雨引发的滑坡灾害。现状条件下其活动性明显的滑坡体主要集中于中部及后缘地段，属于局部活动。

2.1 滑坡成因分析

马行沟村滑坡体上居民房屋及地面裂缝，滑坡体发生层内错动等迹象表明，该滑坡体目前仍处于不稳定状态。根据相关调查、地质勘探资料研判分析，该滑坡体出现拉裂、逐渐变形失稳的主要原因有以下几个重要因素：

（1）较早时期，马行沟村村民在该滑坡坡脚处开挖窑洞，但2000年以来，窑洞经常发生坍塌事故，村民在坡脚及坡体上修建房屋，并于2012年以来出现大量裂缝。可得出：人工加载及人为开挖边坡是引发滑坡的一个重要因素。

（2）该滑坡体中上部土地类型主要为耕地，而农田灌溉又会使地表水下渗，增加了滑坡内土体的含水量，破坏原有土体的应力结构，尤以汛期及暴雨季节为典型，地表水极易沿裂缝入渗，从而使拉张裂缝得到进一步加剧，破坏土体稳定性，造成边坡整体失稳。滑体错位滑动又让滑坡后缘的高度短时间内迅速增大，滑体自重作用又使得土体中应力必须重新分布，从而在局部产生不同规模的滑塌灾害现象。

（3）马行沟滑坡附近有多处露天铝土矿开采场，矿山开采的爆破震动一定程度上削弱了该滑坡土体的稳定性，这也是滑坡产生的诱因之一。

2.2 滑坡机理分析

经过一系列综合分析，马行沟村滑坡体的形成主要经历了以下4个变形破坏阶段：

（1）坡体坡脚局部失稳产生挤压蠕动阶段［1］：受人类工程活动影响，如削坡、开挖坡脚的建房活动，会让坡体应力过于集中在局部1个或若干个点上，随即剪应力短时间内迅速超过原土体实有的抗剪强度，进一步产生了不可消退与避免的塑性变形—蠕变。塑性区面积区逐步扩大，又导致其局部坡脚坡体向下方顺势出现挤压现象，稳定体与坡体结点二者间会发生破裂甚至拉开，滑坡面上的主裂缝至此正式形成，加之时间的推移，滑动面的形成，滑坡就发展至滑动阶段。但在此以前，整个滑体仍处相对稳定的状态，理论稳定系数≥1。

（2）滑动破坏阶段：当主滑动段第一次失稳时，坡体将向下推压。由于应力作用，坡脚抗滑段坡面将产生纵向和横向凸起膨胀裂缝。拉伸裂缝和凸起裂缝将逐渐连接，整个滑动面将连接，导致位移滑动，滑动区内的土壤将光滑，强度将随着滑动距离的延长而逐渐降低，抗滑力将逐渐减小甚至丧失，随着地表水的渗入，滑坡将加速滑动，直至完全破坏。

（3）压密稳定阶段：一旦滑体前缘滑出原滑床，滑动阻力将逐渐增大，滑体重心将进一步减小，孔隙水、静水等压力将逐渐减小。滑坡将缓慢停止滑动并变得稳定。自重将逐渐排出和巩固滑动体，其后部将向前挤压和压缩，并恢复到一定的强度。

（4）临时稳定阶段：当滑坡以不同规模多次滑动时，其势能的降低将逐渐增加前缘阻力，并趋于相对稳定状态，随后进入压实固结的稳定阶段。

2.3 滑坡危险性分析

马行沟村在该滑坡坡腰及坡脚区域居住的村民共46户200人，现由于滑坡变形已毁坏房屋8户45间房，其滑坡体上分布有大量次生裂缝。在顺坡方向，土体错位移动最大距离为2.55m，而随着滑坡体进一步滑动，房屋开裂数量还将不断增加，该滑坡险情等级为中等。

3 滑坡稳定性分析

3.1 定性分析

通过野外综合踏勘调查与勘查得出，该滑坡现状仍处于不稳定状态。区域内原生斜坡［2］较为陡峭，斜坡前缘人工开挖边坡建房形成了高陡的临空面，为滑坡的滑动造就了有利的临空条件；而其后缘则为基岩，又为滑坡的滑动创造了滑动面。根据坡体变形破坏特征，特别是在雨季，裂隙发展很快，斜坡体上发生大量次生裂缝，变形加剧，整个斜坡体发生明显位移，斜坡体上耕地与民房不时出现的房屋开裂、地表沉降现象，说明了该滑坡仍不稳定。

3.2 定量评价

滑坡地质灾害滑动面为折线，故选用传递系数法开展计算。依据其地质构造等特征，选定不同断面进行计算研判。

稳定性系数理论计算公式如下：

针对前文滑坡体地层岩性主要以第①层粉质粘土层为主，可知滑坡土体为均质岩土体，而验算过程也可按相同传递系数法对其进行相应稳定性验算。

对滑坡区I-I’剖面进行了定量分析计算，其条块分图如下图2，条块划定原则如下：

图2 马行沟滑坡剖面I-I’计算分块

（1）在主滑动趋势方向上，根据地质剖面的变化和滑动面的产状，将剖面划分为若干条带。

（2）在分块时，充分考虑滑动体地的波动，然后细分各块，从而精确计算各块的体积。

（3）断面划分还应参考滑体岩性分布特征、区域地下水类型、埋深条件等因素。

工况选择

工况一：自然工况

荷载组合：滑体自重，滑体滑动面上土体的剪切参数为自然剪切值，滑体重量根据自然重量选择。

工况二：暴雨工况

荷载组合：滑体自重，滑动面上土体的剪切参数为饱和剪切值，滑体重量按全饱和重量选择。

3.3 稳定性计算结果评价

滑坡稳定状态分为四级，见下表1。

表1 滑坡稳定状态分级表

滑坡稳定性计算值结果见下表2、3。由上表可以得出，各剖面在各种工况条件下的稳定性见表3［3］：

表2 滑坡稳定性计算结果

表3 滑坡稳定性表

4 结论

通过收集资料以及野外勘察、分析得出如下结论：

（1）新安县马行沟村滑坡属于牵引式土质滑坡。滑坡坡向241°，整体坡度约35°，滑体宽90.2m，长135.4m，高29.2m，平均厚度约8.9m，体积10.98×104m3。

（2）滑坡体主要矿物成分为粉质粘土；滑带物质成分为粉质粘土，夹砂岩、泥岩、岩屑。粉质粘土为软塑～塑性状态，滑带厚度5.0cm～30.0cm；滑坡沿岩土界面滑动，滑体主要为粉质粘土，滑床为二叠系山西组砂岩、泥岩。

（3）通过对马行沟滑坡地质调查及稳定性计算，滑坡体前缘目前整体处于稳定状态，在高强度降水工况下则处于不稳定状态。

（4）根据本滑坡规模特征，结合场地实际情况，建议在滑坡治理工作中应强调综合治理措施，采用削坡减载+反压坡脚+边坡防护+土地平整+修建挡土墙+修建排水渠等工程措施。