摘 要：【目的】以甘肅禮縣夾關溝滑坡為例，計算其在降水和地震作用下的穩(wěn)定性系數(shù)，對其發(fā)育機制進行分析，并針對不同情況下碎石土滑坡的發(fā)育提供防治對策?！痉椒ā窟x取強度折減法，利用的本構模型為莫爾-庫倫模型，同時利用Midas有限元軟件對夾關溝滑坡進行數(shù)值模擬。【結果】碎石土邊坡天然條件下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.271 9，處于基本穩(wěn)定；降雨條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.125，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；地震條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.006 8，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。【結論】在降水作用時，滑坡內(nèi)部巖體受到入滲水的侵蝕，在坡面松散堆積物和下伏基巖層頂部的位置逐漸形成飽水帶，成為滑坡失穩(wěn)滑動的潛在滑移面；在地震作用時，滑坡體松散堆積物的抗滑力逐漸減小，直到小于其自重時，滑坡發(fā)生失穩(wěn)滑動，再加上河道侵蝕沖刷的影響，滑坡前緣處不斷受到河水的侵蝕沖刷，形成不合理的切坡，導致滑坡內(nèi)部的應力發(fā)生重分布，在外力作用下，滑坡容易發(fā)生失穩(wěn)滑動。

關鍵詞：碎石土滑坡；滑坡成因；發(fā)育機制；滑坡治理

中圖分類號：P642.22 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）16-0117-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.16.023

Analysis of the Development Mechanism and Prevention Measures of Gravel Soil Landslides

HE Shuaishuai

（ Northwest University of Political Science and Law， Xi'an 710000， China）

Abstract：[Purposes] Taking Jiaguangou landslide in Lixian County， Gansu Province as an example， the stability coefficient under the action of precipitation and earthquake is calculated， the development mechanism is analyzed， and the prevention and control countermeasures are provided for the development of gravel soil landslide under different conditions.[Methods] The strength reduction method is selected as the calculation method in this article， and the constitutive model used is the Mohr Coulomb model. At the same time， Midas finite element software is used to numerically simulate the Jiaguangou landslide.[Findings] The stability coefficient of the gravel soil slope under natural conditions is 1.271 9， which is basically stable; Under rainfall conditions， the stability is 1.125 and it is in an unstable state; The stability coefficient under earthquake conditions is 1.006 8， indicating an unstable state.[Conclusions] During precipitation， the internal rock mass of the landslide is eroded by infiltration water， gradually forming a saturated zone at the top of the loose accumulation and underlying bedrock layer on the slope surface， becoming a potential sliding surface for landslide instability and sliding; During an earthquake， the anti slip force of loose deposits in the landslide body will gradually decrease until it is less than its own weight， and the landslide will experience unstable sliding. In addition， under the influence of river erosion and erosion， the front edge of the landslide is constantly eroded and eroded by river water， forming an unreasonable cut slope， leading to the redistribution of stress inside the landslide. Under external forces， the landslide is prone to unstable sliding.

Keywords： gravel soil landslide; landslide causes; developmental mechanism; landslide control

0 引言

碎石土滑坡主要發(fā)育在山區(qū)溝谷兩側的陡坡上。在長期風化侵蝕作用下，碎石土滑坡的滑體成分主要為表層黃土、巖石風化物、崩塌體和其他殘坡積物，一旦發(fā)生滑動，可能造成溝谷內(nèi)公路損毀或河道淤積，對人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生極大影響。因此，分析研究碎石土滑坡的成因和發(fā)育機制，及時監(jiān)控碎石土滑坡的發(fā)育情況，制定有效的防治對策具有重要意義。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

甘肅隴南禮縣地區(qū)地形地貌主要為侵蝕堆積黃土丘陵，伴隨構造運動的影響，少部分區(qū)域發(fā)育有構造低中山。黃土丘陵區(qū)海拔高度為1 450～1 900 m，構造山區(qū)為1 900～2 388 m，區(qū)域內(nèi)相對高差約為50～350 m。新生代以來，青藏高原的隆升作用導致研究區(qū)發(fā)生強烈的構造運動。黃土丘陵區(qū)內(nèi)伴隨部分構造運動導致的低中山和區(qū)域內(nèi)夏秋季節(jié)伴隨的短時強降雨，容易在短時間內(nèi)匯聚大量地表水，山區(qū)表面受雨水和地表水侵蝕嚴重，造成了典型的區(qū)域性黃土侵蝕地貌。低中山內(nèi)部分布大量的侵蝕溝谷，尤其在構造山區(qū)域，由于河谷水流流速較快，對谷底沖刷侵蝕嚴重，沖溝下切縱深大，兩側坡體陡，呈典型的“V”字形斷面。在沖溝兩側坡體上，由于受到物理化學風化等外力作用，斜坡體上堆積的黃土層和破碎的巖土風化物，在降雨或地震作用下，崩塌和滑坡災害極為發(fā)育［1］。

1.2 構造運動與地質(zhì)構造

青藏高原的強烈隆升導致研究區(qū)伴隨著劇烈的地殼變形運動，造成與西秦嶺的構造運動相互擠壓，研究區(qū)內(nèi)破碎的地形地貌，主要表現(xiàn)為一系列的斷陷盆地［2］分布在研究區(qū)周圍。同時，在強烈構造運動的影響下，研究區(qū)內(nèi)斷陷盆地的地表往往風化破碎極其嚴重，為滑坡泥石流的發(fā)育提供了充足條件［3］。與此同時，青藏高原的強烈隆升與西秦嶺構造山的相互作用形成了一系列復雜的斷裂帶，主要表現(xiàn)為禮縣-羅家堡斷裂帶，西起禮縣石橋鎮(zhèn)、城關鎮(zhèn)一帶，東至羅家堡一帶，自西向東呈條帶狀展布，總長約為55 km，整體上順著西漢水河谷北側延伸，是一條典型的左旋走滑性質(zhì)斷裂［4］。

由于研究區(qū)受斷裂帶發(fā)育影響較大，發(fā)育較多碎石土滑坡，主要分布在斷裂帶兩側的黃土山坡上，加上該地區(qū)夏季有集中性暴雨，碎石土滑坡發(fā)育的條件較為充沛［5］。夾關溝滑坡位于禮縣城關鎮(zhèn)夾關溝內(nèi)，是典型的受構造帶影響的碎石土滑坡，夾關溝內(nèi)存在季節(jié)性河流，常在夏秋季因山區(qū)暴雨多發(fā)洪水，對夾關溝滑坡前緣坡腳侵蝕嚴重，容易造成滑坡失穩(wěn)滑動［6］。

1.3 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)受不同時期構造運動影響較為強烈，出露不同時期的地層較明顯，主要出露年代包括泥盆系、石炭系、侏羅系、古近系到新近系，主要出露巖性包括灰?guī)r、泥巖和粉砂巖為主。

1.3.1 新近系之前的地層。新近系之前的地層巖性主要包括泥盆系中上統(tǒng)砂礫巖和灰?guī)r，主要分布在江口鄉(xiāng)和羅壩鎮(zhèn)地區(qū)，石炭系灰色厚層砂巖和炭質(zhì)粉砂巖，主要分布在禮縣西北羅壩鎮(zhèn)地區(qū)，侏羅系中下統(tǒng)含礫砂巖夾粉砂巖，主要分布在羅壩鎮(zhèn)以西部分構造山區(qū)和礦區(qū)，古近系紅色砂礫巖夾砂泥巖互層，主要分布在從禮縣縣城東側一帶。

1.3.2 新近系地層。新近系主要出露地層為泥巖，分布在斷裂帶兩側和受河水侵蝕嚴重的河谷地帶，其出露巖性為紅色泥巖層，呈層狀構造。出露處由于常年的雨水和外地質(zhì)營力的侵蝕，其巖層表面通常崩解成破碎物質(zhì)，堆積在河谷中，被季節(jié)性河水沖刷侵蝕到下游。

1.3.3 第四系地層。第四系地層在研究區(qū)內(nèi)有大面積出露，主要出露年代為上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)兩個時期，在禮縣尤其是西漢水河谷分布較多。其中上更新統(tǒng)地層厚度約為20～25 m，巖性大多為粉質(zhì)黏土，沿著西漢水河谷兩岸展布，多在兩岸黃土階地上呈條帶狀出露，部分地區(qū)受到河水侵蝕嚴重，黃土接地發(fā)育有局部小規(guī)模崩解。全新統(tǒng)地層包括沖洪積物、殘坡積物和重力堆積物。其中沖洪積物分布在河道兩側的河漫灘上，組成物質(zhì)為黏性土夾雜著部分砂礫石，厚度約為3～5 m，在泥石流溝口附近堆積較厚，在其他區(qū)域堆積較少。殘坡積物分布在黃土丘陵的斜坡上和泥石流溝內(nèi)，組成物質(zhì)取決于斜坡出露巖性，不同區(qū)域出露巖性不同，一般為灰?guī)r和粉砂巖，在長年累月的外力侵蝕作用下，受到不同程度的風化，堆積到斜坡上，被雨水等外力作用沖刷帶到泥石流溝內(nèi)。重力堆積物主要是河道兩側階地或黃土丘陵斜坡受到河水侵蝕和地震作用等，出露的巖層形成破碎風化巖石，堆積到斜坡坡腳或泥石流溝谷內(nèi)，形成重力堆積物，堆積物往往容易阻塞河道，形成堰塞湖。

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)降水豐富、水系眾多，地表水有以西漢水、燕子河為主的多條河流，每條河流又有大大小小數(shù)十條支溝。在夏秋季節(jié)，支溝內(nèi)季節(jié)性河流的水流量較大，容易在地表匯聚，為滑坡泥石流的發(fā)育提供充足的外力條件。尤其是在降雨作用下，河道內(nèi)水流速加快，長年累月對斜坡坡腳進行沖刷侵蝕，而在斜坡坡體上，降雨作用對斜坡坡面的沖刷，造成坡面物質(zhì)被侵蝕帶入到坡腳。地下水則主要為入滲水，降雨和耕地灌溉水不斷入滲到巖土層內(nèi)部，在斜坡坡體內(nèi)沿著巖層的節(jié)理裂隙，容易在內(nèi)部形成軟弱破碎帶，為滑坡的形成提供了基礎條件［7］。

2 夾關溝滑坡發(fā)育機制

2.1 夾關溝滑坡概況

夾關溝滑坡位于北緯34°09′50″，東經(jīng)105°12′25″，該滑坡總長約為23 m，寬約為50 m，厚度約為3 m，滑向96°?；潞缶壌嬖诙嗉壎缚?，總體上呈半圓形，前緣較寬，斜坡體大部分都被雜草覆蓋，僅在后緣陡坎處有大面積巖石裸露。滑坡前緣處由于受到溝谷內(nèi)河水的侵蝕沖刷，在部分區(qū)域有小規(guī)模崩解出現(xiàn)，崩解物堆積在河道內(nèi)，以黃土坡積物和破碎巖石為主。

2.2 夾關溝滑坡發(fā)育機制分析

2.2.1 坡度是影響滑坡發(fā)育的重要因素。在坡度較緩地區(qū)，斜坡上堆積的風化破碎巖石和黃土堆積物，即使在外界條件影響下，也較難發(fā)生大規(guī)?；瑒樱?］。在坡度較陡地區(qū)，斜坡堆積物容易在外界條件下發(fā)生滑動，在地震和降雨作用下，斜坡上土層和出露巖層不斷被侵蝕風化，崩解后堆積在斜坡上，同時，巖層內(nèi)部發(fā)育節(jié)理裂隙，巖層上表面與表層風化崩解物結合，逐漸形成碎石土堆積物，在降雨或地震的作用下，堆積物與基巖的摩擦力減小，碎石土堆積物就會發(fā)生滑動。此外，斜坡的坡高也是斜坡堆積物發(fā)生滑動的又一誘因，在同等坡度條件下，坡高越高，堆積物的重力勢能就越大，也就越容易發(fā)生滑動［9］。

2.2.2 夾關溝滑坡的滑體組成受到地層巖性的影響。斜坡地層巖性主要是表層的黃土堆積物和下伏基巖出露的風化破碎巖石，其中該區(qū)域主要出露巖層的巖性為粉砂巖和灰?guī)r，在外力作用下風化破碎形成碎石堆積物。在降雨或地震的作用下，由于表層碎石土堆積物和下伏基巖之間的摩擦力將變小，容易造成堆積物的滑動。

2.2.3 夾關溝滑坡的形成受到構造運動的強烈影響。該滑坡位于禮縣-羅家堡斷裂中段，受斷裂影響較大，斜坡內(nèi)部巖土體在長時間構造運動的影響下破碎嚴重，加上降雨或地震等外力作用，內(nèi)部破碎巖體之間的裂隙將加大，雨水或者地表水順著裂隙流入巖體內(nèi)部，在斜坡體內(nèi)部形成含水帶，在地震和風化作用下，斜坡上出露的巖體形成破碎堆積物，極容易發(fā)生滑動。

2.2.4 夾關溝滑坡的形成受到降雨作用的強烈影響。集中降雨是導致夏季滑坡發(fā)生的重要因素，降雨時，雨水沿著坡面形成徑流，順著坡面堆積物向下入滲到巖體內(nèi)部裂隙內(nèi)，導致松散堆積物和內(nèi)部巖體之間的裂隙越來越大，當坡面徑流入滲到碎石土層下伏基巖層表層時，入滲水將沿著下伏基巖表層滲流，此時表層破碎巖土體堆積物和下伏基巖之間摩擦力減小，當二者的摩擦力小于上覆碎石土層的下滑力時，斜坡堆積物將發(fā)生滑動。

2.2.5 人類活動也是誘發(fā)夾關溝滑坡的重要因素，其中修筑道路是碎石土滑坡的發(fā)育原因之一。在修建道路橋梁時，往往會對斜坡坡腳進行開挖，當開挖不合理時，坡腳處就會形成應力集中現(xiàn)象，加之斜坡內(nèi)部巖體節(jié)理裂隙和外地質(zhì)應力的影響，斜坡堆積物發(fā)生滑動形成滑坡。

3 夾關溝滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 物理力學參數(shù)的選取

本研究選取強度折減法，利用莫爾-庫倫模型 和Midas有限元軟件對夾關溝滑坡進行數(shù)值模擬，分別在天然條件、降雨條件和地震條件下對該滑坡的穩(wěn)定性進行分析計算。降雨條件中的降雨量選取該地區(qū)歷史時期最大峰值降雨量“禮縣 8.12 特大暴雨”的單日降雨量167 mm/d，地震條件中的水平峰值加速度選取1654年禮縣羅家堡8級地震時對應的地震烈度產(chǎn)生的地震峰值加速度，數(shù)值為0.2 g。

滑坡滑體巖性主要為強風化巖層和黃土層，其物理力學參數(shù)根據(jù)實驗室數(shù)據(jù)得出，具體見表1。

3.2 數(shù)值模擬及穩(wěn)定性分析

此次滑坡的物理力學材料分別選取黃土層和強風化巖層，對滑坡的底部、左右兩側施加約束和自重。外界條件分別選取降雨條件和地震條件，分別施加降雨邊界和地震波動力條件進行模擬，采取強度折減法進行計算。

3.2.1 不同條件下主應力大小。①在天然條件下，主應力在坡面土層中分布較小，在滑坡后緣處有小部分應力集中，但整體不構成威脅；②在降雨條件下，最大主應力和最小主應力分別是3.62×102和1.06×102，最大主應力主要集中在黃土層和下伏基巖層的接觸面上，尤其是在下伏基巖內(nèi)的風化巖層存在高應力區(qū)，極有可能是風化巖層內(nèi)部的裂隙較為發(fā)育；③在地震條件下，最大主應力和最小主應力分別是7.75×10和6.2×10，高應力區(qū)主要存在于坡體內(nèi)部和坡面處，在滑坡前緣的部分土層中也存在一定集中。

3.2.2 不同條件下的剪應變值。①在天然條件下的剪切應變值為2.44×10-1，尤其是在滑坡的前緣處，存在剪切應變帶，范圍較小，僅存在前緣坡腳處，極有可能是重力作用引起的；②在降雨條件下的剪切應變值為3.42×10-1，滑坡內(nèi)存在一順著土層和下伏基巖接觸面的剪切應變帶，貫穿滑體內(nèi)部，尤其是在坡腳處剪切應變更加明顯，剪應力也更加集中。③在地震條件下的剪切應變值為3.28×10-1，滑坡內(nèi)部形成從后緣貫穿內(nèi)部風化巖體的剪切帶。

3.2.3 不同條件下的穩(wěn)定性系數(shù)。研究區(qū)不同條件下的穩(wěn)定性系數(shù)見表2。根據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330—2013）中邊坡安全性系數(shù)標準，碎石土邊坡在天然條件下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.271 9，處于基本穩(wěn)定邊坡；在降雨條件下穩(wěn)定性為1.125，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極有可能發(fā)生滑動；在地震條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.006 8，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也極有可能發(fā)生滑動。

4 夾關溝滑坡防治對策

4.1 支擋工程

夾關溝滑坡前緣為河道，常年受到河水侵蝕沖刷，前緣局部容易發(fā)生崩解，造成應力向坡腳集中。因此在滑坡前緣處修建支擋工程可以有效減小滑坡前緣的應力集中，降低滑坡發(fā)生滑動的概率。

4.2 挖方卸載措施

由于夾關溝滑坡地處河道兩側，在夏季強降雨時期容易發(fā)生大規(guī)模滑動造成河道堵塞，因此可以考慮在冬季少雨季和河道枯水期對該滑坡進行挖方卸載，將滑坡表面的松散堆積物進行清除和卸載，減小滑坡坡體的自重，降低發(fā)生滑動的概率。

4.3 排水措施

水是誘發(fā)夾關溝滑坡發(fā)生的主要因素，因此修建排水渠可以有效預防滑坡的滑動?？稍诨潞缶壧幮藿ㄒ唤厮?，并在滑坡坡體上設置橫向和縱向的排水渠，有效引導水流的排泄，減少其對坡面的沖刷。同時，需要用黏土層將坡面破碎的巖層裂隙進行充填夯實，減小坡面水入滲的程度，降低地表水對巖層內(nèi)部的破壞。

4.4 地質(zhì)監(jiān)測

為有效地對滑坡進行防護，應對發(fā)生概率較大，危害性較大的滑坡進行地質(zhì)監(jiān)測。在坡體上布置地質(zhì)災害監(jiān)測儀，實時監(jiān)測滑坡坡面的變形程度和位移距離，當監(jiān)測到滑坡在一定時間內(nèi)形變和位移較大時，應該及時發(fā)出預警通知，避免造成損失。

5 結論

夾關溝滑坡所在區(qū)域構造運動極其強烈，構造運動活動時造成巖體內(nèi)部地層或者斜坡體表面巖層破碎，在內(nèi)部形成軟弱層帶，同時風化作用也會造成出露在地表的巖體發(fā)生破碎。破碎的地形地貌條件為夾關溝滑坡的發(fā)育提供了成熟的基礎條件，在降雨和地震作用下，滑坡坡體的自重最終超過坡體與下伏基巖層之間的摩擦力，造成滑坡失穩(wěn)發(fā)生滑動。同時，滑坡前緣處不斷受到河道水侵蝕沖刷，滑坡坡體內(nèi)部的應力不斷集中在坡腳，也是造成滑坡發(fā)生的重要因素。

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