1、第 卷 第 期 年 月东 华 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）（）.收稿日期：基金项目：湖南省自然资源厅科研项目（）作者简介：罗冠枝（），男，硕士，高级工程师，主要从事地质灾害监测预警、地质灾害调查与评价研究工作。：通信作者：方琼（），女，硕士，高级工程师，主要从事地质灾害防治综合研究工作。：湖南省麻阳县石眼潭滑坡演变机制及破坏模式分析罗冠枝，方 琼，徐 忠，李明波，隋皓月（湖南省自然资源事务中心，湖南 长沙；中国科学院 地质与地球物理研究所，北京）摘 要：为了研究湖南省红层滑坡成灾机理和破坏模式，以湖南省麻阳县石眼潭滑坡为例，运用 软件数值模拟方法，进行 年和 年峰值降雨的滑坡稳
2、定性模拟分析。通过对该滑坡的演变机制和破坏模式研究发现，石眼潭滑坡属于蠕滑 拉裂破坏模式，提出了稳定性系数与滑面软化面积比的一元二次关系方程：在自重作用工况下，软化面积比为，斜坡稳定性较好；在 年一遇暴雨工况下，稳定性系数为 ，软化面积比为 ，斜坡处于不稳定状态。当软化面积比大于 时，斜坡发生破坏的概率较大，与野外调查结果基本符合，表明此关系方程适用于该类红层滑坡。研究结果可为该类红层滑坡稳定性分析和防灾减灾提供参考。关键词：红层滑坡；稳定性模拟分析；演变机制；破坏模式；软化面积比中图分类号：文献标志码：文章编号：（）罗冠枝，方琼，徐忠，等，湖南省麻阳县石眼潭滑坡演变机制及破坏模式分析 东华理
3、工大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：湖南红层具有特殊的工程地质特性，是典型的易崩易滑地层。在红层地区，滑坡灾害频发，严重威胁人民生命和财产安全。关于红层滑坡，许多学者对降雨诱发型红层滑坡成因机制进行深入研究（黄润秋等，；范宣梅等，；许强，；张明等，；瞿生军等，；李江等，；杨玲等，；伍敏婷等，）；对红层滑坡预警预报和早期识别进行探讨研究（李江，；卢远航，）；特别对红层滑坡本构模型和运动模式进行详细分析（李保雄等，；殷跃平，；卢应发等，；唐然等，），取得了丰富成果，积累了相关经验。年 月笔者以湖南省麻阳县江口墟镇石眼潭村滑坡作为红层滑坡典型点进行专项补充调查研究，该滑坡发生于 年 月 日
4、凌晨，冲毁房屋，阻断交通，直接经济损失约 万元。灾情发生后，受灾区域内的部分居民进行了转移安置，并未全部搬迁，仍存在较大危险。该滑坡位于湖南省沅麻盆地的红层区，有必要对这种红层典型滑坡的演变机制及破坏模式加以深入研究。湖南省作为全国地质灾害严重的省份之一，其中红层滑坡占比较大（李明波等，），防灾形势较严峻。笔者以湖南省麻阳县石眼潭滑坡为例，利用地质调查、数值模拟等技术手段，对滑坡的演变过程进行分析研究，揭示红层滑坡演变机制与破坏模式，并运用 软件进行数值模拟分析，研究不同工况下的滑坡稳定性与滑面软化面积比之间的关系，研究结果可为红层地区滑坡早期识别、预警预报和防灾减灾提供参考。滑坡概况石眼潭滑
5、坡位于麻阳县江口墟镇石眼潭村 组南侧山体（图），地理坐标为东经，北纬。年 月 日特大暴雨（累计降雨量为 ）使得该处发生大面积滑坡。滑坡周界范围清晰，平面上呈“马蹄”形，后部呈弧形，滑面呈平面形。后缘高程为 ，前缘高程为 ，相对高差约 。坡体裂隙发育，后缘与两侧裂隙贯通，滑体前缘为乡村水泥图 石眼潭滑坡全貌 公路及 层砖混房屋、木质房屋。滑坡前缘宽，斜长约 ，推测滑坡体厚约 ，面积约 ，体积约 ，滑坡平均坡度为，坡向为。滑坡区为丘陵地貌，地形坡度一般为，局部因开挖呈陡崖状，坡度达 以上。滑坡物质组成以第四系残坡积粉质黏土及白垩系下统栏垅组粉砂岩和粉砂质泥岩为主，上覆堆积层呈红褐色，碎石含量约为
6、，碎石成分为粉砂岩，粒径为 ，厚度为 。滑体主要为强风化粉砂质泥岩，岩层产状为，岩石风化较强，岩体较完整，属于层状结构。推测滑动面为岩体层面，滑床为中风化粉砂质泥岩，滑坡类型为小型岩质滑坡。区内经历过多次构造运动，褶皱，断裂较发育，滑坡东南向约 处为江口压扭性断裂，西向约 为新晃 怀化大断裂的一条压性支断裂。通过钻孔、探井等采集试样，根据室内试验、工程类比及参考地区经验综合确定岩土参数见表。滑坡演变机制 弱变形阶段滑坡所属区域为侵蚀剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大，海拔一般为 ，坡度为 。区域内岩性主要为白垩系栏垅组紫红色粉砂质泥岩夹粉砂岩及第四系。总体上，岩层产状变化不大，倾向均在 ，倾角为 。岩
7、体风化中等至强烈，在江口压性断层的影响下，区域内可见小断裂，同时，主要发育两组产状的节理裂隙，倾向分别为 、，倾角多为。节理裂隙面和岩层面互切，将岩体切割成大小不一、孤立的近似方块状，改变了岩体的应力结构，为滑坡的发育提供了有利条件，这也可作为判定红层区顺向滑坡潜滑区的初步依据。表 岩土主要参数一览表 岩石名称容重（）抗剪强度参数（）（）地基承载力特征值（）粉质黏土强风化粉砂质泥岩中风化粉砂质泥岩 注：为内聚力（），为内摩擦角（）。该地区人类活动较为强烈，主要为扩基建房，坡脚开挖形成高陡边坡，坡面岩体节理裂隙发育（图），滑坡出现临空面（图），滑坡前缘无明显变化，两侧无明显裂缝，边界不明显。强变
8、形阶段 年 月 日，降雨量大于 ，斜坡东 华 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）年图 发育两组节理裂隙 图 前缘临空面出露 中后缘拉张裂缝和两侧剪切裂缝逐渐发展，为雨水下渗提供有利便捷的通道，滑坡前缘有浑水流出（图），滑坡体出现多处裂缝，裂缝长为 ，宽为 ，深为 （图），后缘出现拉张裂缝，裂缝断续长约 ，宽为 ，深为 ，局部有下错，下错约 。雨水直接下渗并不断蓄积在粉质黏土和粉砂质泥岩的接触带上，覆盖层与基岩接触面处的土体浸水并趋于饱和，在浸泡、软化作用下抗剪强度明显下降。滑动阶段 年 月 日，在强降雨作用下，大量的地表水沿着竖向裂缝进入坡体内部，且临空面滑床暴露，雨水在陡坎交角处蓄
9、积并沿滑面渗流，滑动面和滑坡壁清晰可见（图）。滑带土出露明显且新鲜，地下水的大量汇聚使得滑带土含水量增高，力学强度降低，后缘出现拉陷槽（图），裂缝贯通，出现多个阶坎式沉陷带，下滑力超过了后部岩体的抗拉强度，滑坡发生整体位移失稳滑动，滑坡冲毁房图 前缘冒浑水 图 滑坡左侧裂缝 屋和阻断道路。图 滑面渗流 第 期罗冠枝等：湖南省麻阳县石眼潭滑坡演变机制及破坏模式分析图 滑坡后缘出现拉陷槽 停滑阶段 年 月，对滑坡进行专项补充调查。滑体不再沿滑动带发生位移，滑带土含水量降低，进入固结阶段，前缘倾斜房屋没有加剧变形（图），后缘裂缝和拉陷槽（图）不再增多和扩大，滑坡壁明显，滑体变形不再发展，滑体裂缝不再
10、扩大增多，目前滑坡处于停滑阶段。图 前缘房屋倾斜 滑坡稳定性与破坏模式分析 评价方法 软件中的 模块中滑坡稳定性评价方法为基于条分法的刚体极限平衡计算方法，内设除不平衡推力法之外的多种计算方法，如 法、法等。本次评价首先在岩土体渗流分析软件 中模拟各种工况下的滑坡渗流场，然后将渗流场模拟得到的孔压图 后缘形成的拉陷槽 分布结果导入 ，在 模块内置适合条分法分析不同工况下的最危险滑面，计算其稳定性系数。稳定性分析根据调查资料，麻阳县 年一遇降雨强度为 ，年一遇降雨强度为 。结合坡体的结构特征，表层粉质黏土的饱和渗透系数建议采用 ，底层强风化粉砂质泥岩饱和渗透系数建议采用 ，采用 模型评价不同基质
11、吸力下粉质黏土和强风化带的渗透系数。由于基岩透水性弱，这里假设滑床为均一性的不透水材料。在此基础上，采用 软件进行 年和 年一遇小时累积降雨的滑坡渗流场进行模拟分析，得到 年和 年一遇暴雨时斜坡地下水的分布情况。在滑坡渗流场分析的基础上，利用 模块对不同工况（降雨条件）下的斜坡稳定性进行计算（图）。当滑坡仅在自重作用下，稳定性系数 k 最高，为 。在降雨工况下，稳定性系数随降雨量增大而降低，与其他类型（变质岩、碳酸盐岩）滑坡相比稳定性系数降幅较大，主要由于红层滑坡的特性，遇水后岩土体强度显著降低。在 年一遇暴雨工况下，稳定性系数为 ，而在 年一遇的暴雨工况下，稳定性系数为 ，处于不稳定状态。破
12、坏模式根据滑坡演变及破坏特征，石眼潭滑坡属于蠕滑 拉裂破坏模式。蠕滑 拉裂破坏模式主要发育在均质斜坡体中，在良好的临空条件和优势节理裂隙面的组合条件下，受强降雨的影响，大量的雨水东 华 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）年图 不同工况下滑坡稳定性 进入斜坡内部，减弱了岩体层间结合作用。由于结构面与岩层面的相互作用使得地下水大量蓄积，大面积软化滑带土、岩土体之间的摩擦力减小，滑坡的下滑力超过抗滑阻力，从而导致滑坡失稳破坏。蠕滑 拉裂式滑坡在启动时下滑力主要包括后缘贯通裂隙中产生的静水压力和在滑动方向上的自重应力分力。阻滑力包括滑面的抗滑力、后缘完整岩体的拉力和约束边界的摩阻力。当滑坡后
13、缘位于斜坡中后部时，则受力分析时要考虑滑坡后缘的静水压力和岩体的拉力（卢远航，）。设斜坡纵长为（），宽度为（），滑体的厚度为（），岩层的 倾 角 为（），岩 体 的 综 合 抗 拉 强 度 为（），约束边界未贯通岩体的宽度为（），斜坡后缘未贯通岩体的宽度为（），后缘贯通裂隙的充水高度为（）。滑坡的重力 为：（）由库伦强度准则可知，滑带土的抗剪强度 为：（）式中，为 抗 剪 强 度（），为 土 体 的 重 度（）。在降雨过程中，由于入渗不同，滑带土因软化程度各异，直接影响斜坡的稳定性，因此引入滑面的软化面积比：（）式中，为软化的滑带土面积（），为整个滑面的面积（）。则整个滑面的抗力 改进为：（）
14、（）（）（）式中，和为软化以后滑带土的内摩擦角（）和内聚力（）。由于要考虑后缘裂隙中产生的静水压力，则后缘未贯通岩体产生的抗拉力为：（）因岩层倾向坡内的角度较小，再考虑到侧壁会产生静水压力，则滑坡向坡内的分力较小，所以约束面的抗力 简化为：（）式中，为约束面的内聚力（）。为下滑力，由后缘静水压力和重力的分力产生：（）（）（）式中，为 静 水 压 力（），为 水 的 重 度（）。把式（）代入式（）可得：（）（）所以稳定性系数 k 为：k （）（）（）（）（）根据石眼潭滑坡的基本特征可知：滑坡斜长 为 ，宽度 为 ，厚度 为 ，土的重度 为 ，岩层的倾角 为，岩体的综合抗拉强度 为 ；后缘未贯通岩
15、体的宽度断续长 为 ，约束边界未贯通岩体的宽度断续长 为，后缘贯通裂隙的充水高度 为，滑带土的天然抗剪强度 为 ，为，软化后抗剪强度 为 ，为，取约束面的内聚力 为 ，水的重第 期罗冠枝等：湖南省麻阳县石眼潭滑坡演变机制及破坏模式分析度 为 。将这些参数代入式（）化简后，结合专家经验法构建稳定性系数 k 与滑面软化面积比 的一元二次关系方程为：k （）把式（）与不同工况（降雨条件）下的斜坡稳定性（图）相结合，能反映出不同工况下滑带土受软化程度（表）。表 不同工况下滑带土受软化程度 名称稳定性系数（k）软化面积比（）工况 工况 工况 在工况 自重作用下，滑带土软化面积比为；在降雨工况下，滑带土受
16、软化程度随降雨量增大而增大，年一遇暴雨工况下，滑带土软化面积比为 ，而在 年一遇的暴雨工况下，滑带土软化面积比为 ，斜坡处于不稳定状态。通过调查研究发现：实际滑坡中的软化面积很难准确获取，主要通过经验和工程类比进行分析，在天然自重作用条件下，滑带土受到红层基岩裂隙水和种植灌溉水下渗的软化，但斜坡稳定性仍较好。当遇强降雨作用时，大量雨水汇集，坡面排泄不畅导致雨水下渗，滑带土逐渐软化，强度不断降低，当软化面积比大于 时，斜坡发生破坏的概率较大，这和野外调查情况基本相符，从而较好地验证了构建的稳定性系数与滑面软化面积比关系方程。结论（）石眼潭滑坡属于小型岩质滑坡，该滑坡发展经历了弱变形、强变形、滑动、停滑等 个演变过程。（）利用 软件对滑坡进行数值模拟分析，得到不同工况下滑坡的稳定性系数。在天然工况下，稳定性较好，在暴雨工况下，处于欠稳定 不稳定状态，可能会发生失稳滑动。（）石眼潭滑坡属于蠕滑 拉裂破坏模式，分析构建了稳定性系数与滑面软化面积比的一元二次关系方程，总结了三种工况下稳定性系数对应的滑面软化面积比，与野外调查结果基本符合，表明提出的稳定性系数与滑面软化面积比关系方程适用于该类红层
