碎石粉质粘土滑坡致滑机理分析

W1.28 No.4Jul. 20192019年7月Journal of Hunan City University ( Natural Science )碎石粉质粘土滑坡致滑机理分析何山山〔邓宗伟厂，邓沛宇2,胡赞涛I戴文驰I(1.湖南城市学院土木工程学院，湖南 益阳413000； 2.南华大学土木工程学院，湖南 衡阳421000)摘要：为探究碎石粉质粘土滑坡的发育机理，以灰山港某碎石粉质粘土滑坡为研究对象，通过土工试 验、现场监控和数值模拟相结合的方法，对不同降雨强度下滑坡的变形趋势进行了分析.研究结果表明：该 滑坡土体颗粒缺失，降水入渗后容易导致细颗粒流失，土体在饱和情况下的抗剪强度远低于原位土体抗剪强

度；当降雨达到暴雨强度时，坡脚孔隙水压力的迅速上升将会促使滑坡发生.关键词：碎石土滑坡；降雨强度；现场监测；数值模拟中图分类号：TP315 文献标识码：A doi: 10.3969/j.issn. 1672-7304.2019.04.0003文章编号：1672-7304(2019)040011-04Analysis of Sliding Mechanism of Gravel Silty Clay LandslideHE Shanshan1, DENG Zongwei1*, DENG Peiyu2, HU Zantao1, DAI Wenchi1(1. School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China;2. School of Civil Engineering, University of South China, Hengyang, Hunan 421000, China)Abstract: In order to study the developmental mechanism of the landslide of gravel soil, a landslide of a gravel soil in Hui Shan Gang Town is taken as the research object. The combination of geotechnical test, on-site monitoring and numerical simulation is used to analyze the deformation trend of landslide under different rainfall intensities. The results show that the landslide soil particle is missing, and the fine particles are easily lost after precipitation infiltration. The shear strength of the soil under saturation is much lower than the shear strength of the situ soil; when the rainfall reaches the intensity of the storm, the pore water pressure at the foot of the slope rises rapidly, which will cause the landslide to occur.Key words: gravel landslide; rainfall intensity; on-site monitoring; numerical simulation由于我国地质情况多样，山川丘陵众多，滑 坡一直以来都是我国最常见的自然灾害之一，这

坡在不降雨和暴雨情况下的稳定性.李漪等冈对 地下水对碎石土滑坡稳定性影响进行了分析.国内外学者从各个方面针对碎石土滑坡的位 移特性展开研究，研究结果对该类型滑坡的防治

对我国经济发展和人民生命财产安全造成了重要

的影响卩其中，又以堆积的碎石土滑坡最为常

见，碎石土边坡是一种物质组成复杂、结构分布 不均匀的二重介质混合体0叫由于其内部含有大 量的碎块石，容易形成架空结构，使得其内部容

有重要的指导意义•但我国幅员辽阔，地形地质 相当复杂，不同地质成因的碎石土滑坡有着不同

的成滑机理.本文针对某碎石土粉质粘土滑坡，

易形成独特的渗流系统，在遇到降雨时更易形成 滑坡灾害⑷.因此，国内外学者对此展开了大量

通过室内实验得出了滑带土的物理力学性质，并 将现场监测数据同数值模拟结果进行比对，分析

研究.孟华君等⑸采用多元线性回归法对汶川地 震扰动区内的51个形态各异的碎石土滑坡的影

其在不同降雨强度和不同历时的位移变化情况， 并对其发育机理进行了深入分析.1滑坡区概况响因素和滑动能力进行了分析.罗勇等同通过比

对位移监测数据和slide数值模拟结果，对某大型 碎石土滑坡的失稳机制进行了分析.周轩漾等【7]

滑坡区地处丘陵地带，为斜坡状阶梯状地貌,

基于监测数据采用传递系数法计算了某碎石土滑 坡度多在20。〜30。范围内，降水丰沛，夏季暴雨

收稿日期：2019-03-06基金项目：国家自然科学基金项目(51608183);湖南省自然科学基金项目(2018JJ3022)；全国大学生创新实验计划项目(201711527009)； 湖南省大学生创新实验计划项目(201811527005)第一作者简介：何山山(1997-).男.浙江衢州人，本科生，主要从事城市地下空间工程研究.E-mail: 168455414@qq.com. ■通信作者简 介：邓宗伟(1972-),男，湖南安化人，教授，博士，主要从事岩土与基础工程研究.E-mail: teapotd@163.com12湖南城市学院学报（自然科学版）2019年第锄高温.滑坡区东南面毗邻江石桥水库，此水库水

位为地表水基准面，最高洪水位标高为+279 m.滑坡区渗水模式以垂直入渗为主.江石桥水 库最大蓄水位标高位于滑坡体前缘，山体地表无

径流，地下水类型主要以松散岩类孔隙水和基岩 风化裂隙水为主，局部上层滞水直接以渗水形式 排泄于滑坡体前缘坡脚.滑坡体平面几何形状呈长舌状，其坡度约

10。〜30。，冠顶标高408.72 m,趾顶标高306.36 m,

相对高差102 m,厚度约4.1-24.0 m,平均厚度

约13.7 m,体积约2 289 228.9 m3,滑动方向呈

168咗右，滑坡面积约167 097 m2,纵长511 m,

滑坡属大型牵引式中层土质滑坡，表面有2条冲

沟，滑坡区后部有1条宽4 m左右的张拉裂缝.钻探揭露的地层主要以由碎石粉质黏土组成 的第四系残坡积层（Q“+di）、以石英砂岩为主的泥 盆系（D3X）和以中风化泥质灰岩石炭系（G）为主，

表岩层产状为128。〜132。/25。〜27。，与滑体呈斜 交状.2滑坡区土体物理力学性质2.1颗粒分析实验为测定滑坡土体的颗粒组成（不同粒径颗粒

的占比），采用筛分法对原位土体进行颗粒分析, 其粒径级配累积曲线见图1.图1 土体的粒径级配累积曲线如图1所示，该土体中颗粒超过2 mm的颗

粒比例为69.63%,为碎石土，土体颗粒的不均匀 系数根据公式Cu=d6（）/dio,得Cu为7.4 .其中dio=l .0,

“60=7.4.由公式Cc=d3o/（di（）xd6o）可得土体的曲率系数 为5.4,其中必0=2.0.曲率系数大于3,说明此土 体级配不连续.颗粒缺失，通过观察级配曲线易

知土体中缺失颗粒的主要为粒径为0.1-0.5 mm

的细颗粒，细颗粒的缺失极有可能会导致水流的 垂直下渗，软化土体.2.2原位直剪试验由于室内剪切试验对粒径要求较为严格，而 碎石土中存在较多的粗颗粒，所以试验采用原位

直剪试验来研究滑坡土体的抗剪强度指标（粘聚

力c和内摩擦角（p）.试验采用平推法进行，选取

3个地质情况相近的测点进行，取平均值减少误

差，测点编号分别为QJ1, QJ2和QJ3,试验采 用剪切盒尺寸为155 mmxl60 mm,满足规范要求 .试验结果如表1所示，所揭露的土体工程性质 较好，在正常情况下不易发生滑坡破坏.表1原位试验土样抗剪强度指标统计样品编号0（内摩擦角）/（°）C(黏聚力)/(kPa)

QJ5-117.319.0QJ6-121.817.0QJ7-117.520.0平均值1&91&7将原位土进行三轴不固结不排水试验所得的

粘聚力和内摩擦分别为5.3 kPa和3.67°.同原位 直剪试验所得的抗剪强度指标相比，分别为下降

T 71.1%和80.6%.当滑坡体受到暴雨影响时，

地表水快速下渗，导致滑坡带土体饱和，抗剪强

度快速下降，从而极易导致滑坡体在固结前就发 生破坏.3滑坡体监测3.1监测点布置为了进一步探究滑坡体的破坏机理，对滑坡

体的水平位移和垂直位移进行长时间监测，在滑

坡体上共布置6个监测点.监测点位于埋设的混 凝土桩桩顶的钢钉上，并在山体稳定且与监测点

通视的位置布置基准点，监测点的分布情况如图

2所示.监测点的布置和监测频率均满足《崩塌

滑坡泥石流监测规程》（DZ/T0223-2004）切.3.2监测位移变化位移变化是滑坡监测的重要内容，通过水平 位移和垂直的变化情况能及时反映滑坡变化方向

和动态，其中位于坡顶的W-1号监测点的垂直位 移最大速率达到了-2.15 mm/d,累计垂直位移值

为-52.95 mm（为最大值），其曲线如图2所示.zK

平位移最大处为坡脚W-3号监测点，监测期内累 计变化37.19 mm,变化曲线如3所示.位移曲线表明滑坡在发生后依然在继续向下第28卷何山山，等：碎石粉质粘土滑坡致滑机理分析13多次发布暴雨红色预警.当降水量上升时，滑坡

变形速率也随之增大.如表2所示，滑坡的垂直 位移变化量和降雨量之间存在密切联系.图2 W-1垂直位移曲线滑动，且在5月至10月位移变化较大，在10月 中旬以后，滑坡基本处于稳定，位移在一定范围

内波动.结合湖南省统计局公布的2016年降水 统计表,5月至10月为益阳市的汛期.降水丰沛，

图3 W-3点水平位移曲线表2滑坡垂直变形量和降雨量对照表mm月份3456789101112降雨量112.0184.9286.9141.0498.6120.8117.094.68&076.9位移量-1.98-1.03-4.86-1.94-6.05-0.32-0.21-1.01-0.10-0.0845数值模拟雨模式下，滑坡的最大位移矢量图如图所示.表3模型参数为了能更加直观地揭露滑坡体在降雨软化后

材料V（泊松比）E(弹性模c(黏聚力)/ 0（内摩擦

的变形过程，深入分析碎石粉质粘土滑坡的发育 量)/(kPa) (kPa)角）/（°）机理，利用ABAQUS软件采用摩尔-库伦本构模 滑带土体0.355.0x10*13.015.0型对滑坡体在不同降雨强度下的位移情况进行模

滑体0.30&0xl0°l&Ol&O拟.通过先处理滑坡区地形图，提取自然标高， 未滑动土体0.30&0xl0«l&Ol&O中风化泥炭

在Civil 3D软件中生成三维曲面模型的方法模拟 质灰岩0.253.0x107—一滑坡场地的实际地形，然后再将曲面模型导入

ABAQUS软件中.滑坡模型如图4所示.其中考

虑到场地的复杂性，滑体厚度定为20 m,滑带厚 度定为2 m.所采用的模型参数如表3所示.a）小雨强度下童天住移矢童图4滑坡模型本文分别对小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴

雨和特大暴雨6种不同降雨强度下，滑坡的位移 b）暴雨强度下義天住移失走情况进行模拟，6种工况的降雨强度取值分别为

图5滑坡最大位移矢量3.40x10* 9.60x10 \ 1.85X10\"3, 3.74刈0二

设定在小雨强度下，持续降雨72 h,由于降

9.40x10-3和1.51x10「2 m/h.其中小雨模式下和暴雨入渗使滑坡发生变形，土体的最大位移为5.66

14湖南城市学院学报(自然科学版)2019年第锄cm,同样设定在暴雨强度下，连续降雨72 h,滑

坡的最大位移达到1.1 m,变形明显大于小雨强度 下滑坡位移.通过比对小雨强度和暴雨强度2种

5结论1) 滑坡区土体级配曲线不连续，颗粒粒径大

模式下的滑坡位移矢量图发现，在暴雨模式下，

于2 mm的比率达69.7%, 土体的曲率系数大于3, 土体的矢量位移方向明显比小雨模式下更加混乱, 并且暴雨强度下滑坡下方的位移矢量远大于滑坡

上方，其位移方向明显斜向左上方，但是在地表 以下的滑坡下部土体位移方向为斜向左下方，与

小雨模式下的位移方向有所区别.说明当降雨达 到暴雨强度后，滑坡下方土体率先进入屈服区， 诱使滑坡发生牵引式破坏.降雨被认为是引起滑坡失稳的重要原因，除

了由于水体入渗会降低滑坡土体抗剪强度之外， 另外一个重要的因素是因为降雨会导致土体有效

应力的下降.通过软件分析不同降雨强度下降雨

48 h后滑坡的孔压分布，可以精确地表示滑坡的

有效应力的变化情况，解释滑坡变形的机理.滑

坡在小雨情况下，孔隙水压力仍呈线性分布；但

在中雨情况下，滑坡剖面中岩土分界面有明显差 异，此时.滑带会出现明显软化；而大雨情况下， 空隙水压力将不呈线性分布，观察剖面，滑坡孔

隙水压力呈波浪形分布，此时滑坡体地下水位变

化剧烈,不再稳定上升;当降雨达到暴雨强度时，

空隙水压力除了进一步上升以外，坡脚处孔隙水 压力还表现出明显的差异性，明显高于滑坡其它

位置，如图6所示，此时滑坡开始启动.结合数

值模拟，此时坡脚处位移高于上方土体，与孔隙 水压力上升区域相符合，暴雨强度下，滑坡坡脚 孔隙水压力的迅速上升是导致此滑坡发育的主要

原因.

图6暴雨强度下滑坡孔隙水压力分布且存在颗粒缺失的现象，导致土体更容易形成入

渗通道，雨水将加速渗入土体中，促使滑带土体

软化，这也是导致滑坡发生的重要原因.2) 从监测所得的位移曲线分析可知，变形主

要发生在降雨最为集中的5~9月，且将每月的位 移变化量和所处地区的降水统计数据比对发现， 两者存在明显关联性.所以该滑坡的形成和降雨

入渗密切相关，降雨是滑坡形成的重要诱导因素.3) 通过分析数值模拟的结果，发现在不同降

雨强度的影响下，滑坡和滑体的变形有着明显差

异.暴雨情况下，土体的位移矢量方向较为混乱， 坡脚处的位移明显增大.通过比对其孔隙水压力

发现坡脚处的孔隙水压力也明显大于坡体其余位

置，这也是导致滑坡发生的直接原因.参考文献：[1]

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