上黄土下半胶结泥岩滑坡的滑动机理和防治分析

上黄土下半胶结泥岩滑坡的滑动机理和防治分析
摘要：陕甘地区存在大量的表层黄土下层半胶结泥岩的地层组合，该类地层极易产生黄土-泥岩顺层滑坡，通过对该类滑坡的滑动机理和治理措施分析，对该地区滑坡灾害的预测和防治有一定的指导意义。

关键词：黄土-泥岩顺层滑坡；滑动机理；治理措施
1、前言
在陕西北部和甘肃南部的黄土梁峁沟壑区，大部分地段地表被中、厚层的黄土披覆，其下分布厚层的灰绿色或棕红色新近系、白垩系半胶结泥岩，该类地层组合极易产生黄土-泥岩顺层滑坡，该类滑坡的滑动面多为黄土和泥岩接触面，研究该类滑坡的滑动机理、破坏形式和治理措施，具有非常重要的理论意义。

2、滑坡岩土工程地质特征
根据现场地质调查和勘察结果，该区滑坡滑体多为风积黄土形成的黄土状滑坡堆积物；滑带土以泥岩软化后形成的软塑状饱和粘土为主，局部为半胶结泥岩或泥岩与黄土混合物，滑带土基本处于饱和状态；滑床多为半胶结泥岩，结构致密，透水性差，结构、形态较为完整。

在滑带土周边形成可见厚数十厘米至数米的挤压带，挤压带附近纹理张裂，土体破碎。

滑体、滑带土、滑床的物理力学指标统计值见表1所示。

表1地层物理力学指标
3、该类滑坡滑动机理
特殊的坡体结构是形成滑坡的本质原因，降雨及连阴雨导致滑带土饱和、软化、强度降低，是形成滑坡的气象条件。

这种斜坡地貌、特殊的坡体地层结构在降雨、洪水切割坡角、地震等诱发因素作用下极易失稳产生滑坡。

调查结果显示，该类滑坡通常是在连续降雨之后发生，极少由地震诱发，从滑带土的物质组成可以看出，该类滑坡的滑动面均存在于黄土和泥岩接触面。

这说明，在连续降雨过程中，降水入渗至泥岩表面，使泥岩表面发生软化，小部分黄土底部接触面的由于积水形成软塑～流塑状态，软塑的黄土夹杂软化的泥岩沿外倾接触面形成了薄弱带，薄弱带部分的C、Φ值急剧降低，抗滑力急剧下降，上部黄土在重力作用下沿薄弱带发生滑移。

黄土具有湿陷性、大孔隙、垂直节理发育的特点，陕甘地区的地下水位较低，一般来说，天然黄土的含水量不高，且室内试验测试显示，黄土的渗透系数K 一般为10-5cm/s，半胶结泥岩的渗透系数一般小于10-7cm/s，这表明，半胶结泥岩为较好的隔水层，不透水；而黄土的渗透性也不高，西北水土保持所通过长期观测认为大气降水在黄土中的入渗深度仅为1.5～2.6m，而在陕西礼泉黄土做的试坑渗水试验，在50×50m2试坑中连续渗水1000m3，但最终测得仅其下6m内黄土的含水量增高，以下含水量无变化。

因此，我们认为大气降水主要沿黄土地层较为薄弱的地段和垂直节理入渗至泥岩表层，由于泥岩本身为不透水层，导致滞水停在泥岩表层，并持续软化泥岩。

由于泥岩具有遇水软化、失水后易碎散，具弱膨胀性的性质，泥岩本身处于半胶结状态，手搓有光滑感，其抗剪强度较高，泥岩本身在天然含水量下的固结快剪C值较高，约30～112kPa，φ较低，约8.8～18.6°，但泥岩表层经水浸泡软化后，其C、φ值急剧降低，约C=15.1～40.9kPa，滑带土的残余剪切强度试验C=4.8～8.9kPa，φ=5.2～12.3°，泥岩表层的软化带贯通后形成了软弱滑动面，该滑动面上抗滑力急剧下降，上部黄土在重力作用下沿该软弱面产生滑移。

综上所述，特殊的坡体地层结构使该类滑坡在连续降雨过程中，受到流水侵蚀或人为扰动坡脚和地震等诱发因素作用下极易沿黄土、泥岩接触面失稳产生滑坡。

4、变形破坏过程分析
根据已有资料研究表明，该类滑坡的变形破坏过程可概括为三个步骤：坡体蠕动造成后缘拉裂、滑带自中部向两侧发展、滑带在剪出口贯通后坡体突滑。

在破坏过程中，滑坡经历了牵引和累进式扩展变形阶段和沿黄土——泥岩接触面的解体式块体滑移两个变形过程。

（1）坡体蠕动造成后缘拉裂：滑坡体在自重作用下沿平缓结构面向坡前临空方向产生缓慢的蠕变性滑移，滑移面的锁固点或错列点附近，由于下部滑体的滑移，因拉应力集中在上部黄土层形成贯通性与滑移面近于垂直的拉张裂隙，向上（个别情况向下）扩展且其方向渐转成与最大主应力方向趋于一致（大体平行坡面）并伴有局部滑移。

这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹的形成扩展规律近似，所以它属于压致拉裂。

滑移和拉裂变形是由斜坡内软弱结构面处自下而上发展起来的。

（2）滑带自中部向两侧发展：黄土、泥岩接触带在坡体中强度较低，故滑带沿此接触带逐渐发展，滑体中部为重心位置，受到的压力最大，滑带最早在重心断面处的接触带上发育成熟，沿该位置贯通后，应力由此处向两侧释放传递，滑带自中部向两侧逐渐发展。

（3）滑带在剪出口贯通后坡体突滑：随着滑带不断的发展，最终全面贯通，滑带在剪出口贯通后，滑体沿主滑方向产生突然滑动，积蓄的能量突然释放。

坡度大、重心高的滑坡体甚至会以崩滑或剖物线形式沿主滑方向快速下滑或抛出。

该类滑坡的坡体结构、主滑面的性质和特征决定了其滑速较低，滑动距离近的特征。

这一类滑坡滑体前部主要为水平位移，主要的变形形式为地表的隆起和挤压。

滑体后部主要为垂直位移，常出现拉裂和陷落等变形。

在自重作用下，坡体沿主滑面缓慢剪切滑移。

由于下部滑体的滑移，上部黄土层又形成了贯通性的拉张裂缝。

5、治理措施分析
由于该类地层滑坡泥岩一般较厚，且泥岩的锚固力粘结强度低，对滑坡进行治理时，不推荐采用锚杆、锚索等措施；鉴于泥岩遇水软化后，C、Φ值急剧降低后，基底摩擦系数及地基土的摩擦系数较低，使得挡墙的抗滑稳定性及坡体的整体稳定性难以得到保证，因此，在滑坡治理时，挡墙仅可作为辅助性措施；采用抗滑桩时，虽然能较好的增强滑坡稳定性，但其费用较高，治理时需付出很高的经济成本，因此抗滑桩的治理措施仅在必要时选取。

因此，鉴于该类地层的特殊性，在选择该类滑坡的治理措施时，应优先考虑挖方和排水措施，并辅助采取抗滑桩或挡墙。

6、小结
上黄土下泥岩的特殊地层结构，是该类滑坡滑动的主要原因，降雨及连阴雨是形成滑坡的气象条件。

在连续降雨过程中，降水通过黄土薄弱地段和垂直节理入渗泥岩表层，并滞留于泥岩表层持续软化泥岩，表层泥岩软化后，抗剪强度急剧下降，在接触面形成滑带土，滑带土的抗滑力下降，当滑带贯通后，上部黄土在重力作用下产生滑移。

在治理该类滑坡时，应优先考虑挖方排水措施。

参考文献
[1]吴玮江，《甘肃滑坡灾害》，兰州大学出版社，2006.03
[2]李媛，《孟家山黄土——红层接触面滑坡破坏机理研究》，水文地质工程地质，2001
[3]袁仁爱，《铜延一级公路黄土滑坡稳定性分析与评价》西安科技大学学位论文，2006。