姬伟

【摘 要】本文在深入分析炼油厂滑坡工程地质条件、结构特征和变形特征的基础上，通过稳定性计算及滑坡变形破坏数值模拟，对滑坡的成因机制和影响因素进行了深入研究。研究表明，炼油厂卸油台滑坡是该区典型的黄土-基岩顺层低速蠕动L型滑坡，滑坡机理属于蠕滑-拉裂型-平移机制。稳定性分析认为，该坡体处于不稳定状态，遭遇长时间高强度的暴雨时，可能整体失稳。

【关键词】滑坡;离散元;破坏机理;稳定性分析

中图分类号： P642.22 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）22-0181-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.084

0 引言

中国的黄土分布广泛，主要分布于西北、华北和东北地区，面积约64万平方公里，占国土面积的6.6%。由于黄土本身的特性，如湿陷性、大孔隙、垂直节理发育、力学强度较低等，黄土地区时常发生崩塌、滑坡、坍塌地质灾害。黄土滑坡因其具有频发性、广泛性、复杂性、灾害性而严重威胁人民生命财产和水、电、交通等工农业设施安全，成为黄土地区一种典型的、至今仍不能得到有效根治的灾害现象[1-3]。

炼油厂山体滑坡该区域较为典型的大型黄土-泥岩切层滑坡[4]之一，本文将以该滑坡为例，在分析了滑坡地质特征的基础上，通过稳定性计算及滑坡数值模拟，深入探讨了该滑坡的滑动破坏机理，为有效地治理这一类类滑坡提供了科学依据。

1 滑坡区地质环境条件

1.1 概况

炼油厂山体滑坡位于洛川县交口河镇桐树底村，地处卸油台外侧的黄土塬边缘斜坡地区，滑坡两侧受黄土冲沟控制，滑坡主滑方向82°。受工程建设影响，滑坡总体其呈现上部缓，中下部较陡的阶梯地形，坡度一般25°～40°。滑坡后缘以卸油台外侧道路为界，地面高程为898m，滑坡前缘为输油管线外侧，地面高程832，高差约66m。滑坡体后缘宽230m，前缘宽290m，长150m，平均厚度24.5m，面积4.31×104m2，体积约105.59×104m3。

1.2 地层岩性

在滑坡区域内，主要出露三叠系上统基岩及第四系松散堆积物。第四系松散堆积物分布于滑坡表面，其岩性为粉质粘土、粉土及人工填土等;三叠系上统基岩主要为砾岩、青灰色砂岩与薄层砂质泥岩互层，主要分布于斜坡中下部，局部人工切坡地段零星出露。岩层近水平，倾向西北，倾角2～4°，层中夹有少量泥岩，并含有铁锰质，顶部局部可见1～2m厚的砾岩层。岩石表层风化较强烈，成浅褐色、青灰色，疏松，强～全风化层往往形成泥、砂状产出。软弱的泥岩夹层，破坏了岩体的整体稳定性，同时与顶部砾岩高倾角裂隙结合、贯穿岩体，构成潜在的滑动面。岩性、裂隙及其组合特征对滑坡体的影响及控制是明显的。

2 滑坡结构及变形特征

2.1 滑坡结构特征

2.1.1 滑体结构特征

滑体主要由第四系松散堆积土、黄土、古土壤及三叠系上统碎裂层状岩体、块裂层状岩体组成。堆积土主要分布于坡面顶部，为修建储油罐及上山公路时的废弃土，厚度1～15m，以粘性土为主，局部碎块石堆积层较厚，结构松散，成份杂乱。黄土、古土壤广泛分布于山侧坡地地表，褐黄色，紅褐色，可见孔隙，垂直节理发育，含少量钙质结核，古土壤钙质结核及钙质薄膜较多，一般具湿陷性，中等压缩，厚度4～10m不等，岩性多以粉质粘土为主，局部相变为粉土。碎裂层状岩体及块裂层状岩体分布广泛，为下部滑体的主要组成物质，碎裂层状岩体厚1～2m，为强透水砾岩层，表层风化强烈。块裂层状岩体厚2～3m，岩体成分多为为青灰色砂岩与薄层砂质泥岩互层，岩层近水平，倾向西北，倾角2～4°，由于陡倾角裂隙及层面切割而呈块裂结构。

2.1.2 滑带特征

中后缘滑带土为多层厚度约0.5～1.5m厚黄土，土体含水量较高，黄褐色～灰黄色，个别孔棕黑色，多饱和，软塑，钻进过程中有一定的缩径现象，多个钻孔均揭露到地下水位存在，软层多分布于地下水位附近，在断面上有较好的延续性;滑体前缘切穿强风化砾岩和块裂层状岩体，沿块裂层状岩体与层状岩体之间的接触带，该接触带在剖面前部中呈薄层状、较软弱，为灰黑色泥岩软弱层，受地下水浸泡，泥岩已经泥化，呈可塑-软塑，夹角砾碎石，角砾碎石多为次圆状，局部有磨圆，该层顶面可见擦痕（槽）和磨光面，滑带土遇水极易软化，力学性质降低。

2.1.3 滑床特征

滑坡中后部滑床为上中更新统黄土（古土壤）层，一般为可塑～硬塑状态;前缘滑床为青灰色砂岩，其顶部为强～全风化薄层砂质泥岩或碎裂块状砂岩，泥质含量较高，岩体多较破碎。岩层近水平，倾向西北，倾角2～4°，与滑体的组合关系为顺向斜切坡。

2.2 滑坡变形特征

滑坡变形特征明显，主要变形现象为地面开裂、局部沉降错动、前缘隆起。滑坡坡体中后缘多见杂乱无序的张拉裂缝，裂缝宽度一般为30～50cm，最大宽度达80cm，深1～2m，局部裂缝可见前后错动现象，在滑坡后缘主裂缝呈圈椅状贯通。

3 滑坡稳定性分析

3.1 滑坡稳定性计算

根据实测剖面、钻孔、浅井及地面工程地质测绘结合滑坡体结构分析，地形线按折线处理，计算时取单宽进行研究，简化为二维空间问题进行计算。本次选取Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′两个剖面分别进行了计算（见图1）。

3.1.2 计算方法

选用《滑坡防治工程勘查规范》[5]中传递系数法[6]对滑坡稳定性进行计算。采用理正边坡滑塌抢修计算分析软件的滑坡稳定性计算。

3.2 计算工况

滑坡区位于地震Ⅵ度区，故不考虑地震作用，滑坡按自重及暴雨两种工况计算。

工况1：自重+地表荷载

工况2：自重+地表荷载+暴雨工况（滑面均位于水位下）

3.3 计算参数选取及结果

本次计算中所采用的有关物理力学参数，是根据炼油厂滑坡勘查的室内外试验成果、相同地区类似滑坡的工程地质类比、以及参数反演法综合确定。滑坡体天然重度取19.2kN/m3，饱和重度取20.0kN/m3;滑带土抗剪强度取c=17.0kPa，φ=18.0°。

按照上述计算公式、计算方案、计算模型和选取的参数，进行滑坡稳定性计算，其成果见表1。

根据稳定性计算可知，现状下滑坡体各剖面一般均属于欠稳定状态，这与本段滑坡的坡体形态是一致的;由于坡体表面裂隙发育、土体较为疏松，黄土的垂直裂隙较发育，易于雨水下渗，加之坡内土体有地下水存在，坡内水排泄不利，滑坡在暴雨不利条件下，边坡滑体、滑带饱水，地下水位抬高、地下水贯通连续时，滑坡将发生整体滑动。

4 滑坡变形破坏数值模拟

4.1 计算模型及参数

本次利用UDEC离散元程序，以主滑I-I'剖面为典型剖面，对该滑坡滑动过程进行数值模拟。在确定计算模型时考虑以下条件：

（1）根据原始山体坡面形成初始应力场;

（2）圆弧形滑面已形成，位置据现场勘测和钻孔资料确定;

（3）黄土由于节理和层理均很发育，视为均质体，内含1个滑面;

（4）考虑到地下水静水压力作用，处于地下水位的滑体和滑带均采用浮容重计算。

依据上述条件建立了离散元模型。以滑坡滑动方向为 X 正向，滑坡高度方向为 Y 正向。计算模型长235m，高为85m。模型的左、右侧及底部采用速度边界进行约束。岩土体只在自重应力的作用下发生移动和变形。

模型设置6个监测点，监测点从右向左从1开始编号即前缘设置点（1）（2），中部设置点（3）（4）、后缘设置点（5）（6）。根据监测点的监测数据，可以大致分析出不同时刻坡体下滑的平均速度和水平运动距离等。

4.2 计算结果及分析

计算结果表明，延炼原油台山体滑坡系统饱水后是极不稳定的。在进行滑动过程的整个模拟过程中，对所有块体中的最大不平衡力进行监测，可以得出最大不平衡力的历时变化。通过不平衡力的过程可以看出，模型块体当中的最大不平衡力在开始是突然增大，然后随着向下滑动过程中自身能量衰减有一个减速的过程。过程中最大不平衡力值存在波动，最大值都发生在0到40000时步之间。

数值模拟显示，该滑坡变形失稳过程如图2所示。根据布置的观测点曲线来分析各个点的位移情况，分别绘制了计算模型的水平、竖直方向位移历时图3，横坐标表示时间（s）、纵坐标表位移（m）。

从位移历时图8中可以看出，模型模拟滑动时间48s，迭代步数22万步，模拟向前运动最大滑距36.5m。滑坡不同位置的位移相差很大。前缘监测点水平位移相对大，最大水平距离36.5m，竖直位移较小，约3.5m;后缘监测点（5）（6）竖直位移大，19.09m。坡体上部监测点较底部监测点位移要大。各监测点时程曲线与各单元运动状态相吻合。

从水平、竖直方向位移图可以看出，刚滑瞬间滑体首先启动的部位出现在后缘，首先呈现出下沉的状态，各监测点垂向位移较大。在前5s内滑坡整体水平方向位移较小，5s后受后部土体挤压中前部滑体开始沿滑面滑动。10s到20s内，整个滑体开始加速。20s后，滑体前缘仍保持较大速度运动，中部和后缘开始减速，运动逐渐停止。40s后，滑体前缘以很小的速度缓慢前行，当滑体前缘停止运动时整个滑体停止运动。通过监测点的数据同样可以看出，滑体的部分碎屑物质表现出一定的折返现象。

通过数值模拟，延炼原油山滑坡剖面I-I'模拟滑动时间48s，模拟向前运动最大滑距36.5m，属于低速蠕动滑坡。计算结果表明延炼原油台山体滑坡系统饱水后是极不稳定的，上部土层滑动挤压下部产生变形，滑体表面波状起伏，这与野外调研和室内资料分析結果相吻合。

5 滑坡机理分析

5.1 滑坡诱发因素

5.1.1 气象水文

该地区平均降雨量较大，年均降水量622mm，最多年降水量1037.2mm。降水多集中在6～8月份，约占全年降雨量84%，常常出现暴雨，暴雨除对滑坡表面土体造成冲刷外，雨水渗入裂隙及潜在滑面，将导致滑面软化，力学性质降低。

5.1.2 人类工程活动

人类工程活动对滑坡的产生和发展有重要的影响。储油罐区及坡面道路的修筑、已经改变了原有坡体的应力平衡状态。边坡后缘原油的储存、平整场地的弃方土在滑坡后缘的堆积、冲沟整平填方等，均加重了滑坡体的下滑推力，而坡体前缘开挖取土形成的土坎等，同时降低了原有坡体的阻滑段应力，从而使坡体由稳定状态向极限平衡状态发展。

5.2 滑坡破坏机制

从本滑坡变形迹象分析，由于坡体较陡峭，坡体向下发生蠕滑变形，坡体后缘产生拉裂缝。坡体排水系统损坏、造成坡体排水不畅，降雨及生产污水以及卸油台污油等地表水（油）下渗，使得坡体含水量增大，坡体后部首先发生竖向变形，并逐步在形成裂缝进而发展为陡坎，进一步导致大气降水及地表生产用水沿裂缝的大量渗入，以致裂缝很快将土层贯穿，大量地下水在砂岩内部的泥岩隔水层顶部逐步汇集，并将其不断软弱，进而形成软弱夹层，大量地下水在砂岩内部的泥岩隔水层顶部逐步汇集，并将其不断软化，进一步加速坡体向下蠕滑变形。当滑体变形发展到一定阶段后，随着内部能量的聚集，坡体内部基岩软弱层应力集中很快将软弱夹层形成贯通裂缝，最终滑体从前缘剪出，从而整体失稳。滑坡体上部修建公路，对滑坡体部分进行开挖，形成高陡边坡，使得坡体局部产生垮塌破坏，加速了滑坡的蠕滑变形。由上述分析可知，炼油厂滑坡是该区典型的L形黄土-基岩顺层滑坡，属于蠕滑-拉裂型-平移机制。

6 结论

通过上述分析可得出：炼油厂卸油台滑坡是该区典型的黄土-基岩顺层低速蠕动L型滑坡，滑坡机理属于蠕滑-拉裂型-平移机制。坡体排水系统损坏、造成坡体排水不畅，降雨及生产污水以及卸油台污油等地表水（油）下渗，使得坡体含水量增大是该滑坡发生的主要原因;该滑坡的地形地貌、地层结构、岩性及节理特征为滑坡的发生提供了有利条件。滑坡稳定性分析认为：该滑坡天然工况下，处于欠稳定状态;在暴雨不利工况条件下，随着雨水的大量渗入，坡体含水量的逐步升高，坡体稳定性将会大幅度降低，发生整体滑动。

【参考文献】

[1]许领，戴福初，闵弘，等.泾阳南塬黄土滑坡类型与发育特征[J].地球科学—中国地质大学学报，2010，35（1）：155-160.

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[3]雷祥义.陕西泾阳南源黄土滑坡灾害与引水灌溉的关系[J].工程地质学报，1995，3（1）：56-64.