曹小红　尚彦军　曹远远　古丽波斯坦·吐逊江　李治财　黄超

摘  要：2006年7月吾尔塔米斯沟发生了一起浅层推移式滑坡，坡体处于基本稳定状态，但存在着一定的安全隐患。通过现场勘察总结了滑坡结构特征，并通过实验测试确定了滑坡的物理力学指标，建立起与滑坡主勘探线剖面对应的滑坡稳定性分析模型，运用传递系数法计算该滑坡不同工况的稳定系数，对滑坡体稳定性进行评价。上述研究结果表明，该滑坡稳定系数为1.147，处于较稳定状态，但在发生强烈地震、短时强降雨或有较大规模坡顶、坡脚扰动时，稳定系数均小于1，处于欠稳定状态，进一步发生较大规模滑动的可能性很大。

关键词：吾尔塔米斯沟;土质滑坡;现场勘察;实验测试;传递系数法;稳定性评价

伊犁谷地是我国17个典型黄土地质灾害重点防治区之一，集中了全疆80%以上的地质灾害。长期以来，大范围高发频发的地质灾害严重破坏了当地的生态环境，威胁着广大农牧民生命财产安全。近年来，地质工作者在该区开展了大量的研究工作，研究的重点集中在该区代表性滑坡：加朗普特、大洪纳海沟、吉尔格郎等滑坡特征、滑坡类型、形成地质环境条件及形成机理等方面，取得了一定成果[1-3]，但滑坡定量稳定性分析研究相对薄弱。滑坡稳定性是工程地质领域重要的研究内容之一，随着数值模拟技术和模糊数学评价在工程地质领域的应用推广，滑坡稳定性分析方法逐渐从工程类比法发展到模型实验法，已从定性评价发展到定量评价，趋向于多种计算或评价方法的综合分析。定量分析主要包括以极限平衡理论为基础的极限平衡法和以有限元为代表的数值分析法[4]。本次研究以特克斯县西侧吾尔塔米斯沟土质滑坡为研究对象，通过现场勘察了解滑坡特征，通过实验测试确定滑坡的物理力学指标，以建立滑坡稳定性分析模型，并选择适合其特征的传递系数法对滑坡稳定性进行分析评价，研究成果可望为伊犁谷地地质灾害的防灾减灾提供依据。

1 地质环境条件

1.1  地形地貌

本文研究的滑坡位于吾尔塔米斯沟中游西侧。该区地貌单元属剥蚀作用的中高山，海拔高度1 618～1 800 m，最大高差约168 m。吾尔塔米斯沟河谷位于伊犁谷地南部特克斯县西侧，自北向南沿吾尔塔米斯沟发育，地势平坦开阔，呈大“U”形状。滑坡区地形总体呈西高东低的斜坡地形，坡度15°～22°，剖面呈阶梯状、上陡下缓（图1-b），斜坡南部发育一条冲沟，走向110°。新构造运动是形成本区地形地貌的主要原因。

1.2  地层岩性

研究区出露地层主要为新近系和第四系（图1-c）。其特征如下：

新近系  大多下伏于第四系覆盖层，部分地段零星出露，岩性主要为棕红色泥岩、砂岩等。泥岩呈薄-中厚层状构造，主要由黏土矿物组成，部分已全风化;砂岩为粉-细粒结构，薄层-中厚层状构造，矿物成分主要为长石、石英等，钙质、泥质胶结。

第四系  主要有上更新统风积层和全新统冲积层。上更新统风积层为上更新统风积黄土层，广泛分布于吾尔塔米斯沟两岸及山麓地带。层厚1～9.5 m，最厚可达11 m，近地表含较多植物根茎。由浅黄色-灰黄色粉土组成，中密，稍湿，干强度及韧性低，无光泽反应;全新统冲积层主要分布于吾尔塔米斯沟河床及阶地上。由卵石、砾石、砂和淤积砂等组成，厚度3～5 m，与下伏卵砾石组成二元结构（图2）。

1.3  构造与地震

地质构造  区内地质构造由EW向复式褶皱和断裂，NE、NW向的扭性断裂，EW向追踪断裂和NS向张性断裂等组成[5]，均属天山纬向构造体系，上述构造行迹是在NS向压力作用下形成的，并具有构造复合叠加的特征。

新构造运动  研究区的区域新构造运动主要表现为隆起区不断上升、凹陷区不断下降、河流下切和流向改变等。

地震  研究区位于北天山地震带。该地震带在历史时期曾发生过多次地震，7级以上强震大多发生在深大断裂带上。地震背景复杂，活动频繁，地震动峰值加速度为0.2 g，地震烈度为Ⅷ度区[5]。

1.4  工程地质岩组

研究区岩土体可划分为3类工程地质岩组：具泥化夹层的中厚层泥岩、砂岩、砾岩互层强风化岩组;黄土状土单层土体;砂卵砾石。

具泥化夹层的泥岩、砂岩、砾岩互层强风化岩组中厚层具泥化夹层泥岩、砂岩、砾岩互层强风化岩组广泛发育，泥岩中含较多石膏和易溶盐类，具胀缩性。岩石力学性质差，易风化。砂岩极限抗压强度为12～16 MPa，泥岩单轴抗压强度为0.76～0.81 MPa，孔隙率24.6%～25.2%。

黃土状土单层土体  研究区内大部分区域呈现为覆盖层，岩性为浅黄色-灰黄色粉土，结构较疏松，大空隙构造和垂直节理十分发育，非饱和状态下，抗剪强度较高，但遇水后迅速降低。主要物理力学指标：天然含水量ω为8.36%～26.7%，天然密度ρ0为1.38～1.61 g/m3，比重Gs为2.71～2.72，孔隙度n为0.51～0.53，液限ωL为20%～39.74%，塑限ωP为15.8%～28.98%，塑性指数IP为7.84%～13.09%，压缩系数av为0.88～1.39 MPa-1，压缩模量Es为1.5～2.4 MPa，天然状态下抗剪强度较高，粘聚力c为6.9～46.3 kPa，内摩擦角φ为17°～44°，遇水后强度迅速降低，粘聚力c为3～19 kPa，内摩擦角φ为13°～32.4°。

砂卵砾石双层土体  主要分布于吾尔塔米斯沟内及沟岸阶地，砂、卵石、砾石较松散，河水侵蚀坡脚严重，部分为人类建筑用石，工程地质条件较好。

1.5  水文地质条件

研究区地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水及碎屑岩类孔隙裂隙水。第四系松散岩类孔隙水主要分布于吾尔塔米斯沟河谷地带，含水层由砂砾石、卵砾石层组成，砾径约10～30 cm，水位埋深较浅，涌水量中等。地表河流出山口后渗漏补给、大气降水渗入补给及上游基岩裂隙水侧向补给为主要补给方式;碎屑岩类孔隙裂隙水以大气降水和冰雪融水入渗补给为主，主要赋存于古近系泥岩、砂岩裂隙中。

1.6  人类工程活动

研究区内人类工程活动强烈，主要为放牧活动。随着人口增长和牲畜数量的不断增大，山坡土体踩踏松软、强度降低，表层土体水土流失严重，草场退化，地表植被覆盖率骤降，生态环境遭到较大破坏。在短时强降雨、强地震等因素影响下，极易诱发滑坡灾害。

2  滑坡基本特征

2.1 滑坡体特征

吾尔塔米斯沟滑坡位于沟谷西岸山坡，于2006年7月发生滑动。中心地理坐标：E：81°51′39″，N：43°19′45″。坡高120 m，平均坡度23°，主滑方向50°，斜坡长424 m，宽190 m，面积约8.05×104 m2，滑坡体积为40.28×104 m3，规模属中型。滑坡平面形态及勘察工程布置情况见图1-a，主勘探线剖面图见图2。

该滑坡具十分清晰的圈椅状后壁（图3-a，1-b），表层为松散粉土层，其下为泥岩层，局部可见基岩层。南北两侧滑坡边界向下延伸至河床，在坡脚大量堆积。整个滑坡下部呈鼓丘状地形（图3-b），在滑体中部形成鼓包，上部和下部发育数十条裂缝，上部裂缝长约8～10 m，宽2～10 cm，下部裂缝长约为5～20 m，最大宽度15 cm。滑坡前缘为堆积物覆盖，滑动带与剪出口在地面不可见，据钻探取心观察及室内测试成果，滑动带埋深大致在0.5～8.7 m。

2.2  岩性结构特征

为确定滑坡结构及岩性特征，开展了地球物理勘探及成果解译（图4）。滑坡表层主要为风积黄土层，剪切波速小于200 m/s，覆盖厚度4～10 m;滑带为一套风化层，其面波波速200～400 m/s;基底为基岩层，其面波波速最大为380 m/s。

结合钻探及井探揭露（图5），滑坡表层为黄土状粉土层，厚度1～9.5 m;滑带粉土层分布极不均匀，结构稍密-中密，稍湿，整个土层覆盖于新近系泥岩之上;滑坡局部可见基底泥岩出露，呈砖红-棕红色，多强风化-全风化，钻孔揭露泥岩埋深平均厚度17 m（图5）。

据室内岩土测试结果，滑体粉土层天然含水量在8.36%～26.7%之间，压缩系数0.88～1.39 MPa-1，粘聚力c为6.9～46.3 kPa，内摩擦角φ为17°～44°，属低液限粉土;滑带土为可塑泥状物，含水量较大，厚度8～10 cm，其土体强度远低于上下岩层;基底泥岩层孔隙率为24.6%～25.2%，单轴抗压强度0.76～0.81 MPa。

在上述特征分析基础上，据《滑坡防治工程勘察规范》（GB/T32864-2016），按物质组成和结构因素分类，该滑坡为堆积层土质滑坡，亚类属黄土滑坡[6];滑坡体厚度1～9.5 m，属浅层滑坡;按运动形式划分，该滑坡有明显的滑坡后壁，中部已挤压变形，整体剖面呈阶梯状（图1-b），属推移式滑坡;按发生原因，滑坡上未进行施工及加载等人类工程活动，属自然滑坡;按现今稳定程度，滑坡体中部仍存堆积体，且挤压变形呈鱼鳞状，属活动滑坡;按发生年代，该滑坡仅在2006年7月发生滑动，属新滑坡。

3 滑坡稳定性分析

3.1  计算方法选择

滑坡稳定性分析方法主要采用极限平衡法中的瑞典圆弧法、Bishop法、Janbu法、Sanrma法和传递系数法[7-9]，而传递系数法是一种适用于折线形态并考虑土条间作用力的定量评价方法，其评价结果与实际情况接近。传递系数法计算原理是据滑面位置、滑面及滑动面的物理力学参数，计算滑坡稳定系数，确定滑坡的稳定性。吾尔塔米斯沟滑坡上部由粉土组成，下部由砂岩组成，据周边已发生滑坡形态和西部地区黄土滑坡研究成果，确定潜在滑面为折线形，故本次滑坡稳定性计算采用传递系数法[10]。用瑞典条分法计算公式计算稳定系数，用传递系数法计算剩余下滑力，计算时采用总应力强度指标。

本次滑坡稳定性分析模型按滑坡主勘探线剖面建立。物探测试、钻孔和浅井结果表明，吾尔塔米斯沟滑坡处于弱变形阶段，在斜坡后缘与山脊线平行的拉张裂缝处为滑动面入口，利用理正边坡稳定分析软件，采用瑞典条分法指定滑动带计算，再运用SlopeCAD软件反算抗剪强度指标。在上述计算值基础上，采用瑞典条分法和简化毕肖普法确定不同工况的稳定性系数。以剪入口为起点，沿折线滑动面设定1 m宽的土条宽度，开展块段计算。

3.2  计算参数确定

3.2.1  反演參数的确定

选取滑坡体主滑方向的PM1剖面作为反算剖面（图2），反算时假定斜坡处于临界状态，稳定系数（F）为1.0。天然状态先假定c值反求φ值，再假定φ值反求c值（假设c、φ见表1），反演公式据式1，2[11，12]。

[c=FWisinαi-tan?WicosαiL]………（1）

[?]=artan[FWisinαi-CLWicosαi]…（2）

式中：F 为稳定性系数;Wi 为条块的重量（kN/m）;C为条块内聚力（kPa）;αi 为条块滑面倾角（°）;Φ为条块内摩擦角（°）;L为条块沿滑动面的长度（m）。

见反演结果见表2。

3.2.2  计算参数的确定

计算参数包括重度、粘聚力c和内摩擦角φ。计算安全系数时的天然重度采用室内土工试验测定的平均值，抗剪强度以三轴试验测试数据为主（表3）。

3.3  稳定性计算

根据地质灾害勘察规范，结合研究区潜在滑坡发育特征和影响因素，确定滑坡稳定性分析按照①一般工况②暴雨/久雨工况③暴雨、/久雨+地震工况3种情况进行计算。据实验数据、反算结果和滑坡稳定性现状综合确定物理力学参数（表1），开展不同工况分析。

工况1  黄土在重度天然状态下取值为15.510 kN/m3，据室内试验、反算结果和滑坡稳定性现状综合确定滑动带抗剪强度指标。

工况2  重度取饱和状态下值19.78 kN/m3。一般情况下，通过经验判断黄土浸水饱和后粘聚力c值降低约为原值的0.43，内摩擦角φ值降低约为原值的0.83[11，12]，滑动带饱和抗剪强度指标根据该规律进行取值。

工况3  物理力学参数取值与工况2相同。地震烈度为Ⅶ度，水平地震系数取0.075[13]。

通过计算，滑坡稳定性计算结果见表4，据《滑坡防治工程勘查规范（GBT32864-2016）》确定3种滑坡稳定状态[5，13]。

3.4  成果分析

對比定性分析和定量计算结果可看出，吾尔塔米斯沟滑坡现状下的稳定性定性分析结果与定量计算结果基本一致。滑坡灾害发生在临空面地形陡、地表水入渗软化土体及强度劣化条件下，并在降水、融雪入渗以及人类工程活动等诱发后滑动的，主导因素为强降水、强地震及累积性的冻融循环损伤作用。

据吾尔塔米斯沟滑坡活动特征，综合分析内外影响因素，对吾尔塔米斯沟滑坡稳定性综合评价为：滑坡在经过一次滑动后处于较稳定状态，当发生强烈地震、短时强降雨或工程扰动坡顶、坡脚后，潜在滑坡发生较大规模滑动的可能性较大。

4 滑坡形成机制

4.1  影响因素

4.1.1  地形因素

地形坡度对斜坡上松散物堆积厚度、斜坡表面地表水径流、斜坡体内地下水补给与排泄、植被发育等具有决定性作用，控制着斜坡的稳定性[14]。吾尔塔米斯沟内斜坡坡度为15°～30°，且滑坡后壁坡度大于60°，斜坡体仍有巨大势能，在诱因作用下可能发生滑动。

4.1.2  岩土性质与岩土结构

厚度不一的粉土直接覆盖在新近系泥岩之上，构成了滑坡体。滑坡为“粉土+泥岩+基岩”的结构，其层空隙构造和垂直节理较发育，具较强的透水性，其抗剪强度随含水量的增加迅速下降，下伏泥岩透水性差。在春季融雪水和夏秋季降水的长期作用下，成为易滑地层。

4.1.3  地下水

地下水在滑坡的形成过程中主要起到促滑的作用。坡体上部为第四系松散粉土层，易于地表水入渗，加之前期坡体滑动形成的后缘、侧壁以及坡体裂缝更为地表水体入渗提供了通道;土层之下为第三系泥岩，透水性较差，地表水入渗到泥岩顶面滞留，形成浅层滞水。上覆土层和下伏泥岩接触带经地下水长期作用，泥岩顶面附近的土层抗剪强度降低，形成软弱层（易滑层，或称滑带土）。斜坡体大部分土体处于饱和状态时，土体自重大幅度增加，导致坡体所受下滑力增加，促使斜坡表层土体下滑。钻孔揭示，滑坡区内未见深层地下水出露，故深层地下水活动对滑坡直接的影响无法辨别。

4.1.4  降水及融雪

降水及融雪水入渗使坡体土层含水量增加，不仅增大了斜坡土体的自重，破坏斜坡平衡稳定状态，增加下滑力，还促使滑移面形成并软化滑动面，在多次重复剪切下使土体抗剪强度急剧降低，从而诱发形成滑坡[15]。

区内全年平均降水量约400 mm，3～5月为融雪季节，4～6月为降雨多集中月份，7～8月份降雨减少，9～10月份降雨有所增大。伊犁滑坡统计分析表明，新疆伊犁黄土滑坡主要发生在降水及融雪季节，降雨和冻融作用为主要诱因。

4.1.5  地震

地震是地质灾害诱发因子之一，区内地震动峰值加速度0.20 g，基本烈度为Ⅷ度。据收集资料，特克斯县有记载的最晚一次地震发生于1970年，为5.4级地震，滑坡发生时间为2006年，地震活动对该滑坡的直接影响依据不足。

上述滑坡影响因素表明，滑坡较陡的临空面地表水下渗，地下水渗流软化土体使其强度劣化是导致斜坡失稳的主控因素。地震、降水、融雪和人类工程扰动等诱发或加速斜坡滑动，短时强降雨引起浅层局部滑动，多次累积渐进性破坏可诱发斜坡大面积浅层滑动，而长期强降雨可诱发坡体大面积深层滑动。强烈地震是斜坡深层滑动的主导因素，如遇强降雨或融雪后的强地震最不利组合，滑坡整体滑动概率大。

4.2  演变过程及形成机制

该滑坡现场调查资料及影像显示，上部为滑坡牵引变形区，岩层挤压变形强烈，滑动速度快。中部为滑动变形区，滑体在上部牵引区岩土体挤压作用下，发生滑动变形。下部滑体在水流等作用下，发生塑性流动，在坡脚下不断堆积岩土体（图1-b），认为该滑坡为推移式滑坡。该滑坡发生于2006年7月，气象资料显示，该季节为雨季，大量降雨为滑坡发生的诱因。岩土体受降雨长期浸润，粉土含水量增大，容重增加且透水性强，下部泥岩的隔水作用强，在二者接触面接触面上形成5～10 cm滑带土，上部土体受自身重力作用沿泥岩接触面向下蠕动微滑，当累计效应破坏平衡状态时，发生高速滑动。

5 结论

（1） 吾尔塔米斯沟属黄土滑坡，其成因类型属浅层推移式新滑坡，规模为中型。

（2） 吾尔塔米斯沟滑坡目前较稳定，当发生强烈地震、短时强降雨或工程扰动坡顶、坡脚后，潜在滑坡发生较大规模滑动的可能性较大。

参考文献

[1]    张成文. 新疆新源县地质灾害特征与评价研究[D].新疆农业大学，2014.

[2]    王晓明，买振军.新疆伊犁典型特大型黄土滑坡群成因机制及变形特征[J].水利与建筑工程学报，2016，14（4）：195-200.

[3]    曹小红，尚彦军，弓小平，等.新源县加朗普特滑坡发育特征、形成机理及治理[J].新疆地质，2019，37（4）：560-565.

[4]    刘毅.伊犁黄土滑坡特征、成因及稳定性分析[D].石河子大学，2015.