李青峰

（贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，贵州 贵阳 550018）

岩质滑坡是地质灾害防治工程重要的研究灾害类型之一，在我国西部的贵州山区，受地质构造作用，普遍地区浅表层第四系覆盖层较薄，大量的基岩出露地表，形成各种类型的岩质斜坡，随着近年来国民经济的发展，水利、公路、铁路、城市建设等各类建设工程对原有的岩质斜坡体进行了不同程度的改造及破坏，形成了大小不一的各类岩质滑坡体（或潜在滑坡体）。由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性等不连续结构面（比如层面、节理、裂隙、软弱夹层、岩脉和断层破碎带等），给岩质边坡的稳定分析带来了巨大的困难。由于岩体的重量较大，一般岩质滑坡的规模普遍较大，一旦发生岩质滑坡，其威胁范围及造成的后果相对于其它土质滑坡较大，且岩质滑坡的治理成本相对于其它土质滑坡往往较高。因此，研究岩质滑坡的变形破坏机制及影响因素对岩质滑坡的稳定性分析及治理方案的设计尤其重要。为了对岩质滑坡进行准确的稳定性分析，从而采取适当的防治措施，国内外学者和岩土工程人员提出了许多理论和方法，大大促进了岩质滑坡稳定性分析方法的发展。本文中笔者以贵州省黔西南州近期发生的总科组岩质滑坡为例，分析岩质滑坡的变形破坏机制及结构面对滑坡的影响，为今后类似的岩质滑坡地质灾害变形破坏模式及稳定性分析提供参考。

1 总科组滑坡的基本概况

总科组滑坡位于贵州省西南地区安龙县境内，滑坡于2021年3月10日发生，平面形态近似“长舌形”，滑坡纵长142m，滑坡平均宽度约80m，滑体平均厚度约18m，滑坡体积20.5×104m3，为一中型中层牵引式顺层岩质滑坡。该滑坡所处地貌为碳酸盐岩区低中山溶蚀缓斜坡地貌，斜坡体为一单面坡，坡向110°（与滑动方向一致），坡度20°～40°，斜坡前缘为平坦的“山间坝子”，后缘为“凹”型的山坳与山脊组合地貌，滑坡区浅表层零星分布第四系残坡积层，厚度0～1.0m，滑坡体主要为杨柳井组（T2y）浅灰色薄至中厚层块状白云岩、泥质白云岩夹泥岩，强风化层厚度5～20m 不等，强风化段岩体破碎呈碎块状，滑带为一厚度5～10cm 灰色薄层状泥岩夹层，滑坡滑动后呈泥化硬塑状；滑床为中厚层状中风化白云岩。滑坡区地下水埋藏较深，未见岩溶发育、未见裂隙水、泉点发育、地表水亦不发育总体水文地质条件简单，滑坡滑动后在前缘公路形成堆积体，后缘及左侧缘形成大规模的“拉陷槽”[1]。如图1、图2所示。

图2 总科组滑坡体全貌

2 岩质滑坡的变形破坏演化过程

总科组滑坡所处的斜坡坡脚遭受过2 次的人为工程改造，第一次为20世纪90年代坡脚公路修建对坡脚进行了开挖，但开挖深度不大，向坡内开挖深度约5m，对斜坡岩体结构扰动轻微，第二次为近期坡脚修建房屋向坡体内进行了大面积的开挖，在原有的基础上向坡内开挖深度约25m，两次总计向坡内开挖深度达到30m 左右，为滑坡滑动提供空间条件的同时极大地改变了斜坡的应力状态。如图3～图5所示。

图3 总科组滑坡所属斜坡开挖前状态

图5 总科组滑坡所属斜坡房屋修建开挖后未滑动前状态

图4 总科组滑坡所属斜坡公路修建开挖后状态

当自然岩质斜坡坡脚未遭受开挖破坏时，岩体应力处于平衡状态，此时斜坡体最大主应力σ1为斜坡自重应力，方向垂直向下，最小主应力σ3为水平向，图3状态所示；当坡脚开挖形成一定临空面后，坡体外侧成为无限变形的空间，坡体中的应力将自动进行调整进行应力重分布，以达到新的平衡，应力重分布表现在两个方面：一是坡体内的应力发生偏转，原先垂直的的最大主应力σ1转为与坡面大致平行，原先水平的最小主应力σ3转为与坡面近乎垂直，在坡面及坡顶处的最小主应力可能成为拉应力[2]（图5）；二是坡体内的应力向强度薄弱处（多为软弱结构面附近）转移，在结构面的端点、转折和交汇处出现应力集中现象，在顺坡向结构面出现剪应力和拉应力集中现象，在反坡向结构面出现压应力集中现象，最大剪应力和拉应力多出现在坡体最大主应力迹线与结构面呈30°～40°斜交情况下。伴随应力的调整，坡体发生变形与岩体破裂，变形破裂出现在软弱结构面附近，表现为结构面的扩张、错动和“关键阻滑块体”剪段等局部失稳形式，这种局部失稳，首先在最容易产生屈服破坏的薄弱部位发生（如斜坡的底部、坡面及软弱夹层），并沿结构面向坡体内部延伸发展。

当自然岩质斜坡坡脚未被开挖或开挖高度不是很大时，由坡体重力产生的下滑力小于结构面上的摩阻力与粘聚力之和，斜坡就能维持自稳能力而处于稳定状态，此时，由应力集中造成的结构面的局部失稳区，只是孤立无序和随机地出现，对斜坡的整体稳定性影响不大（图2）。随着斜坡坡脚开挖高度增大，结构面的剪切应力和法向应力也加大，原有的“阻滑关键块体”即锁固段被破坏或被剪断，导致结构面上的平均粘聚力逐渐减小，原先呈孤立无序的各个失稳区不再单独作用，而以有序的滑动和扩张的方式，力图将潜在的滑面贯通，最后，当滑面完全贯通时，滑体就沿滑动面快速向临空面方向滑动，斜坡整体失稳破坏，造成滑坡灾害（图2）。岩质斜坡自坡脚开挖至寻求到新的力学平衡（包括发展至失稳破坏），其间的应力调整会持续一段时间，调整时间的长、短受坡高、坡体结构、岩性、地面荷载、地下水等因素影响，有时，对于大型岩体结构复杂的岩质斜坡，坡体应力调整可持续数年。

从上述的岩质斜坡体应力变形调整过程分析可知：①岩质斜坡都有一定的自稳能力和相应的自稳坡体结构（坡度、高度等）；②岩质斜坡的应力集中和失稳区发展首先都是沿结构面出现；③岩质斜坡的破坏是渐进、累积式的过程，是结构面锁固段被逐个剪段后，粘聚力减少至消失，导致潜在滑动面贯通的结果；④岩质斜坡开挖至破坏，其间应力调整时间长短不同[3]。

3 岩质滑坡的变形破坏机制

岩质滑坡的变形破坏模式，是指坡体结构面成为滑动面的空间组合形态特征和滑动的机理，常见的破坏模式有：①单一平面滑动型，多发生在岩质斜坡存在一个单一的，倾向与坡向基本一致的，在坡体内联系分布的结构面（如岩性分界面，层间剪切密集带等）时，其稳定性分析可采用赤平极射投影法和极限平衡理论公式法等；②折线平面滑动型，多发生在岩质斜坡存在一组（重复出现）倾向与坡向基本一致，但间距与长度较小的结构面（如节理裂隙面）时，可采用传递系数法进行稳定性分析；③三维楔形体滑动型，多发生在高陡的岩质斜坡中，斜坡为块状岩体，存在两组或两组以上，倾向与坡向斜交，且其交线倾向与坡向一致的结构面时（“V”型破坏），稳定性分析可采用赤平极射投影法和实际比例投影法，亦可采用比例投影法；④圆弧滑动型，多发生在边坡为松散破碎的岩体或节理发育，层厚较薄的软质岩，稳定性分析通常采用条分法；⑤倾倒破坏型，多发生在边坡为坚硬块状岩体，存在一组走向与坡面一致，倾角较陡（一般大于70°）时。破坏受岩块的倾倒力矩控制，即取决于岩块自重荷载及其空间几何关系，稳定性分析可采用赤平极射投影法。

上述简单的破坏模式可任意组合，形成多种复杂的破坏模式。破坏模式取决于坡体介质的物理力学性质、应力、结构面、地下水、工程条件、附加荷载和开挖支护条件等因素，情况十分复杂多变。故一个边坡的不同地段和部位，可能存在不同的破坏模式。总科组滑坡的破坏模式为单一平面滑动型，其破坏过程为滑移—拉裂—剪段三个阶段，即下部沿缓倾坡外结构面（层面）蠕滑、后缘拉裂、中前部锁固段（关键阻滑块体）剪断破坏。

4 结构面的影响

所谓的结构面，就是存在于坡体内的，相对于坡体岩石软弱的不连续面，包括岩体层面、不同风化带界面、断层、节理裂隙、剪切密集带等。其中，在斜坡中单一存在的、规模较大的，已基本贯通的结构面有地层或岩性分界面、风化带界面、断层等，在斜坡中重复出现、规模较小的、不连续分布的结构面有节理裂隙等，这种结构面只有在斜坡中有规律的重复出现和有利的方位时，才可能对边坡的破坏产生明显的影响。总科组滑坡是一个典型的受软弱结构面控制产生的滑坡，决定结构面成为潜在滑动面的两个最重要的因素是结构面的产状和抗剪强度，对岩质滑坡稳定性而言，结构面的最重要的性质是它相对于坡面的方位。只有在结构面或结构面交线的倾向与坡向基本一致(交角小于20°)时，才具有潜在滑动面的可能性。当结构面与坡面为反向倾或斜交角度较大时，它对滑坡稳定性影响只是破坏坡体岩石的完整性和控制滑块的边界。当然，结构面要成为滑动面，应使其倾角小于坡角，而大于结构面的综合内摩擦角。由于结构面的产状常是一个范围值，故岩质滑坡稳定性分析应采用结构面的优势或平均的倾向方位和倾角为好。

在结构面具有潜在滑动面的方位时，沿结构面的抗剪强度就决定了滑坡的稳定性。当然，如果滑坡的正应力达到了岩体的抗压强度，那滑坡的破坏就不是受结构面的控制，而只依据岩体的抗压强度，这种情况出现于高陡的、规模较大的，且上部岩体坚硬、下部岩体基座较软的斜坡，这种斜坡相对较少，所以，岩质滑坡的稳定性一般取决于外倾结构面的抗剪强度；结构面的抗剪强度主要取决于结构面的表面性质及其可能的变化，结构面的表面性质有：粗糙起伏程度、含泥质充填物程度、锁固段所占的比例、表面硬度等，结构面的表面性质复杂多变，对于隐伏型的结构面，一般的勘查工作很难详细查明结构面的表面性质。

在结构面表面平直，无锁固段和泥质充填情况下，结构面上只存在摩擦力而无粘聚力出现。此时，剪应力τ=σn∙tanφ，即结构面倾角大于结构面内摩擦角时，岩质斜坡就失稳破坏，当结构面为断层、节理及层间剪切密集带等（在地质历史期间）已预先剪断位移过时，结构面的内摩擦角宜取残余内摩擦角φr。如果结构面呈起伏不平或存在未剪断的锁固段时，滑体沿结构面要产生较大位移，则必须越过或剪断凸出部分，这时，除结构面的摩擦力外，还有内聚力起阻滑作用，此时，剪应力τ=c+σn∙tanφr。结构面的c值可理解为滑体克服结构面凸凹不平部分的剪应力增大值，故可用一个内摩擦角的“扩张角”d代替，此时，结构面的综合内摩擦角φd=φr+d，剪应力τ=tan(φr+d)。d值大小随剪位移变化，由剪位移初期的峰值(有时d可达30°以上)开始，随结构面凸出部分被逐渐碾平或剪断，d值逐渐减小，直到最后完全消失(即c=0)。这时，结构面上仅存在由φr产生的摩阻力，当下滑力大于由φr产生的摩阻力情况下，斜坡就失稳破坏。有泥质充填物的结构面抗剪强度的取值可根据夹泥层的厚度h和结构面凸凹不平的幅度a之比值，分别考虑确定，当h/a≥1.5 时，岩质斜坡的稳定性就完全取决于泥质充填物的抗剪强度。当h/a<1.5 时，问题则较复杂，结构面的抗剪强度同时受结构面凸凹不平的扩张角d、泥质充填物的性质等几个因素的相互影响。

5 结论

本文以贵州省安龙县总科组岩质滑坡分析和揭示了岩质滑坡变形破坏机制及结构面因素，分析表面：

（1）岩质滑坡的发生机理受坡体特定的地形地貌及地质结构条件所控制。人类工程活动对岩质斜坡体的改造是岩质滑坡发生的重要原因。

（2）岩质滑坡的发生机理是一个复杂的地质—力学过程,或者说是一个时效过程[4],这个过程的发生是以滑动面的贯穿过程为主体的,滑动面的形成及贯穿往往受结构面及外界因素的影响，具有累进性破坏的特征。

（3）大多数顺层的岩质滑坡受结构面的控制，其主要控制因素为结构面的产状及力学性质。