川北某順層巖質滑坡穩定性評價

盧洪沛, 胡正濤, 唐利平

(1.甘孜州地質環境監測站，四川 康定 626000; 2.甘孜州國土資源局,四川 康定 626000; 3.四川省冶金地質勘查局 水文隊,四川 成都 611730)

川北某順層巖質滑坡穩定性評價

盧洪沛1, 胡正濤2,3, 唐利平3

(1.甘孜州地質環境監測站，四川 康定 626000; 2.甘孜州國土資源局,四川 康定 626000; 3.四川省冶金地質勘查局 水文隊,四川 成都 611730)

受“5·12”地震影響,加之坡腳安置區建設切坡活動,川北某順層巖質滑坡滑移—拉裂變形加劇。2009年暴雨誘發該滑坡較大規模滑動,中部見拉陷槽,后緣拉裂縫、左側剪切裂縫加大、貫通。滑坡的變形破壞模式屬滑移—拉裂;起動機制為暴雨條件下在拉裂帶內靜水壓力和沿滑移面空隙水揚壓力的聯合作用下平推式滑動。滑坡天然工況下處于穩定狀態,暴雨工況下為不穩定狀態,地震工況下為基本穩定狀態。提出“裂縫充填+擋土墻+截排水”、“切方”兩個比選治理方案,從技術、經濟角度綜合對比后推薦采用沿順層的平面切方應急排危方案處置滑坡。

順層巖質滑坡;平推式滑動;成因機制;穩定性評價;防治對策

滑坡位于川北某鎮村社,“5·12”地震前,長期處于緩慢蠕滑變形階段。受“5·12”地震影響,加之坡腳規劃的安置區建設切坡,尤其2009年7月暴雨后,滑坡中前部變形強烈,中部出現最寬約3 m的裂縫。一旦滑坡變形加劇下滑,將威脅前緣工業園區的建設進程及6戶31人災后規劃安置居民的生命及財產安全,直接經濟損失約400萬元。為此,開展滑坡穩定性評價及防治對策研究,為其治理提供勘查設計依據十分必要。

1 滑坡基本特征

1.1 滑坡形態特征

滑坡處于四川盆地邊緣,構造侵蝕低山地貌區,微地貌為緩斜坡,縱向地形坡度約12°。滑坡周界清晰,后緣以橫向拉裂縫為界,頂部高程508 m,右側以小型逆斷層構造基巖出露陡坎為界,左側以縱向剪切裂縫為界,前緣以人為切坡形成的陡坎為界,坡腳高程500 m,前后緣高差8 m。滑坡平面形態呈舌狀,滑坡體相對左、右側明顯向下凹陷,呈典型圈椅狀特征。滑坡長約38.5 m,寬約35 m,厚約0.8～5.0 m,體積約0.3×104m3,主滑方向262°,與巖層傾向一致,屬小型緩傾坡外的順層巖質滑坡(圖1)。

圖1 滑坡區工程地質平面圖Fig.1 Engineering geological plane of landslide area1.控制部面及編號;2.侏羅系沙溪廟組;3.第四系殘坡積物;4.巖層產狀;5.滑坡;6.地層分界線;7.滑坡堆積物;8.變形裂縫(或拉陷槽)及編號。

1.2 物質結構特征

(1) 滑體:主要為強風化泥巖,上覆0.5～0.7 m厚薄層粉質粘土。粉質粘土層呈紅褐色,可塑,含少量碎石,粘性土約含60%～70%,碎石約占15%～20%,余為角礫;泥巖為黃褐色、暗紫色,產狀262°∠17°,主要由粘土礦物組成,泥質結構,中厚層狀構造,巖質較軟,遇水易軟化。滑體平均厚度約2.3 m。

(2) 滑帶:降水沿裂隙(縫)下滲在強風化泥巖和下伏砂巖接觸面積聚,導致界面軟化、泥化形成滑動帶(照片1),滑帶土為含砂礫粘性土,呈紅褐色,稍濕—濕,軟可塑狀態,可搓條,厚約10～20 cm。

(3) 滑床:為強、中風化砂巖,灰白色,產狀262°∠18°,主要由長石、石英等礦物組成,細粒結構,中厚層狀構造,巖質較硬。

圖2 典型工程地質剖面Fig.2 Typical geological section of profile1.第四系全新統殘坡積層;2.第四系全新統滑坡堆積層;3.粉質粘土;4.泥巖;5.砂巖;6.地層界線;7.侏羅系沙溪廟組;8.風化狀態分界線。

1.3 變形特征

(1) “5·12”地震前,緩傾坡外的侏羅系砂、泥巖互層狀斜坡體,受滑移—拉裂影響,坡體產生變形,后緣、中部發育拉裂縫,滑坡長期處于緩慢蠕滑變形階段。

照片1 滑動面(TJ4揭露)Photo 1 Sliding surface

(2) “5·12”地震后,受震動影響,加之暴雨沿裂縫入滲,在水力作用下坡體滑移—壓致拉裂影響加大,滑坡變形加劇,后緣裂縫漸拉寬增深,中部現拉陷槽(照片2)。拉陷槽(L2)張開寬度約1.5～3.0 m,錯落高度約0.4～0.8 m,裂縫深約1.35 m,延伸長度約33 m,走向325°。后緣裂縫(L1)與坡體左側剪切裂縫(L3)近似弧形相連,張開寬度約20 cm,錯落高度約30 cm,裂縫深約0.8 m,后緣方向延伸長度約46 m,走向為324°,左側延伸長度約12 m,走向為273°。裂縫與滑帶基本連通。

照片2 中部拉陷槽L21Photo 2 Aulacogen in central district about L21

2 滑坡成因機制及破壞模式分析

2.1 變形主要影響因素

滑坡變形主要與其地層巖性、地形地貌、大氣降雨、人類工程活動等因素密切相關[1]。該滑坡砂泥巖雙層物質結構特點和特殊的地形地貌是滑坡產生的主要內部因素,大氣降雨和人類工程活動則是直接誘發滑坡的外部因素。

(1) 砂泥巖雙層物質結構:上覆強風化泥巖具有脹縮性,遇水軟化、風干后開裂,風化裂隙十分發育,下伏砂巖頂部隔水,使滑坡易于沿砂、泥巖界面產生滑動。另外,緩傾順向巖質斜坡,在坡腳開挖使上部強風化泥巖于砂泥巖界面處臨空時,具備下滑的動力勢能和運移空間條件。

(2) 特殊的地形地貌:滑坡區屬構造侵蝕低山地貌,滑坡體相對左、右側明顯向下凹陷,易于匯水。

(3) 大氣降雨:該區屬于亞熱帶濕潤季風氣候,降水量集中在每年5月—9月,多年月平均降雨量77.8 mm,雨量充沛。大氣降水充填坡體中后緣裂縫,在裂縫處形成靜水壓力,在順滑面底部形成揚壓力;另外降雨下滲軟化滑帶。整體對滑坡穩定性不利。

(4) 人類工程活動:主要表現為前緣切坡、臨空,抗滑段土體挖減,滑坡穩定性降低。

2.2 成因機制與破壞模式

從滑坡變形破壞特征上看,受緩傾軟弱面控制及蠕滑作用影響,坡體發育變形裂縫,當斜坡內裂隙充水,層間軟弱面強度降低,在異常水壓力作用下,坡體沿下伏軟弱面向坡前臨空方向平移滑移,滑移體迅速滑落發生解體,蠕變過程較為短暫,產生拉裂帶,解體特征明顯,變形破壞模式屬滑移—拉裂。從滑坡的變形破壞過程看,中前部塊體先發生變形破壞滑動,屬牽引式滑坡;起動機制為暴雨條件下在拉裂帶內靜水壓力和沿滑移面空隙水揚壓力的聯合作用下產生的平推式滑坡(圖3)。

圖3 平推式滑坡演化過程示意圖[2-3]Fig.3 Schematic diagram of evolution process of translational gliding landslidea.滑移—壓致拉裂型;b.正常雨季空隙水壓力分布狀況;c.特大暴雨空隙水壓力分布狀況;d.平推滑動、制動。

3 滑坡穩定性評價與發展趨勢分析

3.1 穩定性宏觀判斷

通過現場調查訪問,根據前述坡體變形特征,結合滑坡現狀,初判天然工況下滑坡處于穩定狀態;暴雨時,拉裂縫(帶)內充水、匯水,滑坡易失穩;地震工況下處于基本穩定狀態。

3.2 穩定性定量計算

3.2.1 參數取值

根據試驗結果、當前變形情況穩定性反分析,結合類似工程經驗,滑坡穩定性計算相關的巖土體物理力學參數取值見表1。

表1 滑坡穩定性計算相關參數取值

3.2.2 計算工況

(1) 工況1:自重(天然工況);

(2) 工況2:自重+暴雨(暴雨工況,裂縫充水,坡體1/3飽水);

(3) 工況3:自重+地震(地震工況,地震基本烈度Ⅶ度,a=0.05g)。

3.2.3 計算模型

在1-1＇ 剖面中,分別針對中前緣滑體(塊)H1、整體滑坡H及后緣滑體(塊)H2,采用巖質滑坡經典二維方法計算模型(圖4)。其中,暴雨工況下滑坡體受地下水作用力示意見圖5。

圖4 巖質滑坡經典二維穩定性計算簡圖[4]Fig.4 Calculation diagram of two-dimensional stability of rock landslide

圖5 暴雨工況下滑坡受地下水作用力示意圖Fig.5 Schematic diagram of groundwater force in rainstorm condition

穩定性計算公式:

(1)

剩余下滑推力計算公式[5]:

P=KS·T-R

(2)

式中:P為滑坡剩余下滑推力;T為下滑力;R為抗滑力;KS為安全系數。

3.2.4 計算結果

根據上述公式,考慮滑坡內部與整體關系單純計算分析時,各工況下滑坡穩定性系數及剩余推力計算結果見表2。

(1) 中前緣滑體(塊)H1的穩定性較整體滑坡H差,與實際變形及宏觀判斷一致;后緣滑體(塊)H2穩定性分析前提是基于前緣H1已經失穩臨空條件。故:從工程角度評價該滑坡穩定性,以中前緣滑體(塊)H1的穩定性為基準。

(2) 天然工況下,滑坡穩定系數為1.166,處于穩定狀態;暴雨工況下,拉裂縫(帶)充水高度達0.8 m,即0.6倍中部裂縫深度,1倍后緣裂縫深度時,滑坡穩定性系數為0.996,失穩狀態,設計剩余下滑推力為29.32 kN/m;地震工況下,滑坡穩定系數為1.122,處于基本穩定狀態。

表2 滑坡穩定性系數及推力計算結果

注:1)暴雨工況下,拉裂縫(帶)充水高度為L1、L2拉裂縫(帶)同時充水;0.6h1=h2時,L1已充滿;繼續充水時,L1充水高度不變;2)計算H2穩定性時,假定前緣H1已經失穩,其前緣臨空。

3.3 滑坡發展趨勢分析

滑坡變形發展至今,經歷了幾次局部滑動調整,尤其2009年7月暴雨誘發較大規模滑動,坡體位能已得到一定的釋放。但目前拉裂縫(帶)已充水、排水不暢,在后續遇暴雨異常水頭的不利條件下存在潛在失穩風險。

4 滑坡防治對策

結合滑坡區地形地貌、地質結構、規模及平推式滑坡變形破壞機理,在滑坡穩定性分析評價的基礎上,充分考慮防治工程方案的技術可行性與經濟合理性,提出如下兩種比選方案:方案一為裂縫充填+擋土墻+截排水。對坡體上寬大裂縫進行粘土充填,同時在滑坡剪出口坡腳臨空處設置抗滑擋墻,并輔以后緣外圍截排水措施。方案二為由于滑坡體積比較小,沿順層的平面進行切方。綜合對比后推薦方案二,切方應急排危處置滑坡。

[1] 徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京:中國鐵道出版社,2001.

[2] 張倬元,王士天,王蘭生.工程地質分析原理[M].2版.北京:地質出版社,1994.

[3] 王思敬,黃鼎成.中國工程地質世紀成就[M].北京:地質出版社,2004.

[4] 肖樹芳,楊淑碧.巖體力學[M].北京:地質出版社,1987.

[5] 中華人民共和國地質礦產行業標準編寫組.滑坡防治工程設計與施工技術規范:DZ/T 0219—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

(責任編輯：陳姣霞)

Stability Evaluation of a Bedded Rock Landslide in Northern Sichuan

LU Hongpei1, HU Zhengtao2,3, TANG Liping3

(1.Geo-environmentalMonitoringStation,GanziPrefecture,Kangding,Sichuan626000; 2.LandandResourcesBureauofGanziPrefecture,Kangding,Sichuan626000; 3.HydrogeologicalTeamofSichuanMetallurgicalGeology&ExplorationBurean,Chengdu,Sichuan611730)

Affected by the “5·12” Wenchuan earthquake,coupled with the slope cutting at the toe for the construction of resettlement areas,sliding and fracturing deformation of a bedded rock landslide in northern Sichuan Province intensifies.Large scale sliding is induced by heavy rainfall in 2009.Pull trough appear in the middle of the landslide,the cracks of the trailing edge and the left side increased and linked up.The deformation and failure mode of the landslide is sliding and fracturing.Starting mechanism is translational slide combined hydrostatic pressure at cracking zone with pore water uplift pressure along the slip surface in heavy rain.The stability of landslide is stable in natural conditions.Finally, the treatment schemes for the landslide are put forward:one is crack filling and retaining wall and drainage,the other is slope cutting.Cutting slope along the bedding plane for emergency disposal of landslide is recommended after the technical and economic comparison.

bedded rock landslide; translational slide; genetic mechanism; stability evaluation; countermeasures

2015-08-26;改回日期:2015-10-14

四川省地震災區第五批重大地質災害應急勘查項目(川國土資函[2010]76號)。

盧洪沛(1982-),男,助理工程師,環境工程專業,從事地質災害與環境地質工作。E-mail:79023340@qq.com

P642.22; P694

A

1671-1211(2016)02-0194-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.013

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1056.008.html 數字出版日期:2016-03-03 10:56