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        蘆山地震災(zāi)區(qū)先鋒滑坡穩(wěn)定性分析與防治建議

        2013-12-06 06:32:44孔應(yīng)德邱順兵周志云
        關(guān)鍵詞:滑體滑坡體坡體

        余 健,孔應(yīng)德,邱順兵,周志云

        (1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610059;2.中科院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610041;3.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都610031)

        北京時(shí)間2013-04-20 8:02在四川省雅安市蘆山縣(30.3°N,103.0°E)發(fā)生7.0級(jí)地震,震源深度13km,破裂持續(xù)約30s,成都、重慶、陜西的安康和寶雞有強(qiáng)烈震感。蘆山地震共造成196人遇難,21人失蹤,13 484人受傷,200余萬(wàn)人受災(zāi)。蘆山地震發(fā)生當(dāng)日,地震次生山地災(zāi)害的遙感解譯、實(shí)地調(diào)查及危險(xiǎn)性評(píng)估工作隨即展開(kāi)。調(diào)查組先后在飛仙關(guān)鎮(zhèn)、蘆陽(yáng)鎮(zhèn)、龍門(mén)鄉(xiāng)、寶盛鄉(xiāng)、太平鎮(zhèn)、雙石鎮(zhèn)、靈關(guān)鎮(zhèn)、穆坪鎮(zhèn)、高何鎮(zhèn)等地以及聯(lián)通這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公路開(kāi)展實(shí)地考察,我調(diào)查小組對(duì)地震重災(zāi)區(qū)寶興縣先鋒村滑坡災(zāi)害進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。

        1 自然地質(zhì)環(huán)境條件

        先鋒村滑坡位于寶興縣北西18km,距隴東鎮(zhèn)政府所在地500m,屬隴東鎮(zhèn)先鋒村一組。寶興縣縣道公路從滑坡體前緣經(jīng)過(guò),因此該滑坡處在十分重要的地理交通位置。

        1.1 地形地貌與地層巖性

        區(qū)內(nèi)地處侵蝕切割高中山地貌,地形切割強(qiáng)烈,相對(duì)切割深度大于1 500m,河谷呈“V”型,谷坡陡峻,山巒重疊,谷坡坡度25°~34°?;虑熬壠履_的西河呈南北向發(fā)育,河床高程1 180m,縱坡降8‰~20‰,河谷寬10~35m(圖1)。

        圖1 先鋒村滑坡平面圖

        出露地層主要為泥盆系(D)的白云巖、淺變質(zhì)頁(yè)巖、千枚巖等,斜坡上廣布第四紀(jì)殘坡積粉土質(zhì)黏土夾塊石、碎石等,滑坡對(duì)岸老場(chǎng)村一帶為西河一級(jí)階地,主要為泥砂卵石層等堆積(圖2)。

        1.2 氣象水文

        氣象是該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因素中最廣泛、最突出的因素。近幾年來(lái)又有增加的趨勢(shì),豐富而集中的降水,較多的局地大雨和暴雨出現(xiàn),較大的暴雨強(qiáng)度,為滑坡形成提供了充足的水源條件。降雨量及氣溫資料詳見(jiàn)表1和表2。

        圖2 先鋒滑坡剖面圖

        表1 寶興縣多年氣象資料統(tǒng)計(jì)表

        表2 寶興縣降雨量特征值統(tǒng)計(jì)表

        1.3 地質(zhì)構(gòu)造和地震

        滑坡區(qū)域構(gòu)造上位于金湯弧形構(gòu)造東翼與相鄰的南北向斷裂及華夏系構(gòu)造的趕羊溝斷裂斜接交匯處,構(gòu)造斷裂強(qiáng)烈,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,炭質(zhì)頁(yè)巖有泥化跡象。區(qū)內(nèi)自然地質(zhì)環(huán)境條件較差,屬地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)。構(gòu)造線方向大多呈NE向,或近SN向。受區(qū)域深大斷裂所控制,項(xiàng)目區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較明顯,表現(xiàn)為整體抬升,但又具不均勻性、間歇性和繼承性的特點(diǎn)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》,場(chǎng)區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s。

        2 滑坡的基本特征

        先鋒村滑坡分布高程在1 180~1 500m,滑坡縱長(zhǎng)600m,寬250m,平均厚40m,體積約18 000萬(wàn)m3,屬巨型土質(zhì)牽引式滑坡,該滑坡位于西河右岸中下部,前緣抵西河。

        2.1 滑坡的巖土特征

        滑體物質(zhì)主要為灰黑色碎石、碎塊石土,碎塊石含量約50%~70%,碎塊石主要為炭質(zhì)灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖,碎石粒徑一般3~20cm,塊石直徑20~150cm,少量可達(dá)3~4m,粉質(zhì)黏土和角礫充填,局部可見(jiàn)大型炭質(zhì)灰?guī)r和白云巖塊體,滑體松散、稍密。

        滑帶物質(zhì)主要為灰黑色含角礫粉質(zhì)黏土、角礫質(zhì)土或含角礫泥炭質(zhì)土,粉質(zhì)黏土可塑,角礫含量10%~45%,局部地段含碎石,碎石含量最高可達(dá)28%。角礫、碎石的主要成分為炭質(zhì)灰?guī)r和方解石、次圓狀?;瑤骄穸燃s0.70m。

        滑坡的滑床巖性為泥盆系(D)的白云巖、淺變質(zhì)頁(yè)巖,產(chǎn)狀123°∠61°,為順向斜坡。主滑方向115°,與坡向基本一致(如圖3)。

        圖3 滑床巖體的赤平投影圖

        2.2 滑坡歷史及成因分析

        該滑坡呈長(zhǎng)舌狀,剖面形態(tài)呈階狀,前緣地形坡度40°~55°,中部地形坡度20°~25°,后緣地形坡度15°~20°。由于滑坡所處地貌條件和構(gòu)造背景較為復(fù)雜,每年雨季時(shí),均發(fā)生蠕動(dòng)變形,滑坡區(qū)坡表產(chǎn)生大量裂縫,裂縫寬度0.05~0.15m,長(zhǎng)3~15m。汶川地震使滑坡的變形進(jìn)一步加強(qiáng),滑體裂縫主要發(fā)育于滑坡后壁和滑體內(nèi),裂縫一般寬0.1~0.25m,長(zhǎng)1.5~5.3m,深0.2~0.7m?;w中前部在向前蠕動(dòng)下引起中后部的土體產(chǎn)生拉裂、變形、地基沉陷,但尚未發(fā)生明顯整體滑移、錯(cuò)動(dòng),沒(méi)有形成連續(xù)、貫通的主滑帶,沒(méi)有發(fā)生整體劇烈滑動(dòng),屬于枯雨季節(jié)處于基本穩(wěn)定、雨季產(chǎn)生蠕動(dòng)變形狀態(tài)的變形體。

        先鋒滑坡原為老滑體,后緣滑坡壁明顯(圖4),前緣河岸沿線有泉水出露。1958年在滑體上部修建水渠,約1a后因坡體下滑而遭破壞。1971年在坡體前緣修建公路后,其公路上年年出現(xiàn)拉張裂縫,坡體上房屋也不斷出現(xiàn)裂縫而變形,因此,滑坡多年來(lái)都在緩慢蠕動(dòng)。自1990年開(kāi)始,滑坡明顯加快,特別是位于古滑坡南端的滑坡形成局部復(fù)活后,1991年、1992年下滑位移更加嚴(yán)重,1992年8月暴雨過(guò)后,加速了滑體滑動(dòng),一下滑動(dòng)幾米,滑坡不斷的滑動(dòng)使前緣坡體上的公路出現(xiàn)多條拉張裂縫并下沉(圖5),公路內(nèi)外兩側(cè)均有一系與主滑方向近垂直的橫向裂縫發(fā)育,裂縫寬約0.25~0.6m,深約0.8~2.3m,長(zhǎng)約10~30余m。

        圖4 先鋒村滑坡后緣滑坡壁

        圖5 先鋒村滑坡后緣滑坡壁

        此外,在滑坡中部及上部均出現(xiàn)與主滑方向近垂直的橫向裂縫,裂縫間距1~8m,裂縫多數(shù)是1990年春節(jié)期間形成的?;虑熬壠履_緊鄰河邊,隨時(shí)都可遭受河流的強(qiáng)烈侵蝕(圖6),滑坡整體以每年0.5~1m的速度下滑,后緣及兩側(cè)已形成高約20m的滑坡壁,滑體上形成多個(gè)滑坡平臺(tái)及隆丘。

        圖6 先鋒村滑坡前緣坡腳受西河河水侵蝕

        據(jù)附近的趕羊溝雨量記載,1989年6月13日降雨強(qiáng)度高達(dá)100mm/3h,降水通過(guò)松散層的孔隙、裂縫直接入滲、運(yùn)移,在殘坡積層與相對(duì)隔水層的基巖面之間富集,增加巖土體自重,對(duì)巖土體產(chǎn)生軟化作用,降低滑動(dòng)帶土體的抗剪強(qiáng)度。同時(shí)西河河水的側(cè)向沖刷掏蝕使粉質(zhì)土夾碎塊石等松散的坡腳易遭破壞而被侵蝕掉,致使坡體應(yīng)力發(fā)生變化,坡腳阻力減弱,形成坡腳侵蝕破壞而經(jīng)常下滑一部分土體,隨即牽引上部坡體變形位移而下滑。

        3 滑坡穩(wěn)定性分析與預(yù)測(cè)

        3.1 穩(wěn)定性分析

        滑坡體中孔隙水及大氣降水隨坡體松散體下滲、運(yùn)移,在堆積層與相對(duì)隔水層的基巖面之間富集,增加巖土體自重,對(duì)巖土體產(chǎn)生軟化作用,降低滑動(dòng)帶土體的抗剪強(qiáng)度,從而使滑坡土體在重力、動(dòng)水壓力和靜水壓力的共同作用下下滑,這些作用力加上西河河水長(zhǎng)年的沖刷作用將較長(zhǎng)期地影響滑坡整體的穩(wěn)定,因此,根據(jù)該滑坡的基本特征和形成的主導(dǎo)因素,由于整個(gè)滑坡體坡度較大,坡面呈不平階梯狀,重心較高,且滑坡體上已經(jīng)形成眾多的拉張裂縫會(huì)更有利于降水的入滲。自1971年活動(dòng)以來(lái),滑坡造成通往寶興縣永富鄉(xiāng)的縣道公路多次下沉并改道。若發(fā)生強(qiáng)大暴雨,將有能產(chǎn)生速滑,將危及到170戶1 168人的生命財(cái)產(chǎn)安全,造成重大損失。以上分析可知,該滑坡體目前穩(wěn)定性較差,在暴雨等各種外營(yíng)力作用下還極有可能誘發(fā)再次滑動(dòng)。

        3.2 典型工況分析

        根據(jù)該滑坡變形特征,在天然狀態(tài)下滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài),降雨下滲造成滑坡體大量充水使其穩(wěn)定性降低,是滑坡體產(chǎn)生失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素,其次為地震作用也是誘發(fā)滑坡滑動(dòng)的重要因素。因此確定穩(wěn)定性計(jì)算分以下3種工況:

        第一種工況(工況Ⅰ):天然狀態(tài)下;

        第二種工況(工況Ⅱ):暴雨作用下,按滑坡體全部飽和計(jì)算;

        第三種工況(工況Ⅲ):天然狀態(tài)+地震作用下。

        本次勘查沿滑坡滑體方向,1-1′剖面為計(jì)算剖面,共劃分為11個(gè)計(jì)算塊段,計(jì)算剖面見(jiàn)圖7。運(yùn)用傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性及剩余下滑推力計(jì)算。

        圖7 1-1′工程地質(zhì)剖面圖

        滑體是由灰黑色碎石、碎塊石土構(gòu)成,天然重度取18.8kN/m3,飽和重度取19.8kN/m3?;瑤量辜魪?qiáng)度根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試成果、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)、反演相結(jié)合的方法綜合確定,天然狀態(tài)下C取19.2kPa,φ取17.5°,飽和狀態(tài)C取17.8kPa,φ取16.7°。

        按照上述工況及計(jì)算方法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算,計(jì)算結(jié)果匯總于表3。

        表3 先鋒滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

        從表3得出:滑坡在天然自重條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在自重+暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),未產(chǎn)生整體滑移,但局部發(fā)生蠕動(dòng)變形;在自重+地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài),會(huì)產(chǎn)生整體失穩(wěn)滑移?;略诒┯昊虻卣饤l件影響下穩(wěn)定性差,有產(chǎn)生整體滑動(dòng)的可能。

        綜上所述,結(jié)合多年觀察對(duì)滑坡進(jìn)行的穩(wěn)定性定性分析與3種典型工況下的滑坡穩(wěn)定性定量分析,先鋒滑坡處在比較危險(xiǎn)的狀態(tài)。

        4 防治措施及建議

        針對(duì)滑坡體所處的重要地理交通位置以及上述的危險(xiǎn)性評(píng)估與預(yù)測(cè),建議在近期對(duì)該滑體進(jìn)行以護(hù)坡為主,配以植樹(shù)造林的綜合工程治理。在未進(jìn)行有效治理前,組織落實(shí)有關(guān)責(zé)任人做好監(jiān)測(cè)工作,有險(xiǎn)情及時(shí)預(yù)警和搶險(xiǎn)。

        4.1 排水措施

        (1)在滑坡體兩側(cè)和后緣的外圍修建一條漿砌片石環(huán)形排水溝,以攔截旁引來(lái)自斜坡上部流向滑坡區(qū)的地表水流,溝深和溝底寬度都不小于0.6m。

        (2)滑坡體上特別是中上部已經(jīng)產(chǎn)生的拉張裂縫進(jìn)行填堵并夯實(shí),防止地表水直接入滲。

        4.2 護(hù)坡措施

        在滑坡前緣溝邊用條石或片石護(hù)坡壓腳,阻止或減緩波浪、岸流的侵蝕、淘蝕作用,增大斜坡的抗滑力。

        4.3 生物措施

        嚴(yán)禁在斜坡上種植水稻及其他農(nóng)作物,實(shí)行退耕還林,以免長(zhǎng)期蓄水影響滑坡體的穩(wěn)定性。

        4.4 抗滑樁

        在滑坡體的主滑地段設(shè)置抗滑樁,抗滑樁的設(shè)置應(yīng)充分考慮滑坡的變形效應(yīng),吸取之前治理過(guò)程中發(fā)生的抗滑樁大變形的教訓(xùn),避開(kāi)雨季進(jìn)行施工作業(yè),防止滑坡滑動(dòng)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        先鋒滑坡系推移式堆積層滑坡,由于改建公路造成坡體破碎形成臨空條件,加之地面水體下滲并軟化泥巖層面從而誘發(fā)滑坡,后又因地震作用致使滑坡發(fā)展惡化。本次滑坡治理采用主動(dòng)防御和疏排水相結(jié)合的方法,治理措施以經(jīng)濟(jì)、快捷、環(huán)保的結(jié)構(gòu)為主,并采取了護(hù)坡排固的綜合性措施,可供其他滑坡治理工程參考。

        [1]劉平,張麗榮,左其平.四川省寶興縣先鋒村2-1?;驴够瑯稑犊鬃冃纹茐脑蚍治觯跩].資源環(huán)境與工程,2013,37(3):268-270.

        [2]崔鵬,陳曉清,張建強(qiáng),等.“4·20”蘆山7.0級(jí)地震次生山地災(zāi)害活動(dòng)特征與趨勢(shì)[J].山地學(xué)報(bào),2013(3):257-265.

        [3]沈珠江.樁的抗滑阻力和抗滑樁的極限設(shè)計(jì)[J].巖土工程學(xué)報(bào),1992(1):51-56.

        [4]鄭穎人,陳祖煜,王恭先,等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007.

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