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        三峽庫(kù)區(qū)湖北省興山縣高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

        2014-01-17 01:35:24永,陳
        資源環(huán)境與工程 2014年5期
        關(guān)鍵詞:變形

        楊 永,陳 敏

        (1.湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治中心,湖北武漢 430034;2.湖北省鄂西地質(zhì)工程勘查院,湖北宜昌 443100)

        0 引言

        高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡位于湖北省興山縣高陽(yáng)鎮(zhèn)響灘村3組。該滑坡為一中型土質(zhì)滑坡,體積約24.0×104m3。高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)位于滑坡體中部,學(xué)生和教職員工共計(jì)1 000余人;滑坡體下方為興山縣中醫(yī)院和高陽(yáng)鎮(zhèn)移民新區(qū),共計(jì)400余人(見(jiàn)圖1)?;伦?0世紀(jì)90年代以來(lái)其前緣就有變形活動(dòng)跡象。雖然目前滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài),但在降雨及人類工程活動(dòng)等因素影響下,其穩(wěn)定性會(huì)降低,滑坡一旦失穩(wěn)產(chǎn)生滑移破壞,將造成人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失,危害等級(jí)屬II級(jí),經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)8 130萬(wàn)元[1]。因此掌握滑坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),提出防治措施建議,制定合理的防治方案,對(duì)于保護(hù)滑坡范圍內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要。

        圖1 滑坡全貌Fig.1 Overall perspective of landslide

        1 滑坡基本特征

        1.1 滑坡形態(tài)特征

        滑坡位于原氣象站西側(cè)下方的凸形順向斜坡上。左面臨空為甘家溝,右側(cè)為基巖山脊,后緣至原興山氣象站,前緣至興山縣中醫(yī)院和移民新區(qū)?;虑熬壖舫隹诟浇匦纹露?0°~70°,后緣地形坡度20°~25°。主滑方向268°,與坡向基本一致,滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀,縱剖面形態(tài)呈上陡下緩折線狀,前緣剪出口處為坡度50°~70°左右高成5~10 m的陡坎?;虑熬壐叱?80 m,后緣高程 267 m,平均縱長(zhǎng) 220 m,橫寬約160 m,平均厚度約 8.0 m,面積 3.08 ×104m2,體積約24.0×104m3。屬淺層中型牽引式滑坡。

        1.2 滑坡體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

        1.2.1 滑體

        滑體物質(zhì)在空間分布上差異不大。滑體物質(zhì)主要為黃灰色、黃褐色的碎塊石土,碎塊石含量約40% ~60%,碎塊石主要為砂巖、泥巖,碎石粒徑一般5~20 cm,塊石直徑20~50 cm,充填粉質(zhì)粘土和角礫,角礫成份為砂巖、泥巖。從鉆探和淺井施工發(fā)現(xiàn),土體粗顆粒架空呈現(xiàn)松動(dòng)跡象,土體滲透性較強(qiáng),含水量較高時(shí)易垮塌。

        1.2.2 滑帶

        潛在滑移(面)帶沿滑坡堆積物與巖層接觸面發(fā)育,基本連續(xù),剖面形態(tài)近似折線型?;瑤Ш穸?.3~0.5 m。厚度變化趨勢(shì)為:后部薄,中前部厚?;瑤镔|(zhì)主要為黃褐色、灰褐色含礫粉質(zhì)粘土、灰黑色可塑或軟塑狀粘土夾砂,含少量碎石,粉質(zhì)粘土細(xì)膩密實(shí),碎石磨圓度較好,顯示較為明顯的擠壓碾磨性狀特征。

        1.2.3 滑床

        滑床為侏羅系中下統(tǒng)聶家山組(J1-2n),巖性為黃褐色砂巖夾紫紅色泥巖;砂巖表層中—強(qiáng)風(fēng)化,中厚層狀,巖體較完整,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖層傾向240°~260°,傾角41°~51°;泥巖夾層表部呈強(qiáng)—全風(fēng)化,風(fēng)化裂隙極為發(fā)育,巖體較破碎,厚約1~3 m,滑坡前緣剪出口、滑坡南側(cè)甘家溝和滑坡北側(cè)山脊均有基巖出露。

        1.3 滑坡變形特征

        高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡自20世紀(jì)90年代以來(lái)其前緣就有變形活動(dòng)跡象,尤其是在降雨量較大的年份,并且變形范圍由其前緣逐漸向后緣擴(kuò)大。變形導(dǎo)致滑坡后緣原高陽(yáng)氣象站的圍墻拉裂破壞倒塌,并有3戶居民被迫搬遷。其變形特征為典型的牽引式滑移,前緣陡坡地段變形破壞后,臨空面后移,導(dǎo)致破壞范圍逐漸向其后緣擴(kuò)展。

        滑坡的近期變形主要表現(xiàn)為坡體后緣北側(cè)房屋和后緣圍墻拉裂,滑坡中部坡體上中學(xué)操場(chǎng)地表開(kāi)裂、前緣擋墻墻開(kāi)裂破壞和被推倒等。

        2 控制和影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素

        根據(jù)滑坡發(fā)育特征和變形特點(diǎn)分析判斷,控制滑坡穩(wěn)定性的主要因素有地形地貌、地層巖性和滑坡結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等內(nèi)在因素,影響其穩(wěn)定性的主要因素有大氣降雨與人類工程活動(dòng)等外部因素。

        2.1 地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件

        滑坡處構(gòu)造剝蝕中低山區(qū),滑坡體高差87 m,地形坡度15°~25°,滑坡前緣剪出口附近被改造成5~10 m高的陡坎,剪出口附近地形坡度50°~70°左右,有形成滑坡的地形條件。滑體物質(zhì)為崩塌堆積碎塊石土,為土石混雜堆積,具有顯著的非均勻性、非連續(xù)性,結(jié)構(gòu)松散,內(nèi)含大量孔隙,透水性較強(qiáng)?;瑤槎逊e體與其下部基巖的接觸帶,地下水富集于土巖接觸帶,對(duì)接觸帶進(jìn)行泥化、軟化,降低力學(xué)強(qiáng)度,形成軟弱帶?;矠橘_系砂巖夾泥巖,巖層傾向240°~260°,傾角41°~51°,與坡向基本一致。所以,以上地形地貌和自身的巖土結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)特征,是滑坡的形成的內(nèi)在條件。

        2.2 大氣降雨

        興山縣高陽(yáng)鎮(zhèn)地區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。降雨日數(shù)歷年平均134 d,降雨時(shí)間長(zhǎng),多暴雨。豐富的雨量成為地下水的主要補(bǔ)給源。

        長(zhǎng)時(shí)間的降雨使斜坡土體飽和,坡體自重增加;碎塊石土由于碎塊石含量高,塊徑大,局部還有架空現(xiàn)象,地表水易沿碎塊空隙下滲,特別是滑坡后緣邊界地表植遭破壞,地表水將直接滲入滑帶,滑帶強(qiáng)度將降低;隨著土體飽水增加自重力,滑帶抗剪強(qiáng)度降低,最終發(fā)展為整體滑動(dòng)。降雨是滑坡失穩(wěn)的主要觸發(fā)因素。

        該滑坡滑床為砂巖夾泥巖,為相對(duì)隔水層。這種特定的巖性結(jié)構(gòu),利于地下水在滑體與基巖的接觸帶(滑帶)富集,軟化接觸帶,使接觸帶土層的粘聚力、摩擦角減小,力學(xué)強(qiáng)度降低,滑體土易沿此層滑動(dòng),地下水是滑坡產(chǎn)生滑移的內(nèi)因之一。

        2.3 人類工程活動(dòng)

        主要為坡體中部高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)開(kāi)挖改造,滑坡前緣剪出口附近人工改造形成5~10 m的陡坎,形成臨空面。人類工程活動(dòng)破壞了原地表植被和天然的排水溝,加強(qiáng)了地表水滲入滑帶土,軟化滑帶土的強(qiáng)度。

        3 滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

        3.1 計(jì)算參數(shù)的選取

        采用室內(nèi)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)比照和反演參數(shù)綜合取值。

        通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),該區(qū)滑坡前人取值參數(shù):天然狀態(tài)C值為35 kPa,φ值為14.7;飽和狀態(tài)C值為18 kPa,φ值為 11.5。

        通過(guò)對(duì)比附近的魯家灣滑坡和高陽(yáng)庫(kù)岸的滑帶參數(shù)取值。該區(qū)滑坡前人取值參數(shù)C值為20~30 kPa,φ值為14°~18°。

        進(jìn)行反演驗(yàn)證分析。采用飽和狀態(tài)來(lái)擬合連續(xù)暴雨工況(工況Ⅱ)。據(jù)調(diào)查,該滑坡已經(jīng)發(fā)生了明顯的變形,根據(jù)實(shí)際情況,反演驗(yàn)證時(shí)滑坡穩(wěn)定系數(shù)取Fs=1.00 ~1.05,選取此時(shí)滑帶土對(duì)應(yīng)的C、φ 值,作為飽和狀態(tài)滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。反演驗(yàn)證分析結(jié)果:C=15 ~18 kPa,φ =12°~14°。見(jiàn)表1。

        表1 滑帶土反演驗(yàn)證分析成果表Table 1 Analysis results of inversion verification of slip soil

        滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)綜合取值見(jiàn)表2。

        3.2 穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)

        滑坡滑面形態(tài)近似折線型,根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218—2006)采用推力傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析[2]。計(jì)算模型主要根據(jù)滑坡的主滑方向?qū)崪y(cè)1-1'工程地質(zhì)主剖面的建立(圖2)。

        表2 滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)綜合取值表Table 2 Comprehensive value of shear strength parameters of slip soil

        3.2.1 計(jì)算工況

        降雨是影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素,重點(diǎn)考慮持續(xù)降雨工況及滑體飽水情況的穩(wěn)定系數(shù),因此計(jì)算工況考慮以下二種:

        工況Ⅰ 自重+地表荷載;

        工況Ⅱ 自重+地表荷載+50年一遇暴雨。

        3.2.2 計(jì)算結(jié)果

        滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

        圖2 1-1'主剖面條分圖Fig.2 Strip partition of 1-1'main cross-section

        表3 滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of calculation results of stability coefficient of landslide body

        3.2.3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)

        由表3計(jì)算結(jié)果可知:

        (1)天然工況下,處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        (2)自重+地表荷載+暴雨工況下,1-1'剖面穩(wěn)定系數(shù)為 1.062,介于 1.05 ~1.20,處于基本穩(wěn)定狀態(tài);表明長(zhǎng)期暴雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響較大。

        4 滑坡發(fā)展趨勢(shì)及危害性預(yù)測(cè)

        由計(jì)算結(jié)果可知,天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)地表調(diào)查目前高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài),基本一致。目前眾多的地表裂縫和變形表明高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡目前正處于應(yīng)力累積階段,其安全儲(chǔ)備不高,滑坡體土體結(jié)構(gòu)松散,滲透性強(qiáng),加之滑坡體上植被較少,坡面無(wú)任何截排水措施,在暴雨或持續(xù)強(qiáng)降雨作用下,雨水或地下水滲入滑體,軟化土體,使剪強(qiáng)度降低,重度增加,在降雨和人工活動(dòng)加劇等不利影響因素組合下,存在發(fā)生整體失穩(wěn)或大規(guī)模變形的可能。根據(jù)滑坡形態(tài)與變形特征預(yù)測(cè)分析,將來(lái)滑坡變形破壞具有牽引式滑移特點(diǎn),即滑坡中下部臨近前緣高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)一帶人工改造形成陡坡段在不利因素影響下首先發(fā)生失穩(wěn)變形,形成新的臨空面,進(jìn)而牽引上部坡體產(chǎn)生大規(guī)模變形破壞。

        5 結(jié)論與建議

        本文在討論控制和影響滑坡穩(wěn)定性主要因素的基礎(chǔ)上,采用推力傳遞系數(shù)法分析了不同條件下的斜坡穩(wěn)定性。得出結(jié)論如下:

        (1)控制高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素與滑坡區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件及自身特點(diǎn)有關(guān),包括滑坡區(qū)的地形地貌條件,水文地質(zhì)條件與滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)等;影響滑坡穩(wěn)定性的外在因素主要有大氣降水以及人類工程活動(dòng)。

        (2)高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),近期變形主要表現(xiàn)為坡體后緣北側(cè)房屋和后緣圍墻拉裂,滑坡中部坡體上中學(xué)操場(chǎng)地表開(kāi)裂、前緣擋墻墻體開(kāi)裂破壞和被推倒等。變形與大氣降水密切相關(guān),變形具有牽引式滑移特點(diǎn)。

        (3)在降雨和人工活動(dòng)加劇等不利影響因素組合下,高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡存在發(fā)生整體失穩(wěn)或大規(guī)模變形的可能,具有較大的潛在危害,對(duì)其進(jìn)行綜合治理十分必要。

        (4)根據(jù)滑體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性狀及其主要影響因素,建議采取前緣陡坡段設(shè)漿砌石擋土墻支護(hù),中部設(shè)抗滑樁支擋進(jìn)行工程治理,以確保坡體整體穩(wěn)定,消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。

        [1] 劉平,等.三峽庫(kù)區(qū)湖北省興山縣高陽(yáng)鎮(zhèn)中學(xué)滑坡勘查報(bào)告[R].武漢:武漢地質(zhì)工程勘察院,2012.

        [2] 徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2001.

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