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        四川5.12地震災(zāi)區(qū)陳家大院子滑坡形成機(jī)理分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        2015-12-02 02:40:08劉曉曉楊少華李巧剛
        城市地質(zhì) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:第四系陳家滑坡體

        劉曉曉,楊少華,李巧剛

        (北京市地質(zhì)研究所,北京 100120)

        0 緒論

        陳家大院子滑坡位于四川省德陽市什邡市紅白鎮(zhèn)吳桂平村4社,滑坡體于2008年“5.12”地震后坡體后緣位置出現(xiàn)部分拉張裂縫;經(jīng)過2009年雨季后坡體變形跡象進(jìn)一步加劇。直接危險(xiǎn)滑坡體下方5戶共165人生命財(cái)產(chǎn)安全及已建鄉(xiāng)村公路、電力、水利等基礎(chǔ)設(shè)施安全[1~2]。此次筆者經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察后對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了分析,并選取一條滑坡體主剖面,采用極限平衡法對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性做出了評(píng)價(jià),為后期滑坡防治工作提供必要的依據(jù)。

        1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

        1.1 滑坡概況

        滑坡地處什邡市紅白鎮(zhèn)五桂坪村4社陳家大院子西北側(cè)坡地,區(qū)域上屬于侵蝕-構(gòu)造地貌;滑坡體位于中山區(qū),地勢(shì)西北高、東南低,最高海拔1051m,最低海拔859m,山體坡度一般為40°~60°,相對(duì)高差150~190m。

        陳家大院子滑坡為中型淺層土質(zhì)牽引式滑坡。滑坡東、西兩側(cè)以天然沖溝為界,滑坡北側(cè)后緣以地表出現(xiàn)的明顯拉張裂縫處與出露基巖地區(qū)為界,坡體前緣以居民建筑房屋開挖坡腳處為界;滑坡體后緣位置最高海拔1019.8m,前緣最低海拔898.8m,前后緣相對(duì)高差121m,沖溝寬一般為2~3m。

        陳家大院子滑坡坡體東西寬145m,南北長156m,上覆第四系崩坡積與殘坡積覆蓋物2~11m,呈“兩側(cè)薄中間厚,后緣薄前緣厚”的形態(tài)。坡體東、西兩側(cè)第四系覆蓋物厚1.2~1.5m,中部最厚處第四系覆蓋物為6~8m。坡體后緣處第四系覆蓋物厚1.0~1.4m,前緣最厚處第四系覆蓋物為5~11m。上覆第四系平均厚度5~6m,總方量約為11.3×104m3,屬于中型淺層牽引式土質(zhì)滑坡,滑坡體主滑動(dòng)方向?yàn)?40°。坡體后緣基巖出露產(chǎn)狀為316°∠26°;前緣產(chǎn)狀290°∠50°,屬逆向坡,據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示滑坡體下伏基巖穩(wěn)定性較好,并未發(fā)現(xiàn)變形跡象(圖1、圖2)。

        圖1 陳家大院子滑坡全景照片

        圖2 陳家大院子滑坡平面圖

        1.2 地層巖性

        根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、及鉆探、槽探成果及地表出露的地層巖性調(diào)查分析,滑坡區(qū)出露地層主要為三疊系須家河組和第四系殘、崩坡積物,并以崩積碎石土層分布最為廣泛。

        (1)三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)

        主要出露在滑坡體西北側(cè)坡地與南側(cè)河床處。

        以灰色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主,夾泥巖、煤層、及透鏡狀菱鐵礦層,間夾海相層。其上與自流井群呈不整合或假整合接觸,下與小唐子組呈假整合接觸。

        灰白色細(xì)砂巖,滑坡體南部河流基座階地與滑坡體北部出露,層狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,含少量泥質(zhì)及石英顆粒,一般粒徑0.2mm,含煤層,巖層傾向290°~316°,傾角26°~50°。細(xì)砂巖層風(fēng)化較強(qiáng)烈,敲擊即碎,節(jié)理發(fā)育,節(jié)理面呈棕黃色,泥質(zhì)含量底。

        (2)第四系崩坡積、殘坡積層(Q4)

        崩坡積層:主要分布在滑坡體中部及后緣處,厚度2~4m。主要以灰白色風(fēng)化砂巖為主,含少量黑色碎石土。粒徑2~120cm,結(jié)構(gòu)較松散,呈棱角狀,分選性差、磨圓差。

        殘坡積層:主要分布在滑坡體前緣位置,厚度為3~10m以黑色沙質(zhì)碎石土為主,含生活垃圾及礫石,礫石直徑2~30cm,呈棱角狀。無可塑性,結(jié)構(gòu)較為松散,透水性較好,分選性差、磨圓度差。

        2 滑坡發(fā)育特征

        2.1 滑體特征

        陳家大院子滑坡滑坡體組成主要為第四系崩坡積與第四系殘坡積層?;w沿坡體從上至下不均勻分布,空間形態(tài)呈“中間厚、兩翼薄;前緣厚、后緣薄”的形態(tài),其滑體厚度最薄處僅為1.0~1.4m,其最厚處可達(dá)6~11m,平均厚度為5~6m。

        2.2 滑床特征

        陳家大院子滑坡滑床為下伏基巖,巖性為三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)。據(jù)鉆孔及探槽揭露,以灰白色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主,夾煤層;風(fēng)化層厚度一般2~3m。巖體結(jié)構(gòu)較為破碎,節(jié)理發(fā)育、卸荷裂隙發(fā)育,層狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。沿坡體成折線形分布。

        2.3 滑動(dòng)帶特征

        通過地面工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆孔、探槽揭露,綜合確定陳家大院子滑坡滑帶為折線形。后緣及中部位置位于上覆第四系覆蓋物與基巖接觸界面,前緣部分沿臨空面從土體中剪出?;瑤翈r性主要為粉質(zhì)粘土,結(jié)構(gòu)較為完整,風(fēng)化較嚴(yán)重,呈黃色-黃褐色;含礫石,礫石粒徑0.5~10cm,含量為8%~10%,分選性中等,磨圓度較差。厚度一般為16~20cm,埋深為1.2~10m。結(jié)構(gòu)比上層碎石土與崩坡積礫石層密實(shí),具有一定的粘結(jié)程度。在探槽開挖過程中有少量水向外滲出,透水性較好,土體較濕潤,呈可塑-軟塑狀,由于該土體長期處于飽水狀態(tài),故其土體強(qiáng)度較低[3]。

        2.4 滑坡體變形破壞特征

        五桂坪村4社陳家大院子滑坡于“5.12”大地震后開始有變形跡象,據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹从?,地震過后由于坡體失穩(wěn),山上曾有小塊碎石滑落。2009年8月雨季時(shí)期,坡體局部變形跡象開始有所加劇。

        經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn),滑坡后緣地表處由于地震破壞與坡體的滑動(dòng)變形的共同作用出現(xiàn)一條明顯的拉張裂縫;裂縫主要走向260°,由于裂縫表面覆蓋大量植被與第四系堆積物,故裂縫在地表呈不連續(xù)出露,總長度為140m,裂縫寬40cm,可見深度30~50cm。探槽揭露,裂縫只在第四系覆蓋物發(fā)育,未切割至基巖,其表面土體有錯(cuò)斷現(xiàn)象。

        在滑體靠近其中、后緣的位置發(fā)現(xiàn)由于坡體表層部分土體發(fā)生滑塌,土層表面生長的樹木隨著土層移動(dòng)而發(fā)生傾倒。其樹木傾倒方向與滑坡體滑動(dòng)方向基本一致。

        滑坡體前緣部分由于當(dāng)?shù)鼐用裨诖诵藿ň用癜仓命c(diǎn)與道路,不可避免的形成人工開挖邊坡,造成滑坡體臨空面發(fā)育。但因?yàn)槭?9年雨季過后開挖,降雨還未對(duì)該人工邊坡造成直接影響,故滑坡體還未發(fā)生整體滑動(dòng)變形。人工開挖邊坡高6~8m,長190m,坡度70°。在開挖過程中只有少量第四系覆蓋物滑落,滑坡體前緣剪出不強(qiáng)烈。

        圖3 滑坡1-1’工程地質(zhì)剖面圖

        3 滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        3.1 計(jì)算模型與工況

        此次穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工作選取滑坡體1—1/主剖面進(jìn)行計(jì)算(圖3、4)。根據(jù)布置在滑坡不同標(biāo)高坡地上的鉆孔、探槽揭露及地形地貌、破壞變形情況等,綜合確定陳家大院子滑坡具多級(jí)、多塊的特征,滑坡主剖面的滑面呈折線形,故采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。

        綜合分析陳家大院子滑坡巖土體特征及其可能承受的各種荷載,確定出此次穩(wěn)定性計(jì)算的3種計(jì)算工況及荷載組合[4],詳見表1。

        表1 陳家大院子滑坡穩(wěn)定性計(jì)算工況與荷載組合

        圖4 滑坡1-1’計(jì)算剖面圖

        3.2 計(jì)算方法與參數(shù)選取

        (1)計(jì)算方法

        采用野外與室內(nèi)綜合分析確定的滑動(dòng)面進(jìn)行計(jì)算。陳家大院子滑坡滑面均呈折線形,故穩(wěn)定性計(jì)算采用極限平衡法折線型滑動(dòng)面計(jì)算公式,剩余下滑力按傳遞系數(shù)法計(jì)算。

        (2)參數(shù)選取

        9) 越控。當(dāng)控制位置在集控臺(tái)時(shí),按下集控臺(tái)上的“越控”按鈕,取消遙控系統(tǒng)相關(guān)限制保護(hù)功能,同時(shí)向電噴控制系統(tǒng)發(fā)出越控指令。

        ①滑體土容重

        根據(jù)陳家大院子滑坡體物質(zhì)的分布特征,滑體物質(zhì)分布相對(duì)均勻,取室內(nèi)土工試驗(yàn)平均值成果,作為滑體天然重度、飽和重度值。天然狀態(tài)下滑體土重度為20.29kN/m3,飽和狀態(tài)下滑體土重度取值21.29kN/m3。

        ②滑動(dòng)帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值

        陳家大院子滑坡滑動(dòng)帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值采用試驗(yàn)、反演、經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的綜合分析方法確定[5]。反演分析采用基于滑坡推力法的單剖面強(qiáng)度參數(shù)反算方法進(jìn)行陳家大院子滑坡滑面強(qiáng)度參數(shù)的反演計(jì)算[6]。

        穩(wěn)定性宏觀判斷:目前,在天然狀態(tài)下,陳家大院子滑坡可視為處于固結(jié)階段,整體處于穩(wěn)定狀態(tài),實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)Fs大于1,可取1.15~2.00;在地震條件下坡體后緣位置出現(xiàn)拉張裂縫,但是坡體整體并無其它變形跡象,處于整體欠穩(wěn)定狀態(tài),實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)Fs介于1.00~1.02;在持續(xù)降雨條件下,陳家大院子滑坡發(fā)生了進(jìn)一步的蠕動(dòng)變形,后緣拉張裂縫有所發(fā)育,坡體表層部分土體出現(xiàn)滑塌,整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài),實(shí)際穩(wěn)定系數(shù)Fs大于1,可取1.00~1.05[7]。

        反演綜合分析:采用單剖面參數(shù)反演綜合分析方法確定滑動(dòng)帶土體強(qiáng)度參數(shù)。選取1—1/主剖面開挖坡腳之前的地形剖面作為反算剖面,采用飽和狀態(tài)來擬合持續(xù)降雨條件。由于滑帶土中顆粒含量較高(8%~10%)且未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大剪實(shí)驗(yàn),參照《滑坡工程勘查規(guī)范》及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn),其綜合取值時(shí)應(yīng)將室內(nèi)快剪實(shí)驗(yàn)得出的內(nèi)摩擦角乘以1.15~1.25的增大系數(shù)。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合確定滑坡滑動(dòng)帶土強(qiáng)度參數(shù)見表2。

        表2 滑動(dòng)帶土計(jì)算參數(shù)綜合取值表

        3.3 穩(wěn)定性計(jì)算與結(jié)果評(píng)述

        對(duì)陳家大院子滑坡的1-1/剖面進(jìn)行條塊劃分,按折線型不平衡傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表3。

        表3 陳家大院子滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

        在天然狀態(tài)時(shí):陳家大院子滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.46~1.47,處于穩(wěn)定狀態(tài),這與陳家大院子滑坡在天然狀態(tài)下未發(fā)生滑動(dòng)相一致;

        在持續(xù)降雨工況時(shí):陳家大院子滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.01,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),這與2009年雨季期間滑坡局部發(fā)育拉張裂縫、表層部分土體發(fā)生小面積滑塌等變形,但坡體整體并未發(fā)生滑動(dòng)變形相一致;

        在天然+地震工況時(shí):陳家大院子滑坡穩(wěn)定系數(shù)1.00~1.01,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),這與“汶川5.12地震”時(shí)坡體未產(chǎn)生整體變形跡象相一致[8]。

        3.4 滑坡推力計(jì)算與結(jié)果評(píng)述

        陳家大院子滑坡的防治安全等級(jí)為Ⅲ級(jí),其安全系數(shù)在自然工況下取1.15,持續(xù)降雨工況下取1.05,地震工況下取1.02。利用傳遞系數(shù)法計(jì)算各種工況下剩余下滑力,結(jié)果見表4、5、6。

        由推力計(jì)算表可見,在天然工況下,陳家大院子滑坡整體穩(wěn)定性較好;地震工況下次之;在持續(xù)降雨條件下,斜坡滑動(dòng)變形的可能性較大。

        3.5 滑坡形成機(jī)理分析

        表4 1—1′剖面I(天然)工況剩余下滑力計(jì)算成果表

        表5 1—1′剖面2(暴雨)工況剩余下滑力計(jì)算成果表

        表6 1—1′剖面3(地震)工況剩余下滑力計(jì)算成果表

        陳家大院子滑坡屬于中型土質(zhì)牽引式土質(zhì)滑坡,自然狀態(tài)下處于整體穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨、地震等不利工況條件下可能發(fā)生滑動(dòng)變形跡象。分析影響其穩(wěn)定性的因素主要有以下5個(gè)方面[9][10]:

        (1)滑坡體由第四系崩坡積累與殘坡積含碎塊石土組成。滑坡區(qū)為單向斜坡,前緣具臨空面,地表水和后緣地下水的補(bǔ)給使得巖體層面上的土體軟化而強(qiáng)度降低。在自重、暴雨和人為因素的影響下,土體沿基伏界面滑動(dòng)形成牽引式的松散堆積層滑坡。

        (2)降雨對(duì)滑坡的影響?;聟^(qū)雨季水量較大,雨量充沛,持續(xù)時(shí)間較長,歷年月最大降雨量為518mm。雨水入滲使斜坡土層潮濕軟化,致使斜坡土體的抗剪強(qiáng)度降低,靜水壓力、動(dòng)水壓力增大,是激發(fā)滑坡的主要因素。

        (3)坡體植被破壞對(duì)滑坡體的影響。當(dāng)?shù)卮迕穹ツ驹旆?,致使滑坡體上絕大多數(shù)樹木被砍伐,雨季時(shí)期由于少了森林對(duì)降水的吸收,雨水直接沿坡面形成徑流沖刷坡面,并且滲入至坡體內(nèi)部使得坡體土層軟化,抗剪強(qiáng)度降低。

        (4)由于居民建筑房屋而在滑體前緣開挖形成臨空面,使得土體強(qiáng)度降低,應(yīng)力卸荷,坡體前部支撐力降低,形成牽引式滑坡。

        (5)“5.12”地震過程中,強(qiáng)大的地殼運(yùn)動(dòng)為區(qū)內(nèi)坡體變形的發(fā)生提供了外部動(dòng)力,在原有土體結(jié)構(gòu)松散的條件下,直接誘發(fā)了滑坡的發(fā)生。

        4 結(jié)論

        (1)陳家大院子滑坡2008年“5.12”地震后開始出現(xiàn)變形跡象,滑坡后緣土體出現(xiàn)拉張裂縫,2009年6~9月雨季期間,在連續(xù)降雨情況下坡體發(fā)生蠕滑變形,坡體上樹木發(fā)生傾倒變形,部分土體發(fā)生滑塌,坡體后部拉張裂隙繼續(xù)發(fā)育。

        (2)誘發(fā)陳家大院子滑坡的主要因素是地震、連續(xù)降雨和坡體下方的開挖坡腳等人類活動(dòng)。雖然目前滑坡并未出現(xiàn)明顯的滑動(dòng)變形跡象但應(yīng)做好防范措施,以防滑坡對(duì)坡下居民人生及財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅。

        (3)根據(jù)陳家大院子滑坡其穩(wěn)定性分析得知,陳家大院子滑坡在天然自重情況下處于穩(wěn)定狀態(tài);在自重+持續(xù)降雨條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在自重+地震條件下欠穩(wěn)定。建議盡快采取治理措施,設(shè)計(jì)工況為自重+持續(xù)降雨條件下[12]。

        [1]北京市地質(zhì)研究所.陳家大院子滑坡勘察設(shè)計(jì)書[R].2010.

        [2]許強(qiáng),黃潤秋.5.12汶川大地震誘發(fā)大型崩滑災(zāi)害動(dòng)力特征初探[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,16(6):.721~729.

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        [4]中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T.0218-2006)[S].2006

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