楊 濤
(1.西北大學地質(zhì)學系,陜西 西安 710069;2.河北地質(zhì)大學,河北 石家莊 050031)
青島嶗山區(qū)青山滑坡地質(zhì)災害穩(wěn)定性評價
楊 濤1,2
(1.西北大學地質(zhì)學系,陜西 西安 710069;2.河北地質(zhì)大學,河北 石家莊 050031)
青島嶗山區(qū)是我國著名的濱海風景名勝區(qū)和5A級景區(qū),青島嶗山地區(qū)滑坡地質(zhì)災害頻繁發(fā)生。近年來,隨著資源開發(fā)和工程建設活動的加劇,以及極端氣象條件的不斷出現(xiàn),使滑坡地質(zhì)災害發(fā)生頻率有所增高。選取青山滑坡為典型地質(zhì)災害地段,滑坡體土質(zhì)松散,下部有堅硬花崗巖,坡體穩(wěn)定性存在很大安全隱患。在分析青山滑坡所處地質(zhì)環(huán)境的基礎上,研究誘發(fā)滑坡的主要因素降雨和人類工程活動,從這兩方面闡述對滑坡發(fā)生的機理,采用極限平衡法中的傳遞系數(shù)法,通過計算分析得到穩(wěn)定性系數(shù),實現(xiàn)了青山滑坡的穩(wěn)定性評價。
滑坡;穩(wěn)定性評價;極限平衡法
1.1 發(fā)育特征
青山滑坡位于嶗山王哥莊街辦212省道沿線的青山村,滑坡體高約30 m,長度約120 m,平均厚度4.9 m,屬于小型滑坡?;麦w中有212省道穿過,滑坡體主體位于省道北側(cè)?;麦w土質(zhì)較松散,其下部為堅硬花崗巖。災害發(fā)生后,上部仍有局部滑塌現(xiàn)象,穩(wěn)定性較差;其西南方向約100 m處存在一處災害隱患,已有明顯的滑動變形跡象,存在著很大的安全隱患。
1.2 危害情況
滑坡發(fā)生時,滑坡體下方公路損毀,路面和路基均被破壞,長度約178 m,造成交通中斷;滑坡體西南方向約100 m處的災害隱患體,導致公路路面出現(xiàn)2~25 cm寬的裂縫,并有多處局部錯斷和下陷現(xiàn)象?;瑒拥膸r土體先將公路側(cè)的電線桿沖倒,然后在高壓電線和鋼筋的拉動下,滑坡體兩側(cè)的電線桿隨之斷裂倒地,造成青山村全村斷電,影響了村民的日常生活。滑坡體正下方?jīng)]有民房存在,因此,滑坡僅造成了局部破壞和較小的損失。
滑坡災害還導致其后壁、側(cè)壁等產(chǎn)生多處危巖體,大多數(shù)危巖體前方已懸空,若再次遇到強降雨天氣,發(fā)生滑塌的可能性很大,因此,迫切需要開展滑坡災害治理工程。
2.1 地形地貌
在大地構(gòu)造上,嶗山區(qū)處于膠南隆起北端,屬中低山丘陡區(qū),境內(nèi)層巒迭障、山勢陡峻、溝壑縱橫、地形復雜。以嶗山山脈為軸心,中間高、東西兩側(cè)低,自東向西按 16%~2%坡率遞降。
嶗山區(qū)地貌按成因類型可分為構(gòu)造剝蝕地貌、剝蝕-堆積地貌和堆積地貌三種類型,三者在高度上依次呈階梯狀,地貌形態(tài)類型有中低山-丘陵-濱海平原及山間谷地。河床兩側(cè)階地高一般在 2~4 m 之間,河流沖洪積物厚度一般小于10 m,個別地段可達20 m,具雙層結(jié)構(gòu)。
2.2 地層巖性
坡面覆蓋的松散堆積物黃褐色,主要為砂質(zhì)土夾碎石,自坡腳向上,厚度變薄,頂部趨于消失。出露巖石為花崗巖,淺紅色,呈塊狀。
2.3 地質(zhì)構(gòu)造
嶗山區(qū)區(qū)域地層除第四系松散地層以外,主要為中生代白堊紀青山群(kq)地層,從老至新依次為元古界變質(zhì)巖、中生界白堊系碎屑巖和新生界第四系松散堆積物。在大地構(gòu)造上,處于華南板塊與華北板塊的碰撞帶,膠南—文威造山帶日照隆斷東北部,屬魯東隆起和膠萊坳斷兩個III級構(gòu)造單元,區(qū)域構(gòu)造線以北東向為主,次為北西向,主要構(gòu)造形跡為韌性剪切帶和脆性斷裂構(gòu)造。
2.4 水文地質(zhì)
地下水主要接受大氣降水補給。大氣降水沿裂隙滲入地下,在溝谷底部匯集并向地下流動。
圖1 地質(zhì)災害現(xiàn)場(公路損毀、供電系統(tǒng)及車輛損壞)
3.1 氣象降雨
氣象降雨是滑坡地質(zhì)災害發(fā)生的主要致災因素。嶗山地區(qū)降水量的時間分布極不均勻,主要集中在6~9月,占全年降水量的65%~80%。根據(jù)以往嶗山地區(qū)地質(zhì)災害所發(fā)生的時間及災害點情況,結(jié)合青島市氣象局提供的降雨量資料,分析得出:日降雨量在75~150 mm內(nèi),地質(zhì)條件較差、容易發(fā)生變形破壞的地段被大氣降雨因子引發(fā)而發(fā)生地質(zhì)災害;而日降雨量大于150 mm時,地質(zhì)條件相對較好、斜坡穩(wěn)定性也相對較好的區(qū)域也極可能引發(fā)地質(zhì)災害。
發(fā)生滑坡當天的降水非常大,達到126.3 mm;前3天的降水量為零;前10天中只有一天降大雨且雨量為51.5 mm,有一天降小雨,其它幾天降雨量為零。災害發(fā)生的主要原因是當日降特大暴雨(見圖2)。
圖2 災前10天降雨量曲線圖
3.2 人類工程活動
嶗山風景區(qū)的開發(fā)、頻繁的工程活動對地質(zhì)環(huán)境的破壞是滑坡地質(zhì)災害及隱患形成的不可忽視的重要因素。從已發(fā)生的災害來看,有的是直接由人類的工程活動所造成,有的則是人類工程活動引發(fā)的次生地質(zhì)災害。
(1)山區(qū)公路施工建設,開挖路基形成不穩(wěn)定斜坡,劈山、放炮等活動強烈振動,更使山坡巖土體受振而松動,這成為滑坡地質(zhì)災害的引發(fā)因素。
(2)削坡建房工程,除使斜坡巖土體振動外,還形成人工陡邊坡,且興建的房屋及堆渣、棄渣、填土等給斜坡增加荷載,導致斜坡支撐不了過大的重量,失去平衡而引發(fā)災害。
(3)無序開發(fā)梯田,既沒有統(tǒng)一規(guī)劃,也沒有統(tǒng)一配套集中排水設施;不僅破壞了原有植被,而且在降水強度較大、地表徑流大的情況下,雨水更易蓄積、浸潤、軟化巖土體,加大了巖土體中的靜水壓力和動水壓力,對下一級梯田造成沖擊,形成從上而下的連鎖反應,導致滑坡災害的發(fā)生。
(4)嶗山石材的開采,破壞了山體、植被,同時不合理的堆置礦渣、尾礦等,也極易引發(fā)地質(zhì)災害。
3.3 災害發(fā)生機理
青山滑坡地質(zhì)災害發(fā)生的機理有兩方面,一方面是內(nèi)因,另一方面是外因。邊坡穩(wěn)定性差,滑坡面堆積物滲透性能好,暴露地表,在長期降水作用下,使滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。人類工程活動進一步降低了邊坡穩(wěn)定性,如資源開發(fā)、人工開挖邊坡以及斜坡上部加載,增大了滑體的下滑力,減小斜坡的支撐力。在強降雨條件下,原有的力學平衡狀態(tài)遭到破壞,最終導致滑坡發(fā)生。
邊坡穩(wěn)定性是指邊坡的巖土體在一定條件下的穩(wěn)定程度,是滑坡地質(zhì)災害發(fā)生的主控因素,采用極限平衡法中的傳遞系數(shù)法進行計算。該計算結(jié)果將作為滑坡危險性評價和地質(zhì)災害治理工程設計的重要依據(jù)[1-4]。
4.1 參數(shù)確定
根據(jù)滑坡點的邊坡坡形,回填土為粘性雜填土,取參數(shù)值:
γ=14.58 kN/m3;c=31.7 kPa;φ=14.17°。
滑坡體高度為27.96 m,長度為160 m。
4.2 滑坡推力計算方法
滑坡推力按折線型計算,計算公式為:
Fn=Fn-1ψ+KtGnt-GnntgΦn -cnLn
ψ=cos(βn-1-βn)-sin(βn-1-βn)tgΦn
式中:Fn、Fn-1為第n塊、第n-1塊滑體的剩余下滑力;ψ為傳遞系數(shù);Kt為滑坡推力安全系數(shù);Gnt、Gnn為第n塊滑體自重沿滑動面、垂直滑動面的分力;Φn為第n塊滑體沿滑動面土的內(nèi)摩擦角標準值;cn為第n塊滑體沿滑動面土的粘聚力標準值;Ln為第n塊滑體沿滑動面的長度。
根據(jù)受災對象等級確定原則,滑坡體下方受威脅人數(shù)約150人,按地質(zhì)災害損失分級標準屬二級,因此確定滑坡推力安全系數(shù)K為1.15。
4.3 計算結(jié)果
由于災害點坡體長度小、坡度變化不大,將其分成5個塊段進行計算(見表1)。
表1 邊坡剩余推力計算結(jié)果
各塊段剩余下推力:
第 1 塊剩余下推力69 984.90 KN;
第 2 塊剩余下推力46 221.64 KN;
第 3 塊剩余下推力49 696.88 KN;
第 4 塊剩余下推力42 045.45 KN;
第 5 塊剩余下推力37 967.54 KN。
4.4 穩(wěn)定安全系數(shù)驗算
根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)中關(guān)于滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)的計算公式:
ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanΦi+1
Ri=NitanΦni+1+ciLi
式中:Fs為穩(wěn)定系數(shù);Ri為作用于第i塊段的抗滑力;Ti為作用于第i塊段滑動面上的滑動分力;Ni為第i塊段滑動面上的法向分力;θi為第i塊段滑動面與水平面的夾角;其余參數(shù)符號同前述推力計算公式。
滑坡穩(wěn)定性驗算參數(shù)取值參考表1中邊坡剩余推力計算結(jié)果的數(shù)據(jù),得安全系數(shù)0.94,小于該地區(qū)實際安全系數(shù)1.15(經(jīng)驗值)。
4.5 邊坡穩(wěn)定性評價
根據(jù)滑坡推力計算及穩(wěn)定性驗算結(jié)果,當滑動面取土層與基巖接觸面,對邊坡穩(wěn)定性評價如下:
滑坡體5個塊段的剩余推力均為正值,邊坡安全系數(shù)為0.94,小于1.15,說明滑坡穩(wěn)定性較差,該處滑坡體仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
根據(jù)青山滑坡地質(zhì)災害發(fā)生機理,外力因素可引發(fā)滑坡的發(fā)生,降雨尤其是大暴雨,使滑坡體在雨水的浸泡下易產(chǎn)生滑動。通過邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果可知,發(fā)生災害后的青山滑坡體仍不穩(wěn)定,再次發(fā)生災害的概率較大,存在著嚴重的安全隱患,對青山村居民及過往行人的生命財產(chǎn)安全造成很大的威脅,危害性大。因此,需要采取一定的加固和排水措施進行治理。
[1]陳國華.滑坡穩(wěn)定性評價方法對比研究[D].中國地質(zhì)大學.2006.
[2]謝濤.北川縣禹里鄉(xiāng)馬家坡滑坡穩(wěn)定性評價及治理工程設計[D].成都理工大學.2011.
[3]尹洪峰.奉節(jié)縣新城三馬山片區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價與治理工程設計[D].吉林大學.2005.
[4]謝兵.雙誼鄉(xiāng)滑坡穩(wěn)定性評價及治理工程優(yōu)化[D].西南交通大學.2010.
2016-10-17
河北省科技計劃項目(13275410);地科院水環(huán)所重點實驗室與試驗基地聯(lián)合開放基金
楊濤(1980-),女,山東招遠人,講師,主要從事地質(zhì)工程方面研究工作。
P694
B
1004-1184(2017)01-0146-02