梁利紅

(廣東省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊,廣東 惠州 516008)

廣東省豐順縣某滑坡成因及穩(wěn)定性分析

梁利紅

(廣東省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊,廣東 惠州 516008)

廣東省豐順縣某滑坡屬于中層大型土質(zhì)滑坡,通過現(xiàn)場工程地質(zhì)勘察,揭示滑坡地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造特征,分析滑坡的形成條件及成因機制。通過室內(nèi)試驗及參數(shù)反演,確定滑坡穩(wěn)定性計算的參數(shù)取值,并采用Janbu條分法對滑坡穩(wěn)定性進行計算。結(jié)果表明滑坡天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合對滑坡發(fā)展趨勢及危害性預(yù)測分析和治理費用估算,建議對滑坡災(zāi)害威脅區(qū)域村民進行搬遷避讓,以確保人民生命財產(chǎn)安全。

滑坡;形成條件;成因機制;穩(wěn)定性分析

近幾個世紀以來,滑坡災(zāi)害一直是危害人們生命財產(chǎn)和工程建設(shè)安全的主要自然災(zāi)害之一[1-2]?；碌姆€(wěn)定性研究顯得尤為重要,在對滑坡地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、基本特征查清的基礎(chǔ)上,探明滑坡形成條件及成因機制并選擇較為合理的評價方法是評判滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵[3-4]。對于中大型土質(zhì)滑坡,在工程建設(shè)領(lǐng)域,對其穩(wěn)定性分析采用較多的是Janbu條分法,其考慮了各條塊間的靜力平衡水平和垂直作用力,同時考慮條塊力矩平衡,是一種比較嚴格和嚴謹?shù)姆治龇椒?求算結(jié)果相對精確[5]。

本文中廣東省豐順縣某滑坡查明屬于中層大型土質(zhì)滑坡。2013年8月14日,受強臺風“尤特”持續(xù)強降雨影響,滑坡中上部坡體出現(xiàn)蠕動,造成村民房屋墻體開裂(圖1),村內(nèi)道路起拱,給當?shù)卮迕竦纳a(chǎn)和生活帶來嚴重影響,對村民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅,潛在安全隱患特別突出,經(jīng)濟損失巨大。對該滑坡進行穩(wěn)定性評價分析、發(fā)展趨勢及危害性預(yù)測,并提出應(yīng)對措施迫在眉睫。

1 地質(zhì)背景概況

滑坡區(qū)屬低山—丘陵地貌,海拔高程140～512 m。滑坡位于一坡向45°～110°斜坡中下部,斜坡前緣與河流呈陡坎相接,斜坡自然坡度25°～35°,下部較緩,坡度10°～20°,分布有多級寬緩不一的平臺,為當?shù)卮迕?約140戶463人)主要居住與耕植區(qū),中上部見有水流溝渠引入水流用作稻田灌溉。不同成因的第四系松散土體廣泛分布于坡體表部,巖性主要為淤泥質(zhì)粘土、粉土和砂質(zhì)粘性土,厚7.30～34.50 m。坡體北西側(cè)見有少量褐紅色—花斑色花崗巖風化巖體,完整性較差?；聟^(qū)地下水主要為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水,水量豐乏不一。區(qū)域內(nèi)地下水位動態(tài)變化具季節(jié)性特點,雨季地下水位明顯上升,旱季地下水位回落下降,年變化幅度為2.0～5.0 m。

圖1 滑坡中上部蠕動變形造成房屋墻體開裂Fig.1 Wall cracking caused by creep deformation of middle-upper part of landslide

2 滑坡基本特征

2.1 形態(tài)特征

滑坡形態(tài)較為清晰,邊界明顯?；缕矫娲篌w呈“長舌”狀,后緣具明顯的圈椅狀地貌,形成微呈弧形展布、高3～8 m、坡度30°～50°的座滑陡坎?；麦w中部分布有多級大小不一的平臺,為當?shù)卮迕裰饕幼∨c耕植區(qū)。滑坡前緣寬約350 m,受水流沖刷侵蝕多呈臨河陡坎,局部可見滑坡鼓丘?；略跈M向呈現(xiàn)南高北低、南陡北緩的特點,滑體內(nèi)發(fā)育有數(shù)條縱向深切“V”字形沖溝,為滑坡區(qū)地表水主要外排通道。

工程地質(zhì)勘察表明,滑坡剖面呈上陡下緩的多級階梯狀,整體坡度約15°～20°,局部陡坡段達30°～50°。滑體厚度與地形具有一定相關(guān)性,在縱向上也有一定的變化,中部階梯狀陡坎分布區(qū)滑坡體厚度較小,為6～9 m,上部和下部厚度為13～20 m(見圖2)?；螺S長約820 m,最大寬度368 m,平均厚度13.7 m,滑坡體平面面積約22.12×104m2,體積約301.72×104m3,整體坡度約15°～20°,滑坡主滑動方向45°,屬于中層大型土質(zhì)滑坡?；碌湫偷刭|(zhì)剖面圖如圖2所示。

圖2 滑坡工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Landslide engineering geological profile1.第四系坡積層;2.第四系殘積層;3.含碎石粉質(zhì)粘土;4.砂質(zhì)粘性土;5.花崗巖;6.地層界線;7.滑動面;8.地下水。

2.2 變形特征

滑坡變形主要表現(xiàn)為中上部坡體出現(xiàn)拉裂塌滑地面下沉及前緣鼓丘裂縫。中部村級公路路面裂縫表現(xiàn)最明顯、最集中,多條張拉裂縫,延伸方向約300°,剪切裂縫垂直公路,直接造成公路錯位,錯位距離達10 cm,裂縫長達數(shù)十米。坡體上房屋大多出現(xiàn)了墻體開裂和地面下沉,裂縫寬約2～10 cm。滑坡前緣發(fā)育扇形鼓丘裂縫,裂縫寬約3～10 cm,長約1～2 m,深度約30～50 cm,鼓脹凸起部分土質(zhì)松散,局部臨河陡坎發(fā)生小規(guī)模坍滑。

2.3 組成物質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征

2.3.1 滑坡體

滑坡體物質(zhì)組成和物質(zhì)來源自上而下分別為:地表耕植土,坡積含碎石粉質(zhì)粘土,殘積砂質(zhì)粘性土。其中坡積含碎石粉質(zhì)粘土為滑坡體主要組成物質(zhì),呈可塑—硬塑,碎石含量為10%～30%,粒徑一般為2～10 cm,呈棱角或次棱角狀?；麦w內(nèi)還分布有較多塊石,呈棱角狀,雜亂堆積,時有架空現(xiàn)象,粒徑一般在20～50 cm,最大達300 cm,均不同程度被鈣化或覆有鐵鈣質(zhì)薄膜,光澤暗淡。

2.3.2 滑動帶

滑坡滑動帶主要位于坡積含碎石粉質(zhì)粘土與下伏殘積砂質(zhì)粘性土接觸帶。滑帶土為含碎石粉質(zhì)粘土,紅褐色—黃褐色,稍濕,軟塑—可塑,碎石呈次棱角或半圓形,含量較滑坡體明顯減少,粒徑明顯變小,片狀碎石擠壓平躺,具有定性排列特征,該層的厚度一般較薄,10～50 cm左右?；瑤A向近北東,后部較陡,坡度為15°～20°,中部至前緣整體坡度為8°～12°,整體坡度約11°,與下伏砂質(zhì)粘性土接觸面光滑。在縱向上滑帶總體呈折線形,與下伏殘積砂質(zhì)粘性土頂面基本平行,指向方向約為45°,最低高程為140 m。

2.3.3 滑床

滑床主要為燕山期花崗巖風化而成的殘積砂質(zhì)粘性土,巖土力學性質(zhì)較差,透水性一般,手搓易碎散、浸水易崩解,遇水土體的抗剪強度會明顯降低,與上覆坡積含碎石粉質(zhì)粘土的接觸面含水量較大,大多呈可塑狀態(tài)。

3 影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素

3.1 滑坡形成條件

(1) 滑坡主要位于丘陵斜坡谷地區(qū)域,斜坡土體以坡積含碎石粉質(zhì)粘土和殘積砂質(zhì)粘性土為主,受地形地貌、土體性質(zhì)和地下水作用的控制,導致滑坡體內(nèi)巖土體性質(zhì)差異明顯。使得坡積土體碎塊石含量、粒徑極不均勻,易使地表水體滲入,形成上層滯水,增加滑體重度。

(2) 燕山第三期黑云母花崗巖風化產(chǎn)物為滑床主要組成物質(zhì),受母巖物質(zhì)成分和后期風化的影響,導致花崗巖原地風化劇烈,遇水易軟化,在長期遭受地下水浸泡造成該層頂面土體物理力學強度降低,形成隔水層,對滑坡的穩(wěn)定不利。

(3) 滑坡前緣大多位于河流或沖溝邊,受水流的沖刷導致滑坡前緣形成深切“V”型沖溝,為滑坡形成和位移提供了臨空面。

(4) 水的作用是誘發(fā)滑坡變形的因素?；聟^(qū)主要位于斜坡溝谷,為雨水匯集區(qū),滑坡體上村民生產(chǎn)以耕種水稻田為主,使坡面長期蓄存地表水,洪雨季節(jié)降雨量大并集中,雨水和地表水的下滲,不僅降低了土體的抗剪強度,而且還增加了滑體重度。

(5) 變形強烈地段集中于公路及兩側(cè),說明公路修建、房屋建設(shè)、稻田耕種不斷改變地質(zhì)環(huán)境,破壞原有平衡條件,激發(fā)滑坡體復(fù)活。

3.2 滑坡成因機制

滑坡前緣處于對面鋪山前河流沖積階地,前緣土體不斷被河水沖刷,在人類活動、雨水等共同作用下導致滑坡前緣土體失穩(wěn)產(chǎn)生滑動。后緣位于公路附近產(chǎn)生了較多的拉張裂縫,促使地表水或洪雨季節(jié)雨水進入滑坡土體,增大土體自重,降低土體抗剪強度?；不◢弾r風化而成的砂質(zhì)粘性土為遇水易軟化的特殊性土體,滑坡體中前部至后緣,坡面水體面積非常廣,增大了地表水體下滲面積,后緣形成的滑坡洼地被改造為池塘,長年蓄水,蓄存了地表水體。洪雨季節(jié),地表水和地下水徑流量增強,水量增大,坡體飽水后土體強度急劇降低,下伏殘積土層遇水軟化,從而產(chǎn)生軟弱界面,導致滑坡沿坡積層和殘積層界面發(fā)生滑動。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡穩(wěn)定性計算

4.1.1 計算方法和模型

根據(jù)Janbu法,土坡滑動一般情況下坡面是任意的,坡面上作用荷載,在坡體的兩側(cè)作用有側(cè)向推力Ea和Eb,剪力Ta和Tb,滑裂面也是任意的。土條間作用力的合力作用點連線稱為推力線。在土坡斷面中任取一土條,其上作用有集中荷載ΔP,ΔQ及均布荷載q,ΔWr為土條自重力,τf為條塊抗剪強度,c′為有效應(yīng)力的粘聚力,α為條塊底部夾角。土條兩側(cè)作用有土條條間力E、T及E+ΔE、T+ΔT,滑裂面上的作用力ΔS和ΔN。

其推導穩(wěn)定性系數(shù)Fs計算式為:

然后運用迭代法進行相應(yīng)穩(wěn)定性系數(shù)的計算。

本文在用Janbu法計算穩(wěn)定性系數(shù)時,使用理正巖土邊坡穩(wěn)定性分析系統(tǒng),其在實際工程案例具體運用時,進一步簡化,采用以下公式計算:

式中:K為整個滑體剩余下滑力計算的安全系數(shù);b為單個土條的寬度(m);W為條塊重力(kN),浸潤線以上取重度,以下取飽和重度;θ為條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角(°);Hi、Hi+1為作用條塊側(cè)面的切向力(kN);C、φ為土的抗剪強度指標,采用有效應(yīng)力法時,取有效應(yīng)力指標。

4.1.2 計算工況的確定

滑坡體整體體積較大,地面荷載為當?shù)鼐用窬幼》课?大多為一層磚房,對滑坡體影響較小,計算工況時不考慮房屋引起的地面附加荷載;勘查區(qū)屬于地震基本烈度Ⅵ度區(qū),不考慮地震荷載,此次計算主要考慮連續(xù)強降雨對于滑坡穩(wěn)定性的影響。計算工況采用如下組合:

工況一 自重+天然狀態(tài);

工況二 自重+暴雨(連續(xù)降雨)。

4.1.3 計算參數(shù)的確定

(1) 室內(nèi)試驗。根據(jù)勘查區(qū)巖土層力學性質(zhì)對比分析,室內(nèi)試驗物取得勘查區(qū)內(nèi)滑坡體物理模型的力學指標,如表1所示。通過室內(nèi)試驗及工程經(jīng)驗類比建議其天然重度取18.5 kN/m3,飽和重度取19.8 kN/m3。

該滑坡屬老滑坡,滑坡體已形成固有滑動面,且滑坡體正處于整體變形—滑動狀態(tài),根據(jù)土工試驗選用反復(fù)直剪(殘余)強度,另結(jié)合經(jīng)驗給定滑動面天然狀態(tài)下抗剪強度C值為17.1 kPa。

(2) 物理力學參數(shù)的確定。根據(jù)表1實驗數(shù)據(jù),采用天然狀態(tài)下反復(fù)直剪(殘余)強度并結(jié)合經(jīng)驗綜合考慮選取C=12～29 kPa,φ=7°～13°進行敏感性分析。確定穩(wěn)定系數(shù)k與抗剪強度參數(shù)(C、φ)的關(guān)系,找出k隨內(nèi)聚力C及內(nèi)摩擦角φ變化的敏感程度,具體見滑面抗剪強度對滑坡穩(wěn)定系數(shù)影響敏感性分析(表2)。

表1 滑坡土體力學性質(zhì)指標統(tǒng)計表Table 1 Statistics of soil body mechanical properties of landslide

表2 滑面抗剪強度對滑坡穩(wěn)定系數(shù)影響敏感性分析表Table 2 Sensitivity analysis on the influence of shear strength of slide surface on landslide stability coefficient

通過對比分析,在φ值不變的情況下,C值每增加(或減少)1 kPa,F值可增加(或減少)0.021～0.022,在C值不變的情況下,φ值每增加(或減少)1°,F值可增加(或減少)0.059～0.060。φ值的變化對滑坡穩(wěn)定性影響比C值大,φ值對滑坡穩(wěn)定性敏感程度比C值對滑坡穩(wěn)定性敏感程度高,同時也表明強降雨(降雨影響土體C、φ)對滑坡穩(wěn)定性影響明顯。

表2中,令此天然狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)為1,反演得到滑帶土天然狀態(tài)下φ=10.8°,C=17.1 kPa。

綜上所述,在室內(nèi)試驗、工程經(jīng)驗及參數(shù)反演分析的基礎(chǔ)上,提出該滑坡穩(wěn)定性參數(shù)建議值如表3所示。

表3 滑坡穩(wěn)定性計算主要物理力學參數(shù)建議值Table 3 Main physical and mechanical suggested parameters of landslide stability calculation

4.1.4 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果分析

通過上述計算模式、計算方法、計算工況所取得的計算參數(shù),對勘查區(qū)各滑坡穩(wěn)定性進行了計算,計算采用理正6.5巖土計算軟件,在計算的過程中考慮地下水的滲水壓力的作用,該滑坡地質(zhì)災(zāi)害危害性等級為一級,滑坡剩余下滑力安全系數(shù)取1.3,計算結(jié)果見表4。

表4 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表Table 4 Results of landslide stability calculation

4.2 滑坡穩(wěn)定性綜合評價

4.2.1 滑坡穩(wěn)定性評價

本工程滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分主要根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218—2006)[6]規(guī)定,其詳細說明見表5。

表5 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分Table 5 Division of landslide stable states

注:Fs為滑坡穩(wěn)定系數(shù)。

據(jù)滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果,該滑坡整體在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。需采取相應(yīng)措施,避免滑坡災(zāi)害發(fā)生造成重大人員經(jīng)濟損失。

4.2.2 滑坡發(fā)展趨勢及危害性預(yù)測

滑坡位于山體斜坡處,中后部坡度陡峭,第四系坡積含碎石粉質(zhì)粘土較厚,易出現(xiàn)飽水狀況,導致土體抗剪強度降低?；麦w中部房屋墻體開裂嚴重,水泥公路下沉、開裂、錯位不斷加劇,坡體上稻田、池塘漏水嚴重等特征表明該滑坡當前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。坡體表面稻田、滑坡洼地分布范圍廣,蓄水量大,增加了地表水下滲量,如遇較長期降雨,使表層含碎石粉質(zhì)粘土處于飽水狀態(tài),滲入滑坡巖土體的滲流量增大,滑床砂質(zhì)粘性土遇水軟化,動水壓力增大,抗剪強度降低,容易引發(fā)更大范圍的滑坡或沿殘積層內(nèi)部的深層滑動。人類工程活動等不利因素(取土、開墾、砍伐)都有可能誘發(fā)該滑坡的活動,甚至產(chǎn)生更大規(guī)模的滑坡。

5 結(jié)論及建議

(1) 廣東省豐順縣某滑坡為中層大型土質(zhì)滑坡,天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),暴雨(連續(xù)降雨)條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài),需采取相應(yīng)應(yīng)對措施。

(2) 滑坡災(zāi)害危及滑坡體上房屋約140戶,人口約463人,潛在經(jīng)濟損失約3 300萬元,其危險性極大。

(3) 對滑坡體的邊界及外圍建立完善地表排水系統(tǒng),通過排水溝將地表水引向滑坡體外圍,減少地表水下滲。

(4) 因滑坡面積大,治理資金耗資大,對比治理費用與社會經(jīng)濟收益,建議對滑坡區(qū)村民搬遷避讓。

(5) 加強滑坡監(jiān)測,采用雨量監(jiān)測、激光表面位移監(jiān)測、土壤含水率監(jiān)測及深部測斜監(jiān)測相結(jié)合,在滑坡隱患未被消除或搬遷避讓措施未實施之前應(yīng)進行監(jiān)測,建立聯(lián)動預(yù)警機制。

[1] 唐輝明.工程地質(zhì)學基礎(chǔ)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008:102-122.

[2] 劉紅丹,毛朝亮,關(guān)永平.邊坡穩(wěn)定性分析方法及數(shù)值模擬[J].水利與建筑工程學報,2010,8(3):101-102.

[3] 李會中,段偉鋒,王團樂.金沙江烏東德水電站金坪子滑坡成因機制分析與穩(wěn)定性評價[J].資源環(huán)境與工程,2005,19(4):293-301.

[4] 張水生.山西某露天煤礦邊坡滑坡成因及變形機理分析[J].資源環(huán)境與工程,2008,22(1):51-55.

[5] 吳西臣,徐楊青.平朔露天礦某黃土邊坡滑坡成因機理分析[J].資源環(huán)境與工程,2011,25(3):236-240.

[6] 中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范:DZ/T0218—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

(責任編輯：陳姣霞)

Mechanism and Stability Analysis of a Landslide in Fengshun County,Guangdong Province

LIANG Lihong

(TheSeventhGeologicalBrigadeofGuangdongGeologicalBureau,Huizhou,Guangdong516008)

A landslide in Fengshun County,Guangdong Province,belongs to a large scale middle soil landslide. Through field engineering geological investigation,it reveals the stratum lithology and geological structure characteristics of landslide,the author analyses its forming conditions and genetic mechanism. Based on the laboratory test and parametric inversion,it determines the parameter selection of landslide stability calculation,moreover,the author calculates the landslide stability adopted by Janbu slices method.The results show the landslide is in understable state under natural condition,in unstable state under heavy rain condition. Combining the development tendency,hazard prediction analysis and governance cost estimation of landslide,it is suggested that villagers living in landslide hazard area should move to make sure their life and property security.

landslide; forming conditions; genetic mechanism; stability analysis

2017-01-15;改回日期:2017-03-31

梁利紅(1981-),男,工程師,地質(zhì)工程專業(yè),從事地質(zhì)災(zāi)害治理工作。E-mail:416382973@qq.com

P694

A

1671-1211(2017)03-0330-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.019

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170517.1030.002.html 數(shù)字出版日期:2017-05-17 10:30