賀建波，孫從露，徐 洪

(1.重慶市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站， 重慶 400015； 2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院， 重慶 400042；3.重慶市地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心， 重慶 400042)

碎屑巖順向巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性研究*

賀建波1，孫從露2,3，徐 洪2,3

(1.重慶市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站， 重慶 400015； 2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院， 重慶 400042；3.重慶市地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心， 重慶 400042)

在對(duì)基巖順向滑坡勘查、滑坡前穩(wěn)定性分析、坡體位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，采取措施對(duì)滑坡進(jìn)行工程治理，并對(duì)治理后的坡體穩(wěn)定性進(jìn)行校核，結(jié)果表明：(1)數(shù)值計(jì)算得出滑坡前坡體發(fā)生了較大位移，最大處135 m，坡體失穩(wěn)；(2)坡體表面和內(nèi)部布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示坡體中部位移最大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力隨著滑體的穩(wěn)定逐漸減小，監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算所得相符；(3)工程治理后，自然和飽和條件下，塑性區(qū)呈貫通狀，坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理效果良好。

順向滑坡；應(yīng)力監(jiān)測(cè)；工程治理；穩(wěn)定性

0 引 言

重慶地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，是我國(guó)滑坡災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，尤其三峽庫(kù)區(qū)重慶段，滑坡災(zāi)害嚴(yán)重。

庫(kù)區(qū)干流單側(cè)岸坡中順向岸坡占到總長(zhǎng)的40%[1]，三峽庫(kù)區(qū)支流單側(cè)岸坡中順向岸坡占總長(zhǎng)的31.2%[2]。劉光潤(rùn)分析統(tǒng)計(jì)大量調(diào)研資料后指出：就岸坡類(lèi)型而言，變形強(qiáng)度具有順向坡>逆向坡>切向坡的規(guī)律，1993年張年學(xué)等對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的順向滑坡做了較為系統(tǒng)的研究[3]。順層滑坡破壞能力較常規(guī)滑坡大，王尚慶對(duì)長(zhǎng)江庫(kù)區(qū)干流25個(gè)巨型、大型滑坡進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，順層巖質(zhì)滑坡16個(gè)，占64%[4]。與三峽庫(kù)區(qū)相比，重慶烏江流域地質(zhì)條件也相當(dāng)復(fù)雜，是重慶市地質(zhì)災(zāi)害重災(zāi)區(qū)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)2948處，主要包括滑坡、危巖崩塌、泥石流、地面塌陷等，其中滑坡2534處，危巖崩塌318處，兩者共占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的96.74%。1994年4月30日，發(fā)生在武隆境內(nèi)的雞冠嶺崩塌[5]，2001年5月1日發(fā)生的武隆“5·1”滑坡[6]，2009年6月5日，武隆雞尾山發(fā)生特大型巖質(zhì)順層滑坡，這些滑坡、崩塌造成巨大損失[7]。白云峰[8]對(duì)烏江下游滑坡發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了研究，張思遠(yuǎn)[9]研究了三峽庫(kù)區(qū)烏江流域順層滑坡形成機(jī)制及其穩(wěn)定性，指出灰?guī)r順層滑坡是該庫(kù)段最為常見(jiàn)的滑坡。本文以涪陵五中順向滑坡為例，研究烏江流域典型順向巖質(zhì)滑坡的破壞特點(diǎn)，為此岸段的基巖順向滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 工程概況

涪陵五中滑坡位于涪陵區(qū)天子殿居委三社，前緣高程246.00～256.00 m，后緣高程357.00～362.00 m。沿319國(guó)道長(zhǎng)約390 m，東西平均寬約180 m，面積7.02×104m2，為中層大型順層巖質(zhì)滑坡，滑坡(見(jiàn)圖1)?；挛挥谥貞c臺(tái)坳的萬(wàn)州凹褶束的箐口背斜東翼、珍溪場(chǎng)向斜的西翼，略靠近背斜一側(cè)。巖層呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀為83°～88°∠18°～30°，巖層傾角在區(qū)內(nèi)東側(cè)原斜坡坡腳一帶較平緩，一般為18°～20°，3組構(gòu)造裂隙將巖體切割成碎塊狀，形成層狀碎裂巖體結(jié)構(gòu)[10]。地形坡角與巖層傾角基本相等，組成斜坡巖體為軟硬相間的侏羅系中下統(tǒng)珍珠沖組、自流井組薄層泥巖、頁(yè)巖及厚層砂巖、泥質(zhì)砂巖間互層。軟硬相間的地層巖性為此順層滑坡的發(fā)生提供了良好的物質(zhì)條件。

根據(jù)地表測(cè)繪及勘探揭示，滑體土由灰黃色、褐灰色碎塊石及粉質(zhì)粘土組成，物質(zhì)組成大致成層。由于應(yīng)急搶險(xiǎn)施工，滑體上的滑坡特征已被破壞。碎塊石成份為灰黃色、黃色、灰白色及灰黑色砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖及紫紅色泥巖，粒徑一般為2～40 cm，少數(shù)可達(dá)1.5 m以上，總體含量約80%～95%，粉質(zhì)粘土充填。塊石間時(shí)有架空現(xiàn)象，土與塊石呈分離狀。

圖1 滑坡平面

2 數(shù)值分析

在滑坡現(xiàn)場(chǎng)勘查的基礎(chǔ)上，利用專(zhuān)業(yè)數(shù)值分析方法，對(duì)涪陵五中滑坡的破壞過(guò)程進(jìn)行模擬。

利用中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所提出的基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的離散元方法(CDEM)：獲得臨時(shí)清方處理后滑坡體的變形特性及穩(wěn)定性狀態(tài)；掌握工程治理結(jié)束后涪陵五中斜坡體的當(dāng)前穩(wěn)定性狀態(tài)及強(qiáng)降雨、地震作用下的安全狀態(tài)。

2.1 失穩(wěn)滑動(dòng)計(jì)算

運(yùn)用CDEM大運(yùn)動(dòng)模塊，模擬涪陵五中滑坡的滑移全過(guò)程，掌握滑坡基本過(guò)程，給出失穩(wěn)成災(zāi)的范圍。

2.1.1 參數(shù)選取

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，取樣送檢，綜合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所得，滑坡材料參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 材料參數(shù)

2.1.2 模型建立

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查并結(jié)合已有資料[11]，建立滑坡發(fā)生前涪陵五中邊坡的數(shù)值模型，共計(jì)14555個(gè)三角形單元(見(jiàn)圖2)。計(jì)算模型長(zhǎng)525 m，高191 m，由擋墻、滑體及滑床3部分組成?；虑熬壟R空，給滑坡的產(chǎn)生提供了空間條件。

2.1.3 計(jì)算結(jié)果

降雨誘發(fā)滑體強(qiáng)度降低后，滑體在自重作用下出現(xiàn)滑移失穩(wěn)，典型計(jì)算時(shí)步的滑體位移如圖3所示。由圖3可得，隨著分析步的增長(zhǎng)，滑坡體位移逐漸增大直至失穩(wěn)破壞，滑體失穩(wěn)后產(chǎn)生了較大的下挫力，剪斷擋墻后繼續(xù)滑動(dòng)，最大滑移距離約為135 m。

圖3滑坡失穩(wěn)滑動(dòng)過(guò)程

從圖3(a)到圖3(d)，在下滑力的作用下，塑性區(qū)貫通，從坡腳剪出。

2.2 滑坡監(jiān)測(cè)

滑坡失穩(wěn)滑移過(guò)程中，為了掌握坡體的變形趨勢(shì)，在坡體表面和內(nèi)部各自布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，坡體表面布設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水平及豎直位移的觀測(cè)(測(cè)點(diǎn)1～測(cè)點(diǎn)4)，在坡體內(nèi)部布設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水平及豎直應(yīng)力的觀測(cè)(測(cè)點(diǎn)5～測(cè)點(diǎn)7)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)見(jiàn)圖4。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平及豎直位移隨計(jì)算時(shí)步的變化如圖5所示。由圖5可得，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2的位移最大，坡中發(fā)生了較大位移，且位移有繼續(xù)增大的趨勢(shì)，坡體失穩(wěn)下滑。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的位移最小，因1點(diǎn)位于坡頂，此時(shí)坡體中部下滑位移增大，但尚未大范圍滑動(dòng)，一旦坡體失穩(wěn)下滑，將從測(cè)點(diǎn)4處剪出。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平及豎直方向應(yīng)力如圖6所示。由圖6可得，在失穩(wěn)滑移過(guò)程中，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力在初期變化較大，后期隨著松散體逐漸穩(wěn)定，應(yīng)力變化逐漸減小。測(cè)點(diǎn)離坡腳越近，應(yīng)力變化范圍越大，測(cè)點(diǎn)7的變化為-20 MPa到10 MPa。

圖5 1～4監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化

圖6 5，7監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化

2.3 工程治理后穩(wěn)定性分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)滑坡進(jìn)行相應(yīng)的治理，在坡體上布設(shè)抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿。

2.3.1 模型建立

模型長(zhǎng)210 m，左側(cè)高79 m，右側(cè)高38 m。潛在滑動(dòng)體共分3個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)寬度從下到上分別為4，4 m及20 m；3個(gè)斜坡的坡率均為1∶2，每個(gè)斜坡坡高10 m?？够瑯稊嗝鎸?.6 m，高20 m，出露地表8.2 m；預(yù)應(yīng)力錨索L1、L2、L3、L4的長(zhǎng)度分別為24,22,23,24 m，預(yù)應(yīng)力張拉值為800 kN；滑體上部布設(shè)5排錨桿，錨桿的長(zhǎng)度分別為9.6,9,6,9 m。模型如圖7所示。

圖7 治理模型

2.3.2 參數(shù)選取

坡體材料及抗滑結(jié)構(gòu)材料參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 材料參數(shù)

2.3.3 計(jì)算結(jié)果

基于上述計(jì)算模型，在靜力狀態(tài)下對(duì)工程治理后的坡體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，包括自然狀態(tài)及飽和狀態(tài)兩種工況，利用二分法求解安全系數(shù)。

自然狀態(tài)下邊坡的塑性應(yīng)變分布及應(yīng)力分布云圖如圖8所示。由圖8得知，滑體與滑床的交界面處存在較為貫通的塑性應(yīng)變區(qū)，但由于受抗滑樁及預(yù)應(yīng)力錨索的影響，中下部的塑性應(yīng)變較小。最大應(yīng)變發(fā)生在下部4 m平臺(tái)，預(yù)應(yīng)力錨索很好的起到了減小變形的作用。豎向應(yīng)力的分布基本呈現(xiàn)上小下大的規(guī)律，但在錨索施加區(qū)域，出現(xiàn)了局部應(yīng)力的突變。

采用二分法進(jìn)行安全系數(shù)的求解，自然狀態(tài)下的安全系數(shù)為1.39，坡體穩(wěn)定。自然狀態(tài)下潛在的破壞模式如圖9所示。由圖9可得，隨著強(qiáng)度的降低，潛在滑體的中上部出現(xiàn)了滑動(dòng)失穩(wěn)，剪出口位于第二個(gè)斜坡的坡腳處。

圖8 塑性應(yīng)變和應(yīng)力分布

圖9 二分法計(jì)算云圖

飽和狀態(tài)下邊坡的應(yīng)力分布、塑性應(yīng)變分布、錨索上軸力的變化及潛在的破壞模式與自然狀態(tài)下的基本一致，僅數(shù)值上存在差別，在此處不再贅述，二分法計(jì)算飽和狀態(tài)下的坡體安全系數(shù)值為1.07，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，工程治理效果良好。

3 結(jié) 論

通過(guò)滑坡地質(zhì)勘查、坡體不同位置位移監(jiān)測(cè)和滑坡工程治理后穩(wěn)定性計(jì)算，得出以下結(jié)論：

(1) 通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)、水文勘查，巖體結(jié)構(gòu)碎裂，滑體土由灰黃色、褐灰色碎塊石及粉質(zhì)粘土組成。區(qū)內(nèi)裂隙發(fā)育，根據(jù)所在區(qū)域地層巖性分析，該地層主要為侏羅系中下統(tǒng)自流井組及珍珠沖組砂泥巖互層，滑坡為中層大型碎屑巖順層巖質(zhì)滑坡。

(2) 滑坡前的坡體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，最大位移135 m，坡體失穩(wěn)破壞。通過(guò)水平和豎向位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示坡體中部位移最大，滑動(dòng)初期各監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化大，滑坡體逐漸穩(wěn)定后，應(yīng)力變化逐漸減小。監(jiān)測(cè)位移變化與數(shù)值計(jì)算所得相符。

(3) 采取措施對(duì)滑坡進(jìn)行工程治理，并對(duì)治理后的坡體穩(wěn)定性進(jìn)行校核。計(jì)算結(jié)果表明：自然狀態(tài)下，治理后的邊坡安全系數(shù)較高，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)力在錨索出出現(xiàn)突變，塑性區(qū)雖然貫通，但在預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑樁的作用下，對(duì)坡體穩(wěn)定不產(chǎn)生威脅。飽和條件下，坡體穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求，坡體穩(wěn)定。工程治理效果良好。

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重慶市國(guó)土資源與房屋管理局科技計(jì)劃項(xiàng)目(CQGT-KJ-2014046，CQGT-KJ-2015048).

2017-08-02)

賀建波(1971-)，男，四川蓬安人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治研究，Email：244033183@qq.com 。