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        云南樓臺坡滑坡成因及穩(wěn)定性分析評價

        2020-07-07 06:05:08張杰花
        云南地質(zhì) 2020年2期

        禹 智,李 強(qiáng),張杰花

        (1.云南云嶺地質(zhì)勘查有限公司;2.云南省地質(zhì)工程勘察總公司)

        樓臺坡滑坡所處區(qū)域?qū)儆诘刭|(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū),區(qū)內(nèi)居民多聚居于山脊或斜坡寬緩地帶,近年來由于村莊建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,人類工程活動不斷增強(qiáng),加之受極端暴雨等影響,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。樓臺坡滑坡2002年6月發(fā)現(xiàn)變形跡象,目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài),此滑坡已嚴(yán)重危害周邊居民的生命財產(chǎn)安全和居住環(huán)境安全,目前已被當(dāng)?shù)卣袨橹攸c防治區(qū)。

        1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

        1.1 滑坡區(qū)氣象、水文條件

        樓臺坡滑坡地處烏蒙山脊部區(qū),屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候,冬半年陰雨寡照、夏半年炎熱多雨。年平均降水量1046.0mm,雨季集中在5月~10月,降水量842.3mm,占全年降水量的81.3%,多年平均最大24h暴雨量為83.4mm。多年平均相對濕度84.3%。區(qū)域光熱資源豐富,年平均日照時數(shù)1033.6小時。多年平均風(fēng)速0.9m/s,多年平均最大風(fēng)速7m/s。

        滑坡區(qū)域?qū)匍L江流域白水江水系,主要河流有馬河及斑鳩溝,其中馬河屬于白水江一級支流,斑鳩溝為馬河右岸支流,樓臺坡滑坡位于馬河上游的左岸斜坡中上部。

        1.2 滑坡區(qū)地形地貌

        滑坡地處楊子準(zhǔn)地臺滇東臺褶帶的東北臺褶束東部,新華夏系第三沉降帶南端。是四川盆地向云貴高原抬升過渡帶,境內(nèi)山脈屬烏蒙山北支。根據(jù)地貌形成的主要原因、切割形態(tài)、剝夷面及巖性組合關(guān)系,區(qū)域上地貌可分為構(gòu)造侵蝕中山地貌(Ⅰ)、構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山地貌(Ⅱ)和構(gòu)造溶蝕地貌(Ⅲ)。

        滑坡區(qū)屬于深切割構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山峽谷地貌(Ⅱ1),區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育,河谷深切,加上降雨量大,出露的砂巖、頁巖、灰?guī)r和白云巖互層,為斜坡變形滑坡的產(chǎn)生提供了有利條件,屬滑坡、崩塌及不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害相對發(fā)育區(qū)。

        1.3 地層巖性

        (3)三迭系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g):為下伏基巖,巖性灰綠色砂巖,塊狀結(jié)構(gòu),薄~中厚層狀構(gòu)造。根據(jù)鉆孔揭露巖石風(fēng)化程度可分為全~強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層。前者巖芯多呈砂狀、碎塊狀,巖芯采取率約為30%~40%,巖石質(zhì)量差,鉆孔揭露厚度3.3m~6.9m;后者巖芯多呈碎塊狀、餅狀,節(jié)理裂隙較發(fā)育,節(jié)理裂隙間多為泥質(zhì)成分充填,RQD約為10%~30%,巖石質(zhì)量差。鉆孔揭露厚度3.5m~20.5m。

        1.4 地質(zhì)構(gòu)造

        滑坡區(qū)域位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶和川黔經(jīng)向構(gòu)造帶之間,南與南嶺緯向構(gòu)造體系西段最北邊的鶴慶-東川-黔中復(fù)背斜帶接壤,北同中國新華夏系構(gòu)造體系第三個一級沉降帶的四川盆地毗連。長期的應(yīng)力作用和各種邊界條件在一定程度上對沉積作用、火山活動、構(gòu)造變動作用起了明顯的控制和影響,使區(qū)內(nèi)形成了比較復(fù)雜的應(yīng)變圖象。區(qū)內(nèi)構(gòu)造對全區(qū)的地形地貌、水系分布、構(gòu)造演化、水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育等均起著控制作用。

        滑坡區(qū)周邊無明顯的構(gòu)造痕跡,其正南方向直距約1.2km處發(fā)育廟溝斷層,滑坡區(qū)即位于該斷層北盤。

        1.5 新構(gòu)造活動和地震

        滑坡區(qū)所在地新構(gòu)造運(yùn)動類型屬間歇性抬升區(qū)但相比周邊區(qū)域,其抬升相對平緩,表現(xiàn)為沿馬河河谷殘留有一級至二級階地,以及馬河兩岸的河底下、樓臺坡西側(cè)等地帶,陡崖地貌發(fā)育。

        地震活動是影響區(qū)域穩(wěn)定的重要因素之一。滑坡地處滇東北,從云南省1∶50萬震中分布圖分析,區(qū)內(nèi)屬地震穩(wěn)定地區(qū),地震不頻繁。離滑坡區(qū)最近的、震級較大的一次地震發(fā)生于1973年8月2日,震級5.4級。

        據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)資料,滑坡所在地地震動峰值加速度值為0.05g,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)《云南省區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖》,滑坡區(qū)地殼穩(wěn)定性屬穩(wěn)定區(qū)。

        2 滑坡概況

        2.1 滑坡形態(tài)特征

        滑坡位于樓臺坡南東部的鄉(xiāng)村道路切坡地段上方的坡體上,所處原始地形為山體斜坡中部,地形坡度15°~35°,局部陡立?;履_高程1123.0m,后緣高程1150.5m,相對高差約27.5m,總體地形起伏變化較小,坡體上植被以小型喬木為主,后緣分布居民住宅(圖1、圖2、圖3)。

        樓臺坡滑坡平面呈“舌”型,其中滑坡左、右兩側(cè)可見明顯的裂縫和地面變形,前沿(剪出口)位于公路切坡的陡緩交界處。其主滑方向303°,沿主滑方向長約40m~50m,前沿寬約35m,后緣寬約40m,滑坡平面積約2185m2,根據(jù)勘查鉆孔顯示,滑體厚3.5m~7.5m,平均厚6.0m,滑坡體積約1.31×104m3,屬小型淺層土質(zhì)滑坡。

        2.2 滑坡變形跡象特征

        樓臺坡滑坡現(xiàn)狀活動跡象明顯,主要表現(xiàn)為造成房屋及農(nóng)田受損。

        滑坡于2002年6月發(fā)現(xiàn)變形跡象,主要表現(xiàn)為后緣一帶的房屋開裂,據(jù)調(diào)查統(tǒng)計滑坡區(qū)共發(fā)育3條裂縫(表1),局部地段有小規(guī)模坍塌。據(jù)監(jiān)測統(tǒng)計,近年來,裂縫依然處于不斷變寬的狀態(tài),雖然變化量不大,但已對房屋的安全使用造成了較大影響。

        圖1 樓臺坡滑坡平面示意圖

        圖2 樓臺坡滑坡1-1′工程地質(zhì)剖面示意圖

        圖3 樓臺坡滑坡2-2′工程地質(zhì)剖面示意圖

        表1 樓臺坡滑坡裂縫特征一覽表

        3 滑坡成因分析

        滑坡區(qū)屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū),雨季雨量集中,且降雨量大,所處地形坡度大,坡體巖性組合工程地質(zhì)性質(zhì)差等因素,樓臺坡滑坡形成受自然因素和人為因素疊加控制:

        (1)地形地貌:區(qū)域上屬于深切割構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山峽谷地貌?;麦w位于坡向北西的山體斜坡,地形較連續(xù),坡面較平順,起伏變化不大,地形坡度20°~25°,滑坡坡腳公路建設(shè)開挖形成幾近陡立的挖方邊坡,坡體所處地形不利于殘坡積層土體穩(wěn)定。

        (2)地層巖性:坡體以第四系殘坡積層含角礫粉質(zhì)粘土為主,結(jié)構(gòu)松散,地表降水及生活用污水容易下滲,土體飽水軟化后強(qiáng)度降低,下伏基巖為三迭系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)灰?guī)r。坡體上土體與下伏基巖強(qiáng)度相差較大,為軟硬接觸帶,且?guī)r體透水性弱,地表水下滲至土石界面上受阻,并沿界面向下滲流,形成軟弱帶,為滑坡的形成提供了基礎(chǔ)條件。

        (3)地表水與地下水因素:滑坡地處亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū),雨季集中在5月~10月,降水量842.3mm,占全年降水量的81.3%,多年平均最大24h暴雨量為83.4mm。大氣降水下滲,一方面造成滑坡土體飽水后容重增大,增加中下滑力分量,另一方面滑帶土體浸水后土體軟化,呈軟塑狀,力學(xué)指標(biāo)下降,抗剪強(qiáng)度降低,抗滑力減少,同時地下水向坡腳徑流產(chǎn)生的滲透壓力及水頭壓力均成為下滑力的增量。

        (4)人類生產(chǎn)生活影響:長期以來,居民生活用水隨意沿道路地面及斜坡向下無序排放,生活用水沿裂縫下滲、順坡漫流,造成土體浸泡,飽水而軟化,強(qiáng)度降低,是形成滑坡的一個主要原因;區(qū)內(nèi)居民建筑等滑坡體上,建筑加載也是造成滑坡的一個重要原因,受建筑荷載的影響較大。

        4 滑坡穩(wěn)定性分析

        樓臺坡滑坡為小型淺層推移式土質(zhì)滑坡,2002年6月開始出現(xiàn)拉裂變形,主要表現(xiàn)為房屋墻體及地面開裂,監(jiān)測發(fā)現(xiàn),近年來,裂縫不斷加寬,故判斷樓臺坡滑坡在天然工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),暴雨工況下處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)

        4.1 計算方法及公式

        根據(jù)勘查成果,樓臺坡滑坡滑面呈折線型。故采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計算。按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的有關(guān)要求,對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計算。將滑面視為折線型,簡化為二維問題進(jìn)行計算。

        滑坡穩(wěn)定性計算公式:

        其中:TDi=NWisinβisin(αi-βi)

        RDi=NWisinβisin(αi-βi)

        Rn=(Wn((1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+cnLn

        Tn=(Wn(sinαn+Acosαn)+RDn)+TDn

        NWi=γWhiWLicosαi

        式中:

        Fs—穩(wěn)定系數(shù);

        Wi—第i計算條塊的重量(kN/m);

        rU—孔隙壓力比,滑體水下面積×水的容重/滑體總體積≈滑體水下面積/滑坡總面積×2;

        αi—第i計算條塊滑面傾角(°),反傾時取負(fù)值;

        A—地震加速度(單位:重力加速度g);

        RDi—滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力;

        ci—第i計算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);

        Li—第i計算條塊滑動面長度(m);

        ψj—第i計算條塊的剩余下滑力傳遞至i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i),即

        ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1;

        Rn—滑坡抗滑力;

        TDi—滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力;

        Tn—滑坡下滑力;

        NWi—孔隙水壓力,即近似等于浸潤面以下土體的面積 乘以水的容重 (kN/m3);

        Ti—作用于第i計算條塊重量滑動面切線方向上滑動分力(kN/m),出現(xiàn)與滑動方向相反的滑動分力時,應(yīng)取負(fù)值;

        φi—第i計算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°);

        βi—第i計算條塊地下水流向(°);

        γW—水的容重(kN/m3);

        4.2 設(shè)計工況

        因樓臺坡滑動面位于地下水位以上,故采用天然工況進(jìn)行設(shè)計計算,并利用暴雨和地震工況進(jìn)行校核。

        天然工況(工況Ⅰ):自重荷載。

        校核工況:暴雨工況(工況Ⅱ):自重荷載+地下水+暴雨。

        地震工況(工況Ⅲ):自重荷載+地下水+地震。

        4.3 參數(shù)取值

        根據(jù)滑坡勘查報告成果,相關(guān)參數(shù)的取值如下:

        (1)滑體重度(γ):天然重度及飽和重度取試驗容重平均值。

        (2)滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo):本次計算參數(shù)的選取基礎(chǔ)為現(xiàn)場勘探取樣的試驗成果數(shù)據(jù),通過篩選分析確定災(zāi)害體穩(wěn)定性計算的參數(shù)。但根據(jù)建立的滑坡模型,采用殘余剪參數(shù)計算結(jié)果與滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定狀態(tài)不符合,經(jīng)分析認(rèn)為,當(dāng)前滑帶土的抗剪強(qiáng)度試驗仍采用傳統(tǒng)的快剪、慢剪等方法,其試驗過程與滑帶土的破壞過程并不一致;另一方面,巖土試驗取樣具有較大的隨機(jī)性,而且受取樣條件、試驗條件的限制,很難給出與實際情況完全相符的強(qiáng)度指標(biāo),故滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)擬采用反算С,Ф值。結(jié)合鉆孔揭露地層巖性、工程地質(zhì)條件、滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性及類似工程經(jīng)驗,滑坡內(nèi)摩擦角較穩(wěn)定,故假定φ值,反演c值。假定的φ值根據(jù)土工試驗成果進(jìn)行折減并多次試算;滑坡上滑面滑體處于欠穩(wěn)定狀態(tài),故穩(wěn)定系數(shù)假定為1進(jìn)行反演,土體參數(shù)實驗數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)勘查報告,滑坡滑面抗剪強(qiáng)度取值根據(jù)反演與殘余剪強(qiáng)度對比綜合取值見表3。

        表2 樓臺坡滑坡計算參數(shù)實驗室數(shù)據(jù)一覽表

        表3 樓臺坡滑坡計算參數(shù)選取一覽表

        (3)滑動面長度(L)與傾角(γ)和滑塊面積(A):在計算剖面上量取和計算。

        (4)地下水面積及浸潤線坡度:在計算剖面上量取。

        (5)暴雨校核:結(jié)合區(qū)內(nèi)土體地下水位埋深,暴雨按滑坡土體全飽和進(jìn)行校核,按水土合算的方法進(jìn)行計算,考慮孔隙水壓力的影響,取用浮容重。

        (6)地震校核:滑坡區(qū)地震基本烈度為6度,峰值加速度為0.05g。

        (7)滑體荷載:滑坡上分布有道路、建筑,計算時考慮建筑物荷重按單寬每層10kN/m,公路過往車輛的荷按單寬25kg計算。

        計算參數(shù)采用表3反算參數(shù),暴雨工況按滑體全飽水考慮,利用水土合算的方法計算,對相應(yīng)的滑動面進(jìn)行了穩(wěn)定性計算分析。本次穩(wěn)定性計算樓臺坡滑坡選取了剖面1-1′、2-2′,滑坡計算結(jié)果見表4。

        表4 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果一覽表

        根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》第9.4.6條的規(guī)定,滑坡穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)根據(jù)其穩(wěn)定系數(shù)確定,劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5。

        表5 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

        注:Fs為滑坡穩(wěn)定系數(shù)。

        4.4 計算結(jié)果

        根據(jù)前文計算結(jié)果可知:樓臺坡滑坡計算剖面在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)在1.00~1.01之間,為欠穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)0.96~0.97,為不穩(wěn)定狀態(tài);在地震工況下穩(wěn)定系數(shù)0.97~0.98,為不穩(wěn)定狀態(tài)。

        5 結(jié)論及滑坡治理建議

        滑坡于2002年6月發(fā)現(xiàn)變形跡象,主要表現(xiàn)為后緣一帶的房屋開裂,調(diào)查統(tǒng)計滑坡區(qū)共發(fā)育3條裂縫,局部地段有小規(guī)模坍塌。監(jiān)測統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),近年來,裂縫依然處于不斷變寬的狀態(tài),該滑坡嚴(yán)重影響了周圍居民的生命財產(chǎn)安全和居住環(huán)境安全。

        (1)樓臺坡滑坡地處云南省境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)。區(qū)域地貌類型為深切割構(gòu)造侵蝕與溶蝕相間中山峽谷地貌,微地貌為斜坡地貌,地形坡度15°~35°,局部陡立,滑坡滑動面平均埋深約6.0m,滑坡體積1.31×104m3,屬于小型淺層推移式土質(zhì)滑坡。

        (3)據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)資料,滑坡所在地地震動峰值加速度值為0.05g,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度;根據(jù)“云南省區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖”,滑坡區(qū)地殼穩(wěn)定性屬穩(wěn)定區(qū)。

        (4)通過野外實地踏勘結(jié)合室內(nèi)穩(wěn)定性驗算,天然工況下,滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài);暴雨工況下,滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),發(fā)生繼續(xù)變形的可能性極大。

        (5)根據(jù)滑坡勘查成果,根據(jù)滑坡成因、穩(wěn)定性分析評價及其發(fā)展趨勢,建議對滑坡設(shè)置抗滑樁,防治其繼續(xù)蠕滑,并在外圍設(shè)置、完善截排水工程,防止生活用水、地表水等直接對其沖刷,防止滑坡進(jìn)一步擴(kuò)張,以保障其周邊居民的生命財產(chǎn)安全和居住環(huán)境安全。

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