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        通麥堆積體穩(wěn)定性分析及堵江預(yù)測(cè)

        2020-07-18 01:56:20
        四川建筑 2020年3期

        陳 理

        (西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,四川成都 611756)

        由于青藏高原第四紀(jì)期間的快速隆升以及河流的強(qiáng)烈下切,藏東南地區(qū)地勢(shì)陡峭,嶺谷高差大,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍,地震活動(dòng)頻繁,第四紀(jì)冰磧物等松散堆積物厚度大、儲(chǔ)量豐富,冰川發(fā)育,冰湖眾多,區(qū)域性降雨豐沛[1-2]。因?yàn)檫@些復(fù)雜的工程地質(zhì)條件,西藏林芝地區(qū)崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常發(fā)生且規(guī)模巨大,并形成堰塞壩造成堵江斷流,嚴(yán)重威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

        本文以西藏自治區(qū)林芝市波密縣通麥鎮(zhèn)堆積體為例,分析了堆積體的穩(wěn)定性與堵江風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)堵江機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究,并豐富人們對(duì)冰磧物堆積體和高山峽谷滑坡堵江的認(rèn)識(shí),為滑坡堵江的研究提供一定的參考價(jià)值。

        1 通麥堆積體發(fā)育特征

        1.1 工程地質(zhì)條件

        通麥堆積體位于林芝市波密縣通麥鎮(zhèn)對(duì)岸。研究區(qū)主要為高山深切峽谷地貌,山高谷深,坡面陡峻,冰川與冰磧發(fā)育,河谷寬窄相間,以峽谷為主,多懸崖絕壁,支流密布,冰川、冰湖、古冰磧地貌及寒凍風(fēng)化地貌發(fā)育,地層破碎、崩塌、滑坡與流砂十分活躍。通麥堆積體地形地貌如圖1所示,呈典型的雙溝同源地貌。堆積體位于帕隆藏布凸岸,受河流侵蝕大量堆積松散物質(zhì)。堆積體所處的地層主要為前寒武系念青唐古拉巖群,以各種片麻巖為主,主要為黑云母斜長片麻巖。研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,區(qū)內(nèi)斷層錯(cuò)綜復(fù)雜(圖2)。整個(gè)堆積體處于斷層的切割當(dāng)中,且有活動(dòng)斷裂穿過,一旦發(fā)生地震,有可能發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng),從而造成堵江。

        1.2 堆積體形態(tài)特征

        通麥堆積體平面呈圈椅狀,前緣向兩側(cè)散開。堆積體縱向長約2 000 m,橫向平均寬約1 000 m,總面積約為147×104m2。由于冰磧層的厚度不知,滑坡體積還不能估計(jì)。堆積體后部與前緣較陡、中部較緩,整體呈陡-緩-陡發(fā)育。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,堆積體前緣節(jié)理裂隙發(fā)育,巖石較破碎,存在發(fā)生失穩(wěn)破壞的可能。

        圖1 通麥堆積體地形地貌

        圖2 通麥區(qū)域構(gòu)造

        2 堆積體穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

        2.1 建立模型

        將堆積體的地形圖導(dǎo)入犀牛軟件,建立三維數(shù)值模型。模型底部橫向?yàn)? 691 m,縱向1 716 m,最大高度為1 492 m。根據(jù)實(shí)際的滑坡地質(zhì)模型,劃分覆蓋層和基巖,覆蓋層厚度設(shè)置為50 m,并建立斷層面。滑坡模型建立如圖3所示。利用Flac3D軟件計(jì)算出堆積體內(nèi)部應(yīng)力分布,從而劃分滑坡的的范圍。計(jì)算參數(shù)根據(jù)工程類比及經(jīng)驗(yàn)值并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定,計(jì)算參數(shù)見表1。

        圖3 滑坡模型

        2.2 應(yīng)力場分析

        分析過程分為自然和地震兩個(gè)工況。圖4為自然工況下YZ方向即臨空面的應(yīng)力云圖,可以看出滑坡剪應(yīng)力主要集中在滑坡前緣,且在滑體后緣拉應(yīng)力集中。根據(jù)剪應(yīng)力集中區(qū)域可以大致劃分滑坡范圍。滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算為1.17。

        表1 主要計(jì)算參數(shù)

        圖4 YZ方向應(yīng)力云圖

        為研究斜坡內(nèi)部的應(yīng)力分布,選擇斜坡的一個(gè)剖面進(jìn)行分析。根據(jù)剖面的最大剪應(yīng)力變化圖可以看出,在高程2 151 m到2 298 m,最大深度30 m范圍內(nèi),最大剪應(yīng)力變化率區(qū)域集中,可以初步劃出滑面的位置(圖5)。

        圖5 最大剪應(yīng)力變化率云圖

        并計(jì)算地震工況下堆積體的穩(wěn)定性,在地震加速度0.3g條件下進(jìn)行模擬,穩(wěn)定系數(shù)為0.65,滑坡可能發(fā)生滑動(dòng)。圖6為地震工況最大剪應(yīng)力變化圖,可以看出滑坡的最大剪應(yīng)力變化率區(qū)域范圍增大,變化率更大。

        圖6 地震工況下最大剪應(yīng)力變化率云圖

        2.3 堆積體滑動(dòng)區(qū)域劃分

        結(jié)合自然工況下的三維應(yīng)力云圖和最大應(yīng)力變化圖,可以大致劃分滑坡的區(qū)域并計(jì)算出滑坡可能滑動(dòng)的體積。堆積體可能滑動(dòng)區(qū)域如圖7所示,平面面積為75 706 m2,最大深度為30 m,體積為2 271 180 m3,屬于大型滑坡。

        圖7 堆積體平面圖及推測(cè)滑動(dòng)區(qū)域

        3 堵江高度計(jì)算

        3.1 計(jì)算模型

        為計(jì)算通麥滑坡的堵江風(fēng)險(xiǎn),利用滑距推算法計(jì)算滑坡堵江的高度。奧地利學(xué)者A.E.scheidegger通過研究世界上33個(gè)大型滑坡的運(yùn)動(dòng)特征后提出了等價(jià)摩擦系數(shù)f的概念,并發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)隨滑坡體積的增大而減小[3],如式(1)所示。f為摩擦系數(shù),V為滑坡體積;a,b為系數(shù),a=-0.15666,b=0.62419。

        lgf=algV+b

        (1)

        滑動(dòng)過程中滑體克服摩擦力做功,勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能,最大滑距可以按式(2)計(jì)算。動(dòng)摩擦角可按式(3)計(jì)算。φ為動(dòng)摩擦角,H為滑坡后緣拉裂面頂點(diǎn)至滑程上計(jì)算點(diǎn)的垂直落差。

        Lmax=Hf

        (2)

        φ=arctanf

        (3)

        因此可以通過滑坡的體積來估算出摩擦系數(shù),進(jìn)而得到滑體的最大滑動(dòng)距離。但是在一般情況下,假設(shè)滑體的最大滑動(dòng)距離超過河道兩岸的水平距離,河流就有可能被滑體完全阻斷形成堵江事件[4],則堵江高度可采用式(4)計(jì)算。

        Hd=1-L1Lmax1+fh1+lmax/B

        (4)

        式中:Hd為堵江高度,L1為滑坡前緣到江對(duì)岸的水平距離,h1為滑體平均厚度,f為摩擦系數(shù),Lmax為計(jì)算最大滑距,B為河流寬度。

        3.2 堵江高度計(jì)算

        數(shù)值模擬分析以及現(xiàn)場調(diào)查分析得出,堆積體可能滑動(dòng)的體積為227.1×104m3。利用滑距推算法計(jì)算滑坡的堵江高度和滑坡最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離,計(jì)算結(jié)果見表2,滑坡最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離見圖8?;露陆叨葹?6.4 m,會(huì)形成堰塞壩,造成堵江,但不會(huì)破壞對(duì)岸的居民建筑。

        表2 堵江高度計(jì)算

        4 結(jié)論

        本文在地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上,分析了通麥堆積體的工程地質(zhì)條件和地質(zhì)特征,并結(jié)合數(shù)值模擬軟件計(jì)算出堆積體的穩(wěn)定性和應(yīng)力分布。堆積體自然工況穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算為1.17,地震工況穩(wěn)定系數(shù)為0.65,并劃分堆積體可能滑動(dòng)的范圍,計(jì)算出可能滑動(dòng)的體積。最后利用滑距推算法計(jì)算出堵江高度,結(jié)果表明通麥堆積體如果發(fā)生滑動(dòng)會(huì)造成堵江,形成堰塞湖,堵江高度為26.4 m,但不會(huì)破壞對(duì)岸居民建筑。

        圖8 滑坡最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離及堵江高度

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