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        漢中市鎮(zhèn)巴縣道子坎滑坡隱患地質(zhì)特征及穩(wěn)定性研究

        2022-05-30 08:38:10張暖宗
        科學技術(shù)創(chuàng)新 2022年17期
        關(guān)鍵詞:滑面滑體粉質(zhì)

        強 帆 張暖宗

        (陜西核工業(yè)工程勘察院有限公司,陜西 西安 710054)

        道子坎滑坡隱患點位于鎮(zhèn)巴縣黎壩鎮(zhèn)長柏村,該隱患點于2019 年7 月份,由于降水等因素,坡體上出現(xiàn)多條裂縫,裂縫最大寬度約3cm;至2020 年9 月初裂縫最大寬度已達1m,目前滑坡處于加速變形階段,部分坡體已有滑塌、沉降現(xiàn)象。該隱患點在極端降雨條件下,發(fā)生整體滑坡的可能性大,且滑坡體一旦失穩(wěn),將危及到滑坡區(qū)內(nèi)17 戶71 人53 間房屋、1 個村衛(wèi)生室,威脅財產(chǎn)1000 萬元,急需進行治理,消除隱患[1-3]。

        因此,本文擬通過對該滑坡的分析研究、模擬驗算及結(jié)合工程實踐,進一步總結(jié)提高對該類滑坡的認知。

        1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

        1.1 區(qū)域地質(zhì)地貌條件

        研究區(qū)位于揚子地臺,大巴山坳褶帶,屬于低山區(qū)與河谷階地交匯處,山勢低緩,山坡坡度多在20°~40°。區(qū)域出露地層巖性主要有砂巖、泥巖及松散巖土。

        1.2 水文地質(zhì)條件

        滑坡隱患點及周邊地區(qū)地下水的類型有基巖裂隙水和松散層孔隙水兩類,大氣降水為主要補給源[1]。

        基巖裂隙水:賦存于砂巖風化裂隙帶中,含水性較差,由山坡或順節(jié)理裂隙帶向溝谷排泄,深部新鮮完整的巖石則為弱透水或相對不透水層。

        松散層類孔隙水:呈帶狀分布于山谷兩側(cè)斜坡及溝谷松散層中,含水巖性為粉質(zhì)粘土,地下水位埋深較淺,以上層滯水為主,埋深約2.4~8.3m。以徑流排泄為主。

        1.3 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

        1.3.1 巖土體分布及特征

        研究區(qū)內(nèi)各地層工程地質(zhì)特征,見表1。

        表1 研究區(qū)地層工程地質(zhì)特征

        1.3.2 人類工程經(jīng)濟活動

        隨著城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大,人類工程活動對滑坡區(qū)的影響主要為:

        (1)區(qū)內(nèi)修路、建房等切削山體形成的高陡邊坡,在降雨及重力影響下,加劇破壞了坡腳的原有應(yīng)力作用,更容易造成坡體的崩塌、滑坡等現(xiàn)象

        (2)人類的開荒種植,破壞了坡體的原有生態(tài)結(jié)構(gòu),加劇了水土流失,破壞了坡體的穩(wěn)定性。

        2 滑坡基本特征

        2.1 形態(tài)

        道子坎滑坡長約125m,寬約100m,平面面積約1.25×104m2,滑向約40°,滑坡區(qū)相對高差約61m,滑坡體積10.5×104m3?;麦w變形跡象最早發(fā)生于前緣,滑坡整體邊界較為清晰,為一中型堆積層牽引式土質(zhì)滑坡[2]。

        2.2 滑坡巖土體結(jié)構(gòu)特征

        滑體:該滑體主要由粉質(zhì)粘土組成,厚3.0m~8.3m,濕度中等,可塑性中等,干強度中等,韌性中等?;w土天然含水率在18.4~27.0%之間,平均值21.88%;天然重度18.7~20.5 kN/m3,平均值19.8 kN/m3;天然孔隙比0.58~0.81,平均值0.66,塑性指數(shù)10.7~15.5,平均值12.84,重型觸探試驗平均值約16.2 擊,工程性能較差。

        滑面:滑面呈上陡下緩狀,上部坡度約30°,下部坡度15~20°,滑面為土巖接觸面?;嫔喜康貙右院槭圪|(zhì)粘土為主,含水量較大,軟塑,可見擦痕。

        滑床:滑床為含碎石粉質(zhì)粘土,頂部為泥巖。

        2.3 變形特征

        在滑坡隱患點上發(fā)現(xiàn)多處裂縫,裂縫寬度約2~3cm,最大寬度約40cm,錯臺高度最大約30cm,沿滑坡隱患點周界及后緣形成多條裂縫?;麦w前緣上山道路外側(cè)出現(xiàn)滑塌,滑塌段長度約25m,滑塌后形成高約70cm的陡坎,滑塌造成道路部分地段下陷。滑坡后緣道路下陷約1m,下陷段長度約30m。

        該滑坡處于持續(xù)變形中,變形跡象明顯,在滑坡前緣漿砌石擋墻上發(fā)現(xiàn)裂縫,裂縫寬度約10~60cm,該段擋墻已被錯斷,其余地段擋墻多處出現(xiàn)的裂縫、鼓包等,在降雨等因素作用下,發(fā)生垮塌的可能性較大[1-4]。

        3 滑坡穩(wěn)定性分析計算與評價

        3.1 滑坡形成機制分析

        經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查和勘查分析,該滑坡為中型土質(zhì)滑坡,形成條件為:

        3.1.1 地形地貌

        該區(qū)域位于低山區(qū)與河谷階地交匯處,山坡坡度多在20°~40°,該類型地貌特征為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了必要的條件。該滑坡體在底部和中部砌有擋石墻和臨時截排水工程,但均已遭到破壞。

        3.1.2 地層特性

        坡體地層結(jié)構(gòu)為含碎石粉質(zhì)粘土、含塊石粉質(zhì)粘土層和砂巖泥巖互層,水體滲入粉質(zhì)粘土層間富集,降低其抗剪強度,發(fā)展成滑動面。

        3.1.3 降雨作用

        降雨作用是滑坡形成的關(guān)鍵性因素,一是增加坡體的自身重量,二是加快軟弱結(jié)構(gòu)面的形成和貫通,據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及統(tǒng)計,滑坡在雨季的變形速率明顯高于旱季。

        3.1.4 人類工程活動

        隨著經(jīng)濟發(fā)展人口不斷增長,面臨居民用地緊張,道路修建導(dǎo)致坡體前緣開挖,底部阻滑段不斷減少,坡面中上部居民墾荒,破壞了坡腳的原有應(yīng)力作用,使下滑力大于抗滑力,坡體向下滑動形成滑坡。

        3.2 滑坡破壞模式分析

        滑坡向下滑動,坡體前緣首先變形破壞形成裂縫,在暴雨條件下雨水沿裂隙進入坡體使滑帶土軟化,前緣變形導(dǎo)致造成滑坡體后緣發(fā)生變形,裂縫進一步擴大,造成坡體出現(xiàn)一定程度的剪切破壞進而使滑面貫通,造成滑坡整體剪切破壞。該滑坡類型為牽引式滑坡[1-5]。

        3.3 滑坡體物理力學特征

        勘查過程中根據(jù)現(xiàn)場原位測試、室內(nèi)土工試驗,對滑坡體參數(shù)和指標進行了統(tǒng)計分析,詳見表2、3。

        表2 滑坡體物理力學性質(zhì)特征表

        試驗及統(tǒng)計結(jié)果表明:滑體土天然含水率在18.4~27.0%之間,平均值21.88%;天然重度18.7~20.5 kN/m3,平均值19.8 kN/m3;天然孔隙比0.58~0.81,平均值0.66,塑性指數(shù)10.7~15.5,平均值12.84。

        3.4 滑坡穩(wěn)定性計算與評價

        3.4.1 公式選擇

        按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864-2016)中滑坡臨界計算方法,采用表2 試驗數(shù)據(jù),進行滑坡穩(wěn)定性計算,選擇傳遞系數(shù)法,計算公式如下[2-4]:

        式中:

        Ti——第i 條塊下滑力(kN/m);

        Ri——第i 條塊抗滑力(kN/m);

        Ψj——第i 條塊剩余下滑力傳遞至i+1 塊段時的傳遞系數(shù)(j=i 時);

        Wi——第i 條塊自重標準值與相應(yīng)附加荷載之和(kN/m);

        ci——第i 條塊滑面粘聚力標準值(kPa),;

        φi——第i 條塊滑面內(nèi)摩擦角標準值(°);

        n——條塊數(shù);

        Fs——穩(wěn)定性系數(shù)。

        3.4.2 計算方案選取

        通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),該滑坡體滑面主要為含碎石粉質(zhì)粘土層與基巖接觸面處(圖1),穩(wěn)定性分析計算選擇傳遞系數(shù)法。經(jīng)上述公式計算,得到不同工況下的穩(wěn)定系數(shù)Fs 值見表3。

        圖1 剖面圖

        表3 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表

        通?;抡w穩(wěn)定系數(shù)Fs<1.0 為滑移狀態(tài);1.0≤Fs<1.05 為欠穩(wěn)定狀態(tài);1.05≤Fs<1.15 為基本穩(wěn)定狀態(tài);Fs>1.15 為穩(wěn)定狀態(tài)[4]。該滑坡體在自重狀態(tài)下,穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.00~1.13,處于欠穩(wěn)定~基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨條件下,穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.95~1.04,處于不穩(wěn)定狀態(tài)~欠穩(wěn)定狀態(tài)。

        3.5 基于顆粒流的數(shù)值模擬

        通過構(gòu)建道子坎滑坡顆粒流數(shù)值模型,可模擬坡體滑動全過程[4-6],滑體運動總持續(xù)100s,主滑時間約50s(圖2)?;掳l(fā)生時,坡下居民基本沒有反應(yīng)時間,該滑坡需進行及時治理。

        圖2 道子坎滑坡模型圖

        對模型數(shù)據(jù)分析,建立道子坎滑坡運動圖(圖3),將滑坡從失穩(wěn)滑移到停止運動分為四個階段。

        圖3 道子坎滑坡運動圖(35s~100s)

        第一階段:滑坡在運動前期,前緣出現(xiàn)了明顯位移,經(jīng)歷35s,滑坡從失穩(wěn)到整體下滑;

        第二階段:滑坡在滑動55s 后,由于抗滑力的增加,大部分堆積于坡腳停止運動;

        第三階段:滑坡在滑動75s 后,任有部分土體存在較小的運動速度,但在自身重力影響下逐步進入穩(wěn)定壓密階段。

        第四階段:滑坡在滑動100s 后,逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

        4 滑坡發(fā)展趨勢及工程防治

        4.1 滑坡發(fā)展趨勢

        4.1.1 滑坡穩(wěn)定性綜合評價

        滑坡體在連續(xù)降雨作用條件下為不穩(wěn)定狀態(tài),發(fā)生整體滑動的可能性較大[5]。

        4.1.2 滑坡變形發(fā)展趨勢

        根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性綜合評價結(jié)果結(jié)合滑坡變形破壞特征,預(yù)測滑坡體在暴雨狀態(tài)下發(fā)生滑移的可能性大,一旦再次產(chǎn)生滑移現(xiàn)象,對滑坡后緣起到牽引作用,裂縫增多,滑坡失穩(wěn),威脅當?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)安全。

        4.2 工程防治

        根據(jù)滑坡現(xiàn)狀及治理經(jīng)費實際情況,采用抗滑樁+擋墻+截、排水工程等進行滑坡治理[2]。

        4.2.1 抗滑樁

        在對比考慮滑體土厚度、結(jié)合地形條件、滑坡剩余下滑力的基礎(chǔ)上,在滑坡前緣設(shè)置抗滑樁。

        4.2.2 擋墻工程

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,在滑坡前緣替換原有坡腳破壞擋墻。

        4.2.3 截、排水工程

        通過疏排地表水,達到減少土體重量,提高滑體穩(wěn)定性的目的。

        5 地質(zhì)災(zāi)害防治效益評估

        5.1 社會效益

        通過對滑坡的工程治理,將徹底消除滑坡災(zāi)害對當?shù)厝罕姷纳敭a(chǎn)安全,使人民群眾生活于安全環(huán)境之中,促進社會穩(wěn)定[3]。

        5.2 經(jīng)濟效益

        通過對滑坡體進行工程治理,一方面可消除地質(zhì)災(zāi)害造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡;另一方面可改善當?shù)丨h(huán)境,實現(xiàn)土地資源的合理、綜合利用,繁榮市場經(jīng)濟,增加人民收入、增加地方財政稅收收入,對實現(xiàn)鎮(zhèn)巴縣經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

        5.3 環(huán)境效益

        通過滑坡的綜合治理,可最大限度的減少水土流失,美化人居環(huán)境,促進生態(tài)環(huán)境進一步改善[4]。

        6 結(jié)論

        6.1 該滑坡體斜長約125m,寬約100m,平均厚度約7m,為中型堆積層牽引式土質(zhì)滑坡?;峦{對象主要是坡體下方住戶共計17 戶71 人53 間房屋、1 個村衛(wèi)生室,威脅財產(chǎn)1000 萬元,危險性大。

        6.2 該滑坡體的形成與該地區(qū)地形地貌、地層特性、降雨作用關(guān)系密切。在自重條件下,處于欠穩(wěn)定~基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨條件下,處于不穩(wěn)定狀態(tài)~欠穩(wěn)定狀態(tài)。

        6.3 通過構(gòu)建滑坡顆粒流數(shù)值模型,判斷該滑體運動總持續(xù)約100s,主滑時間約50s,滑坡發(fā)生時,坡下居民基本沒有反應(yīng)時間,該滑坡需進行及時治理。

        6.4 根據(jù)該滑坡發(fā)生條件,建議對滑坡采取抗滑樁+擋墻+截、排水+監(jiān)測的綜合防治措施,防治后可產(chǎn)生較好的生態(tài)、環(huán)境、社會效益。

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