四川地震災(zāi)區(qū)鄭家山滑坡穩(wěn)定性評價及治理研究

徐 亮,裴向軍,吳景華

(1.長春工程學(xué)院土木工程學(xué)院,長春130012;2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,成都610059)

1 概述

鄭家山滑坡位于涪江支流字庫河右岸,南壩至水觀應(yīng)急通道穿越滑坡前緣,行政隸屬四川省綿陽市平武縣南壩鎮(zhèn)新坪村鄭家山組。鄭家山滑坡在“5.12”地震中失穩(wěn),斜坡發(fā)生變形滑移,致使村民房屋遭受毀滅性破壞,坡腳房屋、學(xué)校、道路被掩埋,直接造成12名學(xué)生、2名教師和19名村民共33人死亡,直接經(jīng)濟損失約350萬元,造成了極其嚴(yán)重的后果?；虑熬壃F(xiàn)為應(yīng)急通道,規(guī)劃擬建的205省道也通過滑坡前緣,滑坡上現(xiàn)有恢復(fù)重建點3處,擬建21戶,滑坡后緣鄭家院子現(xiàn)有住戶20戶,人口110人。潛在威脅人數(shù)約214人,潛在經(jīng)濟損失約2 500萬元,故對鄭家山滑坡進行穩(wěn)定性評價及治理十分緊迫必要。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

鄭家山滑坡位于四川省北部山區(qū),處于青藏高原東部邊緣,即四川盆地向青藏高原過渡地帶,地形起伏大,地勢北高南低,高差懸殊,溝谷縱橫,切割強烈,屬于高山峽谷地貌?；潞缶壱粠Ц叱? 475 m,前緣高程在1030～1 090 m,相對高差415～475m。坡面不平,地形坡角一般為30°～55°,局部地形坡角可達70°,橫向地形為四溝夾三脊地形。

2.2 地層巖性

調(diào)繪及勘探資料表明,主要出露地層為第四系松散堆積層和寒武系下統(tǒng)邱家河組(∈1q)。巖性組成為第四系滑坡堆積層、殘坡積層、沖洪積層及泥石流堆積層,下伏寒武系下統(tǒng)邱家河組黃灰硅質(zhì)板巖,巖層傾向 190°～ 197°,傾角 43°～ 48°。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

鄭家山滑坡位于水觀—南壩—豆叩一線以北的巴顏喀拉冒地槽褶皺帶,屬松潘—甘孜褶皺帶,滑坡距離南壩大斷層約 100 m,斷層走向約48°,全長360 km,傾角25°～50°,上盤為Z 、∈地層,下盤為 S地層。特殊的構(gòu)造部位是形成鄭家山區(qū)域山體大規(guī)模崩滑的基礎(chǔ)條件。

2.4 地震

據(jù)全國地震區(qū)劃圖GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》國家標(biāo)準(zhǔn)第1號修改單,鄭家山滑坡群所處位置的區(qū)域地震動峰值加速度為0.2 g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s,地震基本烈度為Ⅷ度。

2.5 水文條件

工作區(qū)屬涪江水系一級支流石坎河的支溝(字庫河),字庫河全長4.58 km,流域面積12.58 km2,多年平均徑流量24.70 m3/s,流域內(nèi)山高坡陡,匯流條件較好。工作區(qū)上覆第四系松散堆積層為強透水層,下覆破碎基巖為中透水層。按照地下水的賦存介質(zhì)類型、劃分為孔隙水和基巖裂隙水兩類。

3 滑坡特征及形成機制

滑坡縱向平均長約 440 m,橫向平均寬度約217 m,平面面積約95.48×103m2,平均厚度約22 m,體積約為210×104m3,屬大型土質(zhì)滑坡,滑動方向146°?！?.12”地震的發(fā)生致使坡體整體滑動失穩(wěn),前緣最大推移距離達83 m?；赂咚倩瑒雍?滑體對前緣字庫河形成嚴(yán)重堵塞,并形成一小堰塞湖,后經(jīng)人工疏通排導(dǎo)?；禄瑒雍?后緣已被嚴(yán)重擾動破壞,土體支離破碎,并出現(xiàn)大量拉裂縫。近期變形破壞方式主要為地面開裂,平面上主要分布于滑坡后緣及前緣河谷沖刷形成邊坡兩側(cè)。據(jù)統(tǒng)計,共有17條裂縫?；w為碎石土,滑帶為巖土接觸帶,滑床為硅質(zhì)板巖。在具有地層結(jié)構(gòu)、地形特征及構(gòu)造影響的客觀條件下,地震影響直接形成了斜坡的大規(guī)模滑動。

滑坡在地震中已發(fā)生整體滑動,根據(jù)調(diào)查及勘探資料,其滑動面為巖土界面,呈折線型,滑動模式為推移式?；抡w滑動后,堆積停留于河谷內(nèi),但堆積于河道內(nèi)的滑坡堆積體在洪水沖刷下,河床不斷下切,臨空面不斷擴大,自人工疏通堰塞湖至今河床已下切近7 m,兩側(cè)岸坡一直坍塌破壞。因此,根據(jù)坡體形態(tài)、結(jié)構(gòu)及變形特征判定:當(dāng)河床下切至一定深度后,堆積體可能再次產(chǎn)生松脫式失穩(wěn)破壞。

4 滑坡穩(wěn)定性評價

4.1 計算方法

滑面形態(tài)呈折線形,采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對滑坡的整體穩(wěn)定性進行定量分析計算,而對于滑坡前緣碎石土內(nèi)部淺層穩(wěn)定性的定量評價則采用瑞典條分法進行最不利滑面自動搜索。

4.2 計算模型的建立

根據(jù)滑動面、剪出口的確定情況以及滑坡變形特征相互組合,對滑坡現(xiàn)階段可能的破壞建立了4種計算模型(選取2個剖面Ⅰ-Ⅰ′及Ⅱ-Ⅱ′):第1種為滑坡整體破壞模式,如圖1所示;第2種為滑坡后緣潛在破壞模式,如圖2所示;第3種為滑坡前緣局部淺層破壞模式,如圖3、圖4所示;第4種以老河床作為最不利切割深度條件進行穩(wěn)定性預(yù)測計算,如圖5所示。

圖1 Ⅰ-Ⅰ′剖面整體破壞模式計算模型

4.3 荷載組合及工況

根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》,計算工況分為3種:天然狀況:自重;暴雨狀況:自重+暴雨;地震狀況:自重+地震。

4.4 計算參數(shù)

本次計算參數(shù)主要以試驗值為依據(jù),以反算值作為校核,并根據(jù)如下原則進行取值:

(1)以宏觀地質(zhì)判別為前提;

(2)以潛在滑帶的物質(zhì)組成為基礎(chǔ),室內(nèi)試驗值為依據(jù);

(3)以工程地質(zhì)類比(經(jīng)驗)為參考;

(4)以反算值作為校核。

根據(jù)上述原則確定其天然重度值為20.30 kN/m3,飽和重度取值為21.00 kN/m3?？辜魪姸葏?shù)取值如表1。

表1 抗剪強度參數(shù)取值表

4.5 穩(wěn)定性計算結(jié)果

4種計算模型及3種工況下鄭家山滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2～5。

表2 滑坡整體破壞穩(wěn)定性計算結(jié)果

表3 滑坡后緣淺層破壞穩(wěn)定性計算結(jié)果

表4 滑坡前緣局部破壞模式穩(wěn)定性計算結(jié)果

根據(jù)上述各模式及各工況下滑坡的穩(wěn)定性計算結(jié)果,可得出如下結(jié)論:(1)現(xiàn)階段在各工況下滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài);(2)滑坡后緣陡峻坡體整體處于穩(wěn)定狀態(tài),但在暴雨工況下易發(fā)生坡面小規(guī)模溜滑;(3)滑坡前緣形成高大新臨空面,堆積體受沖刷形成的土質(zhì)邊坡在暴雨工況下失穩(wěn)可能性大;(4)若河床在洪水沖刷作用下繼續(xù)下切,滑體穩(wěn)定性將隨切割深度加大而不斷降低,并最終再次形成整體失穩(wěn)。為此,怎樣防止河床沖刷切割將是該滑坡治理的關(guān)鍵所在。

表5 下切至老河床時滑坡整體穩(wěn)定性計算結(jié)果

5 工程治理

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》,危害對象等級總體劃分為3級,安全系數(shù)1.10～1.20,本次采用安全系數(shù)1.10。根據(jù)定性、定量穩(wěn)定性評價結(jié)果,提出如下治理方案:

(1)對滑坡區(qū)域內(nèi)的裂縫采用黏土進行封閉。

(2)排洪溝工程。在滑坡體的前緣字庫河內(nèi)反壓回填塊碎石土,來增加滑體的穩(wěn)定性,并修建排洪溝工程,減少水流對溝床底部的下蝕作用。排洪溝總長為202.8 m,其過流能力通過理論公式進行校核計算。排洪溝斷面圖如圖6所示,底寬12 m,采用M10漿砌片石砌筑,底部厚度為 1.2 m,凈高4.8 m,側(cè)壁頂寬 0.6 m,側(cè)壁坡率1∶0.5,側(cè)壁上設(shè)置兩排泄水孔,直徑為100 mm。

圖6 排洪溝斷面圖

(3)截水溝工程。通過修筑防滲性好的截(排)水溝,以攔截、疏導(dǎo)坡面匯流,從而避免地表水滲入滑體中,降低滑坡穩(wěn)定性。截水溝布置在離滑坡周界外緣5～10 m地段或利用天然地形布置在滑坡周界的沖溝內(nèi)。滑體后緣截水溝和排水溝總長度為732.6 m,截水溝采用M7.5漿砌 MU30塊石,水溝的截面尺寸通過理論公式計算,設(shè)計為為500×500 mm。

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