湖北省巴東新城白土坡斜坡巖體穩(wěn)定性分析

肖擁軍，殷坤龍

(1.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

湖北省巴東新城白土坡斜坡巖體穩(wěn)定性分析

肖擁軍1，殷坤龍2

(1.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

巴東組第三段是三峽庫區(qū)滑坡發(fā)育的主要地層之一，巴東新城深部變形監(jiān)測鉆孔巖芯分析表明在巴東組第三段地層中發(fā)育有多層軟弱夾層，以泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖為主，大部分破碎帶具有順層、連續(xù)等特點(diǎn)。白土坡斜坡巖體中主要貫通性夾層有13層，中上部夾層分布較密，西壤坡斜坡巖體中主要貫通性夾層有3層，與白土坡巴東組第三段下部夾層對應(yīng)，巴東組第三段中的軟弱夾層是斜坡深層巖體的主要結(jié)構(gòu)面。白土坡深層巖體穩(wěn)定性分析結(jié)果表明隨著庫水位的上升斜坡穩(wěn)定性有下降趨勢，但其整體穩(wěn)定性較好，白土坡前緣斷層為斜坡深層變形提供了邊界條件。

三峽庫區(qū);湖北省巴東新城;巴東組第三段;軟弱夾層;斜坡巖體穩(wěn)定性

0 引言

巴東組第三段是巴東縣城區(qū)的主要問題地層，黃土坡滑坡、趙樹嶺滑坡、紅石包滑坡就發(fā)生在此段地層中［1］。黃土坡滑坡深部變形位置與勘探鉆孔、平硐中揭露的不同高程的不連續(xù)滑帶及軟弱層位置吻合［2］。趙樹嶺滑坡區(qū)出露的T2b3地層中見多層軟弱破碎帶，它們構(gòu)成了各不同期次滑坡的滑動(dòng)面(或滑帶)［3］。紅石包滑坡存在淺層和潛在深層滑體兩種形式，深層滑移帶屬于貫通的軟弱帶［4，5］。白土坡前緣發(fā)育的譚家坪滑坡、榨坊坪滑坡滑體基巖中的泥質(zhì)灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖也形成軟弱滑動(dòng)帶［6，7］。巴東組第三段軟弱夾層在前期褶皺過程中發(fā)生了層間錯(cuò)動(dòng)逆沖剪切［8］，軟弱夾層在斜坡形成發(fā)展過程中受到斜坡重力作用、水庫蓄水的影響，已成為斜坡變形破壞的潛在結(jié)構(gòu)面。已有研究也認(rèn)為巴東新城區(qū)扇形斜坡存在深層蠕變［9，10］。

1 巴東新城區(qū)巴東組第三段巖性分析

在巴東新城扇形斜坡監(jiān)測區(qū)內(nèi)，西壤坡基巖斜坡區(qū)的兩個(gè)監(jiān)測孔揭露地層包括覆蓋層、巴東組第三段、巴東組第二段。白土坡基巖斜坡區(qū)的三個(gè)監(jiān)測孔揭露地層包括覆蓋層、巴東組第三段。白土坡2#鉆孔還揭露了董家梁子—紅石包斷裂斷層。白土坡3#鉆孔還穿過了巴東組第三段進(jìn)入了巴東組第二段。

以巴東組第三段、巴東組第二段的地層界面為基準(zhǔn)分析了五個(gè)鉆孔的巖芯，并對鉆孔柱狀圖進(jìn)行對比分析，圖1中的連線表示不同鉆孔所揭示的對應(yīng)軟弱夾層。從圖中可見在巴東組第三段地層中發(fā)育有多層軟弱破碎帶，中上部夾層分布較密，大部分破碎帶具有順層、連續(xù)、空間厚度具有一定變化等特點(diǎn)。

圖1 鉆孔揭示巴東組第三段中夾層分布圖Fig.1 The distribition map of weak intercalated layers in T2b3revealed by boreholes

選取代表性巖芯及夾層進(jìn)行了X衍射物相(全巖)分析，礦物分析結(jié)果(表1)表明:巴東組第三段以灰?guī)r為主，方解石含量在80%以上，泥質(zhì)含量在10%左右。局部夾有灰質(zhì)白云巖。巴東組第二段以粉砂質(zhì)泥巖為主，主要為粘土礦物(50% ～60%)、石英(25%～30%)，方解石含量在10%左右。巴東組第三段軟弱夾層以泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖為主，粘土礦物含量30%～60%。

表1 鉆孔巖芯X衍射物相(全巖)分析Table 1 The X-ray diffraction phase analysis of drilling cores

2 白土坡、西壤坡庫岸斜坡深層巖體結(jié)構(gòu)

綜合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域構(gòu)造分析及監(jiān)測鉆孔巖芯分析，得到了白土坡巴東組第三段工程地質(zhì)剖面圖(圖2)。如圖所示，白土坡斜坡出露巴東組第三段厚度在270m左右，其中鉆孔揭露巖性變化處主要貫通性夾層有13層，除最下一層夾層為巴東組第二段第三段界面1.2m厚的藍(lán)綠色鈣質(zhì)泥巖外，其余夾層分布在巴東組第三段巖體內(nèi)，夾層的空間分布由巴東組第三段的巖性變化控制，由此可見巴東組第三段中的軟弱夾層是白土坡斜坡的主要結(jié)構(gòu)面。除表層發(fā)育第四紀(jì)坡積層、碎裂巖外，白土坡斜坡整體上為層狀結(jié)構(gòu)，官渡口向斜控制了白土坡斜坡的總體形態(tài)，向斜核部出露在長江南岸高程300m左右，核部以北長江南岸地層反傾，白土坡斜坡中上部發(fā)育有次級褶皺大巖洞背斜、太山廟子向斜，根據(jù)長江兩岸地層對比巴東組第二段第三段界面在長江底部出露。在白土坡前緣核部發(fā)育有正斷層董家梁子—紅石包斷裂(F3)，此斷層的存在破壞了斜坡前緣巖體的整體性，控制了斷層上盤江邊的榨坊坪、譚家坪滑坡體的發(fā)育，也影響斜坡巴東組第三段巖體的深層穩(wěn)定性。

圖2 白土坡巴東組第三段工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 The engineering geological section of T2b3at Baitupo slope

通過對鉆孔巖芯分析，西壤坡斜坡出露巴東組第三段厚度在180m左右，其中鉆孔揭露巖性變化處主要貫通性夾層有 3層(圖 3)，除最下一層夾層為T2b3/T2b2界面1.2m厚的藍(lán)綠色鈣質(zhì)泥巖外，其余2層夾層分布在巴東組第三段巖體內(nèi)，與白土坡巴東組第三段下部夾層對應(yīng)，而對應(yīng)白土坡上部密集夾層層位的巖體已剝蝕。除表層發(fā)育第四紀(jì)坡積層、碎裂巖外，斜坡整體上為層狀結(jié)構(gòu)。監(jiān)測剖面揭示西壤坡斜坡的總體形態(tài)為順層斜坡，由于長江在此右拐，西壤坡西部巖體巖層層面與坡面有一定夾角。官渡口向斜核部出露在長江南岸高程80m左右，T2b3/T2b2界面在長江南岸出露。

圖3 西壤坡巴東組第三段工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 The engineering geological section of T2b3at Xirangpo slope

3 白土坡深層巖體穩(wěn)定性分析

選擇白土坡主剖面(圖2)利用FLAC軟件進(jìn)行有限差分?jǐn)?shù)值模擬分析，剖面最高點(diǎn)到巴東斷裂后緣海拔高程1000m處，最低點(diǎn)在長江河谷附近并跨越了江底T2b2/T2b3界面。根據(jù)白土坡巖體工程地質(zhì)特征、鉆孔巖芯的巖性及結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征，將巖體劃分為8個(gè)工程地質(zhì)巖組(包括斷層)。表2中計(jì)算參數(shù)的選取通過巖土體的物理力學(xué)試驗(yàn)、巖體質(zhì)量評價(jià)及工程地質(zhì)類比等綜合確定。在考慮三峽水庫蓄水時(shí)，當(dāng)巴東組第三段巖土體處于地下水位以下時(shí)采用飽和參數(shù)計(jì)算。

表2 白土坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)表Table 2 The physical and mechanical parameters of rock and soil mass in Baitupo slope

利用強(qiáng)度折減系數(shù)法分別計(jì)算六種不同工況下的斜坡穩(wěn)定性:66m天然水位、145m庫水位、175m庫水位、175m庫水位驟降145m庫水位、145m庫水位+6級地震、175m庫水位+6級地震。對應(yīng)的白土坡斜坡體系的安全系數(shù)分別為 1.79、1.77、1.7、1.68、1.46、1.39，結(jié)果表明隨著水位的上升斜坡穩(wěn)定性有下降趨勢，但其整體穩(wěn)定性較好。雖然斜坡深部軟弱夾層是斜坡的潛在滑動(dòng)帶，但由于白土坡前緣巴東組第三段地層反轉(zhuǎn)，成為了抗滑段，保證了斜坡的穩(wěn)定性。計(jì)算得到的不同工況極限狀態(tài)下白土坡前緣剪應(yīng)變及速度矢量圖(圖4)表明白土坡前緣F3斷層為斜坡變形提供了邊界條件，前緣深層破壞以切層剪切為主。

4 結(jié)論

通過變形監(jiān)測鉆孔巖芯分析，巴東組第三段地層以灰?guī)r為主，其中發(fā)育的軟弱夾層以泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖為主，粘土礦物含量30% ～60%。大部分軟弱夾層具有順層、連續(xù)、空間厚度具有一定變化等特點(diǎn)。

圖4 175m庫水位極限狀態(tài)下白土坡前緣剪應(yīng)變及速度矢量圖Fig.4 The distribution map of shear strain and velocity vector in an ultimate limit state at the front of Baitupo slope under the condition of 175-meter water level

白土坡、西壤坡工程地質(zhì)剖面圖表明斜坡整體上為順層斜坡、層狀結(jié)構(gòu)，白土坡斜坡巖體中主要貫通性夾層有13層，中上部夾層分布較密，西壤坡斜坡巖體中主要貫通性夾層有3層，與白土坡巴東組第三段下部夾層對應(yīng)。巴東組第三段中的軟弱夾層是斜坡深層巖體的主要結(jié)構(gòu)面。

選擇白土坡主剖面利用FLAC軟件進(jìn)行有限差分?jǐn)?shù)值模擬分析，利用強(qiáng)度折減系數(shù)法分別計(jì)算六種工況下的斜坡穩(wěn)定性，結(jié)果表明隨著庫水位的上升斜坡穩(wěn)定性有下降趨勢，但其整體穩(wěn)定性較好。白土坡前緣F3斷層為斜坡變形提供了邊界條件。

［1］鄧清祿，斜坡變形構(gòu)造—巴東新縣城斜坡剖析［M］.武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

［2］陳松，陳國金，徐光黎.黃土坡滑坡形成與變形的地質(zhì)過程機(jī)制［J］.地球科學(xué)—中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，33(3):411-415.

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［4］劉特洪，吳玉華，袁登維，等.長江三峽庫區(qū)巴東紅石包滑坡深層潛在滑移軟弱帶的研究［J］.湖北地礦，2002，16(4):105-111.

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［6］聶文波，張利潔，唐輝明，等.三峽工程庫區(qū)譚家坪滑坡系統(tǒng)工程地質(zhì)研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，24(5):392-396.

［7］馬俊生.滑坡體數(shù)字高程模型DEM的構(gòu)建及其應(yīng)用研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)碩士論文，2004.

［8］肖擁軍，殷坤龍，黃學(xué)斌，等.巴東新城白土坡深層巖體軟弱夾層地質(zhì)特征［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007，34(6):72-75.

［9］鄧清祿，王學(xué)平.斜坡深層巖石蠕變與黃土坡滑坡［J］.長春科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，29(1):60-63.

［10］劉傳正，劉艷輝，連建發(fā).長江三峽巴東復(fù)雜斜坡系統(tǒng)成因研究［J］.地質(zhì)論評，2006，52(4):510-521.

Analysis of rockmass’stability at Baitupo slope in Badong new town，Hubei Province

XIAO Yong-jun1，YIN Kun-long2
(1.Civil Engineering Faculty，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan 411201，China;2.Engineering Faculty，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China)

The 3rdsection of Badong Formation is one of the major strata where landslides developed in Three Gorges reservoir，the rock of T2b3is mainly consisted of limestone and the weak intercalated layers in T2b3composed of argillaceous limestone and calcareous mudstone.The cores of monitoring drills were compared，the result showed several fractured weak zones developed in T2b3and these zones is consequent and continuous.the major thirteen penetrative weak intercalated layers of the 3rdsection of Badong Formation at Baitupo slope developed，and most were located at middle and top part，the three penetrative weak intercalated layers corresponding to the lower part of T2b3at Baitupo slope developed at Xirangpo slope.It was concluded that the weak intercalated layers are the major structural planes of deep-seated rock mass at slopes.The analysis of stability of Baitupo deep rock show that the stability decreased gradually with the increase of reservoir’s water level，but Baitupo slope was still in integral stable status，the F3 fault on the leading edge of Baitupo provided the boundary condition for slope’s deep deformation.

Three Gorges Reservoir region;Badong new town-site of Hubei Province;3rdSection of Badong Formation;weak intercalated layer;rock-mass stability of slope

1003-8035(2010)04-0044-04

P642.22

A

2010-07-30;

2010-08-23

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(10JJ6062);湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目(09C410);湖南科技大學(xué)博士基金(E50955);高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)(TS11027)

肖擁軍(1974—)，男，博士，講師，主要從事工程地質(zhì)教學(xué)與科研工作。

E-mail:yongjunxiao2002@163.com