四川德格城區(qū)斜坡變形機理與穩(wěn)定性評價

楊 斌，曹 慧，尹江濤，高德政

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010;2.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023;4.甘孜藏族自治州國土資源局，四川 康定 626000)

四川德格城區(qū)斜坡變形機理與穩(wěn)定性評價

楊 斌1，曹 慧2，尹江濤3，高德政1

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010;2.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023;4.甘孜藏族自治州國土資源局，四川 康定 626000)

結(jié)合四川省甘孜州德格縣城區(qū)色曲河左岸城區(qū)不穩(wěn)定斜坡治理的具體工程實例，通過野外地質(zhì)勘查，查明了該地區(qū)斜坡地形地貌、地層巖性、巖土體結(jié)構(gòu)特征和水文地質(zhì)條件。在此基礎(chǔ)上對該地區(qū)進行了邊坡變形機理和破壞模式特征研究，以及斜坡穩(wěn)定性評價分析。并根據(jù)上述研究成果，提出了德格縣城區(qū)色曲河左岸城區(qū)不穩(wěn)定斜坡的治理方案，此方案為相關(guān)部門進行地質(zhì)災(zāi)害治理提供了決策支持依據(jù)。

不穩(wěn)定斜坡;變形機理;破壞模式;穩(wěn)定性評價;四川德格縣

0 引言

中國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，同時中國山地面積廣闊，新構(gòu)造運動強烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，地震活動極為頻繁，加之地形坡降大、降水集中，為不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育提供了非常有利的條件。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育過程中，大型不穩(wěn)定斜坡具有分布面廣，危害較大之特點，而危害方式常以地面開裂或下陷為主，并導(dǎo)致房屋變形、開裂、傾斜、墻基錯斷等，直接威脅著人民群眾的財產(chǎn)生命安全［1］。因此，分析研究不穩(wěn)定斜坡的變形機理及穩(wěn)定性并提出合理的治理方案具有十分重要的意義。

德格縣位于四川省甘孜藏族自治州西北邊境，青藏高原東南邊緣，金沙江東岸?？h城所在地更慶鎮(zhèn)位于金沙江一級支流色曲河中游，區(qū)內(nèi)溝谷深切，地勢狹窄，河谷階地不發(fā)育，城鎮(zhèn)多沿山麓斜坡或坡洪積臺地修建，地質(zhì)環(huán)境條件較差。同時，色曲河左岸城區(qū)三級平臺于2007年4月發(fā)生了大規(guī)模建筑物和地面變形，給縣政府辦公大樓、交流干部住宿樓、縣委辦公樓等建筑設(shè)施造成了嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重影響了政府部門的正常辦公和生活。因此，在分析該地區(qū)地質(zhì)環(huán)境、變形情況、危害程度和發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上，對色曲河左岸城區(qū)不穩(wěn)定斜坡變形機理及穩(wěn)定性評價進行分析研究，從而為防治工程方案選擇和應(yīng)急防治工程設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)范圍位于四川省甘孜州德格縣主城區(qū)以東，呈南北向分條帶狀展布，南側(cè)以縣政府為界，北側(cè)至縣監(jiān)獄，面積約0.15km2。地理位置大致為:東經(jīng)98°34′，北緯 31°48′，行政隸屬德格縣更慶鎮(zhèn)。區(qū)內(nèi)地勢主要受色曲河水系切割控制，總體地勢為東西兩側(cè)高，中部低，北部高南部低。色曲河谷地由北向南穿越城區(qū)，谷地向下游方向傾斜2°～3°，谷寬150～250m，谷底高程3196.50～3199.61m。谷地東為漸次增高的構(gòu)造侵蝕剝蝕高山，山勢高聳，谷坡陡峻，起伏連綿，梁頂高程3998～4263m，山頂圓緩，坡面凹凸不平，發(fā)育淺切割沖溝，城區(qū)東側(cè)主要有四條，斜坡坡角25°～40°，局部可達 65°，坡面發(fā)育山地灌叢草原植被，覆蓋率約55%。在斜坡西側(cè)基巖坡麓地帶發(fā)育坡洪積斜地，經(jīng)后期人工改造后形成階梯狀地形，由西向東依次發(fā)育三級臺地［2］。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造和新構(gòu)造運動

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造屬青藏滇緬印尼“歹”字型構(gòu)造頭部向中部轉(zhuǎn)折部位與金湯弧型構(gòu)造西翼之南緣和雅江旋卷構(gòu)造的西北部分。巖層在后期構(gòu)造作用擠壓下，斷裂和褶皺比較發(fā)育。而德格縣位于三江弧形構(gòu)造以北，第四紀(jì)以來，新構(gòu)造運動十分強烈，隨青藏高原整體隆升2000m以上。隆升還具有振蕩性，并在色曲谷地兩側(cè)形成侵蝕堆積臺(階)地，臺(階)面高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面數(shù)米至三十余米，在廣大基巖山區(qū)形成了起伏大、坡度陡，連綿不絕的高山峽谷。地質(zhì)剖面分析如圖1所示:

圖1 德格縣城區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.1 The cross-section of the Dege county

1.3 斜坡工程地質(zhì)條件

由于巖土體主要分布于斜坡后東側(cè)基巖山區(qū)，巖體在斜坡區(qū)被掩埋于坡洪積層和卵石層之下，埋藏深度8.6～37.1m，屬三疊系中下統(tǒng)(T1-2)云母片巖。表部巖層風(fēng)化強烈，強風(fēng)化厚度一般小于3m。巖層呈薄層狀，片理發(fā)育。巖層物理力學(xué)性質(zhì)較差。根據(jù)取樣試驗分析(試樣微風(fēng)化)，巖石自然密度為2.61g/cm3，飽 和 密 度 為 2.61g/cm3，抗 拉 強 度2.41MPa，內(nèi)摩擦角 39.7°，粘聚力 2.44MPa，變形模量0.31×104MPa，天然抗壓強度10.21MPa，飽和抗壓強度8.85MPa。具體物理力學(xué)指標(biāo)見表1、表2。根據(jù)斜坡體成因類型的不同，可劃分為人工填土、坡洪積含碎石、角礫粉質(zhì)粘土、粉土夾薄層碎石土、沖積土卵石類土三種類型［3］。各類土體因形成環(huán)境的差異，物理力學(xué)性質(zhì)差異明顯，其具體物理力學(xué)指標(biāo)取值見表1、表2。

表1 巖石物理參數(shù)取值Table 1 The value of rock physical parameters

表2 巖石力學(xué)參數(shù)取值Table 2 The value of rock mechanical parameters

2 斜坡變形特征及破壞模式研究

2.1 斜坡變形特點分析

通過對色曲河左岸城區(qū)斜坡工程地質(zhì)調(diào)查，區(qū)內(nèi)斜坡變形具有以下四個特點。

①在縱向上具有一級平臺較穩(wěn)定，二級平臺在北側(cè)縣監(jiān)獄—城關(guān)小學(xué)—糧食局一帶以填土不均勻沉降為主，三級平臺以斜坡蠕滑變形為主的特點。據(jù)調(diào)查，斜坡變形主要集中于三級平臺所在的縣委、縣政府、縣人大、交流干部住宿樓、縣工會一帶，一級平臺未見明顯的變形破壞痕跡。

②在平面上表現(xiàn)為變形范圍大的特點。本次斜坡變形涉及德格縣主城區(qū)三級平臺的大部分地段，變形區(qū)面積為10706m2;在縣中隊—城關(guān)小學(xué)一帶的二級平臺變形區(qū)面積為11955m2。

③變形時間具有突發(fā)性的特點。據(jù)調(diào)查，除歷史變形裂縫外，本次斜坡變形具有突發(fā)性的特點，變形時間主要集中于2007年4月28日前后，且變形強烈。

④具有危害性大的特點。此次斜坡變形危害巨大，除造成縣政府辦公大樓成為危房外，還造成2005年新修建的縣委大樓墻體出現(xiàn)多處開裂、變形;交流干部住宿樓整體向西傾斜5cm，向南傾斜3cm，并出現(xiàn)墻柱錯斷;縣人大政協(xié)辦公樓整體向西傾斜18cm。嚴(yán)重影響了政府各級部門的正常工作。

⑤據(jù)斜坡變形區(qū)所處位置、變形性質(zhì)的不同，將整個斜坡劃分為縣政府—人大政協(xié)—縣委—公安局大院的所在的三級平臺斜坡蠕滑變形區(qū)和縣中隊—城關(guān)小學(xué)所在的二級平臺不均勻沉降變形區(qū)。

2.2 破壞模式分析

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，在斜坡變形區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的滑動面，坡體后緣拉裂縫亦未貫通，前緣未發(fā)現(xiàn)剪出口，可見城區(qū)三級平臺斜坡變形屬于滑坡變形的初始蠕變階段［4］。綜合分析斜坡結(jié)構(gòu)特征和已有變形跡象，得出斜坡變形破壞模式存在兩種情況:第一種是沿卵石層界面產(chǎn)生折線型滑動，可能在二級或三級臺地前緣剪出破壞;第二種是在斜坡含碎石粉質(zhì)粘土層內(nèi)部形成滑動面，產(chǎn)生圓弧型滑動，在三級臺地前緣或二級臺地前緣形成牽引式的剪出破壞。

結(jié)合研究區(qū)應(yīng)急監(jiān)測資料，通過分析可以判定縣公安局—縣委—人大政協(xié)—縣政府一帶的三級平臺斜坡處于初始滑移變形階段，在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震作用下可能沿三級平臺前緣下滑失穩(wěn)。縣中隊—城關(guān)小學(xué)一帶的二級平臺尚未完填土的成固結(jié)沉降，在地表雨水的浸潤作用下可能進一步固結(jié)沉降，并向二級平臺前緣臨空一側(cè)產(chǎn)生側(cè)向擠壓變形，隨著地面變形和建筑物變形的進一步演變，將可能產(chǎn)生滑移破壞。

3 斜坡變形特征及破壞模式研究

3.1 斜坡穩(wěn)定性定性評價

通過前述斜坡變形機制及破壞模式分析，并結(jié)合本次應(yīng)急監(jiān)測資料，判定縣公安局—縣委—人大政協(xié)—縣政府一帶的三級平臺斜坡處于初始滑移變形階段，在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震作用下可能沿三級平臺前緣下滑失穩(wěn)［5］。縣中隊—城關(guān)小學(xué)一帶的二級平臺尚未完成填土表現(xiàn)為固結(jié)沉降，在地表雨水的浸潤作用下可能發(fā)生進一步變形，并向二級平臺前緣臨空一側(cè)產(chǎn)生側(cè)向擠壓變形，隨著地面變形和建筑物變形的進一步演變，將可能產(chǎn)生滑移破壞。

3.2 極限平衡法斜坡穩(wěn)定性計算

根據(jù)前述斜坡變形破壞模式分析，當(dāng)三級平臺斜坡沿卵石層界面附近形成滑動帶，產(chǎn)生蠕滑時，其滑面結(jié)構(gòu)為折線型。按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2002)的相關(guān)要求，并結(jié)合該斜坡災(zāi)害的特點，采用剛體極限平衡法的傳遞系數(shù)法定量分析計算其穩(wěn)定性與剩余下滑推力［6］。分析計算公式如下:

根據(jù)斜坡形態(tài)結(jié)構(gòu)特征分析及可能的剪出口進行分析，潛在可能的滑動面可能有多種破壞模式，一種是整體滑坡模式;另一種是在局部地段產(chǎn)生分級滑動模式。對其分析過程如下:

①整體滑動模式:根據(jù)斜坡形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，斜坡可能產(chǎn)生的整體滑動模式有以下兩種，一種是沿卵石層頂部含碎石粉質(zhì)粘土中形成滑動帶，產(chǎn)生折線型滑動;另一種是在各勘探剖面中沿三級平臺上部含碎石粉質(zhì)粘土層中形成滑動帶而產(chǎn)生折線型滑動，在二、三級平臺前緣陡坎下剪出破壞。穩(wěn)定性計算過程中，將兩種可能性均進行計算，以穩(wěn)定系數(shù)較小值作為滑坡整體穩(wěn)定性。

②局部分級滑動模式:主要分布于縣政府—縣工會樓一帶的三級平臺和次級小平臺，其坡體可能沿三級平臺前緣底部或三級平臺上部的次級小平臺底部產(chǎn)生次級滑移破壞。

3.3 斜坡穩(wěn)定性綜合評價

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》第9.4.6條的規(guī)定，通過斜坡穩(wěn)定系數(shù)Fs來評價其穩(wěn)定狀態(tài)。通過計算，縣政府、縣工會一帶的三級平臺及次級小平臺在天然工況條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定系數(shù)Fs介于1.07～1.09;在暴雨飽和與地震工況條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定系數(shù) Fs介于0.91～0.97。而縣委院壩次級滑動面穩(wěn)定性系數(shù)不管在天然工況條件下，還是地震或飽和工況條件下穩(wěn)定性系數(shù)Fs均大于1.10，該區(qū)域處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)［7］。

由計算結(jié)果可知，德格縣城區(qū)色曲河左岸斜坡除整體不穩(wěn)定外，還在存在局部滑動的可能，尤其是縣政府一帶，在暴雨飽和工況或地震工況條件下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在局部滑移失穩(wěn)的可能性。其剩余下滑推力天然工況條件下為87.71～351.04kN/m;在暴雨飽和工況條件下為19.3～227.29kN/m;在地震工況條件下為57.62～175.84kN/m。

4 防治方案建議

4.1 應(yīng)急防治方案建議

根據(jù)斜坡變形特征與穩(wěn)定性分析計算，并結(jié)合實際工程應(yīng)用情況，提出了六點應(yīng)急防治措施，分別為:①斜坡的前緣及其陡坎地帶及其周邊地帶設(shè)立明顯的警示標(biāo)志，提醒當(dāng)?shù)鼐用窦斑^往行人遠離斜坡區(qū)，注意繞行;②對斜坡體上的裂縫進行全面填補、夯實，減少地表徑流或雨雪的入滲量，提高斜坡體的穩(wěn)定性;③嚴(yán)禁在斜坡及其周邊區(qū)域(尤其是斜坡前緣)進行各種不利于斜坡體穩(wěn)定的取土、耕作、開挖等活動;④對斜坡實施長期的動態(tài)監(jiān)測，在雨季和雨雪連綿時段，必須進一步加強對斜坡的監(jiān)測，派專人守護現(xiàn)場，行人車輛繞行，更不要圍觀，同時加強對斜坡前緣、陡坎、后壁、裂縫、地下水出露等情況的巡查，發(fā)現(xiàn)異常及時通知當(dāng)?shù)鼐用?、行人緊急避險;⑤嚴(yán)禁開展對斜坡體加載的活動，如在斜坡上種植增大滑體荷載的高大樹種，對斜坡體上的建筑活動應(yīng)嚴(yán)格限制;⑥為了增加斜坡的穩(wěn)定性，還可采用在斜坡后側(cè)進行適當(dāng)?shù)那宸綔p載，對斜坡前緣進行堆載反壓，對表層松散土體進行噴錨支護。

4.2 治理方案建議

在分析斜坡變形破壞機理的基礎(chǔ)上，考慮到斜坡體上建筑物密集，地面基本被利用作各種建設(shè)用地，提出了以下兩種治理方案。

①抗滑擋墻+樁板墻+排水設(shè)施相結(jié)合的綜合治理方案

根據(jù)不同地段斜坡變形強弱的不同，采用不同的工程治理方案。其中在縣政府、人大政協(xié)、縣委所在的三級平臺前緣及縣工會前緣各布置一排抗滑樁，其中三級平臺前緣分布段總長約172m、縣工會前緣分布段長約90m，共布置抗滑樁44根(三級平臺前緣29根、工會前緣15根)，樁間距6m，樁長20m左右。此外，為防止斜坡東側(cè)地表雨水進入斜坡體，在斜坡變形區(qū)以外的基巖坡麓修建截水溝1條;在坡面修建排水溝4條，排水溝總長560m。在縣中隊—城關(guān)小學(xué)所在的二級平臺不均勻沉降變形區(qū)設(shè)計抗滑擋墻，總長約183m。

②錨桿樁+削方減載+鋼管排樁+排水設(shè)施相結(jié)合的綜合治理方案

針對斜坡體上建筑物的變形，采用錨桿樁抑制斜坡體的變形和地基補強，這種工程措施主要用于縣委辦公樓。針對荷載是斜坡運動的主要因素，可以對斜坡體進行削方減載，主要方法為:拆除老舊建筑物，并不再其上修建新建筑物，其次，對斜坡體上的土體進行減坡削方，有效減低坡體荷載。針對斜坡體塑性流動為主，整體性滑動為次的特點，采用鋼管排樁加注漿對斜坡土體進行固化，擠密，形成類似地下連續(xù)墻的抗滑工程。宜分排布設(shè)，共設(shè)計三排，根據(jù)本次應(yīng)急搶險的成功經(jīng)驗，在強變形區(qū)所在的三級平臺前緣設(shè)計鋼管樁3排，樁間距0.60m，排距0.80m，三排樁成梅花形布置，樁體宜深入卵石層或基巖3～5m。，樁長15m。預(yù)計設(shè)計鋼管樁根1306根，其中三級平臺前緣853根;工會前緣及檔案館一帶共453根。

以上兩種方案均可有效地防止斜坡蠕滑變形，其中第二種方案從技術(shù)和經(jīng)濟方面具有施工方便簡單的優(yōu)點，但治理效果受注漿效果的影響較大且工程費用相對較高;第一種方案具有施工難度較大的缺點，但治理工程效果和工程質(zhì)量易于保證，且治理工程費用相對較低的特點。在實際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)項目工程需求選取相應(yīng)的治理措施。

5 結(jié)論

通過對四川省德格城區(qū)不穩(wěn)定斜坡變形區(qū)分析研究，得出該區(qū)域以第四系坡洪積層蠕滑變形為主，區(qū)內(nèi)主要物質(zhì)組成為含碎石、角礫粉質(zhì)粘土和碎石土，部分地段覆蓋人工填土，尤其是含碎石、角礫粉質(zhì)粘土層厚度較大，呈可塑—軟塑狀，具備斜坡蠕滑變形的物質(zhì)基礎(chǔ)。并對研究區(qū)斜坡蠕滑變形的破壞模式進行了分析探討，最終確定斜坡將在軟塑的含碎石、角礫粉質(zhì)粘土層中產(chǎn)生折線型滑動，滑動面埋深6.2～12.6m，平均9.39m，體積10.53萬 m3。經(jīng)分析計算得出在天然工況條件下，斜坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.11～1.14，處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨飽和工況條件下穩(wěn)定性系數(shù)為1.03～1.08，處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在天然+地震工況條件斜坡穩(wěn)定系數(shù)為0.95～1.02，處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，坡體可能下滑失穩(wěn)，為潛在滑坡。該研究結(jié)論為相關(guān)部門進行災(zāi)后治理提供了相應(yīng)的決策支持依據(jù)。

［1］顏丹平，宋鴻林，傅昭仁.揚子地臺西緣江浪變質(zhì)核雜巖的出露地殼剖面構(gòu)造地層柱［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，1997，1(3):290～297.

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［7］李建林，劉 杰，王樂華.多因素作用下隔河巖電站廠房高邊坡變形機理及巖體穩(wěn)定性研究［J］.巖土工程學(xué)報，2007，29(9):1289-1295.

Deformation mechanism and stability estimation of slope in the Dege county of Sichuan Province

YANG Bin1，CAO Hui2，YIN Jiang-tao3，GAO De-zheng1
(1.College of Environment and Resource，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China;2.Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute CO.，LTD OF MCC，Chengdu 610023，China;3.Bureau of Land and Resources，Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture，Kangding 626000，China)

In combination with the specific example of unstable slope treatment project in the left bank of Sequ River in Dege City，Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture，Sichuan Province，and through the geological survey，the authors identify the slope topography，formation lithology，structure characteristics of rock and soil and hydrogeology conditions.On this basis，the deformation mechanism and the possible failure modes of slope are studied，and the slope stability is evaluated.According to the results of the study，the treatment proposal of the unstable slope is proposed，which should provide for the strategic decision in geological disaster defense.

unstable slope;deformation mechanism;failure model;stability evaluation;Dege county，Sichuan Province

1003-8035(2010)02-0030-05

TU94+3.2

A

2009-12-07;

2010-03-07

西南科技大學(xué)博士基金項目(2009A116)

楊 斌(1979—)，男，新疆石河子人，博士，講師，地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，主要從事生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價等領(lǐng)域中的教學(xué)與科研工作。

E-mail:xjgis@126.com