湘西朱雀洞滑坡成因機(jī)制分析

馬德青,胡惠華,趙金舉

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,湖南長(zhǎng)沙 410008;2.河北省煤田地質(zhì)局水文隊(duì),河北 邯鄲056201)

朱雀洞滑坡為常德至吉首高速公路上的一大型滑坡。該滑坡位于丹青河V型谷左岸寬緩坡面上的白堊系薄～中厚層狀紅層中,屬紅層緩傾順層大型滑坡。坡體為砂巖夾泥巖?；轮芙缡軘鄬涌刂?上、下游兩側(cè)分別以F1、F2斷層為界,前緣的丹青河水位受降水影響極大。

1 滑坡基本特征

該滑坡周界平面上呈圈椅狀?；麻L(zhǎng)度448m,平均寬度約450m,平均厚度15m,最大厚度約25m,滑體體積約2.6×107m3,主滑方向N45°W。

1.1 滑坡周界

滑坡周界主要受F1、F2斷層控制。上游(常德端)邊界受控于傾角陡立的F1,高2m～10m的邊界陡坎可見(jiàn)斷層面及基巖出露。下游(吉首端)邊界受控于 F2,并沿?cái)鄬幼呦蛳蚱孪卵诱?受K197+200右側(cè)樁板墻阻擋后沿走向近北西的節(jié)理向常德方向轉(zhuǎn)折,然后沿走向近東西的節(jié)理穿過(guò)路基向河邊延展。邊界陡坎在路基以上高約1m～5m,見(jiàn)斷層角礫,路基邊界主要為裂縫區(qū)?；潞缶壥芤唤M傾向近北西的陡立節(jié)理控制。上述三組結(jié)構(gòu)面在后緣相交成弧形,后緣邊界陡坎高約2m～4m?；w前緣位于坡腳即丹青河邊,部分滑坡舌沖入河中。

1.2 滑動(dòng)面(帶)及滑床

滑帶土為泥巖中的軟弱結(jié)構(gòu)面或泥化夾層,呈軟塑土狀?；瑒?dòng)面(帶)產(chǎn)狀由基巖層面控制?？v斷面上表現(xiàn)為后陡前緩,后緣地段傾角21°～24°,前緣傾角 15°～ 17°, 靠上游局部?jī)A角 10°。橫斷面上表現(xiàn)為Ⅰ區(qū)深、Ⅱ區(qū)淺,滑面形狀受控于巖層層面,同時(shí)受順坡向陡傾節(jié)理影響,局部呈階坎狀?；嫔习l(fā)育擦痕,其滑移方向與主滑方向一致?；瑒?dòng)面的埋深呈后淺前深。后部埋深0m～11m,K197+000左側(cè)上部滑床出露;前部滑面埋深13m～20m?；娴闹骰较蚴軒r層傾向控制,約為N45°W。下部滑床主要為較完整的弱、微風(fēng)化砂巖。

1.3 滑體

主要由白堊系下統(tǒng)(K1)砂巖、泥巖和第四系全新統(tǒng)(Qh)的松散殘積碎石土組成,滑體厚度10m～20m,體積約2.6×107m3。

1.4 剪出口及滑坡舌

剪出口位于滑前的丹青河岸邊。據(jù)調(diào)查,上游剪出口(Ⅰ區(qū)前緣)的標(biāo)高124m～125m,略低于河床。由于該段為滑動(dòng)源,最大滑距達(dá)80m以上。該段滑坡舌沖入丹青河,阻塞了河道。在河岸可見(jiàn)巖層反翹現(xiàn)象。下游剪出口(Ⅱ區(qū)前緣)相對(duì)較高,標(biāo)高126m～128m。該段滑坡舌的滑移量較小,滑入丹青河一般2m～10m,見(jiàn)巖層滑移彎曲跡象。K196+880處的剪出口相對(duì)更高一些,剪出的滑體為松散覆蓋層。在已滑路基右側(cè)見(jiàn)有次級(jí)滑坡。

1.5 滑坡裂縫

受高速滑移影響,滑體前部滑體已經(jīng)散體化。上游端滑坡邊界附近的裂縫走向主要近南北向、呈拉張性、寬20cm～70cm。后緣附近裂縫走向近北東向,主要呈拉張性,坡面上出現(xiàn)一系列順坡向臺(tái)坎,寬20cm～100cm。下游端裂縫走向近東西向,上部主要為拉張性、寬5cm～20cm,下部呈剪切性,更靠近吉首端邊界的前緣見(jiàn)剪裂。鼓丘上分布一系列走向近北東向的鼓張裂縫,寬 10cm～100cm,在裂縫之間形成陷落坑,同時(shí)分布少量北西向的鼓張裂縫,靠近常德端分布有雁列式、走向近東西的羽狀鼓張裂縫。

1.6 地下水

滑體的地下水位主要位于滑動(dòng)面之上,且隨降雨而變化很大。地下水的軟化作用使坡體強(qiáng)度降低;另外,隨著地下水位的升高,巖層面及縱向裂隙中的地下水對(duì)滑體產(chǎn)生較大的浮托力及側(cè)壓力。

2 滑坡成因與機(jī)制分析

2.1 滑坡主要成因分析

巖性結(jié)構(gòu)特征:坡體的巖土特征是該滑坡產(chǎn)生的基本原因。坡體主要為浸水易變軟的軟質(zhì)巖;且為順向坡,巖層產(chǎn)狀較平緩,易產(chǎn)生滑移;層間存在軟弱夾層或泥化夾層、層間錯(cuò)動(dòng)帶,這些為滑坡形成的先天條件。

水文地質(zhì)條件:滑坡區(qū)位于斜坡地帶,地表匯水面積較大,大氣降水是本區(qū)地下水、地表水的主要來(lái)源。

地表水:主要為斜坡腳下的丹青河,其次為坡面蓄水。丹青河水位受大氣降水影響大,雨期水位驟漲、水勢(shì)兇猛、流速湍急。勘察期間河流最高水位131 m、最低126 m。

地下水:比較平緩的階梯狀坡地為大氣降水的入滲提供良好的地形條件,降水沿覆蓋層及裸露的基巖裂隙入滲后轉(zhuǎn)化為地下水,主要為潛水?；鶐r裂隙水主要儲(chǔ)存于節(jié)理裂隙及層內(nèi),順泥化夾層或透水紅砂巖層向坡腳徑流,終以下降泉形式排泄。降水使丹青河水位驟漲,其頂托作用致使坡體地下水排泄不暢,并在坡腳處產(chǎn)生很大的短期承壓性。監(jiān)測(cè)表明,雨后坡體的地下水位迅速升高,隨著河水位的下落,坡體地下水位下降較快。長(zhǎng)時(shí)間的大量降雨及洪水的側(cè)蝕是滑坡產(chǎn)生的直接誘因。降雨對(duì)滑坡有三個(gè)方面的影響,即坡體強(qiáng)度降低、地下水揚(yáng)壓力升高、滑坡后緣靜水壓力增大。汛期的滑體內(nèi)地下水位迅速升高,造成動(dòng)水壓力和空隙水壓力增大,為發(fā)生滑坡提供了充分條件。

若用歷史上丹青河最高洪水位131m代表滑前的最高地下水位,那么,當(dāng)時(shí)的地下水位比枯水季上升約8m,平均水力坡度達(dá)到28%。由于受河水頂托的影響,坡體地下水排泄不暢,即沿不透水層面產(chǎn)生較大的靜水壓力和浮托力。隨著地表水大量滲人補(bǔ)給,滑體地下水位繼續(xù)升高,滑坡穩(wěn)定性最終降到臨界狀態(tài),板狀的紅砂巖層在靜水壓力和浮托力作用下極易發(fā)生彎曲變形(圖1、圖2)。計(jì)算表明,地下水位每升高0.1m,朱雀洞滑坡穩(wěn)定性系數(shù)將降低 0.08～0.10,推力將提高160kN/m左右?？梢?jiàn)地下水對(duì)緩傾巖層滑坡的發(fā)生起著決定性的作用。

臨空面:軟質(zhì)巖浸水易軟化,軟化后抗沖刷能力降低。該坡體常德端彎道處坡腳的巖層在河流長(zhǎng)期浸泡、淘蝕作用下局部失穩(wěn)坍塌、巖層面臨空出露,從而為滑坡的形成了提供了良好的空間條件。

2.2 形成機(jī)制

滑坡的變形破裂特征:根據(jù)變形特征,該滑坡可分為Ⅰ區(qū)(上游側(cè)強(qiáng)烈滑動(dòng)區(qū))、Ⅱ區(qū)(下游側(cè)滑動(dòng)區(qū))及Ⅲ區(qū)(上部二次滑動(dòng)區(qū))三個(gè)分區(qū)。

Ⅰ區(qū):滑坡前緣寬約215m,一般寬約170m。前緣高程為丹青河床以下附近,后緣高程約208m?；碌匦慰傮w呈圈弧狀,后緣陡坎高度達(dá)9m左右,后緣斜坡坡度為19°,滑坡區(qū)總體坡度14°。堆積區(qū)中在160m一帶存在一N42°E走向的相對(duì)隆起帶,地形反傾強(qiáng)烈。隆起帶上部地形相對(duì)較緩,總體坡度12°;下部相對(duì)較陡,坡度達(dá) 26°?；噙_(dá)近100m。前緣河床一帶巖層近水平,表明該處滑帶位于河床下部附近。

Ⅱ區(qū):斜坡總體坡度 16°,主滑方向?yàn)镹45°～50°W。174m～181m 一帶存在一總體走向?yàn)镹50°E的明顯隆起帶,可見(jiàn)多個(gè)鼓包。受Ⅰ區(qū)強(qiáng)烈下錯(cuò)的牽動(dòng),該隆起帶向上游偏轉(zhuǎn)為N10°E。隆起帶一帶總體坡度12°,局部反傾。隆起帶上部斜坡相對(duì)較陡,坡度為17°;下部的174m高程以下,坡度為17°～23°,主要呈拉裂滑塌特征。Ⅱ區(qū)上游側(cè)與Ⅰ區(qū)之間為一相對(duì)凸出的山梁,可見(jiàn)巖層強(qiáng)烈揉皺彎曲特征,見(jiàn)明顯的Ⅰ區(qū)滑塊拖動(dòng)Ⅱ區(qū)滑塊而形成的羽狀拖拉裂隙。上游側(cè)下部未發(fā)生明顯的剪切錯(cuò)動(dòng),但近河床一帶可見(jiàn)冒水現(xiàn)象,表明上游側(cè)斜坡也具有較明顯的彎曲變形現(xiàn)象?；虑熬夒x現(xiàn)河床高約1m處普遍發(fā)育滲水,局部線狀流水,表明該段滑床位于現(xiàn)今河床一帶或高于河床約1m處。下游側(cè)一帶滑床出露,滑床下部巖體明顯反傾,傾角達(dá)50°左右;上部巖層反傾或近于平行,下游側(cè)緣可見(jiàn)明顯的拖拉現(xiàn)象?；孪掠蝹?cè)緣滑帶較淺,可見(jiàn)因滑坡下滑造成的側(cè)向擠壓鼓脹隆起現(xiàn)象,且發(fā)育走向N72°W的剪張裂縫,可見(jiàn)彎曲隆起現(xiàn)象;Ⅱ區(qū)滑坡內(nèi)部近下游側(cè)邊界一帶可見(jiàn)彎曲牽動(dòng)形成的脊?fàn)盥∑稹?/p>

Ⅲ區(qū):在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)滑動(dòng)基礎(chǔ)上,于 8月 3～4日山體中、上部又發(fā)生一次規(guī)模較大的滑動(dòng),滑向N45°～50°W。該次滑坡前緣位于公路一帶,高程191m～194m,后緣位于255m一帶。該滑坡常德端邊界受F1控制,吉首端受F2控制,平面呈近三角形。坡面總體坡度為17°;前緣坡度12°。

滑坡變形總體上呈后緣拉裂破壞,發(fā)育走向N50～75°E的橫向拉裂,前緣在公路一帶為彎曲隆起。南側(cè)側(cè)滑面上發(fā)育兩組擦痕,傾伏角為35°～40°及55°～60°,陡于斷層,表明可能具有切層錯(cuò)動(dòng)。

形成演化機(jī)制分析:上述特征顯示,朱雀洞滑坡的變形破裂機(jī)制為滑移彎曲型?；轮饕侵小訝钼}泥質(zhì)砂巖夾泥巖構(gòu)成的順坡緩傾層狀結(jié)構(gòu)斜坡,在河谷演化卸荷及重力作用下,沿層面特別是泥質(zhì)夾層發(fā)生蠕滑彎曲變形,并在連續(xù)暴雨及前緣上漲的河水沖蝕等誘發(fā)下,使已具有一定變形、已處于潛在不穩(wěn)定的斜坡的蠕滑彎曲變形加劇,最終在彎曲隆起部位發(fā)生剪斷潰決而形成高速滑坡。

這種順坡緩傾層狀結(jié)構(gòu)的斜坡,有利于沿層面特別是泥質(zhì)夾層發(fā)生滑移變形。由于層面傾角略大于斜坡面,層面及泥質(zhì)夾層未在坡面切露,因此在邊坡下部一定部位發(fā)生彎曲隆起,并形成剖面剪裂。隨著滑移彎曲的發(fā)展,彎曲隆起進(jìn)一步加劇,最終剖面剪裂貫通而剪出破壞,形成高速滑坡。

豐富的地下水及前緣河水的沖蝕對(duì)滑坡的形成起了主要作用?；暗倪B續(xù)暴雨,坡體地下水極為豐富,大大地降低了滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度,并在坡體中形成了較大的地下水壓力。河水暴漲、流速加快,使位處凹岸的斜坡,尤其是上游側(cè)Ⅰ區(qū)近河床一帶的彎曲隆起部位,在河水強(qiáng)烈沖蝕作用下彎曲變形加劇,致使剖面剪裂貫通、彎曲體所積聚的彈性應(yīng)變能突然釋放而成高速滑坡?；捌履_剪出口一帶的噴水現(xiàn)象及滑后前緣的出水現(xiàn)象,均說(shuō)明了降雨及地下水對(duì)滑坡形成的重要誘發(fā)作用。

由于Ⅰ區(qū)正處于凹岸處,受河水的沖蝕作用最為強(qiáng)烈,其滑移剪出面相對(duì)較深,彎曲巖層釋放的彈性能相對(duì)較大,故滑距達(dá)80m～100m;而Ⅱ區(qū)處于較順直的河岸處,且剪出面相對(duì)較淺,彎曲巖層釋放的彈性能相對(duì)較小,故滑距僅為 20m～30m。Ⅰ區(qū)的強(qiáng)烈下滑對(duì)Ⅱ區(qū)具有一定的側(cè)向牽引作用,表現(xiàn)為Ⅱ區(qū)的隆起帶向上游方向明顯的偏轉(zhuǎn)。順層邊坡滑移彎曲破壞過(guò)程見(jiàn)圖3。

因此,滑坡的總體破壞形式是:首先Ⅰ區(qū)滑坡在河水的淘蝕作用下,在斷面上逐漸向后緣發(fā)生強(qiáng)烈牽引式破壞;Ⅰ區(qū)的強(qiáng)烈下滑對(duì)Ⅱ區(qū)具有一定的側(cè)向牽引作用,迫使Ⅱ區(qū)滑動(dòng);Ⅲ區(qū)滑坡,由于Ⅰ、Ⅱ區(qū)滑動(dòng)、下部臨空而形成推移式滑坡。

綜上論述,該滑坡整體破壞模式為順層滑移—彎曲—側(cè)迫式滑坡。

4 結(jié)論

1)長(zhǎng)大緩傾的紅層順向坡在河谷演化卸荷及重力作用下,沿層面發(fā)生滑移彎曲變形。

2)在高強(qiáng)度暴雨下,地下水對(duì)坡體穩(wěn)定的影響包括降雨入滲使坡體自重增大、軟弱夾層飽水后抗剪強(qiáng)度降低等。在持續(xù)入滲、坡內(nèi)形成連續(xù)地下水位的情況下,滲流產(chǎn)生的動(dòng)水壓力也起作用。但在如此平緩的地層內(nèi)產(chǎn)生這么大規(guī)模的滑坡,地下水的頂托、水墊效應(yīng)與裂隙水的“楔裂”、“撕開(kāi)”作用是主導(dǎo)的。事實(shí)表明,超強(qiáng)度的降雨觸發(fā)了朱雀洞大型滑坡的發(fā)生。地下水起頂托、楔裂、促動(dòng)作用。水是誘發(fā)該滑坡的主要因素。鑒于該區(qū)匯水面廣、暴雨多、地下水豐富,因此在該滑坡的治理中,采用地表截水排水,坡體平洞排水的措施。

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