魚洞河滑坡地質(zhì)特征及穩(wěn)定性分析

牛彥博，胡卸文

（西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 610031）

魚洞河滑坡地質(zhì)特征及穩(wěn)定性分析

牛彥博，胡卸文

（西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 610031）

在分析滑坡體工程地質(zhì)條件和滑帶土特征的基礎(chǔ)上，分析影響因子對滑坡穩(wěn)定性的敏感性。采用不平衡推力法和簡布法，模擬多種外部條件，分析滑坡穩(wěn)定性表明，滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，局部可能失穩(wěn)，對大壩安全運(yùn)行不造成巨大危害。

滑坡；敏感性；不平衡推力法；簡布法；穩(wěn)定性

1 引言

水布埡水庫是清江流域最重要的水利工程，壩址區(qū)地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，庫岸圈定滑坡達(dá)34處，而大于1 000×104m3的滑坡有兩處，魚洞河滑坡就是其中一處，又因其距壩址僅2.3km，如果其發(fā)生滑動，將對水布埡水庫造成不可估計(jì)的危害，因此，對其穩(wěn)定性的研究具有重要的意義。研究區(qū)域滑坡分布情況如圖1，魚洞河滑坡為3號滑坡體。

本文以魚洞河滑坡作為工程實(shí)例，在掌握區(qū)域工程地質(zhì)條件和自然地理環(huán)境及滑坡體基本特征的前提下，參考長期的勘察和觀測資料以及大量的滑土帶力學(xué)實(shí)驗(yàn)成果，采用剩余推力法、簡布法等常用算法，模擬多種外界條件（如研究不同水位對于安全系數(shù)Fs的影響）對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析，為魚洞河滑坡的防治提供了理論依據(jù)。

2 魚洞河滑坡工程地質(zhì)特征

2.1 滑坡形態(tài)

魚洞河滑坡（圖1中3號滑坡體）距壩址2.3 km，平面呈長喇叭形，滑體前緣位于河床枯水位以下至210m，后緣775m，面積0.67km2，體積2 350×104m3。滑坡體在高程370～450m一線，滑坡上、下聯(lián)系較弱，可將滑坡分為上段滑體與下段滑體。上段滑體體積1 080×104m3，下段滑體體積1 270×104m3。魚洞河滑坡地質(zhì)剖面圖見圖2。

2.2 滑坡形成機(jī)理

魚洞河滑坡由于受上硬下軟的地層結(jié)構(gòu)（上部硬巖組為二疊系下統(tǒng)棲霞組灰?guī)r與石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r地層，呈陡崖地形；下部軟巖組為泥盆系寫經(jīng)寺組砂頁巖地層，呈緩坡地形）、緩傾坡外的斜順向坡、地下水對滑帶的浸泡軟化以及發(fā)育的構(gòu)造裂隙等不利因素的影響，曾在歷史上發(fā)生過3個(gè)不同序次的滑動。

第一序次：上部硬巖組因巖體受裂隙切割與側(cè)向荷載，不斷崩塌加載于緩坡上，并導(dǎo)致堆積的灰?guī)r石塊碎石沿下伏斜順向坡軟巖層發(fā)生滑動而形成魚洞河滑坡。

第二序次：后期的崩塌加載又導(dǎo)致發(fā)生了次級滑坡，次級滑坡的后緣570m，從上、下段分界部位滑出跌落覆蓋于下段滑體上，次級滑體在上段滑體上的體積為360×104m3。

第三序次：由于滑體受河流的側(cè)蝕，后期又發(fā)生了東邊灣和西邊灣次級滑動，東邊灣次級滑體的體積400×104m3，西邊灣次級滑體的體積170×104m3。

圖1 研究區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the research region

圖2 魚洞河滑坡地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological profile of the landslide

分析滑坡形成的序次可知，早期在緩坡地帶上不斷接受周邊陡崖崩塌物質(zhì)的堆積，負(fù)荷不斷加大，加上泉水滲入滑體時(shí)對滑帶的軟化，導(dǎo)致一次大規(guī)?；瑒樱恢衅谏隙位w又不斷受到堆積加載，在上、下段滑體分界部位發(fā)生次級滑動；最后是滑體下段東邊灣與西邊灣次級滑動。由以上分析可知，該滑坡為崩塌－加載型滑坡。

魚洞河滑坡在斜坡演化過程中，根據(jù)巖體演變進(jìn)程，可將其變形破壞地質(zhì)力學(xué)機(jī)制劃分為蠕滑－拉裂模式。在演化初期，斜坡基本保持一種穩(wěn)定狀態(tài)，隨著河谷的下切，斜坡臨空面附近的巖體要釋放荷載，導(dǎo)致滑坡不斷形成拉張剪切面。隨著河谷的繼續(xù)下切，滑動面附近的巖體開始發(fā)生累進(jìn)性破壞，隨著破壞的進(jìn)行，一旦斜坡滑面貫通，便沿著貫通面發(fā)生大規(guī)?；瑒樱纬梢粋€(gè)新的力學(xué)平衡穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)施加一個(gè)擾動打破此平衡狀態(tài)，便進(jìn)入下一個(gè)演化過程，形成新一次的滑動，再次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3 地層巖性

魚洞河滑坡上段滑體物質(zhì)為灰?guī)r塊石碎石夾碎屑土，距鉆孔揭露厚20.3～32.2m?；w中發(fā)育底部滑動帶（主滑帶）和次級滑動帶，次級滑動帶位于滑體垂直剖面的中部，為厚0.8m的灰白、灰黑色粘土夾灰?guī)r碎石，結(jié)構(gòu)松散，有滲水，次級滑動帶以上的滑體，結(jié)構(gòu)松散，平硐開挖有多處嚴(yán)重滲水，并多處發(fā)生硐頂坍塌，硐頂坍塌高度一般為1～3m；次級滑動帶以下的滑體結(jié)構(gòu)密實(shí)，平硐開挖無滲水，硐頂穩(wěn)定，底滑帶為厚4.1m的粘土夾碎石及少量塊石，結(jié)構(gòu)密實(shí)，無滲水?；不鶐r為泥盆系砂頁巖地層，呈斜順向坡。

下段滑體物質(zhì)為灰?guī)r塊石碎石夾碎屑土（或部分為石英砂巖塊石碎石夾碎屑土），鉆孔揭露厚24.1～102.7m。豎井揭露井深0～37.1m為塊石碎層，井深37.1～38.55m為厚1.45m的粘土夾小碎石的滑動帶，井深38.55～43.25m為塊石碎石粘土夾卵石，井深43.25～45.0m為砂卵石層?；不鶐r為志留系中統(tǒng)紗帽組砂頁巖。

2.4 滑帶土物理力學(xué)參數(shù)選取

在滑體中豎井和平硐取滑動帶擾動土樣進(jìn)行了室內(nèi)分析后，所得物理力學(xué)試驗(yàn)成果見表1。

目前，市場對零部件尤其是汽車零部件的加工精度要求越來越高，而汽車制造企業(yè)及零部件供應(yīng)商又面臨著巨大的成本壓力，這無疑是一個(gè)挑戰(zhàn)；同時(shí)，汽車制造業(yè)的自動化、智能化發(fā)展已經(jīng)成為了趨勢，如何利用先進(jìn)的自動化設(shè)備提高自身的生產(chǎn)效率，降低綜合成本，提升整體競爭力是每個(gè)企業(yè)都必須考慮的要素。埃馬克的此次展會上，無論是配備高性能焊接工藝和自動換裝工件夾緊技術(shù)、可靈活批量加工各種不同工件的ELC?160激光焊接機(jī)，還是利用感應(yīng)淬火技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本、高效率、高精度加工效果的MIND-M?1000感應(yīng)淬火機(jī)床，無一不展示出了埃馬克的自動化加工理念。

表1 魚洞河滑坡滑帶土物理力學(xué)試驗(yàn)成果表Table 1 Physic－mechanical parameters of slip zone soil in the landslide

通過對魚洞河滑坡土的物理力學(xué)試驗(yàn)成果分析以及綜合滑坡的物質(zhì)組成等其他工程地質(zhì)條件，認(rèn)為魚洞河上段滑體取c＝20kPa，φ＝20°；下段滑體取c＝20kPa，φ＝19°較為合理。但為了工程安全，在計(jì)算時(shí)應(yīng)以合理參數(shù)為中心取不同參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后比較結(jié)果，得出結(jié)論。

3 滑坡穩(wěn)定性影響因子敏感性分析

魚洞河滑坡變形破壞機(jī)制為牽引式滑移，其下段滑體首先發(fā)生滑動，從而牽引上段滑體發(fā)生滑動，所以在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)要分別考慮上段滑體和下段滑體。

對該滑坡來說，通過大量的勘探工作，取得了較為詳實(shí)的滑坡幾何參數(shù)，因此，幾何因素是確定的。難于確定的是滑坡的計(jì)算參數(shù)，滑帶土的粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、滑體充水厚度hw和滑體容重γ?，F(xiàn)將著重討論這4個(gè)影響因子對滑坡穩(wěn)定性的影響情況（即敏感度大?。?，以及確定其中哪些因子敏感度較大。這兩個(gè)問題是工程技術(shù)人員最關(guān)心的問題，也是滑坡穩(wěn)定性分析和防治的重要依據(jù)。假定滑坡各土條的c、φ、hw、γ均相等，公式

分別將KC對γ、c、hw、φ求偏導(dǎo)數(shù)：

式中，Wi＝γbihi，為第i條塊重，bi、hi分別為第i條塊的寬和高；Ui＝hwiγwli為第i條塊底面水壓力，hwi、l分別為第i條塊底面的水頭和底邊長；αi為第i條塊底面傾角；c、φ分別為滑帶土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。

將數(shù)據(jù)代入上式中，分別計(jì)算出魚洞河滑坡KC對c、φ、hw、γ的偏導(dǎo)數(shù)值，見表2。

表2 安全系數(shù)對各影響因子的敏感度Table 2 Sensitivity of safety coefficient to each affecting factor

由表2的數(shù)據(jù)表明內(nèi)摩擦角φ對kc的影響最大，次之為滑體充水厚度hw，而滑帶土的粘聚力c值對kc的影響很小，滑體容重γ幾乎沒有影響。所以在滑坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)著重考慮φ、hw和c對安全系數(shù)的影響，γ可以取定值來計(jì)算。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果計(jì)算及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取得天然重度γ＝22kN/m3。

4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

本文采用不平衡推力法和Janbu法進(jìn)行計(jì)算。

4.1 計(jì)算成果

根據(jù)對滑坡庫區(qū)的水位調(diào)查分析研究以及當(dāng)?shù)亻L期水位觀察的結(jié)果（在不考慮地震的影響下），滑坡上段全部在蓄水位以上，所以蓄水對上段滑坡的影響較小，主要考慮降雨對其影響。本文計(jì)算時(shí)，孔隙水壓分別取滑體厚度的1/3、2/3。計(jì)算成果見表3。

對于滑坡下段，此次計(jì)算分別計(jì)算水庫高水位400m、中水位320m以及枯水位210m，研究不同水位對滑坡穩(wěn)定的影響。計(jì)算成果見表4。

表3 魚洞河滑坡上段滑體穩(wěn)定性分析成果Table 3 Stability of the upper slide mass in the landslide

由表3、4可以明顯看出在參數(shù)相同的情況下，兩種方法的計(jì)算結(jié)果總趨勢是相同的，但不平衡推力法計(jì)算所得結(jié)果偏小于簡布法所得結(jié)果，為了工程安全，以下分析采用不平衡推力法計(jì)算所得結(jié)果。

4.2 成果分析

由表3、4可以發(fā)現(xiàn)，φ、hw、Fs的變化關(guān)系與敏感性分析結(jié)果一致，φ、hw對Fs的影響較大，c值對Fs的變化幅度很小，同樣符合敏感性分析結(jié)果。所以下面就對影響較大的φ、hw進(jìn)行單獨(dú)討論。

（1）由在c、φ為定值不變的情況下安全系數(shù)隨水位hw的變化可知，對于上段滑體，在c、φ值一定時(shí)，安全系數(shù)隨著地下水位的升高而降低，且變化較明顯；對于下段滑體，當(dāng)c、φ值一定時(shí)，理論而言Fs應(yīng)該隨著hw的增加而減小，且水位越高，變化斜率越大。但就實(shí)際情況而言Fs先隨著hw的增加而減小，而在接近高水位400m時(shí)，F(xiàn)s又相對增加。這是由于魚洞河滑坡的實(shí)際地形情況而產(chǎn)生的，該坡的主滑面偏下，當(dāng)水位在中水位時(shí)上部滑坡推力大，使其安全系數(shù)偏小；當(dāng)在高水位時(shí)，由于水對上部滑坡產(chǎn)生浮力，反而使滑坡穩(wěn)定性比中水位提高。

對滑坡整體來說，水的活動是滑坡形成或重新啟動的主要因素。一方面，地下水位升高，降低了滑坡體的有效應(yīng)力；另一方面，地下水的長期浸泡，降低滑體及滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度，這兩方面的因素均直接降低滑坡的穩(wěn)定性。通常，暴雨或水庫蓄（降）水都會導(dǎo)致滑坡變形甚至滑移。

（2）由在c、hw為定值不變的情況下安全系數(shù)隨φ的變化可知，當(dāng)hw值一定時(shí)，F(xiàn)s隨著φ增加而增大，巖土體之間的力學(xué)強(qiáng)度間接反應(yīng)整個(gè)滑坡的穩(wěn)定性程度。

表4 魚洞河滑坡下段滑體穩(wěn)定性分析成果Table 4 Stability of the lower slide mass in the landslidee

5 滑坡穩(wěn)定性分析

綜合以上計(jì)算成果，不難發(fā)現(xiàn)魚洞河的現(xiàn)狀穩(wěn)定性較好，總體處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。為了分析滑坡各段的穩(wěn)定性情況，將在計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)過程中（穩(wěn)定性系數(shù)最小的計(jì)算工況）求得的剩余推力，即上一條塊作用于下一條塊上的推力，繪制成滑坡條間推力示意圖，如圖3。

工程條件下，通過對圖3的研究分析認(rèn)為魚洞河滑坡在水庫運(yùn)行期上段滑體全部失穩(wěn)的可能性很小，僅正常高水位左右的魚洞河次級滑體存在失穩(wěn)的可能性。

6 結(jié)論

圖3 魚洞河滑坡條間推力示意圖Fig.3 Distribution of inter－slice thrusts for the landslide

本文以魚洞河滑坡為研究對象，在掌握區(qū)域工程地質(zhì)條件和自然地理環(huán)境及滑坡體基本特征的前提下，對其基本工程地質(zhì)條件進(jìn)行深入分析，從典型滑帶土的物理力學(xué)參數(shù)、滑帶的物質(zhì)組成和綜合性狀幾個(gè)方面，綜合計(jì)算參數(shù)選取的合理性，采用剩余推力法和簡布法兩種常用算法對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和分析，主要得到成果如下：

（1）對滑坡穩(wěn)定性影響因子敏感性分析計(jì)算表明，滑坡地下水位hw和內(nèi)摩擦角φ對滑坡的安全系數(shù)Fs影響很大，滑帶土粘聚力c次之，容重γ對滑坡的安全系數(shù)Fs影響最小。

（2）通過對魚洞河滑坡土的物理力學(xué)試驗(yàn)成果分析以及綜合滑坡的物質(zhì)組成等其他工程地質(zhì)條件，認(rèn)為天然重度γ＝22kN/m3，魚洞河上段滑體滑帶抗剪強(qiáng)度取c＝20kPa，φ＝20°；下段滑體取c＝20 kPa，φ＝19°較為合理。

（3）通過對兩種計(jì)算方法對比，在其余條件一致時(shí)，兩種方法所得的計(jì)算結(jié)果一致，且Fs的數(shù)值大小為：簡布法＞不平衡推力法。出于對工程安全考慮，建議采用不平衡推力法穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。

（4）根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算、分析所知，魚洞河滑坡發(fā)生大規(guī)?；瑒拥目赡苄圆淮螅瑑H在正常高水位以上的魚洞河次級滑體存在失穩(wěn)的可能性，對大壩安全運(yùn)行造不成巨大危害。

［1］盧廷浩.土力學(xué)［M］.河海大學(xué)出版社，2005.

［2］陸兆溱.工程地質(zhì)學(xué)［M］.中國水利水電出版社，1999.

［3］國土資源部，水利部，地礦部.2008年國土資源部、水利部、地礦部地質(zhì)災(zāi)害勘察規(guī)范［S］.2008.

［4 張喜發(fā).巖土工程勘察與評價(jià)［M］.吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

［5］徐衛(wèi)亞，等.清江水布埡壩址區(qū)及庫首若干重大滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析研究報(bào)告［R］.1995.

［6］徐衛(wèi)亞，徐瑞春，徐同海.水布埡壩址魚洞河滑坡穩(wěn)定性分析研究［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1996，7（2）：21－28.

［7］徐瑞春.水布埡壩址區(qū)環(huán)境地質(zhì)研究［J］.人民長江，1998，29（8）：15－17.

GEOLOGICAL FEATURES AND STABILITY OF THE YUDONGHE LANDSLIDE

Niu Yan－bo，Hu Xie－wen
（School of Earth Sciences and Environmental Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

based on the analysis of the engineering geological conditions of the landslide and the features of the slip zone soil，the article discusses the susceptibility of the landslide stability to affecting factors.Unbalanced thrust method and Janbu method are used to simulate a variety of external conditions and analyze the stability.That shows that the landslide is stable as a whole with instable localities，which imposes no great harm to the dam.

landslide；susceptibility；unbalanced thrust method；Janbu method；stability

P642.22

A

1006－4362（2011）03－0020－06

2011－02－28 改回日期：2011－05－04

牛彥博（1987－ ），男，在讀碩士，2010年畢業(yè)于河海大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)就讀于西南交通大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，主要從事工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面的研究工作。