金沙江大陸底滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

楊天勇,余先華

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,成都 610059)

金沙江大陸底滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

楊天勇,余先華

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,成都 610059)

在缺少鉆孔和平洞勘探資料的條件下,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)量獲得的坡體特征確定滑面形態(tài)及位置。通過(guò)仿真壓密試驗(yàn),獲得不同壓力下滑帶土的孔隙比,用有限元計(jì)算滑面正應(yīng)力,根據(jù)仿真樣剪切試驗(yàn)得到滑帶土強(qiáng)度參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,剛體極限平衡法計(jì)算的穩(wěn)定性系數(shù)表明,天然工況下坡體穩(wěn)定,蓄水工況下將失穩(wěn)破壞。

大陸底;滑坡;強(qiáng)度參數(shù);穩(wěn)定性

大陸底滑坡位于魯?shù)乩娬編?kù)區(qū)金沙江右岸,前緣高程1170m,后緣高程1550m,高差380 m,寬度200～470m,滑坡地段地形坡度較緩,中后部為 30°～40°,至前部地形變緩 ,為 20°左右 ,滑坡目前未見(jiàn)整體變形跡象,僅前緣局部垮塌,但其前緣高程低于正常蓄水位,水庫(kù)蓄水將影響滑坡的穩(wěn)定性,因此分析蓄水前后的穩(wěn)定性狀態(tài),對(duì)魯?shù)乩娬镜陌踩\(yùn)營(yíng)具有重要的意義。限于目前工作階段,滑坡上未布置任何勘探工作,本文在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)量的基礎(chǔ)上,獲得滑帶在滑坡中后部地段的出露位置及特征以及前緣地段反翹的形態(tài)和坡度,結(jié)合后緣殘留滑坡壁的產(chǎn)狀,去分析獲得滑面的形態(tài)[1～3]。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,確定了滑帶土的強(qiáng)度參數(shù),最后開(kāi)展了穩(wěn)定性的計(jì)算與評(píng)價(jià)。

1 大路底滑坡形態(tài)特征

1.1 平面形態(tài)特征

大路底滑坡為一發(fā)育于順層斜坡中的滑移彎曲破壞模式的滑坡,圈椅狀地形明顯(圖1),后緣寬度200～240m,前緣寬470m,滑體中有沖溝發(fā)育。從地形上看,該滑坡位于金沙江右岸,滑動(dòng)方向176°～178°。

滑坡體從上部向下坡度逐漸變緩,面積變大。坡面上有礫巖巨石,粒徑范圍為20cm～5m不等(推測(cè)為滑坡形成以后后緣滑壁巖體崩塌產(chǎn)生)。

圖1 大路底滑坡圈椅狀地形Fig.1 Daludislopeintheshapeofaround-backedarmchair

坡體上發(fā)育有兩級(jí)平臺(tái),下部一級(jí)平臺(tái),順河向長(zhǎng)130～150m,順坡向?qū)?40～60m,面積約700 m2,平臺(tái)上植被覆蓋很少,有荒廢的農(nóng)田。

中部二級(jí)平臺(tái),順河向長(zhǎng)60～80m,順坡向?qū)?0～30m,面積約200m2。平臺(tái)上有大塊石,直徑3～5m。

1.2 大路底滑坡剖面形態(tài)的解釋及特征

滑坡表面的形態(tài)不僅是了解滑坡的規(guī)模、滑床的形態(tài)的依據(jù),而且也是穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。前緣平緩段過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成穩(wěn)定性系數(shù)K的增大,反之則減小,因此獲得可信的滑面形態(tài)至關(guān)重要。由于大路底滑坡目前尚無(wú)勘探鉆孔,因而不能揭示剖面的形態(tài)及滑體的厚度。為了獲得有一定可信度的剖面形態(tài),這里根據(jù)滑坡周邊地形地貌、后緣殘留滑面、滑坡中部臺(tái)階的特征來(lái)解釋大路底滑坡的剖面的形態(tài)。主要的依據(jù)有以下幾點(diǎn):

(1)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查在滑坡左右兩側(cè)沖溝內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了滑帶土,并且沖溝內(nèi)兩側(cè)的滑帶土基本處于同一水平位置,這可以作為一個(gè)判斷滑面位置的有力證據(jù)。

(2)在滑坡前緣的巖層有反翹現(xiàn)象,與水平面的夾角為 15°～20°。

(3)現(xiàn)場(chǎng)踏勘測(cè)得滑坡后緣坡度為36°～40°。

依照滑坡中段大多沿最大剪切應(yīng)力的特征,即可以解釋出大路底滑坡在剖面上的大致形態(tài)(圖2)。

圖2 大路底滑坡剖面形態(tài)Fig.2 SectionalformoftheDaludislope

從圖2可以看出,大路底滑坡在剖面上的形態(tài)像勺形或帚狀形,前緣厚度最大,近60～70m,中部厚度30～40m,后緣高程1600m。

根據(jù)平面剖面的尺寸,計(jì)算出大路底滑坡的體積為120×104m3。

2 大路底滑坡物質(zhì)組成

大路底滑坡發(fā)生在侏羅系下統(tǒng)馮家河組(J1f),以濱湖-淺湖相沉積為主,紫紅色中-粗粒石英砂巖與灰質(zhì)礫巖、頁(yè)巖及泥巖。

滑坡中部、前部主要為碎石塊石構(gòu)成,向下游塊徑有變小趨勢(shì)?；麦w中部的塊石多呈架空狀(圖3),中前部為碎塊石,結(jié)構(gòu)較密實(shí)。

3 大路底滑坡滑帶土的物理力學(xué)特征

3.1 滑帶土的基本物理指標(biāo)

現(xiàn)場(chǎng)在滑坡體兩側(cè)沖溝內(nèi)開(kāi)挖探槽,揭露出滑帶土,取得滑帶土的原狀樣,物理性質(zhì)見(jiàn)表1,從表中塑、液限指標(biāo)可以看出,滑帶土屬粘性土。

表1 大路底滑坡滑帶土物理指標(biāo)Table1 Soilphysicalindexes

圖3 大路底滑坡中上部左側(cè)溝中塊石架空現(xiàn)象Fig.3 Overhangingrocksintheupperleftditchinthe Daludislope

3.2 滑坡滑帶土強(qiáng)度參數(shù)取值分析

(1)滑帶土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)

在室內(nèi)將現(xiàn)場(chǎng)取回的滑帶土配制成接近液限的試樣,放入高壓固結(jié)儀中,分別以25kPa、50kPa一直到1600kPa進(jìn)行加壓,其各級(jí)壓應(yīng)力下獲得的孔隙比e見(jiàn)表2。得到的e-p關(guān)系曲線見(jiàn)圖4。

表2 滑坡滑帶土各級(jí)壓力下的孔隙比Table2 Soilporosityratiosunderdifferentpressures

由此,可得到孔隙比e與壓力p的關(guān)系:

(2)滑面上正應(yīng)力計(jì)算及對(duì)應(yīng)的孔隙比、含水量分析

計(jì)算剖面見(jiàn)圖5,可將滑體分為11個(gè)條帶,用有限元計(jì)算各條帶滑面上的正應(yīng)力,其值見(jiàn)表3。利用公式(1)可以得到滑面不同部位的孔隙比,再利用公式(2)得到不同位置的含水量(表3)。

圖4 滑帶土壓密試驗(yàn)壓力(p)與孔隙比曲線Fig.4 Curve of p ressure to po rosity in the compaction test

式中,e為孔隙比;Sr為飽和度;G為顆粒密度(2.79 g/cm3)。

圖5 滑面應(yīng)力計(jì)算模型Fig.5 Stress calculation model for the sliding surface

表3 滑面不同部位正應(yīng)力及計(jì)算的孔隙比、含水量Table 3 No rmal stresses,porosity ratios and moisture contents in the different locationsof the sliding surface

(3)利用室內(nèi)剪切試驗(yàn)獲得含水量與c、φ值的關(guān)系

由于滑帶土所呈現(xiàn)的散體結(jié)構(gòu)特征,無(wú)論是用平硐,還是鉆孔勘探去獲得滑帶土,都是非常困難的。用鉆孔獲得的滑帶土不僅因數(shù)量少不能開(kāi)展強(qiáng)度試驗(yàn),也因鉆井中水的進(jìn)入,性狀改變而和實(shí)際狀態(tài)不符。對(duì)于沒(méi)有勘探鉆孔、平硐的大路底滑坡的強(qiáng)度參數(shù),這里采用仿真試驗(yàn)來(lái)解決。從土的物理性質(zhì)與強(qiáng)度參數(shù)的關(guān)系可知,當(dāng)土的粘粒含量,粘土礦物成分相同或一定時(shí),土的強(qiáng)度參數(shù)與含水量、孔隙比、干密度有較好的相關(guān)性。利用這一特征,在室內(nèi)可以將滑帶土制成不同密度、含水量、孔隙比的試樣進(jìn)行剪切,建立滑帶土孔隙比、含水量與摩擦系數(shù)、內(nèi)聚力的關(guān)系。由于在粒度上、物質(zhì)組成上都為同一滑帶土,用室內(nèi)的性狀去等效原位地帶滑帶土的物理性狀,因而在強(qiáng)度參數(shù)上應(yīng)當(dāng)是相近的,這種試驗(yàn)方法稱為仿真試驗(yàn)[4,5]。

完成的8組剪切試驗(yàn)的含水量(W)及對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)(f)、內(nèi)聚力(c)見(jiàn)表4。

表4 大路底滑坡滑帶土不同含水量下強(qiáng)度指標(biāo)Table 4 Soil strength parameters under different moisture contents

對(duì)表4中的含水量-摩擦系數(shù)、含水量-內(nèi)聚力進(jìn)行相關(guān)分析,獲得相關(guān)方程:

式中 ,f為摩擦系數(shù);c為內(nèi)聚力(kPa);W為試樣含水量(%);R為相關(guān)系數(shù)。

(4)滑坡剖面不同位置強(qiáng)度參數(shù)的獲得

將表3中的含水量帶入式(3),式(4),可以得到滑帶土不同位置的強(qiáng)度參數(shù),見(jiàn)表5。

表5 大路底滑坡滑帶土不同含水量下c、f值Table 5 c and f values under differentmoisture contents

3.3 大路底滑坡滑帶土強(qiáng)度參數(shù)綜合取值

對(duì)計(jì)算獲得的滑帶土c、f值,應(yīng)考慮一定的儲(chǔ)備,這里按0.8折減?；瑤羺?shù)取值如下:

自然狀態(tài):c=40 kPaf=0.35

蓄水狀態(tài):c=25 k Paf=0.30

4 滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)

采用剛體極限平衡法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,該滑坡:

(1)天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)K=1.11,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)蓄水工況下穩(wěn)定性系數(shù)K=0.98,滑坡將發(fā)生失穩(wěn)破壞。

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的變形動(dòng)態(tài),預(yù)計(jì)水庫(kù)蓄水后滑坡會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。

[1] 李樹(shù)森,等.層狀結(jié)構(gòu)巖體失穩(wěn)機(jī)理的力學(xué)分析[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),1995,6(2):24-29.

[2] 任光明,聶德新,等.順層坡滑坡形成機(jī)制的物理模擬及力學(xué)分析[J].山地研究,1998,16(3):182-187.

[3] 劉小麗,鄧建輝,李廣濤.滑帶土強(qiáng)度特性研究現(xiàn)狀[J].巖土力學(xué),2004,25(11):1849-1853.

[4] 聶德新,任光明,左三勝.用重力壓密原理評(píng)價(jià)大型滑坡滑面強(qiáng)度參數(shù)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),1996,7(1):7-12.

[5] 任光明,聶德新,左三勝.滑帶土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度再生研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),1996,7(3):7-12.

STABIL ITY EVALUATION FOR THE DALUD ISLOPEON JINSHA RIVER

Yang Tian-yong,Yu Xian-hua
(College of Environmental and Civil Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

The shape and position of the sliding slope were determined by its characteristics obtained through field investigation and measurement.Under different p ressures,soil po rosity ratios were

by compaction simulation test,no rmal stresses on sliding surface by finite element calculation and soil strength parameters by shear test on samp les.Then,the rigidbody limit equilibrium method was used to calculate stability coefficients w hich indicate a stable slope under natural conditions and a failing one after the reservoir impounded.

Daludi slope;sliding;strength parameters;stability

P642.22

A

1006-4362(2011)02-0088-04

2011-03-15 改回日期: 2011-04-10

楊天勇(1978- ),男,碩士研究生。