恩施某滑坡的成因及穩(wěn)定性分析*1

汪旭濤 吳建超 胡凱峰

(中國地震局地震研究所(地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢 430071)

恩施某滑坡的成因及穩(wěn)定性分析*1

汪旭濤 吳建超 胡凱峰

(中國地震局地震研究所(地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢 430071)

基于恩施境內(nèi)一水庫滑坡體的地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及滑坡特征，從地質(zhì)環(huán)境角度分析該滑坡體的形成機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上對(duì)該滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性和定量分析，從本源上確定了滑坡體穩(wěn)定性的特征，為后期治理提供依據(jù)。

滑坡;地質(zhì)環(huán)境;形成機(jī)制;穩(wěn)定性;定量分析

1 引言

滑坡體位于恩施境內(nèi)清江坡岸，水庫系筑壩蓄水而成，壩址區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，庫區(qū)兩岸發(fā)育不良地質(zhì)體三十余個(gè)。該滑坡方量大且距壩址較近，對(duì)水庫運(yùn)行安全存在較大的潛在危害。

本文以該滑坡作為工程實(shí)例，在充分了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件、場地工程地質(zhì)條件、自然地理環(huán)境和滑坡體基本特征的前提下，分析總結(jié)滑坡形成的機(jī)制，并進(jìn)行定性和定量的綜合分析，確定滑坡體的穩(wěn)定性。

2 滑坡體現(xiàn)狀

該滑坡體平面上呈長三角形，其兩側(cè)圍椅狀地形明顯。坡體平面面積約120×104m2，體積約5 800×104m2，前緣高程約 630 m，后緣高程約950 m。順清江河長度為460～850 m，垂直清江河長度為1 800～2 027 m。坡體整體較緩，平均坡度為9°，坡體表層發(fā)育一系列順滑動(dòng)方向的溝渠，大部分溝渠溝底已被流水沖刷見基巖。

3 滑坡體地質(zhì)特征

3.1 地質(zhì)構(gòu)造條件

滑坡體為典型山區(qū)峽谷地貌特征，位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)中的八面山褶皺帶黔江隆褶束中的利川臺(tái)褶束中，無區(qū)域性大斷裂通過，小規(guī)模斷層亦較少發(fā)育。庫區(qū)巖體中以北東組和北西組裂隙最為發(fā)育，大多數(shù)裂隙與岸坡斜交。

3.2 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)沖溝發(fā)育，共計(jì)8條沖溝，溝間距100～200 m左右，均常年有水，主要沿地表流向清江，部分滲入滑體。另外，滑坡區(qū)見42處泉水出露點(diǎn)，主要為孔隙水，均為常年性泉水，流量0.5～10 L/S，最大流量60 L/S。

地下水主要為巖溶洞穴水，水量豐富，埋深5.6～19.8 m。巖溶洞穴水部分順沖溝流入清江，部分沿土體進(jìn)入滑坡體。巖溶水是滑體中地下水的主要補(bǔ)給源，地下水順滑體中的碎塊石層運(yùn)移后經(jīng)滑坡中的上部泉水排入沖溝，經(jīng)前緣泉水流入清江。

3.3 工程地質(zhì)條件

3.3.1 滑體

該滑坡體物質(zhì)有一定成層性，從上到下可分為:1)粘土夾碎石、塊石層，位于坡體表層，厚10.4～20.6 m，連續(xù)分布;2)碎、塊石、大塊石夾黃色粘土層，位于滑體中部，厚15.6～25.4 m，連續(xù)分布;3)黑色粘土夾碎石、塊石層，位于滑體下部，厚8.3～13.5 m，連續(xù)分布。

3.3.2 滑床

滑坡前緣滑床基巖已出露，為吳家坪組下部的黑色頁巖，地層產(chǎn)狀為168°∠10°～13°?；不鶐r面平均傾角9°，滑床面較順直。

3.3.3 滑帶(面)

滑帶主要物質(zhì)成分為灰黑色粉質(zhì)粘土夾碎石，一般厚1.7～4.13 m，工程性狀較差，碎石成分為灰?guī)r及頁巖，粒徑1～3 cm，呈次磨圓狀。

4 滑坡成因

滑坡的形成，是內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果［1］，內(nèi)因主要是滑坡所處的地質(zhì)環(huán)境，外因則主要是大氣降水和人類工程活動(dòng)等作用。

4.1 內(nèi)因條件

1)河谷深切形成臨空面

清江河谷不斷下切中形成深切峽谷，形成高陡的臨空面，為滑坡提供的滑動(dòng)空間，同時(shí)也為滑坡向前滑動(dòng)掃清了阻力障礙。

2)后緣陡崖崩塌加載

滑坡后緣為硬質(zhì)巖構(gòu)成的陡崖，坡腳為軟質(zhì)巖。這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)使斜坡形成頭重腳輕狀態(tài)，滑坡后緣易發(fā)生巖體崩塌，并崩落于滑坡后緣，對(duì)滑坡不斷的加載，增大了滑坡的下滑力。

3)順向邊坡結(jié)構(gòu)

滑床下伏基巖為順向坡結(jié)構(gòu)，傾角為10°～15°，為滑坡下滑有利因素，同時(shí)也增加了地下水順坡流動(dòng)的導(dǎo)向力，進(jìn)而增加了滑坡的動(dòng)水推力。

4)易滑軟巖層分布

滑坡底部分布有碳質(zhì)頁巖，其強(qiáng)度較低，易產(chǎn)生壓縮變形與剪切破壞，屬易滑地層，是滑坡形成的良好邊界條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。

5)水文條件

水的作用是滑坡形成的激發(fā)因素?；麦w地下水十分豐富，一方面增加了土體的重量，提高了勢能，改變了土體的應(yīng)力狀態(tài);另一方面地下水的長期作用，浸泡軟化了巖土體，降低了抗剪強(qiáng)度，為滑坡的形成提供了有利條件。

4.2 外因條件

人類工程活動(dòng)也是引起滑坡變形的重要因素之一?；聟^(qū)國道橫穿舌狀山脊的中部，且開挖部位物質(zhì)主要為一槽狀地形中的崩滑堆積物。公路開挖解除了其地形封閉、無剪出口的條件，致使斜坡應(yīng)力失去平衡，且汽車動(dòng)荷載對(duì)斜坡穩(wěn)定性也有影響。

4.3 滑坡的演變

1)岸坡造型準(zhǔn)備階段

地殼抬升，河谷下切，岸坡不斷后退，臨空面形成。同時(shí)后緣大量的崩坡積物堆積于斜坡之上。

2)拉張-剪切階段

隨著坡體上堆積物的大量聚集，積聚的勢能愈來愈大，下部的軟弱頁巖性狀不斷降低，后緣及周邊局部出現(xiàn)拉裂縫，基本處于拉張-剪切變形狀態(tài)。

3)蠕動(dòng)變形階段

隨著坡體的持續(xù)變形，拉張、剪切裂縫貫通成型，坡體內(nèi)斷續(xù)的應(yīng)力集中區(qū)發(fā)展演化形成連續(xù)的應(yīng)力集中區(qū)，坡體開始產(chǎn)生蠕動(dòng)變形。

4)滑動(dòng)解體階段

在各種內(nèi)、外因的作用下，坡體的變形逐漸加劇，從蠕滑發(fā)展成急劇滑動(dòng)狀態(tài)。

5)后期調(diào)整階段

滑坡在第一次的大規(guī)?；瑒?dòng)后，內(nèi)外勢能平衡后暫時(shí)穩(wěn)定下來，當(dāng)前緣堆積的物質(zhì)被江水帶走，滑體又發(fā)生一次解體形成下滑體，形成次級(jí)滑坡。

5 滑坡穩(wěn)定性分析

5.1 宏觀地質(zhì)定性分析

該滑坡屬早期的堆積體順基巖面形成的滑坡，滑坡物質(zhì)主要分布在滑體中前部?；屡R江地段地表坡度較陡(40°～45°)，中后部平緩(7°～13°)，滑床前緩反翹。因此，滑坡主體位于前部，后部推力相對(duì)較小。

坡體沖溝發(fā)育，巖土透水性強(qiáng)，有利于地表、地下水的排泄，地表未見近期變形跡象。

綜上所述，該滑體地形及結(jié)構(gòu)條件、穩(wěn)定條件較好，下滑的潛能不大，主要不利之處在于前緣的坡度較陡和覆蓋物質(zhì)較厚，存在局部逐漸失穩(wěn)的條件，但不會(huì)構(gòu)成整體快速失穩(wěn)。

5.2 理論定量計(jì)算

5.2.1 計(jì)算參數(shù)

本次滑坡穩(wěn)定性計(jì)算采用傳遞系數(shù)法［2］，其穩(wěn)定性系數(shù)為:

式中，Pi為第 i塊滑體剩余推力;Pi－1為第i－1塊滑體剩余推力;Wi為垂直荷載，包括土條自重(自重為兩部分:地下水位以上用濕容重計(jì)算，設(shè)為Wi1;地下水位以下用飽和容重計(jì)算，設(shè)為Wi2)和其上部的建筑荷載;Qi為水平荷載，包括水平孔隙水壓力和其它水平荷載，向剪切面的出口方向?yàn)檎?Ui為剪切面上的孔隙水壓力的合力，與剪切面正交;c'、φ'為剪切面抗剪強(qiáng)度(有效應(yīng)力指標(biāo));Li為土條底面長度;αi為土條底面傾角;K為安全系數(shù)，求解K的條件是Pn=0。

通過反演分析、室內(nèi)試驗(yàn)成果，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析判斷選取滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù):水上 C=5 kPa、Φ =15°;水下 C=5 kPa、Φ =13°。

5.2.2 計(jì)算工況

根據(jù)庫水位的變化情況，選取如下計(jì)算工況:

1)天然狀態(tài)下，考慮地下水位;

2)庫水位710 m+自重，考慮地下水位;

3)庫水位745.6 m+自重，考慮地下水位。

其計(jì)算剖面如圖1所示。

5.2.3 計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算，可得知三種工況下的穩(wěn)定性系數(shù)(表1)。

圖1 滑坡計(jì)算簡圖Fig.1 Calculation diagram of landslide

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of landslide’s stability

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，本滑坡危害程度為Ⅰ級(jí)，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Fst=1.20［3］?；路€(wěn)定性狀態(tài)按穩(wěn)定系數(shù)分四級(jí):K ＜1.00不穩(wěn)定，1.00＜K≤1.05欠穩(wěn)定，1.05 ＜K≤Fst基本穩(wěn)定，K≥Fst穩(wěn)定。因此，該滑坡在三種工況下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

5.3 滑坡穩(wěn)定性綜合分析

該滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，其前緣局部存在變形失穩(wěn)的可能，易發(fā)生牽引式坍塌，影響岸坡的局部穩(wěn)定，但發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性不大。

6 結(jié)論

1)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的研究不能剝離其所處的地質(zhì)環(huán)境來單獨(dú)分析，需要從地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等地質(zhì)條件綜合分析才能得到較為合理的結(jié)論;

2)只有充分了解滑坡體所處的地質(zhì)環(huán)境，才能更深入地揭示滑坡的成因，把握其演化歷史，準(zhǔn)確地判斷滑坡的性質(zhì);

3)邊坡穩(wěn)定性分析可通過宏觀地質(zhì)定性分析和理論計(jì)算兩者相結(jié)合的方式，相互驗(yàn)證;

4)該滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，其前緣局部存在變形失穩(wěn)的可能，發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性不大。

1 徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京:中國鐵道出版社，2001.

2 趙廣春，等.傳遞系數(shù)法在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的幾個(gè)問題探討［J］.地球與環(huán)境，2005，(S1):7－11.

3 中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范［DZ/T0218—2006］［S］.2006.

CAUSE AND STABILITY ANALYSIS ON A TYPICAL LANDSLIDE IN ENSHI DISTRICT

Wang Xutao，Wu Jianchao and Hu Kaifeng
(Key Laboratory of Earthquake Geodesy，Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071)

On the basis of the geological structure of the reservoir landslide，landslide engineering geology and hydrological geology，we analyze the formation mechanism of the landslide in-depth from the perspective of geological environment.On this basis，the qualitative and quantitative analysis are obtained through the stability of the landslide，and the characteristics of the landslide’s stability are ensured from the source.It would provide reliable basis for later management.

landslide;geological environment;formation mechanism;stability;quantitative analysis

P642.22

A

1671-5942(2013)Supp.(Ⅰ)-0140-03

2013-03-25

汪旭濤，男，1982年生，工程師，主要從事巖土工程監(jiān)測及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面的研究工作.E－mail:309344453@qq.com