甘孜州某不穩(wěn)定斜坡成因機制分析

羅 劍，陳子全，鐘玉聯(lián)

（成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院巖土工程系地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，成都610059）

0 前言

不穩(wěn)定斜坡的前緣正對的是居民聚居區(qū)，人口密集，一旦不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)，將直接危害約268人生命財產(chǎn)安全，潛在直接經(jīng)濟損失約2 000萬元。交通位置圖如圖1所示。

圖1 交通位置圖

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地層巖性

不穩(wěn)定斜坡所處地貌主要為深切割高山及高山峽谷地貌和冰水堆積臺地2種。工作區(qū)主要位于冰水堆積臺地上。研究區(qū)主要出露地層見表1。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

康定地區(qū)位于鮮水河斷裂南東段的雅拉河—康定斷裂帶上。城區(qū)幾乎處于康定斷裂的次級斷層圍限之中。地質(zhì)構(gòu)造因素的影響主要表現(xiàn)在這些斷層的破碎帶及斷層的活動性對區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境的影響。具體表現(xiàn)為地震、滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。研究區(qū)內(nèi)無斷層通過。

表1 研究區(qū)主要出露地層

1.3 新構(gòu)造運動

研究區(qū)在喜山期以后，新構(gòu)造運動強烈，其總的特點是地殼處于階段性上升期，河流的深切和側(cè)蝕作用加劇，使高原面遭到破壞，河流、溝谷多呈“V”字型。此外，項目區(qū)鄰域內(nèi)地?zé)峄顒訌娏遥彩切聵?gòu)造運動的表現(xiàn)之一，是四川省的重要高熱地區(qū)之一，溫泉成群、成帶出露。

1.4 地震

研究區(qū)處于鮮水河、龍門山及安寧河地震帶交匯部位。其中鮮水河地震帶是四川的一條主要地震帶，3條地震帶在康定—瀘定縣域范圍內(nèi)交匯呈一個“Y”字形。［1］

研究區(qū)附近地震活動頻繁，據(jù)歷史記載，自1 700年以后，沿鮮水河斷裂帶，發(fā)生5級地震以上有43次，其中較大的地震有：1786年6月1日瀘定定磨西發(fā)生7.5級地震；1923年3月24日爐霍、道孚之間發(fā)生7.25級地震；1955年4月14日在康定折多塘發(fā)生7.5級地震，烈度為Ⅸ度；1973年2月6日爐霍發(fā)生7.9級地震。

2 不穩(wěn)定斜坡基本特征

2.1 邊界特征

不穩(wěn)定斜坡為當(dāng)?shù)乇_地斜坡的一部分，依據(jù)其地形特征、地表宏觀變形情況及其發(fā)展變化可能影響的區(qū)域綜合確定其邊界范圍，總體而言，該不穩(wěn)定斜坡的邊界特征比較明顯（如圖2）。

2.2 變形特征

據(jù)研究，該不穩(wěn)定斜坡變形特征主要表現(xiàn)為右前部坡體層發(fā)生垮塌的變形區(qū)、斜坡前緣和后緣發(fā)育裂縫以及斜坡前緣既有擋土墻破壞等。變形區(qū)，平面形態(tài)呈半圓狀，后緣及兩側(cè)邊界以明顯的下錯陡坎為界，前緣即為不穩(wěn)定斜坡左前緣，長25m，寬32m，平均厚度1.5m，體積約1 200m3，滑體由碎石土、含碎石粉質(zhì)黏土組成，屬于小型淺層土質(zhì)滑坡。變形跡象主要以滑移、下錯、垮塌為主要特征。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問，由于滑坡前緣修建居民房對斜坡坡腳進(jìn)行開挖，變形區(qū)分別于1997年和1998年發(fā)生過滑動變形，現(xiàn)已基本穩(wěn)定（如圖3）。裂縫L1發(fā)育于斜坡后緣環(huán)山旅游小道上，呈北東—南西向展布，高程2 571.33～2 574.57m，長18m，寬4cm，深約10cm（如圖4）。

圖2 不穩(wěn)定斜坡全貌及邊界特征圖

圖3 變形區(qū)全貌

圖4 不穩(wěn)定斜坡后緣裂縫L1

3 形成機制分析

3.1 影響因素

該不穩(wěn)定斜坡發(fā)育于冰水堆積臺地斜坡區(qū)，其形成及其穩(wěn)定性受地形、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震、降雨、人類工程活動等多種因素的影響。

3.1.1 地形

根據(jù)本次研究，在構(gòu)造侵蝕剝蝕高中山這種大的地質(zhì)背景條件的控制下，不穩(wěn)定斜坡地形陡峻，坡度一般在30°以上，局部可達(dá)70°左右甚至為陡壁，在前期人工耕種、修筑梯田等人類工程經(jīng)濟活動的影響下，坡體折線型特征明顯，這也在坡形的轉(zhuǎn)折端形成了眾多的應(yīng)力集中區(qū)，使坡體易在這些部位失穩(wěn)。同時，不穩(wěn)定斜坡前緣具備良好的臨空面，這為災(zāi)害體的進(jìn)一步變形破壞提供了有利條件。因此，區(qū)內(nèi)的地形為斜坡的變形、失穩(wěn)奠定了基礎(chǔ)。

3.1.2 地層巖性

根據(jù)研究資料，區(qū)內(nèi)第四系土體主要為坡積的含礫石粉質(zhì)黏土和冰水堆積的含塊石碎石土，而含碎礫石粉質(zhì)黏土物理力學(xué)性質(zhì)差，屬于易飽水軟化的易滑土體。含碎礫石粉質(zhì)黏土的母巖成分主要是灰?guī)r，大量親水礦物的存在致使該土體具有較強的吸水性，而含水量對其力學(xué)性質(zhì)的影響十分明顯，一般的，在干燥狀態(tài)下，該土體具有較好的抗剪強度，但當(dāng)其飽水時抗剪強度則大大降低并且極有可能成為斜坡失穩(wěn)的潛在滑動帶，因此，不穩(wěn)定斜坡具備潛在失穩(wěn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

康定地區(qū)位于鮮水河斷裂南東段的雅拉河——康定斷裂帶上，城區(qū)幾乎處于康定斷裂的次級斷層圍限之中，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育。研究區(qū)位于鮮水河斷裂帶南西側(cè)、子耳坡斷裂帶的東側(cè)。在地質(zhì)構(gòu)造的作用下，區(qū)內(nèi)形成了各種地形地貌，斜坡體易產(chǎn)生大量的卸荷結(jié)構(gòu)面，巖土體變得破碎，這些都有利于斜坡朝失穩(wěn)方向發(fā)展。

3.1.4 地震

地震的作用一方面是使斜坡結(jié)構(gòu)受到破壞、土體松散，另一方面是為坡體失穩(wěn)（包括滑移、崩塌等）提供動能。不穩(wěn)定斜坡出現(xiàn)的裂縫、滑塌等坡體變形跡象主要是強烈地震作用的結(jié)果?？梢姡卣饘ν临|(zhì)斜坡的破壞作用是明顯而直接的。在多數(shù)情況下，地震對斜坡的不利影響是比較有限的，但是，它卻促使高陡斜坡在原有的地形、巖性條件下發(fā)展成為了不穩(wěn)定斜坡，并使其進(jìn)一步具備了朝失穩(wěn)方向發(fā)展的基礎(chǔ)條件。因此，作為一種外應(yīng)力，地震是不穩(wěn)定斜坡形成與失穩(wěn)的誘發(fā)因素之一。

3.1.5 降雨

據(jù)康定氣象站資料，研究區(qū)雨量充沛，暴雨強度大，多年平均降雨量803.4mm，；降水分配很不均勻，75%以上降雨量集中在6月—9月這4個月，且近幾年來有增加之勢。區(qū)內(nèi)降雨頻繁，地表水極易下滲進(jìn)入斜坡體的松散土體中，這樣既增大了土體重度又降低了土體的抗剪強度，促使坡體變形跡象不斷向縱深及周邊擴展，破壞了坡體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，致使坡體一次次地調(diào)整內(nèi)部應(yīng)力，以最大程度地維持力系的平衡，當(dāng)某些外部作用力不斷增大或突然加劇時，該力超出了坡體能維持的極限平衡狀態(tài)，或坡體來不及進(jìn)行應(yīng)力重調(diào)而使坡體失穩(wěn)。因此，降雨是導(dǎo)致不穩(wěn)定斜坡變形加劇或失穩(wěn)的誘發(fā)因素之一。

3.1.6 人類工程經(jīng)濟活動

據(jù)調(diào)查訪問，研究區(qū)主要為耕地，但由于康定城區(qū)的擴展受地形限制，只能貼坡建房，導(dǎo)致對斜坡前緣大量的開挖，但又未采取有效的防治工程，導(dǎo)致斜坡前緣出現(xiàn)臨空面，使得斜坡趨于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展。因此，人類工程經(jīng)濟活動的改善和弱化有利于斜坡的穩(wěn)定。［2］

綜上所述，地形、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性是構(gòu)成不穩(wěn)定斜坡的基本條件，而降雨與地震是斜坡發(fā)生變形甚至失穩(wěn)的最重要的誘發(fā)或觸發(fā)因素。

3.2 形成機制

前已述及，該不穩(wěn)定斜坡有著良好的臨空條件、地形地貌條件和地層巖性條件。長期雨季的沖刷、浸泡導(dǎo)致坡體出現(xiàn)了不同程度的變形、破壞，土體松散，上覆局部土體沿土石分界面產(chǎn)生了一定程度的滑移，尤其是前緣土體產(chǎn)生滑移破壞或前緣土體崩塌滑移牽引后部土體失穩(wěn)，坡體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破。為了達(dá)到新的應(yīng)力平衡狀態(tài)，斜坡體內(nèi)的應(yīng)力正進(jìn)行著緩慢的重調(diào)過程，坡體內(nèi)的應(yīng)力進(jìn)一步向臨空面及潛在滑帶處集中，從而形成目前的不穩(wěn)定斜坡。

坡體內(nèi)潛在滑動面的存在以及高陡的坡面、松散的土體結(jié)構(gòu)等為斜坡變形提供了物質(zhì)條件和地形條件，若遇暴雨或連續(xù)強降雨、地震等情況，不穩(wěn)定斜坡的主要破壞模式是逐漸向后發(fā)展的牽引式失穩(wěn)破壞模式。根據(jù)地表宏觀變形特征及穩(wěn)定性分析結(jié)果知：不穩(wěn)定斜坡在持續(xù)暴雨或強烈地震的作用下，上部的含碎礫石粉質(zhì)黏土的抗剪強度進(jìn)一步削弱，但整體失穩(wěn)的可能性很小。與研究區(qū)附近很多坡體破壞模式類似，不穩(wěn)定斜坡主要表現(xiàn)為淺表層土體的失穩(wěn)，且失穩(wěn)部位一般由前部向后部逐漸蔓延，最終導(dǎo)致整個坡體遭受破壞。因此，不穩(wěn)定斜坡的破壞模式是由前緣部分陡坎開始逐漸向坡體后部發(fā)展的牽引式破壞模式。

不穩(wěn)定斜坡受長期降雨的影響，斜坡區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了滑坡等多處變形破壞現(xiàn)象，形成了不穩(wěn)定斜坡。在研究期間，其變形程度基本上未進(jìn)一步加劇或出現(xiàn)新的變形破壞，因此，在目前的天然狀況下，它們處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)。盡管如此，各不穩(wěn)定斜坡的變形破壞仍然不可低估，在強降雨或連續(xù)降雨或強地震作用的影響下不穩(wěn)定斜坡繼續(xù)變形且處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)的可能性較大，從而導(dǎo)致局部失穩(wěn)，以牽引式破壞模式逐漸向其后部發(fā)展。

4 結(jié)語

不穩(wěn)定斜坡研究區(qū)內(nèi)出露地層主要有坡積及滑坡堆積的含碎礫石粉質(zhì)黏土、含塊石碎石土和志留系大理巖等。導(dǎo)致不穩(wěn)定斜坡變形的因素主要為良好的臨空條件、松散的土體、陡峭的地形、降雨、地震等作用，其次是人類對坡體前緣高陡臨空面不合理的開挖。目前，某不穩(wěn)定斜坡各災(zāi)害體主要處于蠕動變形的初期，主要表現(xiàn)為局部坡體開裂、滑移、崩落等現(xiàn)象。在天然狀態(tài)下，不穩(wěn)定斜坡總體處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)；在自重加地震條件下，不穩(wěn)定斜坡均處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)；在持續(xù)暴雨條件下，不穩(wěn)定斜坡處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，且中段和南段處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，必須對不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行治理。

［1］羅本全.震區(qū)某不穩(wěn)定斜坡成因機制及穩(wěn)定性評價［J］.中國水運：下半月，2010（1）：130－131.

［2］馬平，石豫川.何家山滑坡成因機制分析及穩(wěn)定性評價［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1999（2）：210－211.

［3］范大軍.茂縣二里山不穩(wěn)定斜坡的破壞模式分析與治理設(shè)計［J］.今日科苑，2010（2）：108.

［4］張瑛.四川榮縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價與危險性區(qū)劃研究［J］.山西建筑，2009（2）：96－97.

［5］張志剛.北川縣某山坡潛在不穩(wěn)定性分析［J］.水電與新能源，2010（1）：16－20.

［6］唐學(xué).城口縣松林坡不穩(wěn)定斜坡變形特征與加固設(shè)計［J］.中國水運：下半月，2011（5）：169－170.

［7］余波，鄧茂林，黃正文.茂縣仁村組不穩(wěn)定斜坡基本特征與成因機理研究［J］.山西水土保持科技，2011（3）：22－27.