昔格達滑坡破壞模式及穩(wěn)定性評價

陳林，朱劍

（成都興蜀勘察基礎(chǔ)工程公司，成都 610072）

1 前言

雅瀘高速公路沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，局部地段穿越昔格達地層，這套地層對水的靈敏度特別高，干時堅硬，遇水迅速崩解，幾乎完全喪失強度，極易發(fā)生滑坡。目前國內(nèi)研究主要集中在昔格達地層形成時代及沉積環(huán)境、昔格達土的物理力學(xué)性質(zhì)及其工程地質(zhì)特性等方面，孔德坊、黃俊分析昔格達組粘土的力學(xué)特性及其與滑坡產(chǎn)生的關(guān)系［1]；羅永利、劉東生對昔格達組地層的形成環(huán)境作了較深入的分析研究［2]；彭盛恩在昔格達土作為筑壩土料特性的研究中分析論述了昔格達組粘土巖、“昔層”細(xì)砂巖、“昔層”混合粗粒土的物理力學(xué)性質(zhì)［3]，黃紹檳、吉隨旺、朱學(xué)雷等對昔格達滑坡從易滑結(jié)構(gòu)面著手，將昔格達滑坡歸為覆蓋層滑坡、昔格達基底滑坡和昔格達組層面滑坡等3類［4]，但我國公路部門對昔格達滑坡穩(wěn)定性分析研究甚少。因此，本文以雅瀘高速公路K154＋100～K154＋500段昔格達滑坡作為研究對象，從昔格達滑坡機制和滑坡穩(wěn)定性影響因素進行分析，為昔格達滑坡穩(wěn)定性分析提供經(jīng)驗和借鑒。

2 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

昔格達滑坡位于四川省石棉縣栗子坪鄉(xiāng)栗子村筲箕灣組斜坡上。該處地形呈典型的圈椅狀，坡面上可見多級平臺及陡坎（圖1）。西側(cè)G108國道和孟獲河沿坡腳蜿蜒而過，后緣為一近南北走向的坡脊，滑坡剪出口位于坡腳孟獲河岸邊（圖2）。

圖1 筲箕灣滑坡全貌圖

2.2 地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)勘察，勘探區(qū)揭露的地層主要有第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)粘土（Q4）、第三系昔格達組粉砂質(zhì)泥巖（N2x）、早震旦系花崗巖（γ2）。

2.3 地震概況

滑坡區(qū)一般場地基準(zhǔn)期50 a超越概率10%的地震動峰值加速度a＝0.2 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。

3 昔格達滑坡特征

3.1 滑坡基本特征

場區(qū)昔格達滑坡分為古滑坡和淺表層次生滑坡，分別針對其特點進行介紹。

筲箕灣古滑坡平面呈圈椅狀，滑坡相對高差約240 m，南北兩側(cè)均為早震旦系花崗巖出露。該古滑坡主滑方向為271°，縱向長約800 m，橫向?qū)捈s600 m，厚約15～36 m，滑坡方量約750×104m3，屬大型古滑坡?；麦w主要由成巖差的昔格達組泥巖組成，層理模糊凌亂，層面傾角一般20°～25°，局部達40°；下伏泥巖呈堅硬粉土狀，巖芯難折斷，巖理明顯，層面傾角5°～10°?；瑤鳞E象不明顯，僅在個別勘探孔中可見鏡面及擦痕，據(jù)此推測為古滑坡滑動帶。

淺表層次生滑坡位于筲箕灣古滑坡后緣圈椅狀凹地內(nèi)，滑坡前緣為雅瀘高速公路施工便道，后緣為坡表發(fā)育的拉張裂縫帶，左右兩側(cè)以地裂縫為界?；禄瑒臃较蚣s131°，縱向長約80 m，橫向?qū)捈s50 m，滑面深3～6 m，體積約2×104m3。該滑坡體由淺表粉質(zhì)粘土及昔格達組泥巖組成，滑帶土跡象明顯，大部分勘探孔中5～7 m處可見鏡面及擦痕，該地層遇水易崩解、軟化，在受到外界擾動影響下易發(fā)生滑動（圖2）。

圖2 筲箕灣滑坡B－B′工程地質(zhì)剖面圖

3.2 滑坡變形特征

由于古滑坡形成時間早，滑坡體上可能存在的滑坡裂縫及錯臺已被破壞，僅在古滑坡后緣山脊坡腳隱約可見滑坡平臺地貌特征。滑坡體主要由昔格達地層組成，該地層為遇水易崩解、軟化，在整個滑坡范圍內(nèi)易形成次生滑坡。修建高速公路施工便道時對坡體切坡開挖，致使坡體前緣產(chǎn)生臨空面，在降雨誘發(fā)作用下產(chǎn)生次生滑坡。

3.2.1 淺表滑坡變形特征

昔格達地層為半成巖地層，粉砂質(zhì)泥巖遇水易崩解、軟化，在整個滑坡范圍內(nèi)易形成次級滑坡，高程為1 930～2 000 m，滑動方向約311°，該滑坡縱向長約120 m，橫向?qū)捈s80 m，滑面深為3～6 m，體積約4×104m3，該滑坡裂縫形成階梯狀，分為三級，近圓弧狀，長20～40 m，后緣裂縫寬20～50 cm，裂縫下滑1～2 m，滑坡坡度為20°～25°。主要為修建施工便道時對邊坡進行開挖，產(chǎn)生臨空面，在飽水情況下，粘土的粘聚力降低，致使滑坡失穩(wěn)。

3.2.2 滑坡深部變形特征

為了進一步查明滑坡深部變形情況，對滑坡深部進行位移監(jiān)測，對古滑坡布置（弱變形區(qū)）6個監(jiān)測點，對淺表層滑坡（強變形區(qū)）布置1個監(jiān)測孔（ZK7）。將監(jiān)測孔位移分為X方向（主滑方向）位移和Y方向位移，從而確定滑動面的位置，典型監(jiān)測孔X方向累計位移曲線（圖3），由監(jiān)測結(jié)果可知：

（1）ZK2等6孔監(jiān)測古滑坡深部變形結(jié)果均處于穩(wěn)定狀態(tài)，古滑坡未見明顯深層滑移跡象。

（2）ZK7孔X向累計位移－孔深曲線可知：孔口以下5～7 m存在一淺層滑動面，變形速率0.40 mm／d，尤其在暴雨天氣下有明顯加大。

3.3 滑坡破壞機制分析及定性評價

通過以上綜合分析可知，筲箕灣滑坡為順層古滑坡，目前條件下整體穩(wěn)定。由于雅瀘高速公路干海子大橋通過古滑坡后緣，由于橋梁基礎(chǔ)及施工便道開挖，邊坡開挖切穿了易滑地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，為滑坡的產(chǎn)生提供了有效臨空面，開挖卸荷導(dǎo)致昔格達地層原有節(jié)理裂隙側(cè)向擴展，為地表水的下滲進一步創(chuàng)造了條件，由于昔格達土的親水性強、遇水軟化、物理力學(xué)參數(shù)降低，可能引起古滑坡的淺表層滑動。

對古滑坡體上淺表層滑坡特征的分析，淺表層滑坡均為漸進后退式滑坡，裂縫體系的分期配套特性當(dāng)坡體滑動面傾角相對較均勻、平緩，或前緣臨空條件較好（如坡體前緣為一陡坎），或前緣受流水沖刷掏蝕、庫水位變動、人工切腳等因素影響時，在重力作用下坡體的變形往往首先發(fā)生在前緣。前緣巖土體發(fā)生局部垮塌或滑移變形后，形成新的臨空面，并由此導(dǎo)致緊鄰前緣的巖土體又發(fā)生局部垮塌或滑移變形，依此類推，在宏觀上表現(xiàn)出從前向后擴展的“漸進后退式”滑動模式（圖4）。漸進后退式滑坡地表裂縫體系一般具有如下的分期配套特性（圖5）：

（1）前緣及臨空面附近拉張裂縫產(chǎn)生。當(dāng)坡體前緣臨空條件較好，尤其是坡腳受流（庫）水侵蝕、人工開挖切腳等因素的影響時，在坡體前緣坡頂部位出現(xiàn)拉應(yīng)力集中，并產(chǎn)生向臨空方向的拉裂–錯落變形，出現(xiàn)橫向拉張裂縫。

圖3 監(jiān)測孔累計位移－深度曲線

圖4 漸進后退式滑坡典型剖面結(jié)構(gòu)圖

圖5 漸進后退式滑坡地表裂縫的分期配套體系

（2）前緣局部塌滑、裂縫向后擴展。隨著變形的不斷增加，前緣裂縫不斷增長、加寬、加深，形成前緣次級滑塊（如圖4、5所示的滑塊①）。隨著前緣次級滑塊不斷向前滑移，其將逐漸脫離母體，為其后緣巖土體的變形提供了新的臨空條件。緊鄰該滑塊的坡體失去前緣巖土體的支撐，逐漸產(chǎn)生新的變形，形成拉張裂縫，并向后擴展，形成第二個次級滑塊②，依此類推，逐漸形成從前至后的多級弧形拉裂縫、下錯臺坎和多級滑塊（如圖4、5）。當(dāng)坡體從前向后的滑移變形擴展到后緣一定部位時，受斜坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成等因素的限制，變形將停止向后的繼續(xù)擴展，進一步的變形主要表現(xiàn)為呈疊瓦式向前滑移，直至最后的整體失穩(wěn)破壞。當(dāng)然，如果整個坡體的坡度較大，或巖土體力學(xué)參數(shù)較低，坡體穩(wěn)定性較差時，也有可能出現(xiàn)從前向后各次級滑塊各自依次獨立滑動，而不一定以整體滑動的形式出現(xiàn)。

大量的滑坡實例表明，當(dāng)滑坡進入加速變形階段后，各類裂縫便會逐漸相互連接、貫通，并趨于圈閉。但是斜坡的變形破壞機制和過程非常復(fù)雜，個性特征明顯，在實際的變形過程中，推移式和漸進后退式滑坡往往存在時間和空間上的轉(zhuǎn)換，在不同時間段和不同空間部位的滑坡裂縫體系可能會有所變化。

通過古滑坡和次級滑坡的特征分析，次生滑坡產(chǎn)生條件為前緣較陡約40°后緣較緩約20°，前緣有一定的臨空，并對坡腳進行一定開挖，后緣較緩暴雨情況下易形成坡面積水，在雨水的滲透下砂質(zhì)泥巖崩解軟化，物理參數(shù)降低導(dǎo)致局部失穩(wěn)，尤其在人為的振蕩下，砂質(zhì)泥巖強度迅速降低，導(dǎo)致失穩(wěn)。通過地質(zhì)類比法，筲箕灣滑坡體上極有潛在不穩(wěn)定斜坡高程為1 930～2 000 m后緣邊坡（圖2），此邊坡前緣較陡后緣較緩，前緣有施工便道，在前緣產(chǎn)生臨空面，對坡腳進行開挖及重型車的振蕩，前緣鎖固段巖體在飽水振蕩的情況下，極易軟化崩解失去鎖固作用，目前條件下前緣坡體已經(jīng)出現(xiàn)較大的拉裂縫。

后緣較為平緩局部出現(xiàn)較多拉裂縫，雨水通過裂縫滲透到坡體，對地層產(chǎn)生動靜水壓力，對巖層起到軟化崩解的作用。由于滑坡后緣有高速公路的橋墩通過，橋基的開挖過程中會對坡體巖層擾動，局部產(chǎn)生卸荷松弛，產(chǎn)生較多拉裂縫，也是地表水下滲的有利通道。在運行過程會對坡體擾動，導(dǎo)致其砂質(zhì)泥巖強度降低，導(dǎo)致淺表層坡體失穩(wěn)，需對滑坡整體和淺表層的穩(wěn)定性做出定量評價。

4 滑坡穩(wěn)定性定量分析

4.1 滑坡穩(wěn)定性定量計算與分析

滑坡穩(wěn)定性定量計算常用一般條分法、簡布（Janbu）法和不平衡推力法對選取滑坡 A－A′、B－B′剖面進行穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果如表1所示。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果，古滑坡在自然、暴雨及地震工況處于基本穩(wěn)定－穩(wěn)定狀態(tài)；次生滑坡在自然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在降雨及地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 滑坡穩(wěn)定性影響因素敏感性分析

采用正交試驗設(shè)計方法對滑坡穩(wěn)定性影響因素敏感性分析。

4.2.1 影響因素敏感性分析的正交試驗設(shè)計

選擇滑帶土內(nèi)摩擦角φ、滑帶土粘聚力c、飽水深度h、及巖體的容度γ這4個因素進行敏感性分析，選用B－B′剖面分析。選取因素水平表2，根據(jù)正交設(shè)計計算方案，選取L18（35）正交表，對剖面BB′采用剩余推力法計算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，計算結(jié)果如圖6、表3所示。

表2 B－B′剖面因素水平表

4.2.2 正交試驗計算結(jié)果分析

對正交試驗設(shè)計計算的數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析判斷各個因素的主次順序，一般有極差分析和方差分析兩種。極差分析方法就是先求出各因素每一水平下試驗指標(biāo)的平均值，然后計算出同一因素不同水平下試驗指標(biāo)均值的極差，極差Rj越大的因素對試驗指標(biāo)的影響越大，即可判定為主要影響因素，反之亦然。

通過公式（1）計算第j列上第i個水平的試驗結(jié)果總和kij，然后通過式（2）計算Kij的平均值及公式（3）計算第j列的極差。

表3 B－B′剖面正交設(shè)計方案與極差計算結(jié)果表

根據(jù)極差分析表4可以看出4個因素進行敏感性排序如下：地震作用→內(nèi)摩擦角→內(nèi)聚力→滑帶土容重。

方差分析就是將數(shù)據(jù)的總變差平方和分解為因素的變差平方和與誤差平方和之和，利用各因素的變差平方和與誤差平方和構(gòu)造檢驗統(tǒng)計量，作F檢驗，即可判斷各因素的作用是否顯著。用F值與以上三種顯著性水平的Fa比較，可將因素對試驗指標(biāo)影響的顯著性水平劃分為4個等級：

表4 B－B′極差分析表

圖6 B－B′剖面穩(wěn)定性系數(shù)與各因素各水平關(guān)系

①F≥F0.001，為有特別顯著影響；②F0.005≤F≤F0.001，為有非常顯著影響；③F0.005≤F≤F0.01，為有影響，但不顯著；④F≤F0.01，無影響 。

按照上述步驟，最終正交試驗設(shè)計方差分析結(jié)果如表5所列。

4.2.3 影響因素敏感性分析

通過對滑坡穩(wěn)定性影響因素敏感性進行正交試驗的計算分析可以看出，孔隙水壓力是最為敏感的因素，其次是內(nèi)摩擦角?；聦紫端畨毫皟?nèi)摩擦角因素的敏感實質(zhì)也就是對水的敏感，從影響因素和機制分析可知，降水對滑坡的形成、發(fā)展、發(fā)生的作用舉足輕重。

表5 B－B′剖面方差分析表

5 結(jié)論

（1）筲箕灣滑坡屬一大型古滑坡，滑體主要由昔格達地層組成，目前該滑坡未見明顯深層滑移跡象，整體穩(wěn)定性較好，由于昔格達地層特殊巖性，在外界因素擾動下坡表淺層土體極易滑動，形成次生滑坡。

（2）通過滑坡穩(wěn)定性分析，目前滑坡整體穩(wěn)定性較好，變形破壞主要集中在坡表淺表地層中。影響滑坡穩(wěn)定性最為敏感的因素是水，應(yīng)控制水對滑坡的影響。

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