黎家洞滑坡變形機(jī)制研究

陳全明,羅冠枝,王國(guó)衛(wèi)

(湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，長(zhǎng)沙　410007)

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黎家洞滑坡變形機(jī)制研究

陳全明,羅冠枝,王國(guó)衛(wèi)

(湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，長(zhǎng)沙410007)

摘要：通常認(rèn)為順層巖質(zhì)斜坡的變形破壞以滑移-拉裂、滑移-彎曲模式為特征，但野外調(diào)查中，在陡傾順層巖質(zhì)邊坡還發(fā)現(xiàn)一類(lèi)特殊的變形破壞方式，即傾倒變形。以黎家洞滑坡為例，在闡明區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件、滑坡的基本特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)值模擬手段對(duì)該滑坡的傾倒變形機(jī)制進(jìn)行了分析。研究成果為該類(lèi)滑坡除險(xiǎn)加固提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查；滑坡；變形機(jī)制；傾倒

1項(xiàng)目背景

20世紀(jì)末以來(lái)，湖南省先后有計(jì)劃的開(kāi)展了122個(gè)縣(市、區(qū))地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃工作，初步摸清了全縣地質(zhì)災(zāi)害分布情況，劃分了易發(fā)區(qū)，建立了群測(cè)群防體系，有效地減輕了地質(zhì)災(zāi)害損失。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)工程活動(dòng)日趨強(qiáng)烈，滑坡、崩塌、泥石流等呈加劇趨勢(shì)，并形成了大量不穩(wěn)定斜坡，嚴(yán)重危害人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此，開(kāi)展更大比例尺精度更高的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，對(duì)我省今后地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有重要意義。

根據(jù)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》和湖南省《地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》要求，在開(kāi)展縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃的基礎(chǔ)上，在地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查(比例尺1∶5萬(wàn))，為各級(jí)政府制定地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃和實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工程提供基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)。為此，2012年湖南省國(guó)土資源廳決定開(kāi)展溆浦縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作，并將此任務(wù)下達(dá)湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站。于2013年開(kāi)展了地面調(diào)查工作。

黎家洞滑坡由本次地面調(diào)查階段發(fā)現(xiàn)，選擇其為研究對(duì)象，將對(duì)滑坡的形態(tài)、規(guī)模、巖土體結(jié)構(gòu)、變形特征等進(jìn)行綜合分析，以確定滑坡的變形破壞模式，從而為對(duì)其有效治理提供依據(jù)。

2地質(zhì)環(huán)境條件

黎家洞滑坡，位于湖南省懷化市溆浦縣崗東鄉(xiāng)鎮(zhèn)江村9組。本區(qū)屬淺變質(zhì)巖中低山區(qū)，由震旦系、寒武系及奧陶系的淺變巖組成。山脈多呈長(zhǎng)型狀，其走向基本與構(gòu)造方向一致，呈北東向。標(biāo)高一般500～800 m，最高可達(dá)1 000～1 100 m，相對(duì)切深300～600 m。溝谷和河溪發(fā)育，河谷狹窄，礁灘裸露，陡崖、瀑布多見(jiàn)。基巖裸露，沿裂隙易產(chǎn)生崩塌，形成陡壁。山坡陡峭，坡角一般30°～45°，局部坡段可大于50°。從大地構(gòu)造基本特征來(lái)看，區(qū)域構(gòu)造隸屬于新華夏系構(gòu)造體系，北東向構(gòu)造是境內(nèi)最為顯著的構(gòu)造形跡。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不甚強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為區(qū)域差異性、間歇不均勻升降運(yùn)動(dòng)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)圖》(GB18306-2001)，區(qū)域內(nèi)地震烈度區(qū)屬Ⅵ度區(qū)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度0.05 g。

3滑坡基本特征

3.1滑坡形態(tài)與規(guī)模

滑坡平面呈不規(guī)則形態(tài)，前緣至村級(jí)公路，高程362 m，后緣以拉張裂縫為界，高程385 m，前后緣高差約為23 m；兩側(cè)以不連續(xù)的剪切結(jié)構(gòu)面為界，縱向坡面略呈凸形，坡度上緩下陡，總體坡度約50°。滑坡主滑方向145°，縱向長(zhǎng)30 m，寬120 m，平均厚度3 m，預(yù)測(cè)體積為10 800 m3，為一淺層小型巖質(zhì)滑坡(圖1)。

圖1　滑坡工程地質(zhì)平面圖1.剖面線;2.滑坡周界;3.地層界線;4.奧陶系中統(tǒng)煙溪組;5.奧陶系下統(tǒng)橋亭子組

3.2滑坡結(jié)構(gòu)特征

滑坡體主要由奧陶系下統(tǒng)橋亭子組巖體組成，內(nèi)部巖體仍可辨層次，但巖體上部發(fā)生傾倒變形，表層局部覆蓋有第四系殘坡積物，厚度分布不均，一般0～20 cm，多為粉質(zhì)粘土夾碎石，呈黃褐色，碎石含量10%～20%，主要為砂質(zhì)板巖，棱角較分明，粒徑1～5 cm?；矠閵W陶系下統(tǒng)橋亭子組(O1q)黃綠色條帶狀砂質(zhì)板巖，層面產(chǎn)狀115°∠65°，層厚一般為2～5 cm，屬于薄層狀結(jié)構(gòu)，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理發(fā)育，層面傾向與坡向夾角呈30°，因此滑坡所在斜坡屬于典型陡傾順層巖質(zhì)邊坡?；瑤喜恐饕刂鴰r體傾倒折斷面，下部沿著層面，滑帶土厚約0.05 m，由粉質(zhì)粘土夾少量碎石組成?；麦w具體結(jié)構(gòu)特征如圖2所示。

圖2　滑坡工程地質(zhì)剖面圖

3.3滑坡變形特征

據(jù)訪問(wèn)，該滑坡最早發(fā)生時(shí)間為2012年5月初，當(dāng)時(shí)從后緣下滑巖土體約200 m3，所幸沒(méi)有造成人員傷亡。從滑坡右側(cè)來(lái)看，巖體上部發(fā)生傾倒變形，節(jié)理發(fā)育，巖體整體上較為破碎、架空明顯(圖3)。目前該滑坡仍不穩(wěn)定，處于加速變形階段，每逢雨期均有不等量的巖土體下滑，威脅前緣公路120 m，潛在經(jīng)濟(jì)損失人民幣10萬(wàn)元。

圖3　滑坡右側(cè)變形特征

4滑坡成因機(jī)制分析

4.1地質(zhì)分析

諸多變形跡象表明，黎家洞滑坡的變形破壞模式為滑移-傾倒型。從地貌形態(tài)上看，該滑坡發(fā)育于河谷的轉(zhuǎn)折端，前緣與兩側(cè)開(kāi)闊，臨空條件較好，有利于斜坡的變形發(fā)展。斜坡巖性主要為陡傾坡外的薄層狀砂質(zhì)板巖，屬于較軟巖類(lèi)，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期，在河谷連續(xù)下切、岸坡的形成以及坡體內(nèi)自重應(yīng)力場(chǎng)隨之不斷的產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整、并發(fā)生應(yīng)力重分布等各種復(fù)雜地質(zhì)作用下，巖體首先出現(xiàn)層間錯(cuò)動(dòng)并伴隨下滑，當(dāng)下滑受阻前緣發(fā)生傾倒，進(jìn)而發(fā)展到后緣，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得以證實(shí)(圖4)。斜坡變形進(jìn)一步發(fā)展，在人類(lèi)修路切坡和暴雨等因素的誘發(fā)下，最終將沿著傾倒折斷面發(fā)生滑坡。

圖4　巖層滑移-傾倒現(xiàn)象

4.2數(shù)值模擬分析

(1) 模型的建立

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及該滑坡工程地質(zhì)平剖面圖等現(xiàn)有資料，結(jié)合周邊地質(zhì)環(huán)境條件，并根據(jù)滑坡剖面圖將其恢復(fù)到古地貌形態(tài)和相應(yīng)的巖體結(jié)構(gòu)，以此進(jìn)行離散元?jiǎng)討B(tài)數(shù)值模擬，再現(xiàn)斜坡變形破壞過(guò)程(圖5)。

圖5　計(jì)算模型

(2) 物理力學(xué)參數(shù)的選取

根據(jù)滑坡地質(zhì)環(huán)境條件以及類(lèi)比相關(guān)工程，綜合選取斜坡各類(lèi)介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)如表1。

表1　材料與結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)

(3) 計(jì)算結(jié)果及分析

對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，在重力場(chǎng)條件下，該斜坡在演化初期，對(duì)應(yīng)迭代時(shí)步為5萬(wàn)左右，總體以垂直位移為主，并且位移量相對(duì)斜坡來(lái)說(shuō)不大，主要表現(xiàn)以層間錯(cuò)動(dòng)，僅在坡腳地帶出現(xiàn)巖層向臨空面發(fā)生初始的彎曲變形(圖6)。

圖6　迭代5萬(wàn)時(shí)步斜坡的變形特征

隨著計(jì)算迭代時(shí)步增加到10萬(wàn)附近，斜坡變形位移量增大并主要集中在坡表。由圖7可知，此時(shí)除了斜坡前緣巖體彎曲加劇，坡體中后緣還是以層間的錯(cuò)動(dòng)下滑運(yùn)動(dòng)為主。

斜坡繼續(xù)變形演化，中后部巖體也不斷的發(fā)生彎曲傾倒變形。整個(gè)坡體表部將發(fā)展成為一個(gè)傾倒變形體，隨著不斷的突破其折斷帶中的鎖骨段，將持續(xù)發(fā)生位移變形，最終演化為滑坡地質(zhì)災(zāi)害(圖8)。

5滑坡防治建議

由于該滑坡仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨時(shí)可能再次發(fā)生滑動(dòng)，嚴(yán)重威脅過(guò)往村民和車(chē)輛的安全，因此根據(jù)實(shí)際情況，建議當(dāng)?shù)卣扇?yīng)急排危除險(xiǎn)緊急措施：削掉滑坡上部?jī)A倒巖體，適當(dāng)分級(jí)放坡，坡腳修建擋土墻，并在受威脅路段兩側(cè)樹(shù)立警示牌，提醒行人車(chē)輛防范山體滑坡。

圖7　迭代10萬(wàn)時(shí)步斜坡的變形特征

圖8迭代18萬(wàn)時(shí)步斜坡的變形特征

6結(jié)論

通過(guò)上述分析，得出如下結(jié)論：

(1) 在野外調(diào)查與地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，判定黎家洞滑坡的變形破壞模式為滑移-傾倒型。

(2) 借助離散元軟件，根據(jù)實(shí)際建立數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算，直觀地再現(xiàn)了滑坡變形演變進(jìn)程。

(3) 提出了一般防治措施：該滑坡目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，建議采取應(yīng)急排危除險(xiǎn)措施，及時(shí)排除險(xiǎn)情，避免出現(xiàn)傷亡事故。

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STUDY ON FORMATION MECHANISM OF LEIJIADONG LANDSLIDE

CHEN Quan-ming,LUO Guan-zhi,WANG Guo-wei

(Hunan Institute of Geo-Environment Monitoring，Changsha，Hunan410007，China)

Abstract:Generally speaking,it is believed that slip-rupture and slip-bending are main characteristics of deformation and failure of bedding rock slope.However,it is found that there is another particular form of deform- ation and failure for steep bedding rock slope on situ survey,namely,toppling deformation.Taking Leijiadong Landslide for an example，on the basis of clarifying geological environment conditions in the region and basic characteristics factors of the landslide, the toppling deformation mechanism of the Landslide is been carried out mainly by numerical simulation．This study serves as a reference for the reinforcement of the Landslides．

Key words：detailed survey of geological disaster;landslide; formation mechanism;toppling

作者簡(jiǎn)介：陳全明(1984-),男,水工環(huán)地質(zhì)工程師。工作崗位：地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)；主要從事地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)工作。2011年6月畢業(yè)于成都理工大學(xué)，獲得工學(xué)碩士學(xué)位。E-mail：285440219@qq.com

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-10-20改回日期：2015-11-17

文章編號(hào)：1006-4362(2016)01-0013-04