石棉縣某昔格達(dá)地層滑坡防治對(duì)策探討

覃 亮， 楊學(xué)之， 王海波

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心, 四川 成都 610081)

石棉縣某昔格達(dá)地層滑坡防治對(duì)策探討

覃 亮， 楊學(xué)之， 王海波

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心, 四川 成都 610081)

以石棉縣一處昔格達(dá)地層滑坡為例，結(jié)合其所處地質(zhì)環(huán)境條件，根據(jù)滑坡基本特征，進(jìn)行了滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，論述了其滑坡成因機(jī)制，同時(shí)，提出了采用“整體防護(hù)+局部支擋”的思路對(duì)滑坡進(jìn)行治理.

滑坡;昔格達(dá)組;穩(wěn)定性;防治對(duì)策

0 引 言

在四川攀西地區(qū)廣泛分布河湖相沉積半成巖昔格達(dá)組地層，該地層壓縮性強(qiáng)，遇降雨易軟化，屬易滑地層.科研人員對(duì)此類地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了相關(guān)的研究，并取得了大量的研究成果[1-5].由于石棉縣莫家崗滑坡發(fā)育于昔格達(dá)組地層中，其地層的力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，本研究在已有研究基礎(chǔ)上，探析了該滑坡工程地質(zhì)特征及防治對(duì)策，擬為當(dāng)?shù)卣囊?guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù).

1 工程地質(zhì)環(huán)境概況

作為研究對(duì)象的莫家崗滑坡位于四川雅安石棉縣，剖面形態(tài)為階梯狀，總體坡度約16 °，為中型淺層土質(zhì)滑坡.滑坡最初發(fā)生于2008年汛期，2009～2015年雨季期間，研究區(qū)斜坡均發(fā)生了不同程度的變形.

1.1 氣象水文

研究區(qū)位于大渡河左岸，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，平均年降水量為1 200.9 mm，降水主要集中在每年5～9月份，占全年降水量的86.4%.據(jù)計(jì)算，研究區(qū)內(nèi)最大日降雨量為185.9 mm，最大小時(shí)雨量為81.5 mm，10 min雨強(qiáng)為26.7 mm，這種高強(qiáng)度降雨在時(shí)間分布上不均勻，多形成大～暴雨和局部暴雨，為誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的重要因素.

1.2 地形地貌

研究區(qū)地處構(gòu)造、剝蝕中切割中山緩脊寬谷地貌，總體上谷坡和山坡坡度均大于30 °，山脊呈長(zhǎng)垣狀，溝谷呈“V”字型，切割深度500～1 000 m，地形陡峻，地形臨空條件發(fā)育，為滑坡、不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育提供了有利條件.

1.3 地層巖性

研究區(qū)出露地層主要為第四系殘坡積層及第三系昔格達(dá)組基巖，具體為：

2)第三系中統(tǒng)昔格達(dá)組(N2x).主要為褐色粉砂巖、黏土巖，具有成巖低，結(jié)構(gòu)構(gòu)造不均一，富含黏粒及黏土礦物，壓縮性較強(qiáng)，遇水軟化，脫水崩解等特點(diǎn).

1.4 地質(zhì)構(gòu)造與地震

相關(guān)研究表明，莫家崗滑坡附近無(wú)大型褶皺或斷裂發(fā)育.根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，研究區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s.

1.5 人類工程活動(dòng)

研究區(qū)內(nèi)總體上人類工程活動(dòng)較為頻繁，人類工程活動(dòng)主要包括農(nóng)耕、房屋建設(shè)和削坡修路.工程建設(shè)改變了研究區(qū)斜坡原有排水系統(tǒng)，對(duì)斜坡穩(wěn)定狀態(tài)影響較大，可能會(huì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害.

2 滑坡基本特征

2.1 邊界和形態(tài)特征

研究區(qū)滑坡發(fā)育在大渡河支流獅子河左岸，主滑方向184 °，后緣有明顯的下錯(cuò)現(xiàn)象，呈典型的圈椅狀，剖面形態(tài)為凹形，前后緣高差約100 m，總體坡度約16 °，剖面形態(tài)呈階梯狀.滑坡橫向?qū)捈s440 m，縱向長(zhǎng)約340 m，厚1.0～7.0 m，體積約3.5×105m3，由圖1可見(jiàn)，滑坡邊界特征明顯，后緣發(fā)育有下錯(cuò)形成的陡坎或張拉裂縫，兩側(cè)可見(jiàn)明顯的側(cè)邊界，右側(cè)以剪切裂縫為界，左側(cè)以小沖溝為界，前緣以獅子河左岸為界.受巖土體不等速變形的影響，滑坡體后緣(北側(cè))下錯(cuò)形成陡坎，陡坎高0.3～0.7 m不等，坡度約60 °；右側(cè)(西北側(cè))邊界發(fā)育有長(zhǎng)約40 m的剪切裂縫；左側(cè)(東側(cè))邊界為小型沖溝，受滑坡巖土體不均勻變形影響，沖溝中原有排水溝受損嚴(yán)重；前緣(南側(cè))為獅子河河谷.

為中型淺層土質(zhì)滑坡(見(jiàn)圖1).

圖1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)平面圖

2.2 變形破壞特征

研究區(qū)滑坡最早發(fā)生于2008年汛期，降雨導(dǎo)致斜坡后緣巖土體發(fā)生強(qiáng)烈變形下錯(cuò)，下錯(cuò)最大高度約1.0 m，下錯(cuò)致使后緣一間房屋受損.2012年雨季，斜坡后緣再次發(fā)生明顯變形，產(chǎn)生張拉裂縫，裂縫長(zhǎng)約50 m，張開(kāi)0.05～0.7 m，充填碎石土、植物根系等，錯(cuò)開(kāi)高差0～0.5m，呈圓弧形，總體走向245 °.

2013年7月受暴雨影響，斜坡發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)烈變形.受變形影響，附近村道路基出現(xiàn)不均勻沉降，致使路面開(kāi)裂，形成局部錯(cuò)臺(tái)，同時(shí)，變形還引起斜坡原有排水溝受損，其裂縫下錯(cuò)高度約0.3 m，總體走向92 °，屬?gòu)埨芽p.受降雨等因素影響，斜坡中下部變形也十分明顯，附近鄉(xiāng)村公路受路基出現(xiàn)不均勻沉降，路面大面積開(kāi)裂，出現(xiàn)區(qū)域性裂縫，一條長(zhǎng)約16 m，寬約4 m，總體走向105 °，另一條長(zhǎng)約18 m，寬約3.5 m，總體走向70 °.2013年強(qiáng)降雨導(dǎo)致斜坡中部產(chǎn)生張拉裂縫，長(zhǎng)約32m，張開(kāi)0～0.1 m，充填碎塊石土，可見(jiàn)明顯下錯(cuò)，最大下錯(cuò)高度約0.5 m，總體走向93 °.

2014年7月2日，研究區(qū)突降暴雨，最大雨量達(dá)50 mm/h，暴雨持續(xù)近2 h，強(qiáng)降雨致使斜坡局部(原有1#擋墻南側(cè))強(qiáng)烈變形，局部失穩(wěn)破壞，發(fā)生小型滑塌，滑塌縱向長(zhǎng)約47 m，寬約15 m，厚1～4 m，方量約2 000 m3，主滑方向245 °，總體坡度約15 °，屬牽引式淺層土質(zhì)滑塌.伴隨斜坡局部滑塌，在其后緣產(chǎn)生張拉裂縫，長(zhǎng)約9 m，張開(kāi)0～0.15 m，充填植物根系，深約0.2 m，有較明顯的下錯(cuò)，最大下錯(cuò)距離約0.2 m，走向150 °.伴隨局部滑塌，在滑塌體北側(cè)，原有1#擋墻南側(cè)之間斜坡也發(fā)生明顯的變形，變形致使該段斜坡體上原有排水溝被土體擠壓而嚴(yán)重受損.

2014年8月，研究區(qū)再次持續(xù)強(qiáng)降雨，斜坡體多處發(fā)生變形.受下部斜坡土體滑塌及降雨等影響，原有1#擋墻發(fā)生明顯拉裂變形，而局部受損.斜坡后緣產(chǎn)生張拉裂縫，裂縫長(zhǎng)約6 m，張開(kāi)0～0.1 m，充填?yuàn)A碎石粉質(zhì)黏土及植物根系，無(wú)明顯下錯(cuò)，走向30 °.原有小路發(fā)生明顯沉降及破壞，小路內(nèi)側(cè)排水溝被土體嚴(yán)重?cái)D壓.

2.3 滑坡體結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查及淺井、探槽和鉆孔揭露的地質(zhì)條件，滑坡體結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 滑坡典型工程地質(zhì)剖面圖

2)滑帶.位于第四系松散覆蓋層與下覆第三系中統(tǒng)昔格達(dá)組(N2x)粉砂巖界面處及松散層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶.滑帶土為松散覆蓋層與基巖界面上的黃褐色粉質(zhì)黏土，厚約20 cm，稍濕，硬塑，含水量高，壓縮性較強(qiáng).

3)滑床.第三系中統(tǒng)昔格達(dá)組(N2x)，褐色或黃褐色粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化層約3 m，產(chǎn)狀145 °∠2 °，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，主要裂隙產(chǎn)狀為210 °∠26 °，100 °∠11 °，無(wú)充填.

2.4 滑坡危害性分析

根據(jù)滑坡危害對(duì)象的重要性和災(zāi)害損失程度，按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》表6危害對(duì)象等級(jí)劃分[6]，本研究將該滑坡區(qū)危害對(duì)象等級(jí)劃分為Ⅲ級(jí).

3 穩(wěn)定性計(jì)算和評(píng)價(jià)

3.1 計(jì)算方法與工況

本研究采用基于極限平衡理論的條分法和傳遞系數(shù)法分3種工況計(jì)算研究區(qū)滑坡的穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力[6-7].

1)工況Ⅰ(天然工況).現(xiàn)狀條件下滑體處于1/3～1/2飽水狀態(tài)，荷載組合為：自重+天然狀態(tài)地下水.

2)工況Ⅱ(暴雨工況).按滑體1/2～2/3飽水狀態(tài)，荷載組合為：自重+暴雨?duì)顟B(tài)地下水.

3)工況Ⅲ(地震工況).按現(xiàn)狀條件疊加地震荷載，荷載組合為：自重+天然狀態(tài)地下水+地震.

3.2 計(jì)算參數(shù)取值

滑體土計(jì)算參數(shù)主要根據(jù)取巖土試驗(yàn)結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析確定.滑體土天然重度取18.46 kN/m3；飽和重度取19.26 kN/m3.

滑帶土計(jì)算參數(shù)在統(tǒng)計(jì)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可參考參數(shù)反演結(jié)果，類比類似案例的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)來(lái)綜合確定：天然狀態(tài)c值取8.65 kPa，?值12.63 °；飽和狀態(tài)c值取7.58 kPa，?值取11.87 °.

3.3 計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定性分析

滑坡典型剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表1所示.

表1 滑坡典型剖面穩(wěn)定性計(jì)算及評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1可知，滑坡體在天然工況(I工況)下，處于穩(wěn)定狀態(tài)；滑坡體在暴雨工況(II工況)與地震工況(III工況)下，均處于欠穩(wěn)定狀態(tài).工況II下，滑坡剩余下滑力為121.99 kN/m，工況Ⅲ下，滑坡剩余下滑力為135.96 kN/m.

4 滑坡成因機(jī)制分析

4.1 滑坡發(fā)育的基礎(chǔ)條件

1)地形地貌.研究區(qū)縱向上呈階梯狀斜坡地貌，地形臨空條件發(fā)育，為滑坡發(fā)育提供了有利的地形條件.

2)斜坡結(jié)構(gòu).研究區(qū)為順向斜坡結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)面傾角小于或接近斜坡坡度，屬易發(fā)生滑坡的斜坡結(jié)構(gòu)類型.

3)工程地質(zhì)條件.研究區(qū)表層分布第四系全新統(tǒng)松散巖類殘坡積粉質(zhì)黏土地層，出露基巖為第三系中統(tǒng)昔格達(dá)組(N2x)粉砂巖，屬極軟巖類.松散巖類結(jié)構(gòu)松散，屬易滑地層，不利條件下易沿基覆界面發(fā)生滑動(dòng)變形.而極軟巖類粉砂巖，層理近水平，裂隙較發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，固結(jié)狀態(tài)差，遇水易軟化、崩解，抗風(fēng)化能力差，遇水后其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)迅速降低，因此該地層結(jié)構(gòu)組成的邊坡易發(fā)生滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象.

4)水文地質(zhì).研究區(qū)由于松散堆積層結(jié)構(gòu)不均勻，局部碎塊石土常含有較為豐富的上層滯水，且滑坡區(qū)主要為地下水徑流排泄區(qū)，地下水活動(dòng)較為強(qiáng)烈，特別是當(dāng)?shù)叵滤鼗步缑鎻搅鳎虍?dāng)基巖裂隙水水位抬升，裂隙水壓力增大時(shí)，成為引起滑坡變形的重要因素.

由于研究區(qū)具備上述4個(gè)方面滑坡發(fā)育的基礎(chǔ)地質(zhì)條件，一旦降雨等不利因素具備，即可能引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生.

4.2 主要引發(fā)因素分析

據(jù)調(diào)查，研究區(qū)2008年汛期持續(xù)降雨，降雨量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受其影響，滑坡區(qū)表層第四系松散殘坡積粉質(zhì)黏土均處于飽水狀態(tài)，孔隙水壓力上升，巖土體有效應(yīng)力降低，巖土體c、?值急劇減小，抗剪強(qiáng)度嚴(yán)重降低.孔隙水使滑體重度增大，且明顯增大了下滑力，同時(shí)，降雨入滲補(bǔ)給滑坡淺層基巖裂隙水，巖體裂隙水壓力增大，成為加劇滑坡變形的又一荷載，從而引發(fā)滑坡后緣局部下錯(cuò)變形.

2009～2014年雨季，研究區(qū)內(nèi)多次出現(xiàn)歷時(shí)長(zhǎng)、雨量大的大暴雨，導(dǎo)致滑坡區(qū)表層松散堆積體飽水，孔隙水壓力上升，巖土體有效應(yīng)力降低，巖土體c、?值減小，抗剪強(qiáng)度嚴(yán)重降低，抗滑力下降.同時(shí)，滑體重度增大，明顯增大了下滑力.另外，降雨入滲補(bǔ)給滑坡淺層基巖裂隙水，巖體裂隙水壓力增大，為滑坡區(qū)巖土體增加荷載，最終引發(fā)滑坡體出現(xiàn)多處張拉裂縫、排水溝受損嚴(yán)重、公路路面大面積拉裂乃至局部滑塌等.

4.3 滑坡力學(xué)性質(zhì)分析

據(jù)訪問(wèn)調(diào)查，滑坡啟動(dòng)時(shí)，其變形破壞首先是斜坡中前部發(fā)生房屋和斜坡的變形，繼而帶動(dòng)后緣斜坡巖土體變形，出現(xiàn)張拉裂縫變形及房屋開(kāi)裂變形等，屬牽引式滑坡.

從滑坡的力學(xué)機(jī)理分析，由于裂縫的存在，在持續(xù)降水條件下，地表水通過(guò)牽引變形裂縫下滲到邊坡的更深部，導(dǎo)致坡體產(chǎn)生一定的靜水壓力.另外，地下水浮托力使巖土體有效應(yīng)力降低，滑面抗剪強(qiáng)度降低，且將巖土體自重增加，致使下部巖土體首先發(fā)生變形，因而其啟動(dòng)時(shí)具有牽引式滑坡的特點(diǎn).

4.4 滑坡形成機(jī)制分析

研究區(qū)滑坡斜坡所處地形地貌、地層結(jié)構(gòu)決定了殘坡積物結(jié)構(gòu)松散、含水量較高，孔隙度較大，有利于暴雨期間大量降水的下滲，滑坡區(qū)受后緣地表降雨作用，大量地表水從斜坡后緣侵入斜坡體內(nèi)，形成地下水，在后高前低地勢(shì)作用下，沿基覆界面運(yùn)移，地下水不僅軟化消融滑面以上的土體，降低土體抗剪強(qiáng)度，同時(shí)還增大了滑體自重，降低了下覆地層抗滑力.

5 防治措施

根據(jù)研究區(qū)滑坡的變形特征，建議采用“整體防護(hù)，局部支擋”的治理思路，選擇“綠化防護(hù)+排水溝+局部支擋”等工程手段對(duì)斜坡進(jìn)行治理.

1)綠化防護(hù).在斜坡體上多植樹(shù)種草，增加植被覆蓋率.利用植被對(duì)降水的截留作用，減緩降水對(duì)斜坡的沖刷，減少地表水下滲，進(jìn)而起到對(duì)滑坡進(jìn)行整體防護(hù)的目的.

2)排水溝.研究區(qū)滑坡的主要誘因是強(qiáng)降雨，為防止雨水不能及時(shí)從坡表排泄，而滲入巖土體中，建議完善斜坡排水體系，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌條件增設(shè)和修復(fù)排水溝，減少雨水下滲，保證巖土體抗滑力，維持斜坡穩(wěn)定性，以達(dá)到斜坡整體防護(hù)的目的.

3)局部支擋.研究區(qū)滑坡影響區(qū)范圍大，總體治理難度較大，且治理經(jīng)費(fèi)高.因此，建議針對(duì)斜坡強(qiáng)烈變形的區(qū)域，為保護(hù)居民生命財(cái)產(chǎn)安全，保障鄉(xiāng)村道路的正常通行能力，對(duì)斜坡局部進(jìn)行支擋，采用局部抗滑樁、擋土墻等工程措施.

6 結(jié) 論

本研究根據(jù)分析對(duì)象的實(shí)際情況，結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，得出以下結(jié)論：研究區(qū)滑坡為受長(zhǎng)歷時(shí)、強(qiáng)降雨誘發(fā)的昔格達(dá)地層牽引式滑坡，滑面位于基覆界面部位；滑坡在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及地震工況下屬欠穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡最大剩余下滑力為135.96 kN/m；根據(jù)災(zāi)害體基本特征，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，建議采用“綠化防護(hù)+排水溝+局部支擋”等工程手段對(duì)滑坡進(jìn)行治理.

[1]尹紫紅,周志林,梁明學(xué).昔格達(dá)組地層研究現(xiàn)狀與牛坪子滑坡穩(wěn)定性分析[J].路基工程,2005,23(2):12-15.

[2]李小泉.粟子坪水電站廠基昔格達(dá)土的工程特性[J].廣西水利水電,1996,25(1):16-20.

[3]宋建廣,孫代.淺談雅攀公路昔格達(dá)地層滑坡成因與治理[J].路基工程,2007,25(5):175-176.

[4]王志強(qiáng).西昌昔格達(dá)組的動(dòng)力特性研究[D].昆明：昆明理工大學(xué),2009.

[5]吳煥恒.西昌某邊坡昔格達(dá)組地層蠕變?cè)囼?yàn)及其邊坡蠕變變形分析[D].成都：西南交通大學(xué),2010.

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范：GB 32864-2016[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2016.

[7]覃亮,裴向軍,陳曦陽(yáng).基于人工蜂群算法的水平條分法邊坡穩(wěn)定性分析[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013,23(1):82-85.

Discussion on Prevention Countermeasures of Xigeda Strata Landslide in Shimian County

QINLiang,YANGXuezhi,WANGHaibo

(Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology, Sichuan Bureau of Geology & Mineral Resources, Chengdu 610081, China)

In this paper,a Xigeda strata landslide in Shimian County is taken as an example.Combined with the geological conditions and according to the basic characteristics of the landslide,the paper evaluates the stability of the landslide,discusses the formation mechanism of the landslide,and finally puts forward the idea of the combination of overall protection and local support for the landslide.

landslide;Xigeda;stability;countermeasures

1004-5422(2017)01-0102-04

2017-02-17.

覃 亮(1988 — )， 男， 碩士， 從事巖土工程與環(huán)境地質(zhì)研究.

P642.22

A