四川峨眉山市王山-抓口寺滑坡滑帶工程地質(zhì)特征研究

褚宏亮，孫長勇,張希夷,李成皓

(1.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081；2.煙臺杰瑞加納有限公司，山東 煙臺 100025；3.中國石油天然氣管道工程有限公司天津濱海分公司，天津 300457)

四川峨眉山市王山-抓口寺滑坡滑帶工程地質(zhì)特征研究

褚宏亮1，孫長勇2,張希夷3,李成皓3

(1.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081；2.煙臺杰瑞加納有限公司，山東 煙臺 100025；3.中國石油天然氣管道工程有限公司天津濱海分公司，天津 300457)

本文在滑坡地質(zhì)特征現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)試驗，對峨眉山市王山-抓口寺滑坡滑帶土顆粒成分、礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)特征及降雨對滑坡穩(wěn)定性的影響等進行了研究。結(jié)果表明，凝灰?guī)r夾層是滑坡體形成的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，滑帶土主要成分為粉質(zhì)黏土，滑帶土具有明顯的深層蠕滑磨光面和擦痕跡象；滑帶土為粉質(zhì)黏土，黏粒含量高，透水性弱，含有大量的蒙脫石，易水軟化，因降雨引起滑帶土飽水，其力學(xué)強度急劇降低，是滑坡發(fā)生高速滑動的主要誘發(fā)因素。

滑帶土；強降雨；工程地質(zhì)特征；礦物成分；物理力學(xué)特征

0 引言

2015年6月14日，受連續(xù)強降雨影響，峨眉山市九里鎮(zhèn)興陽村王山-抓口寺滑坡發(fā)生滑動，威脅27戶52人的安全。由于當(dāng)?shù)卣崆敖M織人員緊急撤離，滑坡未造成人員傷亡，直接經(jīng)濟損失約為500萬元，間接經(jīng)濟損失3 000余萬元。王山-抓口寺滑坡為巖質(zhì)滑坡，巖性為西南地區(qū)廣泛分布的峨眉山玄武巖，滑帶是滑坡內(nèi)原生存在或后期發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)帶，滑動后的滑帶顯示典型的剪切結(jié)構(gòu)帶特征，作為與周圍物質(zhì)差異明顯的軟弱帶，滑帶特征必然異于周圍物質(zhì)，根據(jù)滑帶土的力學(xué)特征可以判斷滑坡在環(huán)境改變后(如飽水軟化后)可能的作用變化[1-4]。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該滑坡的滑帶為凝灰?guī)r夾層，由于凝灰?guī)r內(nèi)含有水敏性物質(zhì)，在地下水作用下強度弱化。因此，本文在宏觀分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合采集滑帶土樣品進行室內(nèi)試驗，對王山-抓口寺滑坡滑帶土顆粒成分、礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)特征，分析滑帶土的弱化機理和演化過程，研究在強降雨作用下滑坡的變形機理。

1 滑坡體概況

王山-抓口寺滑坡平面上呈箕形，滑坡坡度約26°，主滑方向334°。滑坡左側(cè)邊界以沖溝為界，邊界走向約310°，在中下部因受山梁阻擋，部分滑體超覆在沖溝左岸斜坡上，使邊界稍微轉(zhuǎn)向為正北。右側(cè)邊界位于礦山傳送帶西側(cè)40～80 m處，邊界走向大致343°，右側(cè)下部邊界稍偏為310°，右側(cè)上部邊界形成高10～15 m的陡坎。前緣為滑坡高速下滑至九沙河南側(cè)山體遇阻時形成的反翹鼓丘，至原河底高約50 m。滑坡周界明顯，后緣高程約815 m，前緣抵于九沙河高程在540 m以上，整個滑坡高差在270 m以上?；律舷抡胁繉?，中部最寬達445 m，前緣最窄為245 m，滑體最大縱長約710 m，面積約30×104m2，滑體厚度20～40 m，平均厚度30 m以上，總方量約600×104m3，滑距約40 m(圖1)?；瑤С驶野咨\灰色，局部紫紅色，可塑狀，厚度約0.2～0.4 cm不等，平均厚度0.30 m，局部見擦痕、鏡面(圖2)。

圖1 滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Scheme of engineering geology of landslide

圖2 滑坡滑帶土取樣位置Fig.2 Sample position of the sliding zone

2 滑帶土的基本物理性質(zhì)

2.1 顆粒組成特征

本次試驗用滑帶土原狀樣[5]，取自滑坡體中部滑面出露位置(圖2)，取樣點為主滑帶。通過滑帶土的顆粒分析試驗，滑帶土以細(xì)粒土為主，小于0.075 mm

的細(xì)粒含量占50.23%～50.27%，粉粒含量31.3%～35.4%，黏粒含量18.2%～28.4%。不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分別為，5.00～80.00和1.17～2.22，塑性指數(shù)在7.19～7.85，滑帶土為粉質(zhì)黏土，透水性弱(圖3)。

圖3 滑帶土顆粒分析曲線Fig.3 Curve of analysis on grain components of landslide

2.2 物理性質(zhì)

對取樣的滑帶土分組進行試驗，天然密度為2.19，孔隙比為0.23，比重2.70，塑限為18.23%，液限32.96%，主要物性指標(biāo)見表1。

表1 滑帶土的物理性質(zhì)指標(biāo)

3 滑帶土微觀結(jié)構(gòu)及礦物成分

3.1 微觀結(jié)構(gòu)

凝灰?guī)r是指占優(yōu)勢的碎屑的粒徑小于2 mm的正?；鹕剿樾紟r?；瑤е械哪?guī)r主要是玻屑凝灰?guī)r。巖石呈紫紅色、灰黑色，凝灰結(jié)構(gòu)(圖4)。玻屑大小一般為0.02～0.04 mm，顯微鏡下顯棕褐色—橙黃色，呈弧面多角形、月牙形等，呈低正突起；部分已發(fā)生了脫?；纬杉?xì)小的自生礦物：絹云母、蒙脫石、方解石等?；鹕綁m的粒徑小于0.01 mm，鏡下也難以辨認(rèn)個體形態(tài)，常呈塵點狀產(chǎn)出，呈棕褐色。

圖4 凝灰結(jié)構(gòu)，巖石由玻屑(g)、少量斜長石晶屑(Pl)和更細(xì)的褐色火山塵(d)所組成。(單偏光，長徑=1.22 mm。)Fig.4 Tuffaceous texture, by vitroclastic (g), some plagioclase crystal fragment (PI) and more tiny brown volcanic dust (d). (Most of the vitroclastic is devitrificated to authigenic minerals as montmorillonite, calcite and opal.)

3.2 礦物成分

現(xiàn)場采集了滑帶樣品，經(jīng)過攪拌和靜置后，取其上部的最細(xì)部分經(jīng)恒溫烘干(50 ℃)后，送X衍射分析實驗室[6-7]，分析測試結(jié)果見表2。由表可見，樣品中含有約26%的蒙脫石。因此，凝灰?guī)r夾層由于其組成中含有較多基性火山玻璃，而火山玻璃又易于和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成含較多蒙脫石的粘土化軟弱夾層，使其強度急劇降低。

表2 滑帶的X射線粉晶衍射測試結(jié)果

注：測試單位：成都理工大學(xué)；實驗條件：D/MAX IIIC 型衍射儀，F(xiàn)eKa, Mn濾光，30 KV，20 mA，6o/min

3.3 化學(xué)成分

通過取滑帶樣品，進行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表3。由表可見，滑帶土中出現(xiàn)蒙脫石等粘土礦物，蒙脫石中含有更多的Al2O3和K2O，和較少的CaO、SiO2。因此，化學(xué)成分分析和巖相學(xué)觀察結(jié)果一致，說明凝灰?guī)r中有大量蒙脫石。由于這些礦物具有較強的吸水性，極易吸收水分而膨脹，如蒙脫石吸收水分之后體積可以增大數(shù)倍，而失水后便發(fā)生體積收縮，從而易導(dǎo)致崩解。

表3 滑帶的主要化學(xué)成分

注：所有項目均由成都理工大學(xué)材料與生物工程學(xué)院實驗中心分析。

4 滑帶土的力學(xué)特征

為了獲得滑面的抗剪強度參數(shù)，對所取的土樣烘干后篩除2 mm以上土樣在室內(nèi)配置成不同的含水率進行剪切實驗，獲得的不同含水率條件下的抗剪強度參數(shù)[8-10](表4)。

表4 滑帶土不同含水率情況下的抗剪強度參數(shù)

根據(jù)大量實驗，摩擦系數(shù)f和內(nèi)聚力C總體上隨W/Wp的增大而降低，相關(guān)性較明顯。從而得出摩擦系數(shù)f與W/Wp的關(guān)系式為：

f=-0.913ln(w/wp)+0.152 8R2=0.828 9

(1)

內(nèi)聚力C與W/Wp的關(guān)系式為：

C=-55.69ln(w/wp)+30.436R2=0.715 3

(2)

上述關(guān)系式的建立，為不同含水量條件下滑帶土抗剪強度參數(shù)評價提供了依據(jù)。根據(jù)前面統(tǒng)計的該斷層泥天然含水量平均值為10.03%，塑限平均為17.42%，利用上式(1)、式(2)獲得該斷層泥的摩擦系數(shù)f=0.657，C=61.18 kPa。

5 降雨對滑坡穩(wěn)定性的影響

降雨作用下滑坡穩(wěn)定性計算是根據(jù)降雨時飽和-非飽和滲流數(shù)值模擬得到滑坡中暫態(tài)孔隙水壓力代入SLOPE/W計算滑坡穩(wěn)定性，采用Mohgenstem-Prince法評價滑坡穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，建立滑坡穩(wěn)定性計算模型見圖5。

圖5 王山滑坡穩(wěn)定性計算模型Fig.5 Computing model on stability of Wangshan landslide

根據(jù)實際降雨數(shù)據(jù)，對持續(xù)降雨持時44天后的穩(wěn)定性進行計算，計算結(jié)果見圖6。

圖6 降雨歷時天數(shù)與滑坡穩(wěn)定性系數(shù)關(guān)系曲線(2005.5.1-2015.6.14)Fig.6 Relationship between the raining days and the landslide stability

由圖6可見，在持續(xù)降雨影響下，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)從1.044降低至0.998。在5月2～3日未發(fā)生降雨，地下水位線回落，穩(wěn)定性系數(shù)略有上升；在經(jīng)歷6月11日～13日持續(xù)3天降雨，隨著雨水下滲，地下水沿滑面流動，滑面力學(xué)參數(shù)急劇降低，穩(wěn)定性系數(shù)下降至0.998，2015年6月14日滑坡失穩(wěn)，發(fā)生高速滑動。

6 結(jié)論

(1)凝灰?guī)r夾層是滑坡體形成的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，滑帶土主要成分為粉質(zhì)黏土，滑帶土有明顯的深層蠕滑磨光面和擦痕。

(2)滑帶土為粉質(zhì)黏土，黏粒含量高，透水性弱，含有大量的伊利石、蒙脫石等粘土礦物。由于這些礦物具有較強的吸水性，極易吸收水分而膨脹，而失水后便發(fā)生體積收縮，易導(dǎo)致崩解，強度急劇降低。

(3)滑帶土的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)與物理力學(xué)特征是滑坡體在強降雨作用下產(chǎn)生變形破壞的重要內(nèi)在條件。而降雨入滲致使滑帶土的力學(xué)強度急劇降低，是滑坡發(fā)生高速滑動的主要誘發(fā)因素。

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Research on engineering geology characteristics of Wangshan-Zhuakousi landslide in sliding zone in Emeishan city

CHU Hongliang1,SUN Changyong2,ZHANG Xiyi3,LI Chenghao3

(1.ChinaInstituteofGeo-EnvironmentMonitoring,Beijing100081,China;2.YantaiJerehGhanaLIMITED,Yantai,Shandong100025,China; 3.ChinaPetroleumPipelineBureauTianjinDesignInstitute，Tianjin300457,China)

The article based on the onsite survey on the geological characteristics of landslide, with indoor experiment has researched the grain components, mineral composition, micro structure, physical mechanics property of the Wangshan-Zhuakou Temp landslide in Emeishan City, and analyzed the effect of rainfall to landslide stability. Results shows that tuff interlayers is the main material basis of landslide formation, and the main components of soil in the sliding zone is silty clay. The soil in sliding zone has obvious deep creep polished surface and signs of scratches. Silty clay has a high content of clay and weak permeability with a lot of clay mineral such as montmorillonite which is easy to be softened after absorbing water. Sharp decrease in mechanical strength, and it is the main inducing factor for a moving landslide.

slip zone soils; heavy rainfall; engineering geological characteristics; mineral composition; physical mechanics property

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.01.08

2015-08-08;

2016-12-20

中國地質(zhì)調(diào)查局項目(1212011220124)； 國家自然科學(xué)基金項目(41172254)

褚宏亮(1981-)，男，碩士，主要從事工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域的科研工作。E-mail：chuhl@mail.cigem.gov.cn

P642.22

A

1003-8035(2017)01-0048-05