沐川縣某滑坡形成機(jī)制及復(fù)活預(yù)測(cè)

張光鑫， 楊 強(qiáng)， 馮文凱， 李長(zhǎng)順

(1.成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610059；2.四川省地質(zhì)調(diào)查院， 四川 成都 610081)

?

沐川縣某滑坡形成機(jī)制及復(fù)活預(yù)測(cè)

張光鑫1， 楊 強(qiáng)1， 馮文凱1， 李長(zhǎng)順2

(1.成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610059；2.四川省地質(zhì)調(diào)查院， 四川 成都 610081)

通過(guò)對(duì)沐川縣某平推式滑坡調(diào)查分析得出其形成機(jī)制：在地震波作用下，坡體在‘楔劈'效應(yīng)、杠桿作用和PGA放大效應(yīng)耦合作用下，于坡肩處產(chǎn)生震裂裂隙；其后在降雨入滲作用下，裂縫發(fā)育、貫通，坡體蠕變加速；最后在強(qiáng)降雨作用下，滑坡啟動(dòng).模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)：當(dāng)降雨強(qiáng)度為2 mm/h時(shí)，滑坡復(fù)活可能性不大；而當(dāng)降雨強(qiáng)度分別為5 mm/h、7 mm/h、10 mm/h工況下，持續(xù)降雨時(shí)間分別達(dá)60 h、45 h、30 h時(shí)，滑坡有較大概率復(fù)活.

平推式滑坡；杠桿作用；降雨強(qiáng)度；滑坡復(fù)活

0 引 言

四川盆地西南邊緣，紅層巖土體分布較廣，該區(qū)域地質(zhì)巖性呈現(xiàn)砂巖、泥巖軟硬互層的現(xiàn)象，且?guī)r層傾角小，一般為5°～10°，故坡體一般不會(huì)發(fā)生滑動(dòng).由于紅層巖體易震裂松動(dòng)，易形成震裂斜坡而引發(fā)次生災(zāi)害，但其形成機(jī)制、誘發(fā)因素與滑動(dòng)特征未能確定.

針對(duì)該類問(wèn)題，馮文凱等[1-3]認(rèn)為在地震作用下，坡體應(yīng)力失衡且坡體表面持續(xù)受到方向不一的反復(fù)拉剪作用，并提出了初動(dòng)拉剪加速破裂效應(yīng)、重復(fù)拉剪破壞效應(yīng)和雙坡共剪破裂效應(yīng)，此為紅層巖土體與內(nèi)震裂斜坡的研究及次生災(zāi)害治理提供了理論依據(jù)；祝艷波等[4]利用van Genuchten模型對(duì)紅層軟巖泥化夾層進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，坡體進(jìn)氣值與初始含水率呈正相關(guān)，進(jìn)氣值與初始干密度呈正相關(guān)，在同等情況下，粗粒含量越高，進(jìn)氣值越低，軟弱夾層持水能力增強(qiáng)；趙明華等[5]利用分形幾何理論模型，提出了紅層軟巖崩解程度控制指標(biāo)，并驗(yàn)證了運(yùn)用分形理論分析巖石微結(jié)構(gòu)的可行性.此外，相關(guān)研究表明，紅層區(qū)的平推式滑坡的啟動(dòng)機(jī)制與后緣的拉裂縫的水頭高度有關(guān)，同時(shí)被風(fēng)化的軟弱巖體也會(huì)促進(jìn)此類滑坡的形成[6].在此基礎(chǔ)上，本研究以沐川縣某滑坡區(qū)域?yàn)槔?，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察以及數(shù)值模擬等方法對(duì)該滑坡體的發(fā)育情況及成因機(jī)制進(jìn)行了分析.

1 滑坡區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

作為研究對(duì)象的滑坡區(qū)域發(fā)育于沐川縣馬邊河流域，該地氣候溫和、雨量充沛、陰濕寡照，年平均氣溫在17.1 ℃左右，年平均相對(duì)濕度為81%，年平均日照為885.6 h，年平均蒸發(fā)量為817.8 mm，年平均降水量為1 300 mm.該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示.其地貌類型為構(gòu)造侵蝕剝蝕中山， 受控于大窩頂—炭庫(kù)場(chǎng)背斜，位于其南翼，距背斜核部約4 km；同時(shí)，該滑坡區(qū)域位于利店—新凡向斜北翼，距向斜核部約3 km.據(jù)相關(guān)資料顯示，區(qū)域內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.10倍重力加速度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 S，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度.

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖

2 滑坡發(fā)育情況與形成機(jī)制

2.1 滑坡發(fā)育情況

現(xiàn)場(chǎng)勘察顯示，該滑坡區(qū)域斜坡坡向?yàn)?95°，覆蓋層為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土夾碎石，膠結(jié)程度一般.平面形態(tài)為階梯型，共3級(jí)，剖面形態(tài)為折線型(見圖2).該滑坡區(qū)域上、中部坡度約為25°，覆蓋層厚度為5～12 m；下部為基巖出露區(qū)域，坡度為45°左右.滑坡區(qū)域主滑方向平行與坡向?yàn)?95°，滑坡前緣高程596 m，后緣高程644 m，高程差48 m.滑坡區(qū)域長(zhǎng)約120 m，寬約150 m，厚10～20 m，估算體積為11×104m3，為中型土質(zhì)滑坡.下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)砂巖，產(chǎn)狀150°∠9°.

圖2 滑坡剖面圖

2.2 滑坡形成機(jī)制

2008年，5·12汶川地震后，該區(qū)域斜坡坡肩因震裂而形成拉裂縫，其張開度約5 cm，延伸15 m，而后滑坡前緣變形停止，零星部位有土體溜滑現(xiàn)象.坡體后緣裂縫因雨水下滲等因素持續(xù)發(fā)育，于2009年8月中旬失穩(wěn)下滑，其滑動(dòng)距離最大為10 m，導(dǎo)致坡體區(qū)域房屋不同程度受損，個(gè)別地基隆起，房屋倒塌.滑坡出現(xiàn)前，該坡體后緣及中部有個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)“噴漿”現(xiàn)象，噴射最大高度為0.2 m；滑坡發(fā)生后“噴漿”現(xiàn)象消失，坡體原有的魚鱗狀洼地亦干涸，在滑坡前緣鼓脹區(qū)域，有渾濁細(xì)流從鼓脹裂隙中流出，持續(xù)近30 min.

經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察，本研究認(rèn)為該滑坡屬于震裂—滑移型平移式滑坡[5]，其破壞模式以蠕滑—拉裂為主，其變形破壞機(jī)理如圖3所示.

圖3 滑坡變形破壞機(jī)理圖

具體而言：坡體表面在地震體波作用下反復(fù)拉—剪，受潛在的“楔劈”效應(yīng)、杠桿作用和坡肩與變坡點(diǎn)PGA(場(chǎng)地峰值加速度)放大效應(yīng)，變形首先從該區(qū)域開始，坡體后緣出現(xiàn)震裂裂隙[6].地震發(fā)生時(shí)，坡體內(nèi)部在縱波作用下，坡體上下震動(dòng)導(dǎo)致基巖上覆蓋層孔隙結(jié)構(gòu)改變使部分閉合，地下水原有通道堵塞，滲流場(chǎng)紊亂.其后，受橫波作用，坡體左右晃動(dòng)，此時(shí)，在覆蓋層較厚的斜坡中、上部沿著覆蓋層弱結(jié)合(膠結(jié))面發(fā)育垂直于橫波傳動(dòng)方向的拉張裂隙，此類裂隙深度不超過(guò)2.0 m，基覆界面由于軟弱結(jié)構(gòu)面存在，將產(chǎn)生蠕滑剪切，臨近區(qū)域靜水壓力改性，部分土體液化，形成流塑區(qū)[2-3].而在體波傳動(dòng)過(guò)程中，在兩不同界質(zhì)界面上發(fā)生的散射和繞射，進(jìn)一步增加坡體物質(zhì)組成的無(wú)序度.地震發(fā)生后，后緣裂縫持續(xù)發(fā)育并貫通.此后，在強(qiáng)降雨作用下，雨水下滲而土體內(nèi)部地下水運(yùn)移通道尚未打通，將在基覆界面形成托浮力.事實(shí)上，后緣裂隙飽水區(qū)域靜水壓力和基座底部托浮力是平移式滑坡失穩(wěn)最直接力學(xué)因素[7-9].

3 滑坡復(fù)活預(yù)測(cè)

由于該滑坡區(qū)域目前暫未進(jìn)行工程治理，坡體上方還有居民未搬遷，因此預(yù)測(cè)其在何種降雨強(qiáng)度下復(fù)活具有現(xiàn)實(shí)意義.

在導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)的主要因素中，例如降雨、地震、人類工程活動(dòng)等，降雨作用最為直接和普遍.因此，本研究的預(yù)測(cè)選擇降雨作為滑坡產(chǎn)生的條件.

預(yù)測(cè)采用二維有限元分析軟件Geo-studio中SLOPE模塊進(jìn)行模擬分析.為保證軟件精度和方便計(jì)算，進(jìn)行了以下模型簡(jiǎn)化：前端基巖只保留部分，同時(shí)與后緣拉張裂隙組進(jìn)行合并，對(duì)控滑主要裂隙進(jìn)行放大，滑帶由于較薄未在模型中反映.

模擬所涉及材料參數(shù)取值參考相關(guān)工程資料[6]，具體如表1所示.

表1 材料參數(shù)表

據(jù)資料收集顯示，該滑坡體在第一次滑動(dòng)前，過(guò)程雨量為288 mm，最大降雨強(qiáng)度為58 mm/h.在此基礎(chǔ)上，本模擬設(shè)置4種工況，即降雨條件分為2、5、7、10 mm/h，分別對(duì)應(yīng)實(shí)際大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨?duì)顩r；降雨持續(xù)時(shí)間設(shè)置為72 h，分12步，步寬6 h.模擬結(jié)果如圖4～圖7所示.

數(shù)據(jù)分析表明：在降雨強(qiáng)度為2 mm/h工況下，

圖4 降雨強(qiáng)度2 mm/h，72 h滑坡穩(wěn)定

圖5 降雨強(qiáng)度5 mm/h，60 h滑坡復(fù)活

圖6 降雨強(qiáng)度7 mm/h，45 h滑坡復(fù)活

圖7 降雨強(qiáng)度10 mm/h，30 h滑坡復(fù)活

該滑坡體復(fù)活可能性不大；在降雨強(qiáng)度分別為5 mm/h、7 mm/h、10 mm/h條件下，該滑坡體有大概率復(fù)活可能，復(fù)活時(shí)間分別為持續(xù)降雨60 h、45 h、30 h工況下.

4 結(jié) 論

研究表明，該滑坡體為平移式滑坡，變形破壞模式主要為蠕滑—拉裂.變形機(jī)制為：地震作用下，體波的潛在‘楔劈'效應(yīng)、杠桿作用以及變坡點(diǎn)PGA放大效應(yīng)于斜坡坡肩位置產(chǎn)生震裂裂隙，但深度不超過(guò)2m；降雨入滲，催化裂隙發(fā)育、貫通，并且于基覆界面臨近區(qū)域產(chǎn)生向上的托浮力，于后緣裂隙處產(chǎn)生近水平方向的推力；在多種因素耦合作用下，斜坡失穩(wěn)，滑坡滑動(dòng).數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，該滑坡體穩(wěn)定性在不同工況下的表現(xiàn)為：降雨強(qiáng)度為2 mm/h，滑坡復(fù)活可能性不大；降雨強(qiáng)度5 mm/h，持續(xù)降雨60 h，降雨強(qiáng)度7 mm/h，持續(xù)降雨45 h，降雨強(qiáng)度10 mm/h，持續(xù)降雨30 h工況下，該滑坡體可能復(fù)活.這一結(jié)論可為該滑坡體的工程治理提供參考.

[1]馮文凱,黃潤(rùn)秋,許強(qiáng).震裂斜坡形成機(jī)理及變形破壞模式研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2009，53(6):42-48.

[2]馮文凱,許強(qiáng),黃潤(rùn)秋.斜坡震裂變形發(fā)育分布規(guī)律及危險(xiǎn)性分析[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010,37(6):679-684.

[3]馮文凱,黃潤(rùn)秋,許強(qiáng).地震波效應(yīng)與山體斜坡震裂機(jī)理深入分析[J].西北地震學(xué)報(bào),2011，33(1):20-25.

[4]祝艷波，余宏明，付克儉，等.紅層軟巖泥化夾層土水特征曲線影響因素[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，58(7)：2919-2926.

[5]趙明華，陳炳初，蘇永華.紅層軟巖崩解破碎過(guò)程的分形分析及數(shù)值模擬[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，52(2)：351-356.

[6]黃潤(rùn)秋,唐川,馮文凱，等.汶川地震地質(zhì)災(zāi)害研究[M].北京：地質(zhì)出版社，2009.

[7]李占飛.四川省沐川縣1∶50 000地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告[R].四川省峨眉山四零三建設(shè)工程公司,2015.

[8]鐘聲.降雨下滑坡土體滲透性研究——考慮初始含水率及密實(shí)度的影響[D].成都：成都理工大學(xué),2015.

[9]劉鵬,高振海,劉瓊.雨水入滲誘發(fā)滑坡災(zāi)害的機(jī)制分析[J].土工基礎(chǔ),2010，30(3):33-35.

Formation Mechanism and Resurrection Forecasting of Landslide in Muchuan County

ZHANGGuangxin1,YANGQiang1,FENGWenkai1,LIChangshun2

(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Geology Investigation Institute of Sichuan Province, Chengdu 610081, China)

Formation mechanism was obtained by investigation and analysis of the horizontal pushing landslide in Muchaun County.Under the influence of the seismic wave,shatter cracks appeared on the slopes due to the coupling of “cuneiform splitting” effects,leverage effects and PGA amplification effects.Then,under the infiltration of rainfalls,the fracture developed,ran through the whole slope and the creep deformation accelerated.Finally in heavy rains,the landslide happened.Simulation calculation finds that when the rainfall intensity is 2 mm/h,landslide is unlikely to happen while when the rainfall intensity achieves 5 mm/h,7 mm/h, 10 mm/h respectively and when the rainfall duration amounts to 60 h,45 h,30 h individually,landslide resurrection is probably to happen.

horizontal pushing landslide;leverage effects;rainfall intensity;landslide resurrection

1004-5422(2017)02-0213-04

2017-04-16.

四川省科技廳青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)計(jì)劃(2017TD0018)資助項(xiàng)目.

張光鑫(1991 — )， 男， 碩士研究生， 從事地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治相關(guān)技術(shù)研究.

P642.22

A