滇東北某滑坡變形特征分析

楊正東，許漢華，劉文連，魏 博，毛 勇，槐以高，秦勇光

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 前 言

滑坡是發(fā)生在山區(qū)的常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，云南省地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。在前人從事滑坡工作的科研工作者、勘察設(shè)計(jì)工程師等從業(yè)者的不懈努力下，對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性分析及對(duì)應(yīng)治理工程已形成較為系統(tǒng)、全面的方法體系，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法治理技術(shù)、工藝已通過具體工程實(shí)踐論證[1]。

隨著我國大量基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)實(shí)施及對(duì)環(huán)境破壞恢復(fù)治理的重視，滑坡穩(wěn)定性分析及治理研究取得較大進(jìn)展，國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)滑坡的成因機(jī)理、失穩(wěn)機(jī)制、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、防治對(duì)策等方面深入研究，成果喜人。許強(qiáng)對(duì)典型災(zāi)難性滑坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，針對(duì)每個(gè)滑坡的野外特征，重點(diǎn)從滑坡過程、滑坡變形特征、滑坡成因機(jī)理及滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和防治對(duì)策等角度，對(duì)各種類型滑坡進(jìn)行了科學(xué)系統(tǒng)地研究[2]。許沖等人通過野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的方法并結(jié)合震后遙感影像解譯，共解譯出48 007個(gè)滑坡，應(yīng)用GIS技術(shù)，建立了汶川地震誘發(fā)滑坡災(zāi)害因子、相關(guān)地形地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫[3]，并利用 GIS 結(jié)合確定性系數(shù)分析方法對(duì)地層、巖性、斷裂、宏觀震中、地震烈度、地表破裂調(diào)查點(diǎn)、地形坡度、坡向、順坡向曲率、高程、水系與公路等多個(gè)汶川大地震誘發(fā)形成滑坡的影響因子進(jìn)行分析，確定了每個(gè)因子觸發(fā)地震滑坡發(fā)生的數(shù)值區(qū)間[4]。而邊坡滑坡的穩(wěn)定性研究由定性向定量方向研究成為一種新的趨勢(shì)。目前，定量數(shù)值分析研究促進(jìn)了邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的研究，從二維到三維圖形、平面到立體空間可視化之間的轉(zhuǎn)換發(fā)展。當(dāng)前，數(shù)值分析以有限元法、塊體理論為主，同時(shí)結(jié)合離散元法進(jìn)行演算，此外，F(xiàn)LAC法也多有涉及[5]。這幾種算法中，應(yīng)用于邊坡滑坡研究最早的應(yīng)是有限元法。目前，有限元法己經(jīng)開發(fā)出了多個(gè)三維數(shù)值模擬分析系統(tǒng)，可以用來解決彈性和彈塑性、粘彈性和粘塑性等研究難點(diǎn)[6]。

1 區(qū)域概況

滇東北某滑坡駐地距縣城45 km，金沙江繞邊緣17.5 km。該滑坡前后緣較側(cè)緣清晰，兩側(cè)由于農(nóng)耕活動(dòng)，局部地段已被破壞。整體呈東西向展布，滑坡坡向260(°)。依據(jù)上述圈定的邊界條件，滑坡平面形狀呈不規(guī)則“圈椅形”狀，長(zhǎng)約175～230 m，軸向長(zhǎng)約145～205 m，平面面積約34 812 m2，最大相對(duì)高差約60 m。地形坡度10(°)～15(°)，坡面廣泛分布滑坡堆積層及坡洪積層，下伏基巖志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)薄層砂質(zhì)泥巖，巖層產(chǎn)狀為270(°)∠11(°)。推測(cè)可能滑動(dòng)面(帶)為含粉質(zhì)黏土角礫與下伏志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)薄層砂質(zhì)泥巖的接觸面。目前，從坡體變形特征分析，天然狀態(tài)下，總體穩(wěn)定，滑動(dòng)面(帶)尚未形成及貫通，滑坡的變形主要表現(xiàn)在坡體后緣建筑及水池開裂，中間部分建筑開裂，靠前緣滑移變形形成錯(cuò)坎及前緣無支擋結(jié)構(gòu)局部坍塌。在不利因素的綜合影響下，該滑坡可能產(chǎn)生整體劇滑，將直接威脅到滑坡體上及下方的鄉(xiāng)村道路、耕地、通信電力設(shè)施、居民房及人的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 滑坡邊界、形態(tài)、規(guī)模特征

滇東北某滑坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害位于斜坡地帶，根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪、地形地貌條件結(jié)合滑坡變形跡象初步判斷該滑坡處于蠕動(dòng)變形階段，未形成貫通性連續(xù)滑移面，穩(wěn)定性隨旱雨季節(jié)變化而變化，在不利條件下，有可能發(fā)生危及人民財(cái)產(chǎn)安全的滑坡?；潞缶壩挥谶M(jìn)村道路(截排水溝以東)東側(cè)緩坡與陡坎交接地帶，地形陡緩交界位置，地形標(biāo)高1 040～1 043 m一帶。有1棟住宅位于滑坡后緣，該建筑的墻壁及地面開裂較為明顯，房屋南側(cè)的蓄水池開裂漏水。主要變形跡象為蓄水池、房屋開裂及形成自然陡坎(見圖1)。

圖1 滑坡后緣水池開裂

滑坡前緣位于沖溝2東側(cè)溝壁一帶，地形標(biāo)高985.0～1 000.0 m，變形跡象主要為溝壁局部坍滑、溝壁有多處滲水點(diǎn)及靠前緣坡體上滑移變形形成錯(cuò)坎(見圖2)。

北側(cè)界限位于沖溝1附近，基本與沖溝1重合，現(xiàn)狀條件下未見明顯的地表變形跡象。雨季時(shí)，會(huì)形成大小不一的地面裂縫及小錯(cuò)坎，但由于耕地原因，邊界附近形成的裂隙多被掩埋；小錯(cuò)坎位于沖溝附近形成了沖溝壁，位于耕地范圍內(nèi)的多被農(nóng)耕活動(dòng)改變?cè)瓲?。由于農(nóng)耕活動(dòng)的強(qiáng)烈，探井揭露周界特征不明顯，僅部分探井壁可見延伸較短的裂縫(見圖3)。

圖2 滑坡變形形成的錯(cuò)坎

圖3 滑坡北側(cè)邊界探井揭露的裂縫

南側(cè)界限位于沖溝2以北段，其中靠東段在進(jìn)村道路上方有一坍滑體T3，現(xiàn)坍滑體多被清除，僅在坡體上有少量殘留；靠中段為標(biāo)高相對(duì)較低的農(nóng)田，存在0.5～1.0 m的錯(cuò)坎，自然狀態(tài)下的錯(cuò)坎一般為0.2～0.5 m，由于便于耕地，局部位置人為對(duì)錯(cuò)坎進(jìn)行改造；該段探井揭露較淺位置土體較為飽和，并有少量的滲水現(xiàn)象；靠西段自然形成0.5～1.5 m的錯(cuò)坎，錯(cuò)坎壁有少量雜草叢生(見圖4)。

3 滑坡地表變形跡象

滇東北某滑坡地表變形跡象主要表現(xiàn)為拉張裂縫、坍滑、錯(cuò)坎為主；現(xiàn)狀可見后緣的蓄水池、房屋開裂，前緣的沖溝壁坍滑，兩側(cè)邊界局部形成的裂縫及錯(cuò)坎，坡體中部滑移形成的錯(cuò)坎及滑移變形造成房屋開裂。雨季過后在坡體上會(huì)出現(xiàn)大小不一的裂縫，由于農(nóng)耕活動(dòng)的破壞，該部分的裂縫在調(diào)查期間未見。目前整體滑坡范圍內(nèi)的變形主要以塊段坡面蠕滑為主，部分地段坡面變形不明顯。

圖4 滑坡南側(cè)西段邊界的錯(cuò)坎

滑坡前緣發(fā)育有兩個(gè)小型坍滑體(T1、T2)，其中坍滑體T1坍塌面積約13 m2，坍滑體T2坍塌面積約57 m2，地形坡度25(°)～35(°)，上部陡下部稍緩，坍滑體周界較清楚，上窄下寬呈舌狀，坍滑體后壁高約0.5～1.0 m，滑塊后緣為邊坡上部陡緩交界，坍滑體推測(cè)厚度1～2.5 m，主要為第四系含粉質(zhì)黏土角礫。由于透水性較好，整體結(jié)構(gòu)松散，該兩處坍滑體下方無支擋結(jié)構(gòu)，直接坍滑至沖溝2內(nèi)，被沖溝2內(nèi)的水流帶走形成臨空面。

滑坡東側(cè)發(fā)育有一個(gè)小型坍滑體(T3)，坍塌面積約50 m2，地形坡度25(°)～35(°)，上部陡下部稍緩，坍滑體周界較清楚，上窄下寬呈舌狀，坍滑體后壁高約0.5～1.0 m，滑塊后緣為邊坡上部陡緩交界。坍滑體推測(cè)厚度0.5～1.5 m，主要為第四系含粉質(zhì)黏土角礫，由于透水性較好，整體結(jié)構(gòu)松散，該坍滑體下方無支擋結(jié)構(gòu)，直接坍滑至進(jìn)村道路上。

雨季過后，在坡面及兩側(cè)邊界位置會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)1～6 m，深0.2～0.5 m，寬3～10 cm的裂縫。由于該區(qū)域均為耕地，受農(nóng)耕活動(dòng)影響，地面裂縫均被破壞；在滑坡靠近前緣位置，可見由于局部滑移變形形成的錯(cuò)坎，錯(cuò)坎高約0.2～0.5 m，現(xiàn)狀被村民用塊石圍擋；滑坡兩側(cè)邊界局部位置形成錯(cuò)坎，一般高約0.5～1.0 m，局部位置可達(dá)1.5 m?；潞缶壗ㄖ八匚恢糜袔讞l較為明顯的裂縫，主要表現(xiàn)為拉張裂縫，寬約3～8 cm，深約10～40 cm。水池位置的裂縫由于農(nóng)耕活動(dòng)，大部分地段已被破壞，不能查明其延伸長(zhǎng)度；位于住宅里的裂縫，延伸長(zhǎng)度約12 m。結(jié)合地層情況分析，裂縫及錯(cuò)坎主要由局部位置的滑移變形引起。另位于滑坡兩側(cè)邊界的裂縫大部分由于農(nóng)耕活動(dòng)被破壞，局部位置在探井開挖后在井側(cè)壁可見有裂縫。

4 地層巖性與軟弱結(jié)構(gòu)面

滇東北某滑坡體物質(zhì)組成以含粉質(zhì)黏土角礫為主，下伏基巖為志留系下統(tǒng)龍馬溪組薄層砂質(zhì)泥巖，巖層產(chǎn)狀為270(°)∠11(°)，坡面與巖層面的傾向基本一直，坡面與巖層面呈小角度斜交?；萝浫踅Y(jié)構(gòu)面主要為土層與基巖接觸面，滑坡堆積層含粉質(zhì)黏土角礫與下伏志留系下統(tǒng)龍馬溪組薄層砂質(zhì)泥巖的巖性差異分界面。天然狀態(tài)下，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。大量地表水進(jìn)入坡體增加坡體荷載，易成為不穩(wěn)定體。

由于該區(qū)坡體上布有厚度不均的滑坡堆積層，斜坡上覆土體與下伏基巖分界面在降雨、地表水下滲后，易將該接觸面浸潤軟化形成軟弱滑動(dòng)面，產(chǎn)生滑坡。綜合分析，主要不利結(jié)構(gòu)面為巖土層分界面，以該結(jié)構(gòu)面為潛在滑面考慮。

5 數(shù)值計(jì)算與分析

5.1 計(jì)算模型與計(jì)算工況

計(jì)算模型與工況的確定，依據(jù)滑坡所處環(huán)境的實(shí)際情況，研究區(qū)揭露地層主要為上覆第四系含粉質(zhì)黏土角礫、下伏志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)薄層砂質(zhì)泥巖，在該兩層巖土層界限形成軟弱結(jié)構(gòu)面，上覆土層可能沿該軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移。計(jì)算工況按3種情況計(jì)算：1)工況Ⅰ：自重+地下水(天然狀況)；2)工況Ⅱ：自重+暴雨(坡體全部飽水)；3)工況Ⅲ：自重+地震。

5.2 計(jì)算結(jié)果與分析

按照上述工況進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算斷面如下，計(jì)算參數(shù)如表1。

5.3 計(jì)算結(jié)果與分析

由表2對(duì)比分析3種工況可知：

1)在天然狀況下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)均大于1.15為1.22～1.24，滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；

2)在地震工況下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)均介于1.05～1.07，滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；

3)在暴雨(飽水狀態(tài))工況下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)介于1.03～1.04，滑坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算巖土體參數(shù)重度取值

表2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

6 結(jié) 論

1)滇東北某滑坡平面形態(tài)呈不規(guī)則“圈椅形”狀，從坡體變形特征分析，天然狀態(tài)下總體穩(wěn)定，滑動(dòng)面(帶)尚未貫通，在不利因素綜合影響下，該滑坡可能產(chǎn)生整體巨滑。

2)通過數(shù)值計(jì)算與分析得出以下結(jié)論：在天然狀況下，滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下，滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨(飽水狀態(tài))工況下，滑坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3)滇東北某滑坡現(xiàn)狀整體處于穩(wěn)定，根據(jù)以上變形特征，現(xiàn)狀滑坡變形跡象仍有繼續(xù)發(fā)展的勢(shì)態(tài)，在特殊工況(如強(qiáng)降雨飽水)條件下，沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生牽引式滑移的可能性大，需對(duì)其進(jìn)行工程治理。