沈 誠,李陽春,董遠峰
(1.貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院,貴州 貴陽 550004;2.成都理工大學 地質災害防治與環(huán)境保護國家重點實驗室,四川 成都 610059)
隨著國家經濟的快速發(fā)展,人類工程活動日益頻繁、規(guī)模日益增大,地質災害頻發(fā)。國外早在20 世紀20 年代就開始了滑坡災害防治的研究,中國在建國后也逐步開始滑坡等地質災害防治技術的研究。目前滑坡的穩(wěn)定性評價、推力計算有多種方法,龍井滑坡穩(wěn)定性計算采用傳遞系數(shù)法進行,根據(jù)其特征及穩(wěn)定性綜合評價結果提出合理的防治措施建議[1]。
龍井滑坡位于貴州省黔西南州興義市西南側,為一順層巖質滑坡,從2014年至2019年,該滑坡經歷了3次滑動破壞,具有漸進后退式破壞的趨勢,直到2019年2月17日,滑坡體中部臨空面出現(xiàn)崩塌掉塊,由后緣裂縫、前緣以臨空陡崖及左側拉裂縫為界,滑坡平面形態(tài)呈“舌”形,上陡下緩,坡度約15°~35°,主滑方向北偏東59°,平均寬度約80 m,厚度約30 m,體積約100 ×104m3。由于監(jiān)測預警和科學的臨災處置,滑坡未造成人員和財產損失。目前滑坡存在潛在不穩(wěn)定體,分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)共3個區(qū),在不當?shù)墓こ袒顒雍蜆O端氣候條件下,如果該滑坡進一步變形和滑坡體繼續(xù)向下滑動,將直接威脅滑坡下部的公路來往車輛及附近輸氣管道、輸水管道、加油站以及居民區(qū)生命和財產安全(封三圖版Ⅱ圖1)。
滑坡區(qū)屬溶蝕中山地貌區(qū),侵蝕切割強烈。斜坡總體地形上陡下緩,主滑方向北偏東59°,后緣坡度50°~70°,潛在滑體坡度約15°~28°,前緣臨空面近直立,臨空面下部為裸露的巖層層面,坡度16°~20°。斜坡類型有順向坡、斜順向坡。最高點位于滑坡西側山頂,海拔1 320 m,最低點位于興馬大道1 068.82 m,相對高差251.18 m。
研究區(qū)內出露地層主要有:第四系(Q)廣泛分布于調查區(qū)范圍內,以耕植土和殘坡積層為主,耕植土(Q4pd)主要為表層分布,結構松散,含碎、塊石及植物根系等,第四系殘坡積層(Q4el+pl)主要為紅粘土和碎石土,紅粘土分布于溶槽、溶溝內,碎石土廣泛分布于調查區(qū)范圍內;三疊系中統(tǒng)楊柳井組(T2y)廣泛分布于滑坡區(qū)范圍內,主要為灰色、灰白色薄—中層微晶灰?guī)r、白云質灰?guī)r;三疊系中統(tǒng)關嶺組(T2gl)分布于坡前緣處,主要為灰白色厚—巨厚層狀白云巖,巖層產狀67°∠24°;三疊系下—中統(tǒng)嘉陵江組(T1-2j)主要分布于滑坡區(qū)域北西側,主要為深灰、淺灰色薄至中厚層狀泥晶灰?guī)r、白云質灰?guī)r,夾少量泥質灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、灰質白云巖(封三圖版Ⅱ圖2)。
研究區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風氣候,具有冬無嚴寒,夏無酷暑的特點。年平均降雨量1 222.5 mm,歷年來最大日降雨量可達203 mm,降雨量集中于每年的5月~10月。
研究區(qū)位于珠江流域南北盤江水系,區(qū)內無河流、水塘等地表水體,滑坡臨空面下部的斜坡敷設有興義市市區(qū)飲用水管道,時有漏失情況,對該滑坡形成發(fā)展帶來了一定的影響。
研究區(qū)位于揚子準地臺之普安旋扭構造變形區(qū)的黔西南渦輪構造興義背斜西翼,夾于下午屯向斜、納省背斜之間,興義構造盆地西緣,區(qū)域地質構造復雜,研究區(qū)主要發(fā)育3條斷層及4條推測斷層,對滑坡區(qū)有較大影響的主要是F1、F3、F4、F5四條斷層,其中F3為逆沖走滑型斷層,確定了滑坡的后緣邊界;F1、F4、F5三條斷層對滑坡區(qū)巖體進行了一定程度的切割。F1斷層整體走向北東—南西,傾向NW近300°,傾角65°,斷層兩側巖性相同,為肉紅色、灰色細晶白云巖,巖層總體為薄—中層狀,巖石表面部分受到一定溶蝕風化作用;F2斷層整體走向北西—南東,斷層層面不明顯,為地層擠壓過后形成的背斜核部的斷裂,由兩側巖層產狀明顯不一、傾向方向近乎相反;F3斷層整體走向北東—南西,傾向約290°,傾角60°,中等風化程度;F4斷層北西—南東走向,發(fā)育一定規(guī)模,受溶蝕風化的影響擦痕表面粗糙,發(fā)育少數(shù)裂隙,可見有水滲出;F5斷層整體走向北東南西,受滑坡影響部分發(fā)生錯動巖體傾倒,整塊巖體也有一定的位移;F6斷層整體走向北東—南西,為中厚層灰色白云質灰?guī)r;F7斷層整體北東—南西走向,傾向282°,傾角63°,為薄—中層狀灰?guī)r。
根據(jù)2016年6月1日實施的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)的資料顯示,研究區(qū)在區(qū)域上地震動峰值加速度為0.05 g,反應譜特征周期為0.45 s,相應地震基本烈度值為Ⅵ度。
該區(qū)地下水主要有松散層孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水3種類型。松散層孔隙水主要賦存于第四系(Q)殘坡積層的孔隙內,一般情況下流量不大,呈現(xiàn)出季節(jié)性的變化,在滑坡左側的沖溝中可以觀察其變化,主要接受大氣降水及地表水補給,動態(tài)變化大;基巖裂隙水主要賦存于滑動光面以下破碎帶及滑坡體破碎巖石中,主要受到大氣降水和上部松散層孔隙水的補給,地下水的動態(tài)變化相對穩(wěn)定,但是由于含水層較為破碎,孔隙較大,賦水性較差;碳酸鹽巖類巖溶水主要的補給主要為大氣降水和自來水管破裂補給,通過裂隙、漏斗等滲入地下,主要運動于層間裂隙、溶蝕裂隙、巖溶管道、風化裂隙節(jié)理之中。
滑體主要為三疊系中統(tǒng)關嶺組白云巖、泥質白云巖,層理面存在泥質薄膜充填,粘聚力較低。巖層產狀67°∠24°。受巖石風化及區(qū)域構造影響,巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育,主要發(fā)育有2組:第一組產狀40°~60°∠75°~85°,節(jié)理面光滑平直,張開0.5~1.5 m,延伸大于5 m,充填巖石碎屑,少量重填;第二組節(jié)理走向61°,近直立,節(jié)理面光滑平直,微張無充填或少量泥質充填,延伸長3~5 m。
根據(jù)變形特征及滑動制,將龍井滑坡劃分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)3個區(qū)(封三圖版Ⅱ圖4)。Ⅰ區(qū)為2019年2月17日滑坡發(fā)生時,阻擋滑坡運動致使滑坡發(fā)生轉向的關鍵塊體,該區(qū)巖體破碎、拉張隙發(fā)育,存在失穩(wěn)可能;Ⅱ區(qū)為潛在不穩(wěn)定體,其上巖體在節(jié)理裂隙及巖溶風化作用下切割破碎,極易發(fā)生崩塌,也存在整體失穩(wěn)滑動的可能;Ⅲ區(qū)為滑坡東側的穩(wěn)定變形體,在2019年2月17日滑坡發(fā)生時,對其產生了一定的作用,滑坡發(fā)生后又為該區(qū)提供了良好的臨空條件,致使坡體前緣卸荷,后緣產生張拉裂縫,左右兩側發(fā)生位移產生剪裂縫。根據(jù)滑坡規(guī)模將Ⅱ區(qū)定義為主滑坡區(qū)。
表面形態(tài)整體呈“舌”形(封三圖版Ⅱ圖3),滑坡后緣及左側以裂縫為界,右側以陡崖臨空面為界,前緣以抗滑樁為界,后緣呈現(xiàn)圈椅狀地貌?;翴區(qū)順坡長150 m,斜坡上部窄下部寬,上部寬55 m,下部寬101 m,平均寬度約80 m,滑體厚度厚的地方約144 m,薄的地方約31 m,平均厚度約85 m,體積為41.5×104m3,規(guī)模等級為中型,主滑方向為47°與坡向近平行,為順層滑坡。
滑坡I區(qū)的滑體總體上是由三疊系楊柳井組一段(T2y1)肉紅色—灰白色中層狀白云巖、泥質白云巖及三疊系楊柳井組二段(T2y2)淺灰色中厚—厚塊狀白云巖組成,滑坡I區(qū)為擠壓變形區(qū),該區(qū)分布33條較明顯的從滑體內部貫通地表的橫向張拉及側向擴離裂縫,延伸長度1.5 m~100 m多不等,可見深度0.6 m~13 m。部分節(jié)理裂隙處存在鐵質浸染顯紅色,層理面及節(jié)理裂隙面存在泥質薄膜充填,節(jié)理裂隙面粗糙不平整,貫通性及延伸性都較好,I區(qū)在2019年2月17日滑坡的擠壓及節(jié)理裂隙切割作用下,該區(qū)所有巖體均與母巖脫離,巖體被大型裂縫切割為大型塊體,部分塊體易向側向擴離運動。
該區(qū)為龍井滑坡的主滑區(qū),目前滑體總體結構完整,滑體表層中厚—厚層白云巖呈微風化—中風化,該區(qū)表面形態(tài)整體呈“鐮刀”形,以F3斷層為后緣邊界,右側以溝谷負地形為界,左側綜合考慮沖溝及地形因素進行確定,前緣以坡腳地形陡緩為界,呈現(xiàn)圈椅狀地貌?;轮骰较蚣s為47°,沿主滑方向坡長62 m,平均寬度45 m,滑體平均厚度約40 m,最大滑體厚度為140 m,體積為319×104m3。
滑坡II區(qū)滑體總體上為三疊系楊柳井組一段(T2y1)肉紅色—灰白色中層狀白云巖、泥質白云巖及三疊系楊柳井組二段(T2y2)淺灰色中厚—厚塊狀白云巖組成,巖溶發(fā)育程度低,層厚較厚總體上相對小山包較為安全。小山包出露楊柳井組五段(T2y5)灰色灰?guī)r,高程相對較高,在巖溶、風化及區(qū)域性節(jié)理裂隙的切割作用下山體較為破碎,存在崩塌落實的可能性,同時小山包坡腳處存在一處橫向巖溶通道,地貌上存在較大的高差。該區(qū)處于2019年2月17日滑坡發(fā)生后一月內,滑帶軟弱夾層還未經歷長時間的泥化軟化作用,隨著時間的推移,層間剪切帶在地下水反復作用下逐漸向泥化夾層轉變,這個過程其抗剪強度也會逐漸降低,導致坡體整體抗滑力下降,因此滑坡II區(qū)的未來發(fā)展趨勢主要取決于層間剪切帶的泥化進程。滑坡II區(qū)坡體巖性組合、結構特征及軟弱夾層的分布與2019年2月17日滑坡下滑前較為相似,滑坡II區(qū)目前所處的狀態(tài)也很有可能是滑坡I區(qū)滑前所經歷過的其中一個階段。
該區(qū)表面形態(tài)整體上呈前緣略微凹陷的“舌”形,滑坡后緣以明顯發(fā)育的一拉張裂縫為界,左右側以延伸性較好的剪切裂縫為界,前緣以陡崖臨空面及地形陡緩交界為界,后緣呈現(xiàn)圍圈椅狀地貌。滑坡主滑方向約為45°,沿主滑方向長度50 m,平均寬度約40 m,滑體厚度約12 m,體積為8×104m3。
該區(qū)滑體仍為三疊系楊柳井組一段(T2y1)肉紅色—灰白色中層狀白云巖、泥質白云巖及三疊系楊柳井組二段(T2y2)淺灰色中厚—厚塊狀白云巖組成。變形特征表現(xiàn)為后緣張拉裂縫、左右側剪切裂縫、前緣臨空條件好、存在微量下錯。同時滑坡后緣坡體向上存在一條大型溝道,存在良好的匯水情況,該區(qū)臨空條件良好,巖體結構較為破碎,匯水條件良好,在雨季來臨或現(xiàn)場施工情況下可能失穩(wěn)。
計算參數(shù)是以室內試驗值為基礎,主要參考地質測繪對滑坡穩(wěn)定性的宏觀判斷,結合參數(shù)反演結果和類比當?shù)鼗陆涷灳C合選取滑帶土巖土力學參數(shù)(表1)。
傳遞系數(shù)法在邊坡穩(wěn)定性分析中最常用的一種分析方法,綜合考慮到滑坡區(qū)內影響滑坡穩(wěn)定性的各種因素,采用傳遞系數(shù)法[4,5],對滑坡不同工況進行了定量計算,選取主剖面1-1′、2-2′、3-3′、4-4′作為計算剖面(封三圖版Ⅱ圖4、圖5)。
下滑力Fx:Fx=W·(sinα+Acosα)+Vcosα
式中:W為滑體重量(KN/m);α為滑面傾角(°);A為地震加速度(單位:重力加速度g);V為后緣裂縫靜水壓力(KN/m)。
抗滑力Fk:Fk=(W·(cosα-Asinα)-Vsinα-U)tanφ+CL
式中:U為沿滑面揚壓力(KN/m);φ為滑帶內摩擦角(°);C為滑帶內聚力(kPa);L為滑面長度(m)。
滑坡推力Fh:Fh=Fk·ks-Fk
式中:ks為設計安全系數(shù)?;峦屏τ嬎阒性O計安全系數(shù)ks,考慮該滑坡的重要性及危害性,參考相關規(guī)范,選取如下:
工況I(天然狀態(tài)):采用ks=1.2;
工況II(暴雨狀態(tài)):采用ks=1.05;
工況III(地震狀態(tài)):采用ks=1.05。
在穩(wěn)定性計算的基礎上,按照相關規(guī)范,采用傳遞系數(shù)法和上述對應工況的安全系數(shù),進行滑坡推力計算(表2)。按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864-2016),滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)按穩(wěn)定系數(shù)分4級(表3)。
表2 滑坡穩(wěn)定性計算結果
表3 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分
計算結果表明:在工況I(天然狀態(tài))下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài),在工況II(暴雨狀態(tài))下,處于不穩(wěn)定狀態(tài)外,在工況III(地震狀態(tài))下,處于穩(wěn)定狀態(tài)。1-1′剖面、2-2′剖面及3-3′剖面安全儲備相對較低,暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)較低,介于1.00~1.05,處于欠穩(wěn)定狀態(tài);4-4′剖面暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)低于1.0,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
根據(jù)滑坡變形特征、規(guī)模、穩(wěn)定性、主要危及對象以及工程地質條件,并結合所處的環(huán)境特點和施工的可行性,對龍井滑坡的治理提出方案建議。
滑坡I區(qū)巖體破碎,存在側向擴離失穩(wěn)的可能,經研究建議清理兩側局部不穩(wěn)定塊體。
滑坡II區(qū)方量較大、地形地貌復雜且構造(斷層、巖溶)發(fā)育,經綜合比較后建議持續(xù)對坡體變形進行監(jiān)測,并清理小山壩山頂4 m~6 m的破碎危巖體,同時對小山包坡腳處橫向巖溶通道加以處理;同時建議水利部門,在重建在滑坡中破壞的水渠時,避免水渠從滑坡中部或后緣穿過,并做好嚴格的放滲漏問題;對于滑坡右前緣光壁之上的危巖體加以清?;蚍€(wěn)固處理。
滑坡III區(qū)目前較為破碎,滑坡后緣裂縫已形成且有微量下錯,整體穩(wěn)定性較低。建議在坡體前部設置抗滑樁,同時在坡體后緣修建截排水溝,避免水流從后緣裂縫入滲進入滑面。
另外,該滑坡孕育及發(fā)生過程中,軟弱夾層軟化、泥化的演變起到了極為重要的作用,而在此過程中水的作用完全不可忽視,因此要加強截排水的設計,盡量降低甚至避免軟弱夾層軟化、泥化的進程。龍井滑坡規(guī)模較大,構造復雜,建議對滑坡開展實時監(jiān)測預警,對滑坡II、III區(qū)布置一定數(shù)量地表位移監(jiān)測點,開展實時監(jiān)測預警,密切關注滑坡的變形發(fā)展變化。
龍井滑坡整體上平面呈“鐮刀狀”,上寬下窄,滑坡分為3個滑坡區(qū):滑坡I區(qū)(擠壓變形區(qū)),主滑方向為47°,為順層滑坡滑體,平均寬度約80 m,平均厚度約85 m,體積為41.5×104m3;滑坡II區(qū)(潛在不穩(wěn)定區(qū)),滑坡主滑方向約為47°,滑體平均厚度約35 m~40 m,最大滑體厚度為140 m,體積為319×104m3?;翴II區(qū)(不穩(wěn)定區(qū)),滑坡主滑方向約為45°,平均寬度約40 m,滑體厚度約12 m,體積為8×104m3。
滑體主要為三疊系中統(tǒng)關嶺組(T2gl)白云巖、泥質白云巖,層理面存在泥質薄膜充填,粘聚力較低。巖層產狀67°∠24°?;仓饕獮槿B系中統(tǒng)楊柳井組(T2y)中風化中厚層白云巖、泥質白云巖,巖層層面清晰可見,巖層傾向67°,傾角16°左右,潛在滑床基巖與坡面近平行,屬淺表層巖質牽引式滑坡。
根據(jù)定性定量分析結果,龍井滑坡I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)3個滑坡區(qū)在天然狀態(tài)下較穩(wěn)定?;垄髤^(qū)在暴雨工況下為不穩(wěn)定狀態(tài),穩(wěn)定性系數(shù)小于1;滑坡I區(qū)、II區(qū)在暴雨工況下為欠穩(wěn)定狀態(tài),在長期巖溶及滑帶處軟弱夾層的軟化、泥化作用下,可能失穩(wěn)破壞。
由于龍井滑坡規(guī)模較大且在極端條件下存在失穩(wěn)破壞的可能性,應最大限度降低對滑坡體的擾動和影響,建議在坡體上進行清方處理施工,同時避免爆破等產生強烈振動的施工;避免施工及任何情況下對坡腳的開挖;避免水渠從滑坡中部或后緣穿過,嚴格控制水渠的滲漏問題;設置截排水工程措施,避免水體進入滑帶部位,避免楊柳井組五段(T2y5)的小山包的巖溶,減緩巖溶通道的發(fā)育進程;對滑坡開展實時監(jiān)測預警,對滑坡II區(qū)、III區(qū)布置一定數(shù)量地表位移監(jiān)測點,開展實時監(jiān)測預警,密切關注滑坡的變形發(fā)展變化,對滑坡II區(qū)開展重點監(jiān)測,布置深部位移監(jiān)測、地表位移監(jiān)測、地表裂縫監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、雨量監(jiān)測等多種手段,分析研究滑坡II區(qū)目前的變形演化階段和主要影響因素,對未來發(fā)展變化趨勢進行實時跟蹤預測。