新疆頭屯河樓莊子水庫(kù)左岸邊坡滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

蔣新會(huì) 張金鑄 劉勝

摘 要：2017年9月27日，新疆頭屯河中上游河道左岸山體邊坡發(fā)生滑坡。通過(guò)對(duì)滑坡的形態(tài)特征、物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征調(diào)查及巖土體物理力學(xué)參數(shù)，分析滑坡變形特征，得到滑坡影響因素與變形破壞機(jī)制，利用傳遞系數(shù)法分別對(duì)滑坡在不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)，為頭屯河樓莊子水庫(kù)左岸山體滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警與防治提供參考。

關(guān)鍵詞：滑坡;影響因素;變形破壞機(jī)制;穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

中圖法分類號(hào)：P642. 22? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0111

新疆頭屯河樓莊子水庫(kù)是頭屯河流域上游山區(qū)正在建設(shè)的控制性民生水利工程，主要任務(wù)為防洪、灌溉、城市生活及工業(yè)供水，距離昌吉市75km，距離烏魯木齊市85km。2017年9月27日，距離水庫(kù)下游1.8km處頭屯河左岸山體發(fā)生滑坡，滑坡體位于昌吉市硫磺溝鎮(zhèn)樓莊子村附近（以下簡(jiǎn)稱“滑坡區(qū)”）。

1? 滑坡區(qū)概況

昌吉市南部高中山區(qū)屬于天山地槽區(qū)北天山褶皺帶，褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育，崩塌、滑坡災(zāi)害發(fā)育[1]。樓莊子滑坡位于頭屯河左岸中、低山區(qū)地段。從整個(gè)滑坡區(qū)的地形地貌條件看，該滑坡曾經(jīng)為一大型老滑坡，老滑坡體整個(gè)滑坡體上可明顯發(fā)現(xiàn)至少3次滑動(dòng)痕跡，老滑坡存在多級(jí)錯(cuò)臺(tái)裂縫和滑動(dòng)痕跡，原老滑坡體中前部滑體在原穩(wěn)定山體阻擋下，沿左側(cè)低洼區(qū)域滑動(dòng)堆積，而右側(cè)山丘并未發(fā)生滑動(dòng)跡象。老滑坡體長(zhǎng)550m，寬180m，面積約99 000m2，平面形態(tài)呈“圈椅”形，滑坡主要發(fā)育在侏羅紀(jì)砂巖和泥巖互層的地層結(jié)構(gòu)中，巖體結(jié)構(gòu)為緩傾順層結(jié)構(gòu)。

2? 滑坡發(fā)育特征

2.1? 滑坡區(qū)地貌形態(tài)及邊界特征

滑坡體左、右兩側(cè)以沖溝為邊界，后緣以錯(cuò)落陡坎為界，前緣剪出口位于縣道X125線公路上邊坡的砂泥巖層面分界處?；虑熬壐叱? 303m，后緣高程1 399m，高差90m?；w坡度在10°～30°左右，主滑方向140°。

地形上坡體起伏變化較大，左右兩側(cè)滑坡體區(qū)地勢(shì)起伏較小、中間滑坡體地勢(shì)起伏較大。后緣為上侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t） 灰白色夾灰色厚層狀砂巖，陡坎高為6～8m?；麦w表層為第四系中～上更新統(tǒng)沖積、洪積層含礫粉質(zhì)粘土、礫砂和上侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t） 泥巖全強(qiáng)風(fēng)化物，下伏基巖為上侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t） 灰白色夾灰色厚層狀砂泥巖，產(chǎn)狀為110°∠Z15～20°。

2.2? 平面分區(qū)特征

本次滑坡主要是沿NW140°方向滑動(dòng)，后緣主動(dòng)滑動(dòng)體在遇到前緣山丘阻擋后，沿兩側(cè)低洼溝道滑移，分為左右兩支滑動(dòng)體。在后緣強(qiáng)大推動(dòng)力作用下，前緣山丘內(nèi)部上覆泥巖沿下伏砂巖接觸面附近發(fā)生滑動(dòng)，致使公路被掩埋破壞。整個(gè)滑坡體平面上可明顯分為4個(gè)分區(qū)，即I區(qū)后緣滑動(dòng)區(qū)、II區(qū)左側(cè)滑坡區(qū)、III區(qū)中部滑坡區(qū)和IV區(qū)右側(cè)滑坡區(qū)。

（1）I區(qū)后緣滑動(dòng)區(qū)

該區(qū)位于滑坡后部，為后緣主動(dòng)推移區(qū)，由于地震震動(dòng)作用使得滑坡后部在自重作用下沿著泥巖面底面和泥巖層內(nèi)發(fā)生滑動(dòng)破壞，主滑方向?yàn)?40°，長(zhǎng)80m、寬75m，滑體厚度為5～10m左右。垂直下落距離達(dá)5m，滑動(dòng)砂巖塊體長(zhǎng)15～20m左右、厚8m左右，后壁處出露的泥巖滑動(dòng)面呈30°、擦痕明顯，滑動(dòng)面呈銹黃色，為長(zhǎng)期雨水侵蝕發(fā)生軟化作用所致。

該區(qū)在自重作用下受地震、降雨等誘發(fā)發(fā)生主動(dòng)破壞區(qū)，由于塊體差異運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致滑體塊體分解現(xiàn)象明顯，發(fā)育眾多小錯(cuò)臺(tái)，塊體之間的裂縫發(fā)育密度大、且相互連通，表層堆積有眾多砂巖破壞塊體、直徑可達(dá)2～5m。

（2）II區(qū)左側(cè)滑坡區(qū)

該區(qū)為左側(cè)被動(dòng)推移區(qū)，主滑方向?yàn)?05°，長(zhǎng)200m、寬70m，滑體厚度為10m左右。該區(qū)受I區(qū)后緣的推動(dòng)作用發(fā)生被動(dòng)推移滑動(dòng)破壞，后由于前緣臨空條件較好、且無(wú)阻攔發(fā)生二次推動(dòng)破壞，在中部形成3～4到貫通裂縫和錯(cuò)臺(tái)，裂縫長(zhǎng)50m左右，與主滑方向近于垂直，錯(cuò)臺(tái)高差達(dá)1～2m。該區(qū)前部左右兩側(cè)分別發(fā)生小規(guī)?；瑒?dòng)破壞。

（3）III區(qū)中部滑坡區(qū)

該區(qū)為中部被動(dòng)推移區(qū)，主滑方向?yàn)?25°，長(zhǎng)150m、寬80m，滑體厚度為10m左右。該區(qū)受I區(qū)后緣的推動(dòng)作用發(fā)生被動(dòng)推移滑動(dòng)破壞，后由于前緣臨空條件較好、且無(wú)阻攔發(fā)生二次推動(dòng)破壞，前緣臨空面發(fā)生層內(nèi)滑動(dòng)，堆積掩埋縣道X125公路，該區(qū)中部發(fā)育3道貫通性裂縫和錯(cuò)臺(tái)，裂縫呈圓弧狀，與主滑方向近于垂直，裂縫長(zhǎng)90m、張開(kāi)寬度為0.5～2m左右，裂縫處錯(cuò)臺(tái)高差達(dá)2～3m。

（4）IV區(qū)右側(cè)滑坡區(qū)

該區(qū)為右側(cè)被動(dòng)推移區(qū)，主滑方向?yàn)?50°，長(zhǎng)150m、寬40m，滑體厚度為10m左右，該區(qū)受I區(qū)后緣的推動(dòng)作用發(fā)生被動(dòng)推移滑動(dòng)破壞，由于前緣臨空條件較好、且無(wú)阻攔推動(dòng)破坊前緣臨空面發(fā)生層內(nèi)滑動(dòng)，堆積在滑坡右側(cè)區(qū)，該區(qū)滑動(dòng)距離較大，近5m厚的滑體滑動(dòng)堆積到右沖溝內(nèi)，坡面變形破壞特征明顯。

2.3? 變形破壞特征

滑坡體平面呈圈椅狀，滑體各部位變形破壞特征明顯。滑坡后壁清晰，出現(xiàn)明顯后緣平臺(tái)和臺(tái)坎，高度變化1～10m，滑體上出現(xiàn)多處橫向和縱向拉裂隙，裂隙錯(cuò)臺(tái)高度0.2～1.5m不等，并在滑坡后緣出現(xiàn)裂縫，在已錯(cuò)動(dòng)砂巖裂縫內(nèi)有明顯雨水淋溶現(xiàn)象。

2.4? 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

滑體主要分為兩層：第一層為全風(fēng)化泥巖，局部為砂巖，厚度2.5～3.5m，侏羅系全風(fēng)化泥巖，呈紫色，松散，干燥稍濕;第二層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，厚3.5～7.7m，侏羅系泥巖呈強(qiáng)風(fēng)化，青灰色夾紫紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖心呈短柱狀。

本次滑坡屬于砂、泥巖接觸面和泥巖層內(nèi)的中層滑坡，滑帶為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，呈棕黃色，巖體有明顯擠壓破碎痕跡，斷面處可見(jiàn)少量透明色石英結(jié)晶體。泥巖呈可塑—硬塑狀，手捏可變形，滑帶處顏色多呈銹黃色，有泥巖現(xiàn)象，局部可見(jiàn)擦痕。

滑床主要是上侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t） 強(qiáng)—中風(fēng)化砂巖，層厚 7.0～9.5m，侏羅系中風(fēng)化砂巖，局部夾少量含礫砂巖，青灰色，層狀構(gòu)造，巖芯較完整，多呈長(zhǎng)柱狀。該層砂巖下部為砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，呈順層緩傾結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀110°∠15～20°。

3? 滑坡成因分析

3.1? 滑坡影響因素分析

滑坡區(qū)位于頭屯河流域南部山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，頭屯河左岸為砂泥巖順層地層結(jié)構(gòu)、容易發(fā)生滑坡災(zāi)害、發(fā)育眾多古老滑坡體，是昌吉市地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)巡查區(qū)[1]。

（1）地層巖性

滑坡區(qū)地層為侏羅紀(jì)砂巖和泥巖互層的地層結(jié)構(gòu)，砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，卸荷裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，巖體被切割成巖塊，泥巖表層風(fēng)化嚴(yán)重，屬于極軟巖，遇水易崩解軟化，常在與頂板砂巖層接觸面形成隔水層和滑移面，使得砂巖順層結(jié)構(gòu)在自重應(yīng)力作用下更容易發(fā)生滑動(dòng)破壞。

（2） 地形地貌

滑坡區(qū)域位于頭屯河上游中低山區(qū)，海拔1 200～1 400m，在后期頭屯河侵蝕下切和山體隆升剝蝕過(guò)程中，在河谷兩岸發(fā)現(xiàn)4級(jí)階地，又加上不同階段河流水動(dòng)力條件促使侵蝕速率存在差異，滑坡區(qū)形成山坡陡峭的階梯狀山體地貌，促使陡峭砂泥巖邊坡常常沿接觸面發(fā)生崩塌和滑動(dòng)破壞。

（3） 降雨

滑坡區(qū)多年平均降水量257.5mm，最大積雪深度510mm，豐富降雨和冰雪融水致使水系發(fā)有，地下水發(fā)育，在滑坡體兩側(cè)發(fā)育兩條平行溝道，為滑坡滑動(dòng)提供陡峭臨空面和排水通道，滑坡后緣山坡具有上陡下緩地形特點(diǎn)，具有良好匯水條件。根據(jù)2017年9月份氣象數(shù)據(jù)顯示，滑坡發(fā)生前共出現(xiàn)7次降水過(guò)程，其中23～24日的降水可能為本次滑坡事件具有重要貢獻(xiàn)作用，前期的有效降水加速泥巖層飽水軟化，促使滑坡處于臨界滑動(dòng)狀態(tài)。

（4） 地震活動(dòng)

該滑坡區(qū)域動(dòng)峰值加速度為 0.2g，對(duì)應(yīng)基本烈度為V度。區(qū)域歷史地震頻發(fā)，滑坡附近斷裂發(fā)育，致使近場(chǎng)中小地震較為活躍，據(jù)2017年9月份地震活動(dòng)記錄，滑坡附近150km范圍內(nèi)共發(fā)生74次，25km范圍內(nèi)發(fā)生2次地震，其中2017年9月27日2時(shí)發(fā)生的0.9級(jí)地震，可能促使處于臨界狀態(tài)的邊坡發(fā)生滑動(dòng)破壞。

3.2? 變形破壞機(jī)制

（1）滑坡誘發(fā)因素

由于滑坡區(qū)2017年9月在滑坡發(fā)生前的7次降水過(guò)程，尤其是9月23～24日的降水加速泥巖層飽水軟化，促使滑坡處于臨界滑動(dòng)狀態(tài)。2017年9月27日2時(shí)發(fā)生的 0.9 級(jí)地震，促使處于臨界狀態(tài)的滑坡后部和臨空的砂巖塊體發(fā)生滑動(dòng)破壞。

（2）滑坡形成演化

根據(jù)滑坡發(fā)展演化過(guò)程，滑坡區(qū)主滑方向上縱向形成演化可以劃分為三區(qū)：I區(qū)后緣主動(dòng)滑動(dòng)區(qū)、II區(qū)中部被動(dòng)滑動(dòng)區(qū)和III區(qū)前緣被動(dòng)推移區(qū)。

I區(qū)后緣主動(dòng)滑動(dòng)區(qū)：該區(qū)厚度較大，坡度較大，裂縫發(fā)育，在自重作用下受連續(xù)降雨+地震作用誘發(fā)首先發(fā)生主動(dòng)破壞，滑動(dòng)距離可達(dá)40m，滑動(dòng)勢(shì)能較大，由于塊體差異運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致滑體塊體分解現(xiàn)象明顯，坡面變形破 壞特征明顯，發(fā)育眾多小錯(cuò)臺(tái)和裂縫。

II區(qū)中部被動(dòng)滑坡區(qū)：該段左右兩側(cè)由于阻力小、首先推移剪出滑坡，由于滑坡后部的I區(qū)后緣主動(dòng)滑動(dòng)區(qū)的推動(dòng)作用，使得II區(qū)中部被動(dòng)滑坡區(qū)變形破壞嚴(yán)重，中部山丘后部受推動(dòng)后形成眾多裂縫，兩側(cè)局部受擠壓后形成鼓脹，該區(qū)變形破壞特征明顯，塊體分解現(xiàn)象明顯。

III區(qū)前緣被動(dòng)推移區(qū)：該區(qū)位于滑坡前緣處，由于前緣臨空條件較好、且無(wú)阻攔發(fā)生二次推動(dòng)破壞，在中部形成3～4到貫通裂縫和錯(cuò)臺(tái)，該區(qū)發(fā)生被動(dòng)破壞后堆積掩埋新建道路，道路上堆積體高5～20m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，該區(qū)從9月27 日開(kāi)始出現(xiàn)道路堆積，受后部推動(dòng)作用的不斷向前，主要堆積在縣道X125公路和路基邊坡上。

（3）變形機(jī)制分析

根據(jù)滑坡誘發(fā)因素、滑坡形成演化過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，該滑坡后部在自重作用下受連續(xù)降雨加上地震作用誘發(fā)首先發(fā)生主動(dòng)破壞，使得滑坡表層全—強(qiáng)風(fēng)化泥巖沿著下覆砂巖面附近產(chǎn)生滑動(dòng)，滑體中后部率先變形出現(xiàn)局部滑塌，從而推動(dòng)前緣變形，滑坡中部和前緣剪出口土體受擠壓后形成鼓脹，故該滑坡破壞模式為推移式。

4? 穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

4.1? 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

樓莊子滑坡滑面即泥巖與砂巖分界面和泥巖層內(nèi)滑面計(jì)算，滑面主要呈折線形，故采用折線型滑動(dòng)面計(jì)算模型[2]。

坡體上沒(méi)有建筑，可不考慮建筑荷載;因坡體為斜坡，地表存水相對(duì)較少，可不考慮動(dòng)靜水壓力對(duì)滑坡的影響;坡體內(nèi)無(wú)地下水位，不考慮地下水的影響;本區(qū)地震基本烈度為8度，考慮地震影響;本區(qū)為降雨集中，暴雨多發(fā)區(qū)，考慮暴雨對(duì)滑體加載及對(duì)滑帶軟化的影響。經(jīng)以上分析綜合本滑坡特征及其各種荷載情況，選定工況1：自重（天然狀況）、工況2：自重+暴雨和工況3：自重+地震，三種工況計(jì)算評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性。根據(jù)勘測(cè)資料，滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力參數(shù)按下表1取值。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，將穩(wěn)定性劃分為四級(jí)：穩(wěn)定系數(shù)Fs≥1.15為穩(wěn)定，1.15>Fs≥1.05基本穩(wěn)定，1.05>Fs≥1.0為欠穩(wěn)定，F(xiàn)s< 1.0為不穩(wěn)定。按照上述工況及方法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

4.2? 滑坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

根據(jù)《滑坡防治工程規(guī)范》（DZ/T 0218-2006），邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參考邊坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)本次計(jì)算的邊坡穩(wěn)定性，如表3所示。

將滑坡剖面所計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)按表邊坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，如表4所示。

由上表可知，該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡一定時(shí)期內(nèi)處于蠕動(dòng)變形階段，在暴雨或地震的條件下發(fā)生滑動(dòng)破壞的可能性較大。

在天然工況下，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在1.022～1.169之間，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部處于欠穩(wěn)定狀態(tài);滑坡前緣路基處由于堆載過(guò)多，其處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，容易沿著現(xiàn)路基下邊坡處發(fā)生剪切破壞。

在自重+暴雨工況下，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在0.846～0.955之間，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易再次發(fā)生滑動(dòng)破壞。

在自重+地震工況下，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在0.871～0.932之間，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易再次發(fā)生滑動(dòng)破壞。

5? 結(jié)論與建議

樓莊子滑坡長(zhǎng)約350m，寬約150m，滑坡主滑方向140°，滑體厚度平均10m，滑坡坡度為15～30°，體積約5.25×105m3。此滑坡屬于中層、大型、推移式自然巖質(zhì)滑坡。

樓莊子滑坡平面滑動(dòng)特征復(fù)雜，為后緣主動(dòng)滑動(dòng)體在遇到前緣山丘阻擋后，分左右兩支沿兩側(cè)低洼溝道滑移，同時(shí)，在后緣強(qiáng)大推動(dòng)力作用下，前緣山丘內(nèi)部上覆泥巖沿下伏砂巖接觸面附近發(fā)生滑動(dòng)，致使公路被掩埋破壞。整個(gè)滑坡體平面上明顯分為4個(gè)分區(qū)，即I區(qū)后緣滑動(dòng)區(qū)、II區(qū)左側(cè)滑坡區(qū)、III區(qū)中部滑坡區(qū)和IV區(qū)右側(cè)滑坡區(qū)。

該滑坡為順層滑坡，地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為上覆泥巖沿下伏砂巖發(fā)生滑動(dòng)?；w主要分為兩層：第一層為全風(fēng)化泥巖，層厚2.5～3.5m，第二層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，層厚3.5～7.7m;滑帶為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，呈棕黃色，巖體有明顯擠壓破碎痕跡，呈可塑—硬塑狀，手捏可變形，有泥巖現(xiàn)象，局部可見(jiàn)擦痕;滑床主要是強(qiáng)—中風(fēng)化砂巖，層狀構(gòu)造，巖芯較完整。

樓莊子滑坡是一個(gè)典型的自然滑坡災(zāi)害現(xiàn)象，滑坡區(qū)為砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，泥巖風(fēng)化嚴(yán)重，遇水易崩解軟化，砂泥巖順層緩傾結(jié)構(gòu)使得陡峭砂泥巖邊坡坡體在自重應(yīng)力作用下更容易發(fā)生推移滑動(dòng)破壞?；抡T發(fā)因素為降雨和地震，滑坡發(fā)生前共出現(xiàn)7次降水過(guò)程，其中23～24日的降水可能為本次滑坡事件具有重要貢獻(xiàn)作用，前期的有效降水加速泥巖層飽水軟化，促使滑坡處于臨界滑動(dòng)狀態(tài)。其中2017年9月27日2時(shí)發(fā)生的0.9級(jí)地震，可能促使處于臨界狀態(tài)的邊坡發(fā)生滑動(dòng)破壞。

根據(jù)滑坡發(fā)展演化過(guò)程，滑坡區(qū)主滑方向上縱向形成演化可以劃分為三區(qū)：I區(qū)后緣主動(dòng)滑動(dòng)區(qū)、II區(qū)中部被動(dòng)滑動(dòng)區(qū)和III區(qū)前緣被動(dòng)推移區(qū)。I區(qū)后緣主動(dòng)滑動(dòng)區(qū)在自重作用下受連續(xù)降雨+地震作用誘發(fā)首先發(fā)生主動(dòng)破壞，滑動(dòng)距離可達(dá)40m，滑動(dòng)勢(shì)能較大;II區(qū)中部被動(dòng)滑坡區(qū)：該段左右兩側(cè)由于阻力小、首先推移剪出滑坡，中部山丘后部受推動(dòng)后形成眾多裂縫;III區(qū)前緣被動(dòng)推移區(qū)：該區(qū)位于滑坡前緣處，由于前緣臨空條件較好、且無(wú)阻攔發(fā)生二次推動(dòng)破壞，該區(qū)發(fā)生被動(dòng)破壞后堆積掩埋X125線公路。故該滑坡破壞模式為推移式。

傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析，定量計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滑坡的定性分析判斷基本吻合。當(dāng)前滑坡在天然狀態(tài)下，坡體整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部塊體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震工況下，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)?；潞蟛渴苌桨钄r，仍然存在一定的勢(shì)能條件，而且滑面依然存在，容易再次導(dǎo)致推移式滑動(dòng)。

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