梅子坪滑坡變形機制及穩(wěn)定性分析

董建輝，邱 茂

(1.成都大學 建筑與土木工程學院，四川 成都 610110；2.成都理工大學 地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

0 引 言

滑坡為一種常見的地質(zhì)災害現(xiàn)象，為了有效地對其進行防治，分析其變形機制和進行穩(wěn)定性研究有重要意義，多年來，相關學者們對滑坡的變形破壞展開了大量的研究.朱益軍等[1]結(jié)合GIS與鉆孔勘探，研究了杭金衢公路K103段滑坡的蠕滑狀態(tài)，提出了相應治理措施；王力等[2]通過變形監(jiān)測與地質(zhì)調(diào)查，研究了三峽庫區(qū)樹坪滑坡變形與庫水位變化的關系；陳勝偉等[3]利用數(shù)值模擬，研究了岺水高速六活口滑坡的變形破壞機制；楊何等[4]通過變形監(jiān)測及數(shù)值模擬，研究了三峽庫區(qū)二道河滑坡在庫水位作用下的變形機制；金斌等[5]通過數(shù)值計算與監(jiān)測分析，研究了某碎石土滑坡復活破壞機制與穩(wěn)定性；宋丹青等[6]使用GPS對滑坡進行連續(xù)監(jiān)測，研究了水庫施工工程對滑坡變形的影響；艾小楊等[7]結(jié)合地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測資料，研究了重慶云陽舊縣坪滑坡的變形破壞機制；陳方明等[8]采用傳遞系數(shù)法，研究了滑坡在暴雨、庫水變化等多重條件作用下的穩(wěn)定性；韓曉極等[9]通過現(xiàn)場調(diào)查與工程地質(zhì)分析，研究了撫順西露天礦南幫邊坡變形破壞過程；鄧建華等[10]結(jié)合數(shù)值模擬變形對比與回歸分析，研究了呷爬滑坡的變形破壞機制；肖擁軍等[11]利用數(shù)值模擬，研究了黃土滑坡的變形過程與形成機制；白潔等[12]通過現(xiàn)場勘查與有限元法，研究了苗尾水電站變形破壞過程中的動水壓力作用機制.

梅子坪滑坡體量巨大，變形機制復雜，本研究通過詳細的現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查對其展開分析，并同時考慮整體變形與局部變形，為該類滑坡防治提供理論支撐.

1 滑坡區(qū)域概況

滑坡區(qū)位于四川省阿壩州小金縣崇德鄉(xiāng)海坪村一組境內(nèi)，東經(jīng)102°21′46″，北緯31°1′51″.區(qū)內(nèi)地勢東北高西南低，屬于邛崍山高山地貌區(qū)，區(qū)內(nèi)河流切割強烈，地面起伏大，以高山峽谷為主，山脈多呈南北和北東走向，崇德河由北向南延伸.

滑坡區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)的滑坡堆積層(Q4del)，該層主要為灰色粉質(zhì)黏土夾碎石；下伏基巖為三疊系上統(tǒng)侏倭組(T3zh)，該層主要為灰色中厚層變質(zhì)砂巖、板巖，滑坡后部坎上和沖溝左側(cè)陡坎處均有出露，巖層產(chǎn)狀為58°∠28°，工程地質(zhì)平面圖如圖1所示.

圖1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)平面圖

2 滑坡基本特征

梅子坪滑坡從地形地貌上來看，具有較明顯的滑坡圈谷形態(tài).該滑坡后緣頂部高程3 020 m，坡腳高程為2 525 m，前后緣高差為495 m.滑坡左側(cè)以沖溝為界，基巖出露;右側(cè)以覆蓋層與基巖山體分界線為界;后緣以陡坎為界;前緣以坡腳崇德河谷為界，主滑方向為275°.滑坡縱向長為808 m，橫向最寬處為712 m，面積為35.6×104m2.滑坡體平均厚度為35 m，滑坡體體積為1.25×107m3，該滑坡為深層滑坡，按規(guī)模其屬于特大型滑坡，其滑坡全貌如圖2所示.

圖2 梅子坪滑坡全貌

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的地表變形痕跡，發(fā)現(xiàn)滑坡后部裂縫較多，變形主要集中在坡體后部.因此，將滑坡分為A(強變形區(qū))、B(滑坡整體區(qū))兩塊進行局部穩(wěn)定性與整體穩(wěn)定性的研究.

A區(qū)位于滑坡后部，前緣高程為2 765～2 780 m，后緣高程為3 020 m，高差為240～255 m.該區(qū)縱向長為415.45 m，橫向最寬為293.12 m，平均坡度為30°，面積為8.86×104m2，體積為3.1×106m3.“5·12”汶川大地震使該滑坡體變形加劇，裂縫、錯落坎等變形加大，錯距大的可達2 m以上，裂縫寬為0.5～1.0 m，裂縫走向為190°～235°，且在A區(qū)前緣出現(xiàn)鼓脹.A區(qū)中部的一寬緩平臺從上至下錯落形成五級弧形階梯狀的錯落坎，平面上長達100 m，方向為192°，如圖3所示.

圖3 A區(qū)下錯階梯

梅子坪滑坡體由粉質(zhì)黏土夾碎石及碎石土組成，滑帶由粉質(zhì)黏土及碎塊石構成.滑坡下伏基巖主要為青灰色厚～中厚層狀變質(zhì)砂巖夾板巖，巖層產(chǎn)狀為58°∠28°，具體如圖4所示.

圖4 梅子坪滑坡剖面圖

3 影響因素分析

3.1 地形地貌

梅子坪滑坡呈東西向展布，東高西低，滑坡體在平面上呈不規(guī)則半橢圓形.滑坡后緣陡坎上部為一寬緩平臺，平臺長為400余米，寬為200余米，平臺后部陡坎上出露基巖.滑坡體后緣及中部均有寬緩平臺發(fā)育，平臺前后部陡坎發(fā)育，陡坎高為8～15 m，坡體從后緣到前緣呈“緩—陡—緩—陡”狀，在A區(qū)以及滑坡整體的前緣形成的陡坎臨空面，為滑坡提供了地形條件，具體如圖5、圖6所示.

圖5 A區(qū)前緣陡坎

圖6 B區(qū)前緣陡坎

3.2 地層巖性

滑坡下伏基巖主要為青灰色厚-中厚層狀變質(zhì)砂巖夾板巖，巖層產(chǎn)狀為58°∠28°，為反向坡，其穩(wěn)定性較好，具體如圖7所示.

圖7 滑坡下伏反傾變質(zhì)砂巖夾板巖

3.3 地質(zhì)構造及地震

梅子坪滑坡下伏巖體主要發(fā)育兩組結(jié)構面，J1：260°∠69°，J2：355°∠71°.其中，J1陡傾坡外，J2陡傾切坡發(fā)育，可能構成潛在滑移面.滑坡區(qū)處于達維向斜的北翼，龍門山強震帶西側(cè)，挽近期地殼強烈上升，地震活動較頻繁，滑坡區(qū)動峰值加速度0.10 g.

3.4 水文地質(zhì)條件

梅子坪滑坡區(qū)地下水類型有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩大類型，以基巖裂隙水為主，地下水補給主要來自大氣降水及農(nóng)田灌溉.

3.5 人類工程活動

梅子坪滑坡區(qū)內(nèi)的人類工程活動表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)墾殖和民房工程建設，對于坡體穩(wěn)定性均有不利影響.

4 滑坡穩(wěn)定性及變形機制分析

4.1 穩(wěn)定性分析

梅子坪滑坡地表整體連續(xù)性較好，地貌上連續(xù)，地表溝谷不發(fā)育.坡體地表土體較松散，內(nèi)部碎石土堆積呈較密實到密實，鄉(xiāng)村公路開挖后形成的公路邊坡坡角有的高達60°～70°，但能夠保持基本穩(wěn)定.A區(qū)變形破壞跡象明顯，錯落坎、裂縫發(fā)育.根據(jù)槽探揭露，地表裂縫向下延伸深度一般為1～2 m，裂縫發(fā)育局限于淺表層土體內(nèi)，A區(qū)屬于淺表層土體的蠕滑-拉裂變形.從變形區(qū)域與變形規(guī)模來看，梅子坪滑坡整體基本穩(wěn)定，其中A區(qū)存在局部失穩(wěn)的可能.

考慮天然、暴雨、地震(烈度為Ⅶ度)3種工況，采用條分法進行滑坡穩(wěn)定性計算，分別計算了剖面Ⅰ-Ⅰ′A區(qū)及滑坡整體的穩(wěn)定性，計算結(jié)果如表1所示.其中，當穩(wěn)定系數(shù)Fs≥1.15時為穩(wěn)定狀態(tài)，1.15>Fs≥1.05為基本穩(wěn)定狀態(tài)，1.05>Fs≥1.0為欠穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)s<1.0為不穩(wěn)定狀態(tài).

表1 滑坡穩(wěn)定性和推力計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：

1)A區(qū)沿淺層滑面在天然狀況下保持基本穩(wěn)定，在暴雨、地震工況下為欠穩(wěn)定.

2)滑坡整體沿深層滑面在天然狀況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨、地震工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài).

3)暴雨使A區(qū)沿淺層滑帶穩(wěn)定性系數(shù)降低8.99%，使整體沿深層滑面穩(wěn)定性系數(shù)降低8.74%；地震使A區(qū)沿淺層滑帶穩(wěn)定性系數(shù)降低12.05%，使整體沿深層滑面穩(wěn)定性系數(shù)降低11.83%.由此可見，地震對滑坡穩(wěn)定性影響比暴雨大.

4.2 變形機制分析

1)梅子坪滑坡所處斜坡為反向坡，一般情況下邊坡穩(wěn)定性較好.由于坡體由變質(zhì)砂巖和板巖構成，巖體軟硬程度有較大差異，巖體陡傾坡外結(jié)構面發(fā)育伴隨地殼抬升，在淺表層發(fā)生卸荷回彈變形.特別是沿陡傾坡外節(jié)理產(chǎn)生的差異卸荷回彈變形明顯，導致結(jié)構面的剪切應力集中，剪應變增大.同時，卸荷變形使得淺表部巖體沿陡傾坡外的節(jié)理產(chǎn)生彎曲—拉裂破壞，造成上覆土體下錯，出現(xiàn)地裂縫.

2)從變形跡象位置來看，A區(qū)后緣出現(xiàn)了多條下錯裂縫，前緣有鼓脹隆起，由于深部巖體的變形空間更小，結(jié)合滑坡整體的變形分析可知，淺表巖體的彎曲拉裂破壞主要集中在A區(qū)坡體下部.A區(qū)后緣裂縫發(fā)育，前緣被后部坡體擠壓隆起，在降雨情況下，雨水沿著A區(qū)后緣蠕滑剪切帶下滲，浸潤粉質(zhì)黏土夾碎石構成的淺層滑帶，從而降低滑帶土的強度，減小抗滑力，且雨水的滲入增加了坡體自重，在重力作用下A區(qū)坡體將沿著粉質(zhì)黏土夾碎石淺層滑面失穩(wěn)下滑，其變形破壞模式為蠕滑—拉裂式，滑坡變形破壞過程如圖8所示.

(a)坡體下伏巖體彎曲—拉裂、A區(qū)坡體裂縫發(fā)育

5 結(jié) 論

1)梅子坪滑坡下伏反傾巖體在構造作用下，產(chǎn)生彎曲—拉裂變形破壞，使得上部土體淺表層發(fā)生蠕滑—拉裂破壞，在A區(qū)表現(xiàn)較為明顯.

2)在暴雨作用下，梅子坪滑坡A區(qū)后緣裂縫擴大，變形加劇，滑動面貫通，自重增加，A區(qū)坡體最終將沿著粉質(zhì)黏土夾碎石淺層滑面發(fā)生失穩(wěn)破壞，其變形破壞模式為蠕滑-拉裂.

3)由滑坡變形情況來看，梅子坪滑坡整體基本穩(wěn)定，A區(qū)存在失穩(wěn)的可能.

4)穩(wěn)定性計算結(jié)果顯示，A區(qū)在暴雨或地震情況下處于欠穩(wěn)狀態(tài)，而滑坡整體在以上3種工況下穩(wěn)定性都較好.