普賢鄉(xiāng)場(chǎng)滑坡成因機(jī)制分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

熊弢,熊太友,阮正峰,華勇,周旭萌,郭婷婷

(1.昆明理工大學(xué),昆明 650093;2.東方地球物理勘探有限公司,成都 610213;3.云南地礦地質(zhì)工程有限公司,昆明 650093)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者針對(duì)各種類(lèi)型滑坡的影響因素、啟動(dòng)機(jī)理、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及防治措施等進(jìn)行了大量研究[1-20]。

普賢鄉(xiāng)場(chǎng)滑坡位于四川省廣元市普賢鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)。在極端降雨條件下,普賢鄉(xiāng)場(chǎng)滑坡發(fā)生了明顯滑動(dòng),滑坡后緣出現(xiàn)裂縫,前緣發(fā)現(xiàn)明顯變形,因此推斷該滑坡可能處于欠穩(wěn)定狀態(tài),形勢(shì)已經(jīng)十分嚴(yán)峻,已經(jīng)嚴(yán)重威脅前方房屋及街道上民眾安全。本文采用極限平衡法對(duì)普賢鄉(xiāng)場(chǎng)滑坡,分3種工況進(jìn)行了穩(wěn)定性研究,并結(jié)合相關(guān)理論提出針對(duì)該滑坡的防治建議,為類(lèi)似滑坡提供參考依據(jù)。

1 地形與地質(zhì)條件

普賢鄉(xiāng)場(chǎng)滑坡位于廣元市昭化區(qū)普賢鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn),地理坐標(biāo)東經(jīng)105°56′2.91″,北緯32°11′2.10″?；虑胺綖檎髽羌皥?chǎng)鎮(zhèn)街道,地形平緩,后部有村道經(jīng)過(guò),滑坡區(qū)內(nèi)交通條件較好?；聟^(qū)為斜坡地貌,北高南低,滑坡后緣高程815 m左右,前緣高程800 m左右,高差約15 m,滑坡區(qū)整體坡度30°～50°,局部發(fā)育陡坎及平臺(tái),滑坡后方坡度較緩,平均25°。場(chǎng)區(qū)內(nèi)分布主要地層為第四系滑坡堆積層(Q4del),第四系人工堆積層(Q4ml),侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)。

滑坡區(qū)屬四川中坳陷燕山褶皺區(qū),構(gòu)造線(xiàn)展布方向?yàn)楸睎|向。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,構(gòu)造形態(tài)主要表現(xiàn)為舒緩寬展的褶皺。其組成地層為侏羅系和白堊系。滑坡區(qū)主要背斜和向斜有:鹽店場(chǎng)向斜、北廟場(chǎng)背斜;走馬嶺向斜、河灣場(chǎng)背斜。兩翼產(chǎn)狀平緩,一般為5°～6°,個(gè)別為13°。向斜揚(yáng)起和背斜傾伏端傾角3°～4°。滑坡區(qū)主要發(fā)育兩組構(gòu)造裂隙,北東-北東東向裂隙,北西-北北西向裂隙,兩組裂隙相互切割。節(jié)理類(lèi)型有層面節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理及構(gòu)造節(jié)理。

滑坡區(qū)緊鄰龍門(mén)山地震帶,距南坪、松潘、汶川、平武等地強(qiáng)震震中約50～150 km,故歷次地震均受波及。這些地震活動(dòng)對(duì)工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有一定的誘發(fā)作用。

2008年汶川地震發(fā)生于龍門(mén)山斷裂帶上,由于斷裂的破裂是從映秀向北延伸,昭化區(qū)距發(fā)震斷裂較近,受地震影響強(qiáng)烈,造成不可估量的損失。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,滑坡區(qū)地下水類(lèi)型主要為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水。第四系松散孔隙水主要分布在松散堆積層中,結(jié)構(gòu)松散,易于大氣降雨的入滲,其排泄方式為沿斜坡向地勢(shì)低洼的地方排泄。基巖裂隙水賦存于滑坡區(qū)的泥質(zhì)粉砂巖裂隙中,主要靠大氣降水補(bǔ)給,地下水儲(chǔ)量隨季節(jié)變化大,其動(dòng)態(tài)變化大,據(jù)訪問(wèn),暴雨期間,滑坡前緣有大量裂隙水流出。該類(lèi)地下水賦存量變化較大,補(bǔ)給量大時(shí)賦存量大,但補(bǔ)給停止后,迅速排泄,賦存量小。游離CO2含量7.92 mg/l,侵蝕性CO2含量為0 mg/l,pH值7.1,呈弱堿性。區(qū)內(nèi)地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕弱。

由于滑坡區(qū)位于場(chǎng)鎮(zhèn)街道旁,所以區(qū)內(nèi)人類(lèi)工程活動(dòng)較強(qiáng)烈,主要表現(xiàn)為場(chǎng)鎮(zhèn)建設(shè)。場(chǎng)鎮(zhèn)建設(shè)主要集中于滑坡區(qū)下部地帶,場(chǎng)鎮(zhèn)建設(shè)對(duì)斜坡坡腳進(jìn)行開(kāi)挖,形成臨空面,臨空面一般高2～5 m不等,為災(zāi)害體的形成提供了較好的臨空條件。灌溉水渠沿滑坡后緣通過(guò),受滑坡滑動(dòng)影響,目前已產(chǎn)生強(qiáng)烈變形。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡地貌形態(tài)及邊界特征

滑坡位于普賢鄉(xiāng)政府后側(cè)斜坡地帶,滑坡平面呈圈椅狀?；聶M向長(zhǎng)110 m,縱向長(zhǎng)13～25 m,滑坡體均厚9 m,方量2.48×104m3,為小型基巖滑坡?；潞筮吔缰晾亚赖貛?前緣至斜坡前方陡緩交界地帶,西側(cè)以裂縫為界,東側(cè)至山脊微地貌地帶?？傮w情況來(lái)看,滑坡周界明顯,前緣建筑物主要為政府大樓。目前穩(wěn)定性差,極端降雨情況可能再次形成滑坡(圖1)。

J3p.侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組;Q4del.第四系滑坡積物;Q4ml.第四系人工填土;Q4el+dl.第四系殘坡積;1.滑坡區(qū)范圍;2.危險(xiǎn)區(qū);3.破壞擋墻;4.道路;5.鼓脹變形;6.水溝;7.巖層產(chǎn)狀;8.地質(zhì)界線(xiàn);9.剖面線(xiàn)及編號(hào);10.已有建筑圖1 滑坡平面圖

滑坡體變形跡象明顯,邊界清晰,主要變形跡象為滑坡周邊及水溝開(kāi)裂下錯(cuò),滑坡前緣擋墻出現(xiàn)橫向剪切裂縫及前緣地面隆起。滑坡前緣變形特征較明顯,變形主要集中于前緣擋墻墻體、墻前地面、階沿欄桿及陡坎地帶,變形點(diǎn)主要有4處(BX1,BX2,BX3,BX4,見(jiàn)圖3～圖6)?；潞缶壸冃沃饕憩F(xiàn)為出現(xiàn)貫通性較好的裂縫L1和斷續(xù)的L2、L3裂縫(圖8～圖10)。裂縫引起地表開(kāi)裂及后緣渠道底部拉裂(圖2,圖7)。

圖2 滑坡前緣變形點(diǎn)分布圖

圖3 BX1擋墻中上部橫向剪切裂縫

圖4 BX2墻前地面隆起

圖5 BX3階沿隆起、攔桿傾倒

圖6 BX4陡坎垮塌現(xiàn)象

圖7 滑坡中后部裂縫分布圖

圖8 L1裂縫引起渠道開(kāi)裂

圖9 L2裂縫引起渠道開(kāi)裂

圖10 L3裂縫引起渠道開(kāi)裂

目前滑坡已出現(xiàn)開(kāi)裂下錯(cuò)、前緣擋墻破壞及地面隆起。據(jù)訪問(wèn),滑坡變形時(shí)前緣有大量地下水涌出,綜合分析,宏觀判斷滑坡出現(xiàn)整體滑動(dòng)變形,滑動(dòng)面貫通性好,滑坡當(dāng)前處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑坡后部探槽揭露滑坡控制結(jié)構(gòu)面,傾向140°～145°,傾角76°～88°,拉裂縫貫入度大于50 cm,探槽揭露滑坡后緣下錯(cuò)0.3 m左右,形成張拉裂縫寬3～7 cm。

根據(jù)滑坡區(qū)鉆孔及探槽揭露的地質(zhì)條件,綜合判定滑床為下部結(jié)構(gòu)完整、巖質(zhì)較硬的泥質(zhì)粉砂巖,細(xì)粒結(jié)構(gòu),中厚層狀,巖層產(chǎn)狀170°∠12°。鉆探取芯也較完整,巖芯多呈長(zhǎng)柱狀,未出現(xiàn)軟弱夾層。

滑坡滑體表層為土體,下部為巖體組成。表層土體巖性為粉質(zhì)粘土夾碎塊石,厚1～1.5 m,褐紅色,可塑狀,含碎塊石,塊徑30～50 cm,石質(zhì)成分多為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖,含量30%左右。下部巖體主要為泥質(zhì)粉砂巖,均厚5～13 m,細(xì)粒結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,夾泥巖夾層,厚20～30 cm,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),薄層狀構(gòu)造,巖質(zhì)較軟,遇水易軟化呈土狀。

滑帶土巖性為粉質(zhì)粘土,紅褐色,以粘粒為主,厚度約3～5 cm,處于飽水狀態(tài),受地下水軟化呈土狀,手捏粘性較強(qiáng),手感細(xì)膩,遇水潤(rùn)滑感增強(qiáng)。與此對(duì)應(yīng)陡坎地帶擋墻出現(xiàn)2條橫向剪切裂縫,中部裂縫長(zhǎng)33 m,錯(cuò)距1～2 cm,下部裂縫長(zhǎng)35 m,錯(cuò)距3～5 cm。

通過(guò)鉆孔發(fā)現(xiàn)3處軟弱夾層,分布于鉆孔4.4～4.5 m、5.1～5.3 m和6.6～6.8 m段,軟弱夾層呈土狀,手捏粘性較強(qiáng),含細(xì)角礫,塊徑1～2 mm不等,含量5%左右,呈棱角狀,骨架成分為泥巖。對(duì)照滑坡區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀綜合判定,該3處軟弱夾層對(duì)應(yīng)3層滑動(dòng)面。

滑坡3層滑動(dòng)面中,1#滑動(dòng)面在滑坡前緣西側(cè)有一定出露,在擋墻上產(chǎn)生橫向剪切裂縫,錯(cuò)距較小且不連續(xù);2#滑動(dòng)面在滑坡前緣地帶出露良好,受其影響,滑坡前緣現(xiàn)有擋墻橫向剪切裂縫貫通良好,錯(cuò)距最大;3#滑動(dòng)面滑動(dòng)引起的變形跡象主要集中于滑坡前緣中部地帶,兩側(cè)變形跡象不明顯;由于2#滑動(dòng)面在前緣表現(xiàn)出貫通性較好,變形最為明顯,綜合判定2#滑動(dòng)面為主滑動(dòng)面。

3 滑坡成因機(jī)制分析

滑坡形成的主要因素有地形地貌因素、地層巖性、降雨及人類(lèi)工程活動(dòng)等?；履噘|(zhì)粉砂巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,天然降水沿節(jié)理裂隙界面下滲進(jìn)入巖體中泥質(zhì)夾層地帶,一方面降低了泥質(zhì)較弱層的力學(xué)強(qiáng)度,另一方面在后緣裂隙面形成水壓力,在滑坡重力及后部裂隙水壓力綜合作用下,滑坡出現(xiàn)滑動(dòng)變形。滑坡區(qū)為斜坡地貌,坡度30°～50°,為滑坡的形成提供了地形地貌條件?；滤谶吰掠杀韺油馏w及下伏厚層狀泥質(zhì)粉砂巖夾薄層狀泥巖構(gòu)成,泥巖受節(jié)理裂隙切割,巖體較破碎,為滑坡的形成提供了良好的巖性條件。大氣降雨沿巖體節(jié)理裂隙面進(jìn)入基巖內(nèi)部,造成巖體力學(xué)強(qiáng)度降低,有時(shí)會(huì)形成較大的水壓力,降低滑坡穩(wěn)定性,為滑坡形成的主要誘發(fā)因素。區(qū)內(nèi)人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)坡腳進(jìn)行了一定開(kāi)挖,形成了陡峭的臨空面,臨空面高3～6 m,為滑坡的形成提供了較好臨空條件。

4 滑坡的穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

4.1 土體物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)斜坡的土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征差異較小,本次勘查取樣位置主要在滑坡區(qū),采用室內(nèi)試驗(yàn)手段,獲取土體相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)。

本次勘查土體的物理力學(xué)指標(biāo)主要采用取樣室內(nèi)試驗(yàn)和利用附近工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)?；瑤馏w的天然重度20.3 kN/m3,飽和重度20.5 kN/m3,孔隙比0.7;含水率標(biāo)準(zhǔn)值23.93%;液性指數(shù)平均值為0.33。粉質(zhì)粘土天然峰值抗剪強(qiáng)度:C=30.56 kPa,φ=14.59 °;飽和峰值抗剪強(qiáng)度:C=24.52 kPa,φ=11.81°;天然殘值抗剪強(qiáng)度:C=19.32 kPa,φ=12.08°;飽和殘值抗剪強(qiáng)度:C=15.22 kPa,φ=9.81°。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010),工作區(qū)地震設(shè)防基本烈度為Ⅶ度,地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g。

4.2 計(jì)算剖面

本次滑坡勘查選擇1-1′(圖11)、2-2′(圖12)、3-3′(圖13),各剖面的布置情況見(jiàn)平面圖(圖1)。

Q4ml.第四系人工填土;Q4el+dl.第四系殘坡積層;170°∠12°.巖層產(chǎn)狀;J3p.侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組;1.人工填土;2.粉質(zhì)黏土夾碎石;3.泥質(zhì)砂巖;4.擬建抗滑樁;5.現(xiàn)有擋墻;6.地層分界線(xiàn);7.強(qiáng)風(fēng)化線(xiàn);8.滑動(dòng)面圖11 1-1′工程地質(zhì)剖面圖(比例尺1∶200)

Q4ml.第四系人工填土;Q4el+dl.第四系殘坡積層;170°∠12°巖層產(chǎn)狀;J3p.侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組;1.人工填土;2.粉質(zhì)黏土夾碎石;3.泥質(zhì)砂巖;4.擬建抗滑樁;5.現(xiàn)有擋墻;6.地層分界線(xiàn);7.強(qiáng)風(fēng)化線(xiàn);8.滑動(dòng)面圖13 3-3′工程地質(zhì)剖面圖(比例尺1∶200)

4.3 計(jì)算工況

根據(jù)滑坡區(qū)具體情況,為全面分析滑坡整體所處的各種工況下的穩(wěn)定狀態(tài),本次穩(wěn)定性分析采用3種工況進(jìn)行計(jì)算分析:

工況Ⅰ(天然工況):計(jì)算和評(píng)價(jià)時(shí)考慮荷載為:自重+現(xiàn)狀地下水;安全系數(shù)取1.25。

工況Ⅱ(暴雨工況):計(jì)算和評(píng)價(jià)時(shí)考慮荷載組合為:自重+地下水;安全系數(shù)取1.10。

工況Ⅲ(地震工況):計(jì)算和評(píng)價(jià)時(shí)考慮荷載組合為:自重+現(xiàn)狀地下水+地震。安全系數(shù)取1.05。

4.4 計(jì)算方法

極限平衡法計(jì)算公式如下:

式中,W為巖塊的重量(kN/m);α為滑面傾角(°);A為地震加速度(重力加速度g);C為巖石的內(nèi)聚力(kPa);L為滑面的長(zhǎng)度(m);V為后緣裂縫靜水壓力;

U為沿滑面揚(yáng)壓力;

Kf為穩(wěn)定系數(shù)。

當(dāng)滑面揚(yáng)壓力大于滑體重時(shí),滑動(dòng)面正壓力為零,此時(shí)滑坡抗滑力只考慮滑面的C值。

4.5 計(jì)算結(jié)果

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

4.6 Midas數(shù)值模擬論證

本文通過(guò)Midas建立模型,其采用的巖土體尺寸及物理力學(xué)參數(shù)均與實(shí)際滑坡一致。模擬結(jié)果如下(圖14、圖15、圖16)。

圖14 天然工況模擬結(jié)果

模擬結(jié)果表明:天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.732 8;暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為0.987 9;地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.168 7,與表1穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果基本一致。

4.7 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

由表1和數(shù)值模擬結(jié)果可知:滑坡在天然工況及地震工況下處于穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果與滑坡的變形特征吻合。

5 主要治理措施

根據(jù)災(zāi)害體變形破壞特征及受保護(hù)對(duì)象分布情況,結(jié)合場(chǎng)鎮(zhèn)規(guī)劃,對(duì)滑坡采用改溝及棄渣回填工程+抗滑樁+拉裂縫封填。首先進(jìn)行改溝及棄渣回填,再進(jìn)行抗滑樁施工,主體工程在雨季之前完工,最后再對(duì)拉裂縫進(jìn)行封填。施工期間應(yīng)注意與場(chǎng)地平整的銜接,截排水工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行施工。施工順序不必拘泥一格,應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。

圖15 暴雨工況模擬結(jié)果

圖16 地震工況模擬結(jié)果

6 結(jié)論

針對(duì)普賢鄉(xiāng)場(chǎng)滑坡現(xiàn)狀的危險(xiǎn)性,通過(guò)穩(wěn)定性分析計(jì)算與Midas數(shù)值模擬結(jié)合的手段,得到以下結(jié)論:

(1) 極端降雨是誘發(fā)該滑坡失穩(wěn)變形的最直接因素。

(2) 通過(guò)極限平衡法與Midas數(shù)值模擬相結(jié)合能更準(zhǔn)確判斷滑坡的變形破壞機(jī)制及潛在滑動(dòng)面位置。

(3) 依據(jù)災(zāi)害體變形失穩(wěn)情況,對(duì)滑坡采用改溝及棄渣回填工程+抗滑樁+拉裂縫封填,以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的,為類(lèi)似滑坡的治理提供參考。