匡 義,陳五一,戴妙林,李 建

(1.河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院,江蘇 南京 210098;2.中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

我國自 20世紀(jì)以來,發(fā)生了一系列大型滑坡災(zāi)害,這些滑坡涉及到不同的地質(zhì)環(huán)境條件和坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu),具有不同誘發(fā)機(jī)制和觸發(fā)因素。黃潤秋等人對其復(fù)雜的演化機(jī)制和過程的地質(zhì) -力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了總結(jié),典型的模式有:滑移–拉裂–剪斷“三段式”模式、“擋墻潰決”模式、近水平巖層的“平推式”模式、反傾巖層大規(guī)模傾倒變形模式、順傾巖層的蠕滑(彎曲)–剪斷模式等[1-2]。主要地質(zhì) -力學(xué)機(jī)制及對應(yīng)的滑坡見表1。

滑坡災(zāi)害對人們的經(jīng)濟(jì)、生活甚至生命安全造成了巨大的影響,因此,研究滑坡體的成因機(jī)制和對其目前的穩(wěn)定性作出評判有著重要的現(xiàn)實意義。

表1 地質(zhì)-力學(xué)機(jī)制及對應(yīng)的滑坡

2 工程概況

亂石崗滑坡位于無名溝和松林溝之間,分布高程約 860～998m,滑坡體平面最大寬度約 800～1000m,最長約 1000m,滑坡體厚度 8～20m。整個滑坡體地形坡度 10°～15°?；掳l(fā)育于奧陶系下統(tǒng)O11-3薄～中層細(xì)砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)黏土巖 、泥巖,巖層產(chǎn)狀為 N30°～ 38°W NE∠13°～16°,滑帶為相對較弱的黏土巖、泥巖等形成的軟弱層。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和鉆孔揭露,區(qū)內(nèi)發(fā)育多條軟弱結(jié)構(gòu)面,這些軟弱結(jié)構(gòu)面多沿巖體順層發(fā)育,可分為兩大類,一類是黏土夾碎屑型,另一類為碎屑夾黏土型。亂石崗滑坡是流沙河河谷下切至 800～850m高程時,沿一條順層發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育而成的。

3 亂石崗滑坡成因機(jī)制分析

亂石崗的原生軟巖在長期應(yīng)力集中或在地質(zhì)構(gòu)造活動的擠壓下形成軟弱夾層,隨著流沙河的下切,下伏的軟弱夾層出露于地表,為其蠕滑提供了臨空面。蠕滑變形導(dǎo)致軟弱夾層的小變形逐漸累積,應(yīng)力集中現(xiàn)象愈趨嚴(yán)重,如果受到暴雨或者地表水下滲的影響,軟弱夾層在水的作用下強(qiáng)度進(jìn)一步降低,層間顆粒逐步變細(xì),形成泥化夾層。在此期間,由于蠕滑變形使后緣巖體形成拉裂縫,隨著拉裂縫的擴(kuò)展,為亂石崗邊坡沿結(jié)構(gòu)面滑動提供了條件。泥化夾層強(qiáng)度的逐步降低和拉裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展,在長期累積效應(yīng)或者極端環(huán)境(如暴雨、地震)的作用下,將發(fā)生滑坡。所以,其整個失穩(wěn)過程為一個長時期的蠕滑—剪斷過程(見圖1[3]、2[3])。

圖1 滑坡形成前河谷狀態(tài)

圖2 滑坡失穩(wěn)后河谷狀態(tài)

4 亂石崗滑坡的穩(wěn)定評價

4.1 亂石崗滑坡的分區(qū)及軟弱結(jié)構(gòu)面特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和勘探成果,依據(jù)滑坡區(qū)及周圍不同部位巖土體的結(jié)構(gòu)特征和變形特征等,亂石崗滑坡及其影響區(qū)主要分為:滑坡堆積區(qū)、拉裂松動區(qū)、拉裂松弛區(qū)等?；瑤橄鄬^弱的黏土巖、泥巖等形成的軟弱層帶,厚約 20～50cm。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條軟弱結(jié)構(gòu)面,這些結(jié)構(gòu)面多沿巖體內(nèi)薄層泥巖順層發(fā)育,厚度一般 5～30cm,可以分為黏土夾碎屑型和碎屑夾黏土型兩類。另外,在邊坡后緣拉裂松動區(qū)內(nèi),分布著多條拉裂縫。圖 3為邊坡分區(qū)及形態(tài)示意圖。

4.2 模型的建立及物理力學(xué)參數(shù)的選取

按照上述邊坡分區(qū)及形態(tài)特征建立計算模型(見圖4、5),選取滑坡區(qū)典型斷面作為計算模型,模型邊坡高 140m、寬 570m,左右邊界按照規(guī)范取 1倍坡高,下邊界取 1/2坡高,采用薄層單元模擬滑帶、軟弱結(jié)構(gòu)面以及拉裂縫,模型左右邊界采用 x方向法向約束,底部邊界采用固定端約束。

圖3 邊坡分區(qū)及形態(tài)示意

圖4 模型整體示意

圖5 模型局部放大示意

根據(jù)現(xiàn)場大剪試驗和配套的室內(nèi)物性試驗所取模型各個區(qū)域及結(jié)構(gòu)面的參數(shù)見表2。

4.3 計算結(jié)果及穩(wěn)定評價

首先通過繪制出坡體在天然自重下的塑性區(qū)貫通程度和最小主應(yīng)力分布情況,對坡體目前的穩(wěn)定性作出初步評價。圖 6為坡體天然自重狀態(tài)下的塑性區(qū)貫通情況,從圖中可以看出:在滑坡堆積區(qū)和松動巖體內(nèi)已基本形成連續(xù)的塑性區(qū),只是沒有完全貫通(其他區(qū)域未出現(xiàn)或僅出現(xiàn)極小面積的塑性區(qū)),這種未完全貫通的塑性區(qū)有成為潛在滑動面的可能,在不利工況下有可能形成滑坡。圖 7為坡體最小主應(yīng)力分布情況,由圖可見,坡體后緣的拉裂松動區(qū)和拉裂松弛區(qū)最小主應(yīng)力為拉應(yīng)力,因此有可能導(dǎo)致新的拉裂縫的產(chǎn)生和已有拉裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展,對邊坡的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響。

表2 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

圖6 天然自重狀態(tài)下塑性區(qū)貫通情況

圖7 天然自重狀態(tài)下最小主應(yīng)力云圖

為了對邊坡的穩(wěn)定性有進(jìn)一步的定量的認(rèn)識,采用強(qiáng)度折減法計算下面 3種工況下邊坡的安全系數(shù)并繪制出剪切應(yīng)變增量云圖:(1)天然工況(該工況考慮的荷載為巖土體自重);(2)暴雨工況(該工況除考慮巖土體自重外,還考慮降雨引起的巖土體強(qiáng)度降低、容重的增加、孔隙水壓力的影響);(3)地震工況[該工況除考慮巖土體自重外,還考慮地震(按照Ⅶ度計算)引起的水平推力]。表3為邊坡分別在這三種工況下的安全系數(shù)計算成果。圖 8、9、10分別為在這三種工況下強(qiáng)度折減到失穩(wěn)狀態(tài)時的剪切變形增量云圖。

表3 亂石崗邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

圖8 天然工況剪切應(yīng)變增量云圖

圖9 暴雨工況剪切應(yīng)變增量云圖

圖10 地震工況剪切應(yīng)變增量云圖

從表3及圖 8～10可以看出,在天然工況下,邊坡穩(wěn)定狀況良好,當(dāng)折減系數(shù)達(dá)到 1.378時,剪切應(yīng)變增量形成明顯的塑性貫通區(qū),由此可判斷天然工況安全系數(shù)為 1.378,安全儲備較高,穩(wěn)定性良好;在暴雨工況下,穩(wěn)定性降低,折減系數(shù)為 1.102時,即出現(xiàn)明顯塑性貫通區(qū),且塑性區(qū)有擴(kuò)大的趨勢;在天然 +地震工況下,穩(wěn)定性進(jìn)一步降低,折減系數(shù)為0.996時,出現(xiàn)了明顯塑性貫通區(qū),且塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大,幾乎布滿整個邊坡表面。此時對應(yīng)的安全系數(shù)為 0.996,小于 1,表明邊坡在地震工況下將會失穩(wěn)。另外,從各種工況下塑性區(qū)的分布可以看出,在滑坡堆積區(qū)和拉裂松動區(qū),更容易形成塑性區(qū)域,而拉裂松弛區(qū)穩(wěn)定性相對良好。因此,治理時應(yīng)重點針對滑坡堆積區(qū)和拉裂松動區(qū)采取抗滑支護(hù)措施。

5 結(jié)論及建議

(1)通過對亂石崗邊坡滑坡成因機(jī)制的分析,可以得出其為典型的蠕滑 -剪斷模式,此類滑坡是長時期蠕變,最終在后緣巖體產(chǎn)生剪斷而導(dǎo)致的滑坡。在滑坡過程中,水對結(jié)構(gòu)面的軟化及拉裂縫的擴(kuò)展起到了關(guān)鍵的作用。

(2)根據(jù)穩(wěn)定性評價結(jié)果,滑坡堆積區(qū)以及拉裂松動變形區(qū)巖體在暴雨及地震工況條件下的安全儲備較低,在不利因素影響下存在失穩(wěn)的可能。由于滑坡堆積體位于建筑場地下方,滑坡體上設(shè)計了數(shù)條公路,滑坡失穩(wěn)將破壞公路的正常運(yùn)行,并且也可能影響其后緣拉裂松動變形區(qū)的穩(wěn)定性,因而必須對滑坡堆積體采取必要的治理措施。為盡可能保持滑坡堆積區(qū)原有的環(huán)境條件,建議采用抗滑樁支擋措施。據(jù)推力計算結(jié)果,滑坡體及強(qiáng)烈拉裂松動變形巖體失穩(wěn)產(chǎn)生的下滑推力較大,普通單排樁難以滿足要求,因此建議采用多排抗滑樁分級支擋,最好與規(guī)劃的建筑場地布置相結(jié)合,并作好地表及地下排水措施。

(3)處于拉裂松弛變形區(qū)巖體,其穩(wěn)定性狀況較好,出現(xiàn)較大規(guī)模失穩(wěn)的可能性較小,但不排除在不利因素誘發(fā)下,局部開挖面上的塊體有失穩(wěn)的可能。因此工程期間應(yīng)根據(jù)擋墻基槽開挖的實際情況采取適當(dāng)支擋、錨固或護(hù)坡措施,以保證基槽邊坡的施工安全。

[1]黃潤秋.20世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機(jī)制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2003,26(3):433-454.

[2]李守定,李曉,等.大型基巖順層滑坡滑帶形成演化過程與模式[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(12):2473-2480.

[3]張廷柱,黃潤秋.漢源縣城新址蘿卜崗亂石崗滑坡區(qū)穩(wěn)定性專題研究報告[R].2008.

[4]趙尚毅,鄭穎人,鄧衛(wèi)東.用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2003,22(2):254–260.

[5](美國)劉波,韓彥輝.FLAC原理、實例與應(yīng)用指南[M].北京:人民交通出版社,2005.