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西藏高海拔河谷滑坡成因及穩(wěn)定性研究

2021-03-25 03:51趙永輝達瓦朗杰曲珍央前洛桑次仁
西藏科技 2021年1期
關(guān)鍵詞:滑坡體前緣斜坡

趙永輝 達瓦 朗杰曲珍 央前 洛桑次仁

(西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,西藏 拉薩 850000)

我國是一個多山多河流國家,造就了獨特的高山河谷地貌,特別是中國西南地區(qū),高山河谷隨處可見,致使斜坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),影響工程建設(shè)和人們的日常生活。因此,關(guān)于西南斜坡地質(zhì)災(zāi)害的研究從未間斷過[1-13]。

截至目前,斜坡地質(zhì)災(zāi)害研究方法較多,主要分定性和定量法。其中,定性法主要依據(jù)地質(zhì)工程師長年累月的工程經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范對斜坡地質(zhì)災(zāi)害做出主觀判斷;定量法的評價則需要借助大量數(shù)學(xué)、力學(xué)等學(xué)科的理論知識,以及巖土體物理力學(xué)實驗等。定性法比定量法簡單,且易于操作。文章基于定性法,通過搜集滑坡體場區(qū)區(qū)域地質(zhì)和現(xiàn)場基本地質(zhì)資料,以期分析西藏格曲右岸斜坡滑坡成因及穩(wěn)定性。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

滑坡體位于雅魯藏布江流域格曲段,場區(qū)內(nèi)以河谷地貌為主,出露地層主要有三疊系上統(tǒng)郎學(xué)組(T3l),侏羅系下統(tǒng)日當(dāng)組(J1r)、中上統(tǒng)(J2-3),白堊系下統(tǒng)加不拉組(K1j),下第三系諾布沙群(Elb),第四系(Q)等?;麦w地處新生代造山地區(qū),構(gòu)造活動強烈,地震活動頻繁,地震以淺源地震為主,震中一般分布于活動構(gòu)造帶上或其附近,具有明顯的成帶性,大量的地震形變帶和大多數(shù)震中都沿著活動構(gòu)造帶分布。雅魯藏布江東西向構(gòu)造和喜馬拉雅弧形構(gòu)造東翼的復(fù)合部位,區(qū)域構(gòu)造較發(fā)育,主要活動性斷裂帶有雅魯藏布江斷裂帶、邛多江斷層、郎杰學(xué)—森木斷層及澤當(dāng)—錯那斷裂組等。邛多江斷層從工程區(qū)南側(cè)約5km 處通過,沿該斷裂帶歷史上發(fā)生過5.0~5.9級地震;郎杰學(xué)—森木斷層展布于工程區(qū)以北約10km~20km,斷裂帶較平直,在工程區(qū)附近沿斷裂帶無歷史強震發(fā)震記錄,活動性相對較弱;雅魯藏布江斷裂帶展布于工程區(qū)以北約60km 處,是本工程的控制性構(gòu)造帶。雅魯藏布江斷裂帶在西端的普蘭、帕龍錯和東端的墨脫地區(qū)活動強烈,距工程區(qū)的距離大于200km;雅魯藏布江斷裂帶中段活動性相對較弱,在工程區(qū)附近該斷裂帶平直,且被三條大致平行的近南北向小規(guī)模斷層所截切錯斷,表明其構(gòu)造活動性較弱。桑日—錯那活動構(gòu)造帶由一系列近南北向斷裂組成,為第四系以來的活動構(gòu)造帶,曾于1915年12月3日在斷裂組與雅魯藏布江斷裂帶交匯附近的藏嘎村發(fā)生過7.0 級地震。查閱《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》,工程區(qū)50年超越概率10%時的地震動峰值加速度為0.20g,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度,為區(qū)域穩(wěn)定較差區(qū)[14-15]。

2 滑坡體基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

滑坡體位于雅魯藏布江二級支流格曲右岸,地勢總體呈南高北低趨勢。根據(jù)地貌成因與形態(tài)將滑坡體近場區(qū)地貌劃分為高山區(qū)、坡沖洪積扇、冰蝕河谷地貌。其中左岸山體雄厚,山頂高程4500m~4800m,相對高差500m~800m,屬剝蝕中高山,山體坡度45O~55O,局部約60O,山頂高出現(xiàn)代河床平水期河水位600m 以上。山體前緣山麓斜坡部位為坡積塊碎石與沖積漫灘,漫灘寬約50m。右岸山體呈南北向延展的條帶狀,山體橫向?qū)挾却笥?.5km,基巖裸露,山體坡度40O~55O,局部約60O,屬剝蝕中高山。山頂高程約4700m,高出現(xiàn)代河床平水期河水位約650m,沖溝不發(fā)育,坡沖洪積物前緣與冰水積階地相接,階地地形完整,階面高程約4070m,寬度80m~100m,高出現(xiàn)代河水位約3m~8m。高山區(qū)分布于兩岸,高程在4100m 以上,右岸山體中下部多為松散堆積層,中上部大多為巖體,部分由坡沖洪積碎石土所覆蓋,植被覆蓋差。

河谷兩岸階地、漫灘發(fā)育,河床穿切于冰水階地之間,冰水階地高出河水面0.5m~15m,河水深0.5m~1.5m,河水受季節(jié)性變化影響較大,枯水期和汛期河水位漲幅0.5m~1m,河道彎曲,漫灘分布廣,一般寬度20m~50m,沉積物為漂卵礫石,高出雅礱河平水期河水位0.5m~1.2m,漫灘地形平坦開闊,地形完整,植被覆蓋良好;現(xiàn)代河床彎曲,呈不規(guī)則的復(fù)合‘S’型,總體流向由南向北,堆積物以沖積成因的漂卵礫石為主,結(jié)構(gòu)松散,級配較差。

2.2 地層巖性

滑坡體近場區(qū)地層主要為三疊系上統(tǒng)郎杰學(xué)組砂質(zhì)板巖(T3l)和第四系(Q)。砂質(zhì)板巖(T3l)主要分布于河谷兩岸基巖山體及河床覆蓋層之下,左壩肩出露高程一般在4072m 以上,右壩肩出露高程一般在4077m 以上。據(jù)現(xiàn)場資料,河床部位基巖埋深30m~102m,35m 以下為新鮮完整基巖;砂質(zhì)板巖呈青灰色,結(jié)構(gòu)致密堅硬,在4075m 以上高程基巖裸露,巖體內(nèi)裂隙較發(fā)育,完整性相對較好。

第四系(Q)類型復(fù)雜,滑坡體不同位置處地層類型有所不同,主要分以下幾類:

(1)全新統(tǒng)滑坡堆積體(Q4del):分布于斜坡中部至前緣處,為塊碎石土層,結(jié)構(gòu)松散,厚度不等。

(2)全新統(tǒng)崩坡積層(Q4col+dl):分布于滑坡體前緣、中部和后緣處,為塊碎石土層,結(jié)構(gòu)松散,厚度不等,一般為3m~6m,最大可達10m。

(3)全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl):位于河谷及滑坡體前緣處,厚度一般3m~15m,分布連續(xù),卵礫石含量約55%,含少量漂石,磨圓較差。砂土含量約45%,以中細砂為主,泥質(zhì)含量較高,約5%~8%,1.5m~2m 松散,其下稍密。

(4)全新統(tǒng)沖積層(Q4al):主要分布于滑坡體前緣,其上覆沖洪積層,為混合土卵礫石,灰白色,結(jié)構(gòu)松散,厚度15m~25m,組成物質(zhì)主要為卵石、礫石和砂土等,含少量的漂石,以中細砂為主,泥質(zhì)含量較少,約3%~5%,結(jié)構(gòu)較松散。

(5)更新統(tǒng)冰水堆積層(Q3fgl):主要分布于滑坡體前緣河谷,下伏于全新統(tǒng)沖積層之下,卵(碎)石含量約30%,礫含量約15%,卵(碎)石粒徑一般4cm~10cm,棱角狀及次棱角狀,表面可見物理作用形成的凹坑、刻痕及裂紋,極不平整。漂石塊徑最大可達200cm,表面鏡面、各種蝕痕明顯,砂土含量約占30%,以中細砂為主,含泥質(zhì)較高,約5%~8%.

(6)更新統(tǒng)冰積層(Q3gl):主要分布于滑坡體前緣河谷,下伏于冰水堆積層之下,結(jié)構(gòu)密實,組成物主要為漂(塊)石,碎石、礫石等,漂(塊)石含量約10%,碎石含量約30%,礫含量約20%,碎石粒徑一般4cm~10cm,棱角狀及次棱角狀,表面可見物理作用形成的凹坑、刻痕及裂紋,極不平整,以中細砂為主,含泥質(zhì)較高,約8%,見圖1。

圖1 斜坡滑坡體全貌圖

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪資料,滑坡體附近未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的斷裂和褶皺構(gòu)造,僅在對岸基巖山體部位發(fā)現(xiàn)兩條小規(guī)模斷層,均為順層斷裂,斷裂帶長20m~30m,寬50m~150cm,具壓性,帶內(nèi)物質(zhì)為片狀巖和少量的斷層泥,擠壓密實,沿斷裂帶未發(fā)現(xiàn)有地下水出露痕跡。此外,右岸基巖山體內(nèi)主要發(fā)育四組裂隙,其中J1為NW344o∠47o,J2為NE85o∠80o,J3為SE147o∠35o,J4為NE75o∠88o,J1和J2裂隙較發(fā)育,間距一般為10cm~30cm,泥質(zhì)填充。

2.4 水文地質(zhì)條件

格曲河流長度約90km,流域面積約900km2,兩岸分布多個村莊,村舍人蓄飲水水源和村舍建筑用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水均取自于格曲。格曲右岸斜坡滑坡體處地下水水位線較深,坡表無長期性流水,也無泉眼出露,整體水文地質(zhì)條件相對簡單。

2.5 物理地質(zhì)現(xiàn)象

滑坡體場區(qū)內(nèi)海拔高、氣候寒冷、風(fēng)化作用強烈,滑坡體邊界處基巖較破碎,巖體完整性較差,強度較低。據(jù)現(xiàn)場測繪和勘探資料,斜坡砂質(zhì)板巖強風(fēng)化水平深度約20m~30m,弱風(fēng)化帶深度約40m~53m,表層強卸荷帶深度約8m~12m,弱卸荷帶較深厚。

3 滑坡體成因及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡體發(fā)育特征分析

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,斜坡變形以拉張、剪切裂縫為主,主要分布于滑坡體中部、下游側(cè)和后緣,不同位置處發(fā)育規(guī)模不一。其中滑坡體中部發(fā)育一條長約15m,寬度約0.3m~1m 的拉張裂縫,兩側(cè)塊碎石土較密實,由滑坡體中部貫通至前緣坡腳處,裂縫局部填充塊碎石土,裂縫兩側(cè)壁和底部殘留數(shù)條近平行于縱坡向的雨水流痕,見圖2(a);滑坡體下游邊界處順基巖與覆蓋層界面發(fā)育小型沖溝,以剪切-滑移破壞為主,基巖表面殘留數(shù)條近平行的滑痕,且于近垂直滑痕方向發(fā)育多組拉張裂縫,呈張開狀,約1cm~2cm,無填充,較干燥,具有一定程度的固結(jié),整個拉張裂縫的變形表現(xiàn)出明顯累進性破壞的特點,見圖2(b);滑坡體后緣發(fā)育拉張裂縫,寬度約2m~3m,呈圈椅狀,兩側(cè)松散巖土體垮塌下陷,致使裂縫局部已填充,填充物與滑坡體物質(zhì)組成基本一致,為崩坡積塊碎石土,較干燥,呈散體狀,見圖2(c)。綜上所述,滑坡體中部和后緣以拉張破壞為主,下游邊界處則為剪切-滑移破壞。

圖2 滑坡體發(fā)育特征圖

3.2 滑坡體成因分析

一般認為,斜坡發(fā)育滑坡體的影響因素較多,通過簡單歸納,主要有以下幾點:

3.2.1 地層巖性。斜坡基巖巖性為三疊系上統(tǒng)郎杰學(xué)組砂質(zhì)板巖(T3l),地處高寒高海拔地區(qū),長期受風(fēng)化、凍融作用,多呈中等風(fēng)化——強風(fēng)化,屬于較軟巖[16]。其在自身重力作用下,易形成斜坡崩坡積體,而結(jié)構(gòu)松散的崩坡積體又為斜坡滑坡體的發(fā)育提供了充足的滑源。

3.2.2 地質(zhì)構(gòu)造。巖質(zhì)斜坡坡度和坡向ns 為SE135o∠50o~60o,其所在巖質(zhì)斜坡內(nèi)部共計發(fā)育4 組結(jié)構(gòu)面,其中結(jié)構(gòu)面J1和J2為優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面。經(jīng)斜坡內(nèi)結(jié)構(gòu)面極射持平投影分析,斜坡結(jié)構(gòu)面J1、J2和J4與ns所構(gòu)成的組合無貫通的變形破壞面,屬于穩(wěn)定性組合;斜坡結(jié)構(gòu)面J3與ns傾向基本一致,且?guī)r質(zhì)斜坡坡度大于結(jié)構(gòu)面J3傾角,說明結(jié)構(gòu)面J3在斜坡坡頂和坡腳有露頭,即結(jié)構(gòu)面J3在斜坡上存在貫通的破壞面,屬于不穩(wěn)定性組合,易于斜坡上形成松散崩坡積體,其同樣為滑坡的孕育和產(chǎn)生提供了物源,見圖3。

圖3 巖質(zhì)斜坡極射持平投影

3.2.3 水文地質(zhì)及降雨。據(jù)斜坡滑坡體現(xiàn)場調(diào)查,其前緣至后緣處均無泉眼出露跡象,加之滑坡體內(nèi)部地下水位線相對較低,整體滑坡體較干燥,無地下水浸潤跡象,說明地下水對斜坡變形影像較小。此外,滑坡體前緣遠離格曲河道,兩者相距約150m,不存在河流對右岸斜坡堆積體前緣淘蝕的可能,見圖4。綜上所述,滑坡體場區(qū)地下水對斜坡堆積體的變形破壞影響較小。

圖4 滑坡體與格曲位置圖

調(diào)查滑坡體坡表變形裂縫發(fā)現(xiàn),裂縫兩側(cè)及底部殘留水流沖刷跡象,部分較大裂縫均由水流沖刷所致,加之滑坡體上無泉眼出露。綜合判斷認為,強降雨是斜坡堆積體產(chǎn)生變形裂縫的主要誘發(fā)因素。特別是,2018 年西藏自治區(qū)降雨量普遍偏多,致使該滑坡體原生裂縫周邊發(fā)育多級次生變形裂縫。

3.2.4 地震。據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景,滑坡體受遠場區(qū)中等強度和近場區(qū)強震影響,歷史地震對場區(qū)最大影響烈度為Ⅶ度,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差,地震對斜坡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性不利,利于巖質(zhì)斜坡處發(fā)育崩坡積體。但是,斜坡滑坡體形成于近期,且同期斜坡滑坡體場區(qū)附近未發(fā)生較大地震活動。因此,斜坡滑坡體的形成與地震活動無關(guān)。

3.2.5 人類工程活動?;麦w前緣分布一條寬約5m~8m 的鄉(xiāng)村道路,然道路距離滑坡體約90m,且道路施工處地形平坦開闊,無需大規(guī)模施工開挖工作,因此,可排除道路施工開挖擾動對斜坡堆積體穩(wěn)定性的影響。

3.3 滑坡遙感影像解譯

斜坡堆積體穩(wěn)定性定性評價主要依據(jù)滑坡區(qū)歷史遙感影像解譯、現(xiàn)場變形跡象調(diào)查和分析。

據(jù)歷史遙感影像,從2005年3月14日至2012年3月23 日,滑坡區(qū)變形裂縫維持現(xiàn)狀,并未出現(xiàn)大規(guī)模延伸、擴展跡象,同時,滑坡宏觀整體地形地貌也為產(chǎn)生較大變化,由此可知,滑坡整體基本穩(wěn)定,見圖5。

圖5 滑坡歷史遙感影像(Google Earth)

據(jù)現(xiàn)場資料,滑坡體破表局部殘留多級變形裂縫,沖溝和裂縫兩側(cè)巖土體上延伸發(fā)育多級新鮮微裂縫,且存在順裂縫底部剪切-滑移填充沖溝的趨勢,由此可知,滑坡局部存在變形跡象,局部穩(wěn)定性較差。

綜上判斷,自然狀態(tài)下,滑坡體目前存在小規(guī)模局部變形的可能,整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),同時,滑坡體場區(qū)內(nèi)強降雨或地震有加劇滑坡體上裂縫變形規(guī)模的可能。

4 結(jié)論及建議

文章基于西藏高海河谷區(qū)斜坡滑坡體區(qū)域地質(zhì)背景、基本地質(zhì)條件、變形破壞特征和歷史遙感影像解譯,分析了格曲右岸斜坡滑坡體成因及穩(wěn)定性,得到如下結(jié)論及建議:

格曲右岸巖質(zhì)斜坡地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和區(qū)域地震有利于斜坡形成崩坡積體,斜坡崩坡積體是進一步發(fā)育斜坡滑坡體的物源。強降雨是格曲右岸斜坡崩坡積體上發(fā)育滑坡體的主要誘發(fā)因素,地下水和人類工程活動對滑坡體的發(fā)育影響不大。

斜坡滑坡體中部和后緣以拉張破壞為主,下游邊界處則為剪切-滑移破壞。格曲右岸斜坡滑坡體所在場區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性較差,自然工況下,除小規(guī)模局部變形外,滑坡體整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài);強降雨工況或者地震工況下,滑坡體上裂縫變形規(guī)模存在加劇的可能。

鑒于該滑坡體上已發(fā)育多條變形裂縫的事實,為確保穩(wěn)定性評價結(jié)果更為合理,建議在文章定性評價的基礎(chǔ)上,采用剛體極限平衡法、有限元法等方法展開適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性計算工作。

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