丹江口市庫(kù)區(qū)移民集中安置點(diǎn)高切坡變形破壞模式研究

蘇 昌，肖宇煌，曾 洋

(1．湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北荊州 434000;2．湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北武漢 430034)

南水北調(diào)中線工程的水源區(qū)工程丹江口水庫(kù)大壩加高和蓄水后，根據(jù)南水北調(diào)辦公室確定的工程建設(shè)目標(biāo)，2011年完成丹江口市庫(kù)區(qū)內(nèi)安移民10．5萬(wàn)人，其中集中安置7 859戶32 206人，集中安置點(diǎn)共計(jì)165處。移民安置多為就地后靠，移民集中安置過(guò)程中切坡建房形成大量高切坡。

2012年12月起，通過(guò)開(kāi)展丹江口市地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查［1］，對(duì)區(qū)內(nèi)高切坡進(jìn)行了調(diào)查，截至2014年3月，丹江口市內(nèi)移民集中安置點(diǎn)中存在高切坡的有70處。在移民安置點(diǎn)建設(shè)過(guò)程中，由于時(shí)間緊、任務(wù)重，不能采取及時(shí)有效的防護(hù)措施;加之丹江口水庫(kù)庫(kù)岸地形地質(zhì)條件較復(fù)雜，在極端不利條件作用下，導(dǎo)致多處高切坡曾出現(xiàn)不同程度地變形破壞，存在較大地質(zhì)災(zāi)害安全隱患。

丹江口市地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作結(jié)束時(shí)，雖大多數(shù)高切坡正在進(jìn)行或已基本完成工程治理，但進(jìn)行丹江口市高切坡地質(zhì)條件與變形破壞方式分析研究，總結(jié)高切坡變形破壞機(jī)制仍然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義;對(duì)于地形條件為“九山一水一分田”的丹江口市來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中仍將不可避免地會(huì)形成各種高切坡，本文總結(jié)的四種典型變形破壞模式和典型案例分析，對(duì)于高切坡的防治具有借鑒意義。

1 地形地質(zhì)條件概述

丹江口市全境地處武當(dāng)山隆起與大橫山余脈之間，為構(gòu)造剝蝕侵蝕中低山、低山丘陵地貌區(qū)，漢江干流切割深，一般100～300 m;構(gòu)造上位于秦嶺地槽南緣與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的結(jié)合部位，經(jīng)歷多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，分布有片巖、軟弱互層結(jié)構(gòu)的砂泥巖以及膨脹土等易滑地層;其所在的鄂西北地區(qū)是中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)之一。

2 高切坡類型及分布

丹江口市庫(kù)區(qū)移民安置點(diǎn)高切坡共70處［2］，其中巖質(zhì)高切坡最為發(fā)育，共46處，巖土質(zhì)高切坡18處，土質(zhì)高切坡6處。分布在11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(見(jiàn)圖1)。以六里坪鎮(zhèn)、均縣鎮(zhèn)分布最多，高切坡分別為19處和18處;龍山鎮(zhèn)和涼水河鎮(zhèn)分布次之，高切坡分別為8處和6處，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)零星分布。這些高切坡分布高程171～302 m，通常為兩級(jí)切坡，最多五級(jí)切坡。最大坡高62 m，坡度 35°～82°，坡比多在 1∶0．75 ～1∶0．25 之間。除習(xí)家店、涼水河、丹江口市城區(qū)一帶有白堊系、下第三系砂礫巖地層外，其他高切坡主要位于元古界武當(dāng)群變質(zhì)巖地層區(qū)。

3 高切坡變形破壞模式

3．1 土體滑移型高切坡變形破壞模式

區(qū)內(nèi)6處土質(zhì)高切坡變形破壞模式基本上可以分為兩類:一類是沿土體內(nèi)圓弧滑面變形破壞;一類是沿土巖接觸面滑移破壞。

3．1．1 沿土體內(nèi)圓弧滑面變形破壞

圖1 丹江口市高切坡分布示意圖Fig．1 Schematic diagram of distribution of high cutting slope in Danjiangkou city

當(dāng)?shù)谒南邓缮⒍逊e物厚度較大時(shí)，移民安置點(diǎn)建設(shè)時(shí)在坡底開(kāi)挖形成高切坡，使得土質(zhì)邊坡抗滑力減小或消失，高切坡坡體在暴雨或久雨作用下，地表水入滲坡體，導(dǎo)致土體內(nèi)抗剪強(qiáng)度降低，土體中的地下水在滲出的過(guò)程中，下滲潛水滲透運(yùn)移產(chǎn)生沖蝕、潛蝕作用，將土體中部分粉粒、細(xì)小顆粒向臨空方向攜帶，逐漸在坡體內(nèi)部形成完整滑動(dòng)面，坡體上即出現(xiàn)局部滑移或拉張裂縫，當(dāng)下滑力大于抗滑阻力時(shí)，則坡體產(chǎn)生整體滑移，典型實(shí)例為習(xí)家店鎮(zhèn)后洼安置點(diǎn)高切坡滑坡［3］(見(jiàn)圖 2)。

圖2 后洼安置點(diǎn)高切坡滑坡剖面示意圖Fig．2 Profile schematic diagram of high cutting slope in resettlement

該高切坡坡腳切坡長(zhǎng)50 m，坡高12 m，設(shè)計(jì)坡度45°，二級(jí)放坡。2011年5月25日10:50，該高切坡發(fā)生滑坡，滑體主滑方向15°，縱向長(zhǎng)80 m，橫向?qū)?0 m，均厚10 m，滑坡面積4 000 m2，滑坡規(guī)模40 000 m3?；逻吔缜逦?，后緣滑壁高3～5 m，壁面光滑，滑痕清晰。自滑坡后緣到前緣，形成了多級(jí)臺(tái)階跌坎及平行式拉裂縫;公路擋土墻及排水溝開(kāi)裂;前緣鼓脹;兩側(cè)展布有弧形跌坎。

該土質(zhì)高切坡坡體為粘土、粉質(zhì)粘土夾少量碎石，源于白堊系—下第三系砂泥巖地層。切坡后形成高陡臨空面;加上區(qū)內(nèi)年初長(zhǎng)期干旱，逢初次降雨(降雨量17．1 mm)入滲，導(dǎo)致土體飽水，前緣滑體處于軟塑—流塑狀態(tài)，在中后部S337省道過(guò)往車輛加載等因素疊加作用下，最終產(chǎn)生圓弧形滑動(dòng)。整體上表現(xiàn)為牽引式為主的剪切破壞模式?；聠?dòng)至初步穩(wěn)定時(shí)間約80 min，平均滑速為 0．075 m/s。

3．1．2 沿土巖接觸面滑移破壞

當(dāng)土質(zhì)高切坡下部基座為基巖時(shí)，坡體上第四系松散堆積物在暴雨或久雨情況下，地表水入滲坡體，土體中的地下水即沿土巖接觸面向臨空方向滲出。下滲潛水在沿土巖界面向臨空方向滲透運(yùn)移產(chǎn)生沖蝕、潛蝕作用，長(zhǎng)期周而復(fù)始的進(jìn)行，沿土巖界面逐步形成了不完整的滑動(dòng)軟弱帶，隨著滑動(dòng)軟弱帶的逐步形成，其相對(duì)隔水作用逐漸增強(qiáng)，坡體上的飽水土體即向臨空方向產(chǎn)生蠕動(dòng)變形。此時(shí)，地下水在產(chǎn)生沖蝕、潛蝕的同時(shí)，將土體中部分粉粒、細(xì)小顆粒向臨空方向攜帶，逐漸將軟弱帶連通并形成完整滑帶，坡體上即出現(xiàn)局部滑移或細(xì)小的拉張裂縫并形成滑坡。當(dāng)降雨量或降雨強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，土體中含水量達(dá)到飽和時(shí)，土體受到地下水的動(dòng)、靜水壓力作用，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低，土體下滑力增加。當(dāng)下滑力大于抗滑阻力時(shí)，上部土體則沿著土巖界面整體或局部滑移。

圖3 蝎子凸高切坡沿土巖接觸面滑移示意圖Fig．3 Schematic diagram of interface sliding of high cutting slope

如牛河林區(qū)李家山村蝎子凸土質(zhì)高切坡(見(jiàn)圖3)，切坡高9 m、坡度78°，坡腳為總長(zhǎng)62 m的三級(jí)平臺(tái)。據(jù)該移民安置點(diǎn)場(chǎng)地勘察報(bào)告，揭露第四系殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎石層厚1～9 m。曾于2011年汛期(場(chǎng)地工程建設(shè)過(guò)程中)發(fā)生局部滑塌。其破壞模式正是坡體上的松散土體在暴雨或久雨作用下，沿土巖界面產(chǎn)生局部滑移。

3．2 順層滑移型高切坡變形破壞模式

區(qū)內(nèi)緩傾—中傾類順向高切坡多以層理或片理等軟弱結(jié)構(gòu)面為主滑控制面。由于區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖經(jīng)歷多期次構(gòu)造作用，層間或片理間結(jié)合力通常較弱，在巖體自重、降水及坡腳切坡等因素綜合作用下，其變形破壞通常是以層面、片理或追蹤外傾長(zhǎng)大貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移—拉裂破壞為主［4］。

順層的片理或?qū)永硎瞧渲械能浫踅Y(jié)構(gòu)面，特別是由于工程活動(dòng)切坡后，順片理等軟弱結(jié)構(gòu)面于高切坡坡面出露時(shí)，即構(gòu)成潛在滑動(dòng)面，以蠕滑(滑移)—拉裂變形破壞為主，易沿順傾控滑結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑坡。當(dāng)邊坡前緣受工程活動(dòng)使?jié)撛诨泼姹磺心_，可引起坡體以不同方式沿滑移面向下整體滑移，前緣臨空的坡體可能沿滑移面發(fā)生間歇性的緩慢滑移，穩(wěn)定性隨季節(jié)而變?；仆ǔ呐R空面附近啟動(dòng)，逐漸向后緣擴(kuò)展，坡體隨滑移導(dǎo)致拉裂解體—滑移。在不利因素綜合作用下，緩傾高切坡還可能出現(xiàn)順層高速滑坡。

牛河林區(qū)蓮花寺村水田溝高切坡(NH-BP04)，分布高程179～235 m，坡長(zhǎng)240 m，坡高30 m，坡向50°，坡度35°～50°。出露地層為元古界武當(dāng)山群變沉積巖組(Pt2wc)，巖性為軟弱的強(qiáng)風(fēng)化絹云石英片巖，巖體完整性較差。巖層產(chǎn)狀25°∠26°，為一中傾順向結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)高切坡(圖4)。未切坡前，斜坡坡度小于巖層傾角，自然斜坡穩(wěn)定性較好;切坡后形成高陡臨空面，斜坡巖體內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力重分布與應(yīng)力集中，坡腳出現(xiàn)剪應(yīng)力集中，由于坡腳部位出露的絹云石英片巖巖性軟弱，巖體力學(xué)強(qiáng)度低、抗風(fēng)化能力弱、抗剪能力低;坡肩部位出現(xiàn)張應(yīng)力集中，并形成拉張裂縫，在自重、降水侵蝕、差異風(fēng)化等因素作用下，下部軟巖順層理向臨空面擠出，高切坡坡肩部位產(chǎn)生拉裂縫，各裂縫在內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力作用下逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致巖體沿層理面向下滑移。

圖4 順層滑移型高切坡變形破壞模式圖Fig．4 Mode chart of deformation failure of consequent layer sliding-type high cutting slope

3．3 切層滑移型高切坡變形破壞模式

斜向坡、逆向坡和水平層狀斜坡中的高切坡以切層滑移為主，滑移面主要為外傾結(jié)構(gòu)面。多發(fā)育在陡立巖體中，而滑移破壞多出現(xiàn)于緩傾的碎裂結(jié)構(gòu)軟弱巖質(zhì)逆向高切坡中，除非發(fā)育反傾向貫通性的長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、裂隙)外，一般難以出現(xiàn)大規(guī)?；?。因此，對(duì)于丹江口市移民內(nèi)安工程形成的逆向巖質(zhì)高切坡(均為陡傾)，其穩(wěn)定狀態(tài)取決于巖體的總體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面組合特征。

外傾結(jié)構(gòu)面作為滑移面的典型高切坡為均縣鎮(zhèn)蔡方溝村羅家堡高切坡(圖5)，分布高程180～203 m，坡長(zhǎng)35 m，坡高23 m，坡向225°，坡度45°～70°。巖體為軟弱的強(qiáng)風(fēng)化絹云石英片巖，巖層產(chǎn)狀55°∠66°，為一陡傾逆向結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)高切坡。巖體主要發(fā)育兩組節(jié)理，一組180°∠68°、一組 168°∠47°，延長(zhǎng)約 2 m，密度2～5條/m，隙面平直，微張、半充填。人工切坡后形成高陡臨空面，陡傾巖體在自重彎矩作用下向臨空方向作懸臂梁彎曲，彎曲錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生拉裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展，在該高切坡頂出現(xiàn)拉裂縫;節(jié)理發(fā)育的巖體呈塊體傾倒或彎曲傾倒變形，在長(zhǎng)期內(nèi)外地質(zhì)營(yíng)力作用下，各節(jié)理裂隙逐步貫通，構(gòu)成破壞面，在自重、暴雨等不利因素下出現(xiàn)局部破壞變形，從而產(chǎn)生崩滑破壞。

圖5 沿外傾結(jié)構(gòu)面滑移的高切坡變形破壞模式圖Fig．5 Mode chart of deformation failure of high cutting slope along sliding exteraversion structure plane

3．4 塊狀崩滑型高切坡變形破壞模式

由于高切坡中結(jié)構(gòu)面發(fā)育，且與層面相互切割，致使巖體常呈碎裂結(jié)構(gòu)，形成分離塊體，穩(wěn)定性較差。層理面走向與坡面走向的夾角越小、傾角越大時(shí)，其對(duì)高切坡的穩(wěn)定性影響越大，哪組結(jié)構(gòu)面的貫通率越大，抗滑力就越小，就較易沿其破壞，此種高切坡通常是沿幾組結(jié)構(gòu)面的組合產(chǎn)生塊狀崩滑型破壞。

如丁家營(yíng)銅架山村小溝高切坡(圖6)，層面與各組外傾結(jié)構(gòu)組合構(gòu)成楔形體，并沿外傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移式崩塌破壞，牽引上部巖體向臨空方向卸荷，逐步向斜坡上部擴(kuò)展變形。

圖6 塊狀崩滑型高切坡變形破壞模式圖Fig．6 Mode chart of deformation failure of massive high cutting slope

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展丹江口庫(kù)區(qū)移民安置高切坡調(diào)查，從斜坡結(jié)構(gòu)、控滑因素等方面，歸納總結(jié)出區(qū)內(nèi)不同類型高切坡變形破壞模式，為工作區(qū)高切坡防治工作提供了重要地質(zhì)依據(jù)。

［1］ 蘇昌，肖宇煌，曾洋，等．丹江口市地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2014．

［2］ 肖宇煌，周艷松，湯偉，等．丹江口市庫(kù)區(qū)移民安置點(diǎn)工程邊坡調(diào)查與防治規(guī)劃［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2011．

［3］ 蘇昌，湯偉．丹江口市后洼滑坡應(yīng)急調(diào)查報(bào)告［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2011．

［4］ 彭正華，蘇昌，江亞鳴，等．三峽庫(kù)區(qū)層狀巖體高切坡的工程防護(hù)研究［J］．土工基礎(chǔ)，2011，25(2):3-7．