重慶忠縣吊鐘壩滑坡形成機(jī)制與穩(wěn)定性分析

汪傳智，魏立新

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東廣州 510060）

0 引言

堆積體滑坡是中國(guó)西南常見(jiàn)的不良地質(zhì)體。強(qiáng)震帶的存在，河谷邊坡經(jīng)歷變形破壞，產(chǎn)生強(qiáng)烈的表生改造，導(dǎo)致了大規(guī)?；聦覍野l(fā)生[1],形成了大量崩塌、滑坡堆積體，以規(guī)模大、機(jī)制復(fù)雜著稱(chēng)，在全世界都具有典型性和代表性[2]，其穩(wěn)定常是壩址選擇、工程治理及地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)的重點(diǎn)對(duì)象[3-5]。因此研究該類(lèi)斜坡失穩(wěn)模式、控制因素、變形模式、復(fù)雜環(huán)境下變形及穩(wěn)定性，對(duì)災(zāi)害治理與工程建設(shè)有重大意義[5-8]。

重慶吊鐘壩滑坡是一個(gè)典型的堆積體滑坡，吊鐘壩滑坡群曾于1962年、1982年和1988年暴雨誘發(fā)，產(chǎn)生過(guò)三次滑移變形，且變形區(qū)域逐步擴(kuò)大。尤其是1988年7月的較大范圍滑移變形，致使左、右兩岸滑坡體上43戶居民房屋倒塌、破壞，直接經(jīng)濟(jì)損失約112萬(wàn)元。其中滑坡群中的Ⅱ號(hào)滑坡方量大，變形特征明顯，威脅大，因此本文以Ⅱ號(hào)滑坡為研究對(duì)象，分析其成因與演化機(jī)制，并對(duì)其穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。

1 滑坡的基本特征

1.1 地貌特征

吊鐘壩Ⅱ號(hào)滑坡變形范圍在平面形態(tài)上呈邊緣不規(guī)則彎“舌”狀。地形呈南西高北東低，前緣位于鐘壩河右岸處，高程345.00～406.00 m，后緣位于上芭蕉灣南西側(cè)30.00～80.00m處，高程670.00～690.00 m，高差為345.00 m。前緣沿鐘壩河寬690.00 m，縱向長(zhǎng)度為1 310.00 m，滑坡體面積為0.90 km2。根據(jù)本次勘查，鉆孔揭露前緣一帶滑坡體厚度較大，為0～96.29 m，兩側(cè)和后緣滑體厚度較小，一般為9.40～15.80 m，滑坡體總體積約為1 750×104 m3。圖1為滑坡地貌模型。

圖1 滑坡地貌模型

1.2 巖體結(jié)構(gòu)特征

滑坡體主要由塊、碎石土，卵石組成，但其中分布較多的是軟弱層。它們既有土巖接觸帶上的薄層殘坡積粉質(zhì)黏土（或粉土）及含碎石粉質(zhì)黏土，也有塊碎石土體中的粉質(zhì)黏土（粉土）、含碎石粉質(zhì)黏土夾層。其基本特征如下：

（1）滑坡體中后緣的軟弱層基本上都位于土巖接觸帶，以黏土和粉土為主。

（2）滑坡體中前緣塊石土體中的軟弱層，主要為軟弱夾層，少許土巖接觸帶，以粉質(zhì)黏土為主。

（3）軟弱層中，往往存在破裂面、擦痕等古滑坡痕跡。表明這些軟弱層的形成同古滑坡作用密切相關(guān)。

（4）滑坡體上近期變形較明顯的幾個(gè)變形體往往依托這些軟弱層而相對(duì)獨(dú)立變形。變形體的滑移帶便是這部分軟弱層，它們的物理力學(xué)性質(zhì)控制著變形體的發(fā)展趨勢(shì)。

圖2為滑坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

圖2 滑坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

1.3 滑坡變形破壞特征

調(diào)查表明，堆積體內(nèi)變形破壞跡象以拉裂為主，地表開(kāi)裂跡象主要分布在后緣，在坡體中前緣的地表裂縫由于農(nóng)田灌溉多被掩埋。堆積體上農(nóng)田進(jìn)行過(guò)大規(guī)模整平工程，有些部位在此期間未曾發(fā)生變形，有些部位變形較為明顯。因此，可以通過(guò)農(nóng)田的下錯(cuò)位移來(lái)間接判斷地表的變形速率情況，同時(shí)坡體中的植被變形及局部變形均可為整體變形提供佐證。圖3為滑體上房屋開(kāi)裂。

圖3 滑體上房屋開(kāi)裂

2 滑坡體形成演化機(jī)制分析

2.1 滑坡的形成機(jī)制

分析吊鐘壩滑坡體的形成歷史及演化機(jī)制，必須同鐘壩河的發(fā)育過(guò)程緊密聯(lián)系。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為鐘壩河的發(fā)育提供了原動(dòng)能；所處的特殊構(gòu)造部位（干井背斜核部、次級(jí)構(gòu)造強(qiáng)烈、巖體相對(duì)破碎）及特殊的巖性組合（須家河組與雷口坡組地層巖性軟硬相間）造就了該區(qū)特殊的河谷形態(tài)；同樣提供了廣闊的第四系物質(zhì)賦存空間，并進(jìn)而演化形成了現(xiàn)有的崩塌體空間形態(tài)和變形表象。

（1）河谷深切、岸坡風(fēng)化剝蝕階段

由于本區(qū)第四系以來(lái)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地殼以間歇性上升為主，使河流的侵蝕與側(cè)蝕作用極為強(qiáng)烈且交替進(jìn)行。地殼上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，形成“V”字形河谷，雷口坡組（T2l）以軟質(zhì)巖為主，形成斜坡地貌，須家河組（T3xj）以硬質(zhì)巖為主，易形成陡崖地貌。

（2）河床溶槽、岸坡巖腔形成階段

在鐘壩河對(duì)基巖侵蝕雷口坡組第一段灰?guī)r時(shí)期，鐘壩河下游灰?guī)r靠近干井背斜核部，其張性裂隙發(fā)育，巖溶相對(duì)發(fā)育，在河床底部沿構(gòu)造裂隙側(cè)蝕作用下，形成一個(gè)沿構(gòu)造裂隙展布的溶蝕溝槽或溶蝕坑。斜坡后緣陡崖腳為須家河組的煤系地層，其抗風(fēng)化能力差，與上部厚層砂巖體產(chǎn)生差異風(fēng)化，形成“凹”巖腔，其上部砂巖在重力的長(zhǎng)期作用下，卸荷裂隙張開(kāi)，形成危巖。

（3）巖體崩塌、岸坡剝蝕變緩、陡岸后退階段在長(zhǎng)期重力作用和風(fēng)化作用下，巖體裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大最終發(fā)生崩塌，岸坡后壁后退。由于當(dāng)初陡崖距河谷較近，崩塌物塊體大部分堆積于河谷熔蝕溝槽中，河床有所抬高，第一次崩塌后，岸坡出現(xiàn)了一段相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期，該時(shí)期內(nèi)，岸坡以風(fēng)化剝蝕為主，故在溶蝕溝槽的塊石土覆蓋了一層粉質(zhì)黏土。

（4）滑坡體形成階段

大量的崩塌塊石堆積在斜坡后，崩塌體塊石產(chǎn)生風(fēng)化作用，孔隙中形成了粉土、砂土、黏性土等充填物質(zhì)，為滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。眾所周知，純碎塊石是不易滑動(dòng)的，只有當(dāng)碎塊石中含有一定量的細(xì)粒土?xí)r，它才能起到積水作用，水反過(guò)來(lái)軟化土層，給潛在滑坡提供“潤(rùn)滑劑”。斜坡下伏基巖為雷口坡組泥巖、鈣質(zhì)泥巖、少量泥灰?guī)r為主，表層均極易風(fēng)化。經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)期的物質(zhì)儲(chǔ)備后，在一定因素誘發(fā)下，崩塌堆積物產(chǎn)生向河谷方向及溶蝕溝槽方向大規(guī)?；瑒?dòng)。將原河谷堆塞，河床進(jìn)一步提高。第四系物質(zhì)呈河床厚，后坡薄狀態(tài)，同現(xiàn)狀基本一致，而地形也大致改造同現(xiàn)狀基本一致。

圖4為吊鐘壩滑坡的形成機(jī)制。

圖4 吊鐘壩滑坡的形成機(jī)制

2.2 滑坡的變形機(jī)制分析與破壞模式

由于滑坡區(qū)的匯水面積較大，在暴雨期間，河水流量較大，并且具有水石流特征，對(duì)河床和河岸兩側(cè)沖蝕作用較強(qiáng)。在河水的沖蝕和淘蝕作用下，河床下切，河岸臨空面加大，導(dǎo)致上部崩塌體失穩(wěn)，對(duì)原有河道進(jìn)行堆積，河道改道，形成了現(xiàn)狀鐘壩河谷地貌，近河谷兩岸又形成了新的“V”字形岸坡和河床。在長(zhǎng)期的河水沖蝕和淘蝕作用下，前緣逐漸臨空并產(chǎn)生局部滑移變形。后緣在古滑坡作用后的地形地貌改造中，土層厚薄不均，在暴雨作用下近期一些各自獨(dú)立的變形體，產(chǎn)生蠕滑變形。

滑坡的地下水以水渠滲水及大氣降水為主要補(bǔ)給來(lái)源。由于碎塊石層結(jié)構(gòu)較疏松，具有較好的透水性，下伏巖層透水性差，地下水難以下滲，從而導(dǎo)致堆積體中軟弱層含礫黏土層含水量增大，強(qiáng)度降低。監(jiān)測(cè)資料顯示，該區(qū)地下水位變幅較大，均變幅在5 m左右，動(dòng)水作用較為明顯。后緣及中部部分地段發(fā)生拉裂，為產(chǎn)生更大的孔隙水壓力提供了條件，復(fù)活變形加劇。這種作用交替發(fā)展，誘發(fā)堆積體發(fā)生位移。

另外，物質(zhì)成分差異也是導(dǎo)致其變形不均的主要原因，后部多為碎塊石堆積，堆積較為穩(wěn)定，但其前緣含礫黏土比例相對(duì)增大，加之大水沖刷導(dǎo)致前緣臨空，易于產(chǎn)生牽引式破壞。

滑坡變形破壞分為三個(gè)階段：

（1）第一階段，堆積體前緣坡體首先出現(xiàn)破壞，主要以垮塌為主，前緣的破壞主要為松散堆積體沿基覆界面蠕滑，從堆積體前緣下伏巖層可知，這種蠕滑變形一直持續(xù)；

（2）第二階段，隨著前緣蠕滑變形繼續(xù)，堆積體變形逐漸向坡體中后緣發(fā)展，受坡體厚度及基覆界面形態(tài)影響（中部坡體基覆界面變緩且坡體厚度較大），故堆積體中部坡體出現(xiàn)微弱的拉張裂縫，后緣坡體厚度較小，因而前緣坡體牽引效果更為明顯，堆積體后緣出現(xiàn)明顯拉張裂縫；

（3）第二階段，蠕滑變形加劇，前緣垮塌體被鐘壩河攜帶至下游，前緣坡體繼續(xù)蠕滑，對(duì)后緣的牽引式破壞持續(xù)進(jìn)行。

圖5為滑坡變形破壞演化圖。

總之，影響堆積體變形的因素為堆積體內(nèi)含礫黏土層及高地下水位的軟化作用，其中，人為作用直接改變著堆積體外形特征及降水入滲條件；高強(qiáng)度的降雨及農(nóng)灌地表水下滲，導(dǎo)致堆積體內(nèi)軟弱層飽水使抗剪強(qiáng)度降低。因此，堆積體變形機(jī)制是：受含礫黏土層控制，堆積體在高地下水的長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生蠕滑—拉裂變形，具有典型牽引式破壞特征。

3 滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

極限平衡法是規(guī)范推薦的滑坡穩(wěn)定性分析方法，本文采用GeoSlope進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以M-P法計(jì)算結(jié)果為主。

現(xiàn)根據(jù)試驗(yàn)成果，結(jié)合類(lèi)比資料，獲得堆積體各土層抗剪強(qiáng)度（見(jiàn)表1）。

表1 堆積體各土層抗剪強(qiáng)度參數(shù)建議值

考慮到堆積體滑坡穩(wěn)定性主要影響因素是降雨，因此，本文計(jì)算主要考慮自然工況和暴雨工況。

計(jì)算表明（見(jiàn)表2），堆積體滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

暴雨工況下，表層巖土體由干燥或濕潤(rùn)狀態(tài)變成飽水狀態(tài)，地下水位在坡腳大幅度抬升及波動(dòng)；溝水對(duì)巖土體長(zhǎng)期作用使之產(chǎn)生物理化學(xué)變化等。可能存在小規(guī)模變形破壞，采用軟件自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)塊體分析堆積體的局部穩(wěn)定性。

局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明：坡體物質(zhì)主要為碎塊石土層及卵礫石層，由于卵礫石層透水性好，且緊鄰鐘壩河，排泄路徑好，該區(qū)地下水位在暴雨工況下保持較低水頭。搜索表明，前緣臨空面處并未出現(xiàn)不穩(wěn)定塊體，不穩(wěn)定塊體分布在坡體前部陡緩交界處，呈圓弧滑動(dòng)，底滑動(dòng)面沿地下水位線，最小不穩(wěn)定系數(shù)K=0.961。由于該不穩(wěn)定塊體失穩(wěn)后將進(jìn)入吊鐘河內(nèi)，因而導(dǎo)致失穩(wěn)塊體后側(cè)坡體臨空，產(chǎn)生進(jìn)一步的牽引式破壞。在此基礎(chǔ)上，對(duì)后側(cè)坡體進(jìn)行二次搜索，搜索結(jié)果表明，不穩(wěn)定塊體出現(xiàn)的范圍向后擴(kuò)展，最小穩(wěn)定性系數(shù)K=1.108。結(jié)果表明，在極端情況下，該區(qū)前部坡體出現(xiàn)失穩(wěn)破壞后，在很大程度上會(huì)產(chǎn)生牽引式破壞，最終破壞形式呈梯級(jí)破壞。圖6為局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。

圖6 局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

在深入研究堆積體基本特征等基礎(chǔ)上，針對(duì)堆積體穩(wěn)定性等關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)該堆積體進(jìn)行深入細(xì)致的分析研究，主要取得如下成果。

（1）吊鐘壩滑坡體的形成歷史與鐘壩河的發(fā)育過(guò)程緊密聯(lián)系，特殊的巖性組合造就了該區(qū)特殊的河谷形態(tài)，同樣也提供了廣闊的第四系物質(zhì)賦存空間，并進(jìn)而演化形成了現(xiàn)有的崩塌體空間形態(tài)和變形表象。

（2）堆積體滑坡的變形機(jī)制是：受黏土層的控制，堆積體在地下水的長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生蠕滑—拉裂變形，并具有牽引式破壞的典型特征。

（3）穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，該滑坡整體基本穩(wěn)定性，暴雨工況下，可能存在小規(guī)模的變形破壞。

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