古彥超,崔亞昆
(1.長(zhǎng)安大學(xué)工路學(xué)院,西安710064;2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,成都610059)
許卡滑坡的影響因素及其穩(wěn)定性分析
古彥超1,崔亞昆2
(1.長(zhǎng)安大學(xué)工路學(xué)院,西安710064;2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,成都610059)
滑坡作為一種常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害,會(huì)給人們的生活和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)很大的危害。結(jié)合地質(zhì)勘察資料及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果,分析及總結(jié)影響滑坡穩(wěn)定的因素,并通過(guò)鉆孔和探槽等勘探手段確定深部滑動(dòng)面位置,對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,了解目前滑坡體的穩(wěn)定狀態(tài)。針對(duì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡體,提出滑坡危害的防治措施,旨在為滑坡的防治以及類(lèi)似工程中滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供理論指導(dǎo)。
滑坡;穩(wěn)定性分析;防治措施
滑坡是斜坡的巖土沿著某一破壞面(或軟弱面)整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象,是一種常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象,常會(huì)給經(jīng)濟(jì)和生活帶來(lái)巨大的危害[1-3]。很多滑坡現(xiàn)象是由人為因素造成的,與人類(lèi)的工程活動(dòng)息息相關(guān)?;录扔凶匀粚傩?,又有社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境等屬性。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的不斷加快,滑坡及其危害問(wèn)題日益突出[4-5]。甘洛縣南接美姑、越西,西與石棉為鄰,北與漢源相望,有涼山北大門(mén)之稱(chēng),許卡滑坡一旦滑坡發(fā)生,將威脅到當(dāng)?shù)囟嗳松?cái)產(chǎn)安全,以及部分耕地和林地?fù)p失,潛在經(jīng)濟(jì)損失在360萬(wàn)元以上。因此,對(duì)許卡滑坡的影響因素及穩(wěn)定性進(jìn)行分析具有重要的意義。
勝利鄉(xiāng)麥地村星光組許卡滑坡位于四川省涼山彝族自治州甘洛縣,地理位置:東經(jīng)102°43′15.4″,北緯29° 02′45.73″。該滑坡兩側(cè)以剪切裂縫為界,后緣以長(zhǎng)大拉陷錯(cuò)落位置為界,前緣為通村公路上方與居民區(qū)相交陡坎處。滑坡寬約140 m,長(zhǎng)約130 m,平均厚約5.5 m,總體積約8.16萬(wàn)m3。許卡滑坡處于中-低山地貌區(qū),根據(jù)勘查區(qū)所在的位置判斷,該滑坡位于一個(gè)斜坡體上,斜坡體東北高西南低,自東北向西南傾斜特征,地形坡度15°-22°,后側(cè)較陡,斜坡體后緣和中下部有多處、不連續(xù)的基巖出露。斜坡坡向190°-210°,巖層產(chǎn)狀300°∠5°。由于滑坡新近有明顯變形破壞,邊界清晰明確。居民區(qū)主要集中在滑體的下部,中后部斜坡主要用于農(nóng)業(yè)耕地,另外,有一條碎石鄉(xiāng)村公路由滑坡前緣外側(cè)穿過(guò)。
許卡滑坡現(xiàn)階段變形主要表現(xiàn)在中上部多處陷落裂縫、錯(cuò)臺(tái)和兩側(cè)剪切裂縫、開(kāi)挖陡坎處微張變形以及中下部居民區(qū)房屋、地面開(kāi)裂。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析,影響災(zāi)害體穩(wěn)定的因素主要有5個(gè)方面:
(1)坡體結(jié)構(gòu):斜坡地表物質(zhì)較松散,使得雨水、地表水易于大量入滲,增加坡體自重,并破壞土體結(jié)構(gòu)。而下部泥巖及砂巖隔水效果較好,能形成相對(duì)隔水層,加之表層巖體相當(dāng)破碎,巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育,易在基覆面附近形成軟弱面。
(2)地形地貌:滑坡所處斜坡高度約50 m,平均寬度近70 m,長(zhǎng)度接近于65 m,平均坡度15°-22°,后部斜坡坡度可達(dá)25°以上,這種地形較陡、匯水面廣的斜坡地形地貌條件,加劇斜坡不穩(wěn)定性,可導(dǎo)致滑坡的形成。
(3)水的因素:降雨是影響坡體穩(wěn)定的自然因素中最經(jīng)常發(fā)生和最活躍的因素,是滑坡的重要觸發(fā)因素。地表水的影響主要除降雨匯集的地表水外,還包括滑坡體上居民農(nóng)耕灌溉用水。一方面由于坡體表面排水不暢,造成局部低洼地帶形成積水,直接浸泡表層土層,使得土體自重增加,增大下滑力;另一方面由于表層土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,孔隙度大,雨水入滲充滿裂隙或空隙時(shí),形成靜水壓力;當(dāng)出現(xiàn)水頭差時(shí),形成動(dòng)水壓力,由于水的作用,急劇改變巖土體的受力情況;再者,由于雨水滲入,弱化巖體,泥化軟化滑帶導(dǎo)致粘著力降低。這些都造成滑面的抗剪強(qiáng)度降低,甚至完全喪失抗剪能力,導(dǎo)致坡體失穩(wěn),從而形成滑坡。
(4)地震因素:地震是導(dǎo)致滑坡生成的重要因素。在2008年“5·12”汶川地震和2013年“4·20”蘆山地震中,甘洛縣也產(chǎn)生強(qiáng)烈震感,該滑坡在地震中坡體發(fā)生劇烈晃動(dòng),造成后緣裂縫增大,中后部局部出現(xiàn)垮塌、錯(cuò)臺(tái),房屋裂縫擴(kuò)增。
(5)人類(lèi)工程活動(dòng):在勘查區(qū)范圍內(nèi)及附近,人類(lèi)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)包括開(kāi)挖建房、農(nóng)田耕作。開(kāi)挖建房多位于公路上側(cè)滑坡體上,對(duì)滑坡體前緣卸荷效益明顯,促使臨空面附近土體受壓膨脹變形,在開(kāi)挖線附近形成次級(jí)滑面。并且農(nóng)田耕作位于滑坡中部位置,使得土地臺(tái)階化,促進(jìn)了地表水的入滲。人類(lèi)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響與改變較強(qiáng),是構(gòu)成影響該滑坡穩(wěn)定性的重要條件。
綜合分析許卡滑坡形成的各種影響因素,其中地層巖性、地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造組成是其內(nèi)在影響因素,而強(qiáng)降雨(連續(xù)降雨)、開(kāi)挖加載是造成該坡體破壞的主要因素。從變形破壞機(jī)制看,在降雨情況下,雨水匯集,造成堆土段自重增加,在水壓力作用影響下,土體下滑力迅速增大,坡體出現(xiàn)變形跡象,導(dǎo)致坡體失穩(wěn),從而形成滑坡。滑坡整體表現(xiàn)為坡體在雨水、開(kāi)挖等加載作用下,擠壓下部產(chǎn)生變形,總體呈現(xiàn)后側(cè)強(qiáng)烈,前側(cè)逐緩的推移式破壞特征。
3.1 綜合分析
綜合勘查現(xiàn)場(chǎng)特征,許卡滑坡坡體結(jié)構(gòu)為小型土質(zhì)推移式滑坡,滑坡主滑段為沿著基覆界面滑動(dòng),通過(guò)勘察資料對(duì)滑坡形成機(jī)制進(jìn)行分析,并通過(guò)鉆孔和探槽等勘探工作對(duì)深部滑動(dòng)面位置進(jìn)行確定后,對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算主要包括以下三個(gè)部分:
(1)對(duì)許卡滑坡覆蓋層整體滑動(dòng)的可能性、規(guī)模及穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算(按勘探剖面1-1′、2-2′、3-3′進(jìn)行計(jì)算)。
(2)針對(duì)居民區(qū)后部坡度較陡、多處錯(cuò)臺(tái)垮塌,對(duì)勘探剖面1-1′、2-2′、3-3′的次級(jí)滑動(dòng)面的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算(次級(jí)滑面后緣為錯(cuò)臺(tái)裂縫,房屋后部開(kāi)挖陡坎處作為剪出口,進(jìn)行自動(dòng)搜索最不穩(wěn)定潛在滑面,進(jìn)行滑坡中后部穩(wěn)定性計(jì)算)。
(3)針對(duì)滑坡左側(cè)中上部土體蠕滑,造成房屋墻體下沉變形和水泥地面開(kāi)裂,對(duì)該處房屋次級(jí)滑坡進(jìn)行自動(dòng)搜索最不穩(wěn)定潛在滑面,進(jìn)行局部穩(wěn)定性計(jì)算,計(jì)算剖面為6-6′剖面。
3.2 計(jì)算模型與工況
3.2.1計(jì)算模型的選取
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)測(cè)繪結(jié)果以及鉆探剖面揭示,計(jì)算模型主要選取許卡滑坡1-1′剖面、2-2′剖面、3-3′剖面及6-6′剖面(圖1-圖4)進(jìn)行。本次穩(wěn)定性計(jì)算主要以驗(yàn)算滑坡整體穩(wěn)定性為主,其中,(為滑體,土的成分主要為粉質(zhì)粘土夾碎石;(為滑帶;(為基巖,主要是成分為砂巖。
圖1 1-1′剖面整體與上部次級(jí)滑坡計(jì)算模型圖
圖2 2-2′剖面整體與上部次級(jí)滑坡計(jì)算模型圖
圖3 3-3′剖面整體與上部次級(jí)滑坡計(jì)算模型圖
圖4 6-6′剖面次級(jí)滑坡計(jì)算模型圖
3.2.2安全等級(jí)確定及設(shè)計(jì)安全系數(shù)
根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,許卡滑坡防治工程等級(jí)為Ⅲ級(jí),暴雨強(qiáng)度重現(xiàn)期按50年設(shè)計(jì),地震工況校核。相應(yīng)設(shè)計(jì)荷載組合見(jiàn)表1。地震基本烈度調(diào)整為Ⅶ度。
表1防治工程設(shè)計(jì)荷載組合及設(shè)計(jì)安全系數(shù)
3.3 計(jì)算方法與參數(shù)選取
3.3.1計(jì)算公式選取
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)測(cè)繪結(jié)果以及鉆探剖面揭示,許卡滑坡后緣出現(xiàn)了較明顯的下錯(cuò),前緣出現(xiàn)明顯的臌脹和墻體裂縫,其前緣剪出口位于居民房前,滑面形狀為折線形,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)判斷,本次穩(wěn)定性計(jì)算分析主要以此為依據(jù)進(jìn)行(圖5),計(jì)算目的主要驗(yàn)證現(xiàn)狀滑坡整體的穩(wěn)定性。計(jì)算采用理正軟件進(jìn)行計(jì)算。
圖5折線型法計(jì)算圖
折線型滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算:
式中:
Fs—滑坡穩(wěn)定性系數(shù);ψi—傳遞系數(shù);
Ri—第i計(jì)算條塊滑體抗滑力(kN/m);
Ti—第i計(jì)算條塊滑體下滑力(kN/m);
Ni—第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的反力
(kN/m);
Ci—第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)
值(kPa);
φi—第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°);
li—第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度(m);
θi-第i計(jì)算條塊底面傾角(°);
αi—第i計(jì)算條塊地下水流線平均傾角,取浸潤(rùn)線
與滑面傾角平均值(o);
Wi—第i計(jì)算條塊自重與建筑等地面荷載之和
(kN/m);
PWi—第i計(jì)算條塊單位寬度的滲透壓力,作用方向
傾角為αi(kN/m);
Viu—第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以上
體積(m3/m);
Vid—第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以下
體積(m3/m);
γ′—巖土體的浮容重(kN/m3);
γsat—巖土體的飽和容重(kN/m3);
Fi—第i計(jì)算條塊所受地面荷載(kN);
Qi—第i計(jì)算條塊所受地震力(kN/m)。
3.3.2計(jì)算參數(shù)選取
(1)重度選擇
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)資料結(jié)果,確定滑坡穩(wěn)定性和滑坡推力計(jì)算中所采用的重度值為:土體的天然重度γ=19.50 kN/m3(現(xiàn)場(chǎng)大重度試驗(yàn))土體的飽和重度γw=20.10 kN/m3(室內(nèi)土工試驗(yàn))砂巖的天然重度γ=22.30 kN/m3(室內(nèi)巖石試驗(yàn))砂巖體的飽和重度γw=24.20 kN/m3(室內(nèi)巖石試驗(yàn))(2)土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)(c、φ值)
本次室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,由于取樣的代表性及分析測(cè)試的誤差,土體c、φ值與傳統(tǒng)值存在誤差,因此本段滑坡分析主要以類(lèi)比、反演方式確定相關(guān)參數(shù)。
①類(lèi)比分析結(jié)果
根據(jù)甘洛縣地勘勘察報(bào)告,薄層含碎塊石粉質(zhì)粘土滑坡土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值見(jiàn)表2。
表2土體類(lèi)比抗剪強(qiáng)度參數(shù)值
②實(shí)驗(yàn)取值
取樣方法采取干鉆取芯,并及時(shí)用封口膠包裹、上蠟密封,貼好標(biāo)簽,妥善保存于陰涼干燥處及時(shí)送檢,采樣數(shù)量和質(zhì)量均滿足要求。實(shí)驗(yàn)取值主要通過(guò)一系列現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得,現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)環(huán)刀法對(duì)粉質(zhì)粘土夾碎石的天然密度進(jìn)行測(cè)量,基巖巖塊的密度通過(guò)容積換算法獲得,通過(guò)公式換算獲得粉質(zhì)粘土夾碎石和基巖巖塊的飽和密度。采用室內(nèi)直剪實(shí)驗(yàn)獲得基巖巖塊和粉質(zhì)粘土夾碎石的c和φ值見(jiàn)表3。
表3計(jì)算參數(shù)試驗(yàn)值
③反演分析
以滑坡體2-2′剖面(上部)作為反演分析剖面,該次級(jí)滑坡在2013年7月暴雨期間發(fā)生后部滑體垮塌下坐,滑坡中部房屋變形,以穩(wěn)定性接近臨界狀態(tài),暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)取接近1.0(0.998)進(jìn)行參數(shù)反演分析。
根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218—2006)第12.3.2條可知,滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演計(jì)算(給定內(nèi)聚力c反求φ值):
式中:
F—穩(wěn)定性系數(shù);
Wi—第i計(jì)算條塊自重;
P—地面動(dòng)載荷(kN/m);
c—滑帶土內(nèi)聚力(kPa);
φ—滑帶土內(nèi)摩擦角(°);
L—滑動(dòng)面長(zhǎng)度(m);
αi—第i條塊滑面傾角(°),反傾時(shí)取負(fù)值。
(3)綜合取值
對(duì)于許卡滑坡巖土體物理力學(xué)指標(biāo),在類(lèi)比參考周邊其他項(xiàng)目勘察報(bào)告中相關(guān)參數(shù)以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值的基礎(chǔ)上,結(jié)合2-2′剖面反演分析結(jié)果,基巖參數(shù)選取以試驗(yàn)值為準(zhǔn),覆蓋層和滑體天然重度參數(shù)選用現(xiàn)場(chǎng)大重度試驗(yàn)成果,其余參數(shù)選取反演分析成果,參數(shù)選取綜合確定見(jiàn)表4。
表4計(jì)算參數(shù)選取
3.4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算與結(jié)果分析
3.4.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)和《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ0240- 2004),滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)按穩(wěn)定系數(shù)分四級(jí)。
(1)滑坡穩(wěn)定狀態(tài)根據(jù)滑坡穩(wěn)定系數(shù)確定(表5)。
表5滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分
(2)當(dāng)某一工況條件下滑坡穩(wěn)定系數(shù)大于或等于安全系數(shù)時(shí),滑坡在該工況下的穩(wěn)定性視為滿足要求。
3.4.2滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
采用理正軟件進(jìn)行計(jì)算,對(duì)許卡滑坡剖面1-1′、2-2′和3-3′進(jìn)行滑坡整體穩(wěn)定性計(jì)算,并進(jìn)行主探勘剖面上部次級(jí)滑動(dòng)剖面穩(wěn)定性和左側(cè)房屋上部土體6-6′剖面穩(wěn)定性計(jì)算,計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)價(jià)見(jiàn)表6。
表6剖面整體穩(wěn)定性計(jì)算表
表6結(jié)果與滑坡現(xiàn)狀的變形特征基本吻合,滑坡在工況2(自重+暴雨)條件下無(wú)論是整體還是上部滑體穩(wěn)定性均較差,因此,須采取措施進(jìn)行防治,且暴雨因素為許卡滑坡目前發(fā)展變形最主要的影響因素。
根據(jù)勘查結(jié)果,在分析滑坡機(jī)理和進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,提出“抗滑樁+裂縫夯填”結(jié)合的綜合治理方案[6-10]??够瑯稊M布置在居民密集區(qū)后部,坡體開(kāi)挖陡坎處;另一排抗滑樁布置于滑坡左側(cè)居民后部陡坎處,防治滑坡局部的變形破壞;同時(shí)對(duì)滑坡中后部裂縫進(jìn)行封填,防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展造成降雨下滲。
在滑坡治理工程正式實(shí)施之前,建議當(dāng)?shù)卣爸鞴懿块T(mén)對(duì)滑坡體采取以下應(yīng)急措施:
(1)嚴(yán)禁在滑坡及其周邊區(qū)域(尤其是滑坡前緣)進(jìn)行各種不利于滑坡體穩(wěn)定的取土、耕作、開(kāi)挖等活動(dòng)。
(2)嚴(yán)禁開(kāi)展對(duì)滑坡體加載的活動(dòng),如在滑坡上種植增大滑體風(fēng)荷載的高大樹(shù)種,限制在滑坡上布設(shè)增加滑體風(fēng)荷載的物品;對(duì)滑坡體上的建筑活動(dòng)應(yīng)嚴(yán)格限制。
(3)對(duì)滑坡實(shí)施長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),在雨季和雨雪連綿時(shí)段,必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)滑坡的監(jiān)測(cè),派專(zhuān)人加強(qiáng)對(duì)滑坡前緣、陡坎、后壁、裂縫、地下水出露等情況的巡查,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知當(dāng)?shù)鼐用瘛⑿腥司o急避險(xiǎn)。
(4)制定切實(shí)可行的地質(zhì)災(zāi)害防治管理措施,加強(qiáng)對(duì)滑坡的管理。
(1)查明了滑坡變形的形成機(jī)制和穩(wěn)定性影響因素,斜坡地表物質(zhì)較松散,主要為粉質(zhì)粘土夾碎塊石,土體滲透性好。尤其是2013年7月連續(xù)高強(qiáng)度暴雨對(duì)于滑坡體的穩(wěn)定性造成了不利影響,加劇了其滑動(dòng)變形。
(2)滑坡目前變形跡象比較明顯,后緣下錯(cuò)、拉裂縫增多、中后部垮塌下錯(cuò)、中部房屋變形明顯。從變形破壞機(jī)制看,前期表現(xiàn)為坡體在雨水、地震等加載作用下,擠壓下部產(chǎn)生變形,形成上部變形強(qiáng)烈下部逐緩的典型推移式滑動(dòng)。目前滑坡正處于蠕滑變形階段。
(3)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用了折線法對(duì)可能的潛在滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià),以最不利的沿巖土界面產(chǎn)生折線型滑動(dòng)為滑動(dòng)面,經(jīng)計(jì)算,滑坡整體在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),暴雨工況和地震工況下處于欠(臨界)穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)?;乱坏┦Х€(wěn),將危及到滑坡體中下部居民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此,對(duì)該滑坡采取一定的工程措施是緊迫且必要的。
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Analysis of Influencing Factors and Stability of Xuka Landslide
GU Yanchao1,CUIYakun2
(1.School of Highway,Chang'an University,Xi'an 710064,China;2.College of Environment and Civil Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)
As a common geological disaster,landslide will bring great harm to people's lives and the economy.Combined with Geological survey data and the results of laboratory experiments,the factors influencing landslide stability are analysed and summarized,and the position of deep sliding surface is determined by some exploration methods such as drilling and trenching,the stability of landslide is calculated,and the current state of landslide stability can be understood.In connection with landslide of unstable state,some preventionmeasures about landslide hazard are put forward,which aims to provide theoretical guidance for landslide prevention and landslide stability evaluation of similar engineering.
landslide;stability analysis;prevention measures
P642.22
A
1673-1549(2015)01-0054-05
10.11863/j.suse.2015.01.13
2014-10-28
古彥超(1988-),男,河南南陽(yáng)人,碩士生,主要從事巖土與隧道工程方面的研究,(E-mail)285618582@qq.com
四川輕化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2015年1期