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      漢中市鎮(zhèn)巴縣道子坎滑坡隱患地質(zhì)特征及穩(wěn)定性研究

      2022-05-30 08:38:10張暖宗
      科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年17期
      關(guān)鍵詞:滑面滑體粉質(zhì)

      強(qiáng) 帆 張暖宗

      (陜西核工業(yè)工程勘察院有限公司,陜西 西安 710054)

      道子坎滑坡隱患點(diǎn)位于鎮(zhèn)巴縣黎壩鎮(zhèn)長(zhǎng)柏村,該隱患點(diǎn)于2019 年7 月份,由于降水等因素,坡體上出現(xiàn)多條裂縫,裂縫最大寬度約3cm;至2020 年9 月初裂縫最大寬度已達(dá)1m,目前滑坡處于加速變形階段,部分坡體已有滑塌、沉降現(xiàn)象。該隱患點(diǎn)在極端降雨條件下,發(fā)生整體滑坡的可能性大,且滑坡體一旦失穩(wěn),將危及到滑坡區(qū)內(nèi)17 戶71 人53 間房屋、1 個(gè)村衛(wèi)生室,威脅財(cái)產(chǎn)1000 萬(wàn)元,急需進(jìn)行治理,消除隱患[1-3]。

      因此,本文擬通過(guò)對(duì)該滑坡的分析研究、模擬驗(yàn)算及結(jié)合工程實(shí)踐,進(jìn)一步總結(jié)提高對(duì)該類滑坡的認(rèn)知。

      1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

      1.1 區(qū)域地質(zhì)地貌條件

      研究區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái),大巴山坳褶帶,屬于低山區(qū)與河谷階地交匯處,山勢(shì)低緩,山坡坡度多在20°~40°。區(qū)域出露地層巖性主要有砂巖、泥巖及松散巖土。

      1.2 水文地質(zhì)條件

      滑坡隱患點(diǎn)及周邊地區(qū)地下水的類型有基巖裂隙水和松散層孔隙水兩類,大氣降水為主要補(bǔ)給源[1]。

      基巖裂隙水:賦存于砂巖風(fēng)化裂隙帶中,含水性較差,由山坡或順節(jié)理裂隙帶向溝谷排泄,深部新鮮完整的巖石則為弱透水或相對(duì)不透水層。

      松散層類孔隙水:呈帶狀分布于山谷兩側(cè)斜坡及溝谷松散層中,含水巖性為粉質(zhì)粘土,地下水位埋深較淺,以上層滯水為主,埋深約2.4~8.3m。以徑流排泄為主。

      1.3 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

      1.3.1 巖土體分布及特征

      研究區(qū)內(nèi)各地層工程地質(zhì)特征,見(jiàn)表1。

      表1 研究區(qū)地層工程地質(zhì)特征

      1.3.2 人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)

      隨著城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,人類工程活動(dòng)對(duì)滑坡區(qū)的影響主要為:

      (1)區(qū)內(nèi)修路、建房等切削山體形成的高陡邊坡,在降雨及重力影響下,加劇破壞了坡腳的原有應(yīng)力作用,更容易造成坡體的崩塌、滑坡等現(xiàn)象

      (2)人類的開(kāi)荒種植,破壞了坡體的原有生態(tài)結(jié)構(gòu),加劇了水土流失,破壞了坡體的穩(wěn)定性。

      2 滑坡基本特征

      2.1 形態(tài)

      道子坎滑坡長(zhǎng)約125m,寬約100m,平面面積約1.25×104m2,滑向約40°,滑坡區(qū)相對(duì)高差約61m,滑坡體積10.5×104m3?;麦w變形跡象最早發(fā)生于前緣,滑坡整體邊界較為清晰,為一中型堆積層牽引式土質(zhì)滑坡[2]。

      2.2 滑坡巖土體結(jié)構(gòu)特征

      滑體:該滑體主要由粉質(zhì)粘土組成,厚3.0m~8.3m,濕度中等,可塑性中等,干強(qiáng)度中等,韌性中等。滑體土天然含水率在18.4~27.0%之間,平均值21.88%;天然重度18.7~20.5 kN/m3,平均值19.8 kN/m3;天然孔隙比0.58~0.81,平均值0.66,塑性指數(shù)10.7~15.5,平均值12.84,重型觸探試驗(yàn)平均值約16.2 擊,工程性能較差。

      滑面:滑面呈上陡下緩狀,上部坡度約30°,下部坡度15~20°,滑面為土巖接觸面?;嫔喜康貙右院槭圪|(zhì)粘土為主,含水量較大,軟塑,可見(jiàn)擦痕。

      滑床:滑床為含碎石粉質(zhì)粘土,頂部為泥巖。

      2.3 變形特征

      在滑坡隱患點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)多處裂縫,裂縫寬度約2~3cm,最大寬度約40cm,錯(cuò)臺(tái)高度最大約30cm,沿滑坡隱患點(diǎn)周界及后緣形成多條裂縫?;麦w前緣上山道路外側(cè)出現(xiàn)滑塌,滑塌段長(zhǎng)度約25m,滑塌后形成高約70cm的陡坎,滑塌造成道路部分地段下陷?;潞缶壍缆废孪菁s1m,下陷段長(zhǎng)度約30m。

      該滑坡處于持續(xù)變形中,變形跡象明顯,在滑坡前緣漿砌石擋墻上發(fā)現(xiàn)裂縫,裂縫寬度約10~60cm,該段擋墻已被錯(cuò)斷,其余地段擋墻多處出現(xiàn)的裂縫、鼓包等,在降雨等因素作用下,發(fā)生垮塌的可能性較大[1-4]。

      3 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算與評(píng)價(jià)

      3.1 滑坡形成機(jī)制分析

      經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘查分析,該滑坡為中型土質(zhì)滑坡,形成條件為:

      3.1.1 地形地貌

      該區(qū)域位于低山區(qū)與河谷階地交匯處,山坡坡度多在20°~40°,該類型地貌特征為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了必要的條件。該滑坡體在底部和中部砌有擋石墻和臨時(shí)截排水工程,但均已遭到破壞。

      3.1.2 地層特性

      坡體地層結(jié)構(gòu)為含碎石粉質(zhì)粘土、含塊石粉質(zhì)粘土層和砂巖泥巖互層,水體滲入粉質(zhì)粘土層間富集,降低其抗剪強(qiáng)度,發(fā)展成滑動(dòng)面。

      3.1.3 降雨作用

      降雨作用是滑坡形成的關(guān)鍵性因素,一是增加坡體的自身重量,二是加快軟弱結(jié)構(gòu)面的形成和貫通,據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及統(tǒng)計(jì),滑坡在雨季的變形速率明顯高于旱季。

      3.1.4 人類工程活動(dòng)

      隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展人口不斷增長(zhǎng),面臨居民用地緊張,道路修建導(dǎo)致坡體前緣開(kāi)挖,底部阻滑段不斷減少,坡面中上部居民墾荒,破壞了坡腳的原有應(yīng)力作用,使下滑力大于抗滑力,坡體向下滑動(dòng)形成滑坡。

      3.2 滑坡破壞模式分析

      滑坡向下滑動(dòng),坡體前緣首先變形破壞形成裂縫,在暴雨條件下雨水沿裂隙進(jìn)入坡體使滑帶土軟化,前緣變形導(dǎo)致造成滑坡體后緣發(fā)生變形,裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大,造成坡體出現(xiàn)一定程度的剪切破壞進(jìn)而使滑面貫通,造成滑坡整體剪切破壞。該滑坡類型為牽引式滑坡[1-5]。

      3.3 滑坡體物理力學(xué)特征

      勘查過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn),對(duì)滑坡體參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,詳見(jiàn)表2、3。

      表2 滑坡體物理力學(xué)性質(zhì)特征表

      試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:滑體土天然含水率在18.4~27.0%之間,平均值21.88%;天然重度18.7~20.5 kN/m3,平均值19.8 kN/m3;天然孔隙比0.58~0.81,平均值0.66,塑性指數(shù)10.7~15.5,平均值12.84。

      3.4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)

      3.4.1 公式選擇

      按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864-2016)中滑坡臨界計(jì)算方法,采用表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算,選擇傳遞系數(shù)法,計(jì)算公式如下[2-4]:

      式中:

      Ti——第i 條塊下滑力(kN/m);

      Ri——第i 條塊抗滑力(kN/m);

      Ψj——第i 條塊剩余下滑力傳遞至i+1 塊段時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i 時(shí));

      Wi——第i 條塊自重標(biāo)準(zhǔn)值與相應(yīng)附加荷載之和(kN/m);

      ci——第i 條塊滑面粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa),;

      φi——第i 條塊滑面內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°);

      n——條塊數(shù);

      Fs——穩(wěn)定性系數(shù)。

      3.4.2 計(jì)算方案選取

      通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),該滑坡體滑面主要為含碎石粉質(zhì)粘土層與基巖接觸面處(圖1),穩(wěn)定性分析計(jì)算選擇傳遞系數(shù)法。經(jīng)上述公式計(jì)算,得到不同工況下的穩(wěn)定系數(shù)Fs 值見(jiàn)表3。

      圖1 剖面圖

      表3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

      通常滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)Fs<1.0 為滑移狀態(tài);1.0≤Fs<1.05 為欠穩(wěn)定狀態(tài);1.05≤Fs<1.15 為基本穩(wěn)定狀態(tài);Fs>1.15 為穩(wěn)定狀態(tài)[4]。該滑坡體在自重狀態(tài)下,穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.00~1.13,處于欠穩(wěn)定~基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨條件下,穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.95~1.04,處于不穩(wěn)定狀態(tài)~欠穩(wěn)定狀態(tài)。

      3.5 基于顆粒流的數(shù)值模擬

      通過(guò)構(gòu)建道子坎滑坡顆粒流數(shù)值模型,可模擬坡體滑動(dòng)全過(guò)程[4-6],滑體運(yùn)動(dòng)總持續(xù)100s,主滑時(shí)間約50s(圖2)?;掳l(fā)生時(shí),坡下居民基本沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間,該滑坡需進(jìn)行及時(shí)治理。

      圖2 道子坎滑坡模型圖

      對(duì)模型數(shù)據(jù)分析,建立道子坎滑坡運(yùn)動(dòng)圖(圖3),將滑坡從失穩(wěn)滑移到停止運(yùn)動(dòng)分為四個(gè)階段。

      圖3 道子坎滑坡運(yùn)動(dòng)圖(35s~100s)

      第一階段:滑坡在運(yùn)動(dòng)前期,前緣出現(xiàn)了明顯位移,經(jīng)歷35s,滑坡從失穩(wěn)到整體下滑;

      第二階段:滑坡在滑動(dòng)55s 后,由于抗滑力的增加,大部分堆積于坡腳停止運(yùn)動(dòng);

      第三階段:滑坡在滑動(dòng)75s 后,任有部分土體存在較小的運(yùn)動(dòng)速度,但在自身重力影響下逐步進(jìn)入穩(wěn)定壓密階段。

      第四階段:滑坡在滑動(dòng)100s 后,逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

      4 滑坡發(fā)展趨勢(shì)及工程防治

      4.1 滑坡發(fā)展趨勢(shì)

      4.1.1 滑坡穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

      滑坡體在連續(xù)降雨作用條件下為不穩(wěn)定狀態(tài),發(fā)生整體滑動(dòng)的可能性較大[5]。

      4.1.2 滑坡變形發(fā)展趨勢(shì)

      根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果結(jié)合滑坡變形破壞特征,預(yù)測(cè)滑坡體在暴雨?duì)顟B(tài)下發(fā)生滑移的可能性大,一旦再次產(chǎn)生滑移現(xiàn)象,對(duì)滑坡后緣起到牽引作用,裂縫增多,滑坡失穩(wěn),威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?cái)產(chǎn)安全。

      4.2 工程防治

      根據(jù)滑坡現(xiàn)狀及治理經(jīng)費(fèi)實(shí)際情況,采用抗滑樁+擋墻+截、排水工程等進(jìn)行滑坡治理[2]。

      4.2.1 抗滑樁

      在對(duì)比考慮滑體土厚度、結(jié)合地形條件、滑坡剩余下滑力的基礎(chǔ)上,在滑坡前緣設(shè)置抗滑樁。

      4.2.2 擋墻工程

      根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,在滑坡前緣替換原有坡腳破壞擋墻。

      4.2.3 截、排水工程

      通過(guò)疏排地表水,達(dá)到減少土體重量,提高滑體穩(wěn)定性的目的。

      5 地質(zhì)災(zāi)害防治效益評(píng)估

      5.1 社會(huì)效益

      通過(guò)對(duì)滑坡的工程治理,將徹底消除滑坡災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全,使人民群眾生活于安全環(huán)境之中,促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定[3]。

      5.2 經(jīng)濟(jì)效益

      通過(guò)對(duì)滑坡體進(jìn)行工程治理,一方面可消除地質(zhì)災(zāi)害造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡;另一方面可改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境,實(shí)現(xiàn)土地資源的合理、綜合利用,繁榮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì),增加人民收入、增加地方財(cái)政稅收收入,對(duì)實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)巴縣經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

      5.3 環(huán)境效益

      通過(guò)滑坡的綜合治理,可最大限度的減少水土流失,美化人居環(huán)境,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步改善[4]。

      6 結(jié)論

      6.1 該滑坡體斜長(zhǎng)約125m,寬約100m,平均厚度約7m,為中型堆積層牽引式土質(zhì)滑坡?;峦{對(duì)象主要是坡體下方住戶共計(jì)17 戶71 人53 間房屋、1 個(gè)村衛(wèi)生室,威脅財(cái)產(chǎn)1000 萬(wàn)元,危險(xiǎn)性大。

      6.2 該滑坡體的形成與該地區(qū)地形地貌、地層特性、降雨作用關(guān)系密切。在自重條件下,處于欠穩(wěn)定~基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨條件下,處于不穩(wěn)定狀態(tài)~欠穩(wěn)定狀態(tài)。

      6.3 通過(guò)構(gòu)建滑坡顆粒流數(shù)值模型,判斷該滑體運(yùn)動(dòng)總持續(xù)約100s,主滑時(shí)間約50s,滑坡發(fā)生時(shí),坡下居民基本沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間,該滑坡需進(jìn)行及時(shí)治理。

      6.4 根據(jù)該滑坡發(fā)生條件,建議對(duì)滑坡采取抗滑樁+擋墻+截、排水+監(jiān)測(cè)的綜合防治措施,防治后可產(chǎn)生較好的生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)效益。

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