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唐古棟滑坡成因機(jī)制研究*

2016-02-14 06:18易志堅(jiān)黃潤秋吳海燕何順勛楊建周龍壽
工程地質(zhì)學(xué)報(bào) 2016年6期
關(guān)鍵詞:滑面滑體前緣

易志堅(jiān)黃潤秋吳海燕何順勛楊 建周龍壽

(①水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 北京 100120)

(②成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610059)

(③中兵勘察設(shè)計(jì)研究院 北京 100053)

(④海南地質(zhì)綜合勘察設(shè)計(jì)院 ???570226)

(⑤中國地震局地殼應(yīng)力研究所 北京 100085)

唐古棟滑坡成因機(jī)制研究*

易志堅(jiān)①黃潤秋②吳海燕③何順勛④楊 建①周龍壽⑤

(①水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 北京 100120)

(②成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610059)

(③中兵勘察設(shè)計(jì)研究院 北京 100053)

(④海南地質(zhì)綜合勘察設(shè)計(jì)院 海口 570226)

(⑤中國地震局地殼應(yīng)力研究所 北京 100085)

唐古棟滑坡位于楞古水電站擬選的上、中壩址和下壩址之間,且滑坡規(guī)模巨大,對水電站壩址的選擇和水工建筑物的布置有決定性的影響,對滑坡成因機(jī)制的研究對于分析該河段類似斜坡的變形演化具有非常重要的意義。在對滑坡地質(zhì)環(huán)境條件和滑坡體特征分析的基礎(chǔ)上,采用物理模擬中的底摩擦試驗(yàn)方法和離散元數(shù)值計(jì)算對唐古棟滑坡的成因機(jī)制進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明,滑坡為沿強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)陡傾坡外和緩傾坡外結(jié)構(gòu)面組合階梯狀滑面剪斷層面滑動的滑移-拉裂式的巨型巖質(zhì)滑坡。滑坡失穩(wěn)過程為前緣坡體首先發(fā)生變形失穩(wěn)破壞,然后中后部邊坡不斷蠕滑變形,最終前緣抗剪段失效導(dǎo)致中后部整個邊坡的失穩(wěn)破壞。

唐古棟滑坡 物理模擬 數(shù)值模擬 成因機(jī)制

0 引 言

巖質(zhì)邊坡的變形破壞模式一般受巖體結(jié)構(gòu)特征控制,張倬元等(1993)指出層面、斷層和軟弱結(jié)構(gòu)面往往構(gòu)成控制性滑動面。谷德振(1979)提出邊坡變形破壞模式往往與該地區(qū)同類結(jié)構(gòu)特征的滑坡類似。黃潤秋(2007)總結(jié)了20世紀(jì)以來國內(nèi)大型滑坡的地質(zhì)-力學(xué)模式,認(rèn)為巖體結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定起控制性作用,邊坡變形具有時間效應(yīng)和階段性。黃潤秋等(2008)提出巨型滑坡通常具有復(fù)雜的形成機(jī)制,其發(fā)生是一個復(fù)雜的地質(zhì)-力學(xué)過程,這個過程的發(fā)生是以滑動面的貫穿過程為主線的,滑動面的形成及貫穿往往具有累進(jìn)性破壞的特征。高樹根等(1992)指出巖質(zhì)滑坡中的“鎖固段”對高速滑坡起決定性作用。

唐古棟滑坡位于雅礱江兩河口至卡拉中游規(guī)劃河段力邱河口-蒙古山段的右岸,該滑坡于1967年6月8日發(fā)生大規(guī)模整體滑移失穩(wěn)破壞,過程中滑坡體高速滑動致滑體擠壓、翻滾強(qiáng)烈,滑坡體解體充分,且滑坡體在5min之內(nèi)堵斷雅礱江并沖向?qū)Π栋镀?,堵段雅礱江可達(dá)10天之久,最終在雅礱江上形成沿江長1500m、頂面沿江長860m、高225~270m、頂寬500~800m、底寬200~300m,橫斷面呈倒梯形,方量約6.41m×107m3的巨型滑坡壩。黃潤秋等(2008)調(diào)查發(fā)現(xiàn)1967年6月17日,堰塞壩回水區(qū)長達(dá)53km,蓄水達(dá)6.8m×108m3的大壩潰決,壩下游10km處水位上漲可達(dá)48m,下泄的洪水卷走了兩岸下部村莊、房屋和基礎(chǔ)設(shè)施,造成了難以估量的損失。潰壩后,雅礱江左岸2595~2640m高程仍殘留堰塞壩多個滑坡堆積平臺及滑坡壩清晰的梯形縱斷面輪廓。易志堅(jiān)(2010)調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前唐古棟滑坡殘存的滑坡堆積物主要分布于滑坡的中前部,以松散的塊碎石土為主,估算方量可達(dá)4×107m3。目前規(guī)劃的楞古水電站距離唐古棟滑坡較近,其對電站水工建筑物的布置和廠內(nèi)交通設(shè)施的建設(shè)起控制性作用。因此,滑坡成因機(jī)制的研究對于評價該滑坡體的穩(wěn)定性和分析河段類似斜坡的變形演化具有非常重要的意義。

1 滑坡區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件

唐古棟滑坡運(yùn)動距離較遠(yuǎn)以及滑動過程極為復(fù)雜,滑坡之前的地形地貌已“面目全非”??傮w上,滑坡發(fā)生前的地形呈現(xiàn)陡-緩-陡的特征,中后部坡度一般為30°~45°,中前部坡度一般為25°~35°。近河谷地帶,岸坡陡峻,坡度一般為60°~70°,且近谷底多為基巖石槽,局部形成近直立絕壁。

滑坡區(qū)出露的基巖為三疊系侏倭組(T3zh)變質(zhì)粉細(xì)砂巖與板巖呈不等厚互層。巖體中有印支-燕山期花崗偉晶巖脈侵入,多順層侵入,部分切層侵入,多呈透鏡狀,延伸一般大于20m。另外,滑坡區(qū)第四系松散覆蓋層主要有沖積堆積物、崩坡積堆積物、滑坡坡腳溝口泥石流堆積物以及少量的塌滑堆積物等。

楞古地區(qū)外圍及區(qū)域地震活動較強(qiáng)烈。共記錄到破壞性地震(M≥4.7)100次,1970年以來共記載ML2.0~4.9級地震6220次。

區(qū)內(nèi)地下水類型有基巖裂隙潛水和松散堆積層孔隙潛水兩大類。徐文等(2009)對水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,水質(zhì)類型為CaHCO3,總礦化度160.97~333.65mg·L-1,pH=8.0~8.1,屬弱堿性水。承壓水水質(zhì)類型為NaKHCO3型,總礦化度4093.77~4595mg·L-1,pH=6.6,屬于弱酸偏中性。

巖體風(fēng)化較為顯著,一般無全風(fēng)化現(xiàn)象,以裂隙式風(fēng)化為主。巖體風(fēng)化的水平分帶較明顯,總體呈隨高程降低、隨埋深增加而逐漸減弱的規(guī)律性,并受巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地形地貌等因素影響。

岸坡結(jié)構(gòu)對巖體卸荷影響尤為明顯(表1)。

2 滑坡體基本特征

2.1 滑體

據(jù)老鄉(xiāng)介紹和現(xiàn)場調(diào)查分析,滑坡發(fā)生前多為崩坡積物所覆蓋,堆積物可見明顯的韻律層序,其厚度一般大于30m,且堆積的碎石、巖屑、泥之間的膠結(jié)較差。

滑坡發(fā)生后,殘存的滑坡堆積物主要為塊碎石土雜亂堆積,滑坡堆積體結(jié)構(gòu)疏松,往往存在架空現(xiàn)象。另外,滑坡中部滑坡堆積體中粉土一般占5%~10%,幾厘米至30cm級碎石含量相對較多,占70%~80%,30cm以上的碎塊石約占10%~25%。后緣陡坎的坡腳部位表面散布多塊塊石,塊徑一般為0.8~3m,同時也含有厘米級碎石和5m以上的巨石多塊。

表1 研究區(qū)巖體風(fēng)化、卸荷情況表Table 1 Weathering and unloading of rock mass in the study area

2.2 滑帶

唐古棟滑坡發(fā)生已有40多年,且為一高速遠(yuǎn)程滑坡,其發(fā)生后滑面要么被滑坡堆積物覆蓋,要么其裸露后,遭受后期的改造,很難保存滑坡發(fā)生時滑帶特征。地質(zhì)勘探成果和測繪資料表明,唐古棟滑坡并不是沿著同一性質(zhì)的滑帶發(fā)生失穩(wěn),而是沿組合滑帶發(fā)生的復(fù)合形式的失穩(wěn)破壞。滑坡前緣滑帶為緩傾坡外長大結(jié)構(gòu)面;滑坡中前部滑帶(面)主要為強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)的中緩傾坡外結(jié)構(gòu)面或其組合,局部為基覆界面;后緣部位為中緩傾坡外節(jié)理裂隙和陡傾卸荷裂隙拉裂組合滑面。

2.3 滑床

滑床基巖表面形態(tài)十分粗糙、起伏不平,張性破壞跡象顯著?;潞缶壎缚哺叨?,花崗偉晶巖脈侵入之前經(jīng)歷的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動,基巖巖體破碎,擠壓帶(斷層)、節(jié)理帶密集發(fā)育,強(qiáng)卸荷強(qiáng)風(fēng)化深度可達(dá)60m,其線密度往往達(dá)到數(shù)10條,甚至每米上百條,多充填次生泥,裂隙多平直,跡長一般在數(shù)米以內(nèi)。結(jié)構(gòu)面的走向主要以NWW和NE向?yàn)橹鳎瑑?yōu)勢結(jié)構(gòu)面主要為:238°∠45°,303°∠83°,175°∠75°,125°∠59°,233°∠76°和326°∠76°(圖1和圖2),在較好的臨空條件下可形成多種形狀的塊體。邊坡在河流快速下切及滑坡失穩(wěn)后,巖體風(fēng)化卸荷現(xiàn)象明顯,陡坎和平硐內(nèi)部多處可見沿傾坡外結(jié)構(gòu)面拉裂而形成的卸荷裂隙。

圖1 滑床結(jié)構(gòu)面走向玫瑰花圖Fig.1 Rose diagram of structural planes interior of sliding bed

滑坡前緣巖體質(zhì)量較中后部巖體質(zhì)量要好,巖層層面保存完整,以弱風(fēng)化弱卸荷為主,多以次塊狀結(jié)構(gòu)為主,巖體中主要發(fā)育中傾坡外與緩傾坡外兩組長大型結(jié)構(gòu)面,其極易組合形成階梯狀滑面。

3 滑坡成因機(jī)制分析

3.1 滑坡成因機(jī)制的物理模擬

3.1.1 物理模擬的基本原理

物理模擬研究方法應(yīng)用于斜坡巖體研究起始于20世紀(jì)70年代。底摩擦試驗(yàn)?zāi)M屬于物理模擬的一種,它具有能夠直接觀測和記錄研究對象的變形、破壞演變過程(肖旦期等,2004)。為了真實(shí)重現(xiàn)滑坡變形、失穩(wěn)和滑動破壞的全過程,本文利用室內(nèi)滑坡物理模型來模擬滑坡演化各階段?;挛锢砟M以相似原理為基礎(chǔ),建立滑坡和試驗(yàn)?zāi)P椭g的相似關(guān)系,模型材料的選取應(yīng)以真實(shí)反映出滑坡體的物理力學(xué)性質(zhì)為原則,復(fù)雜的滑坡體結(jié)構(gòu)應(yīng)在模型中充分考慮,以便保證模型試驗(yàn)過程與原型相似。馮文凱等(2004)總結(jié)認(rèn)為只有在受力條件、幾何條件和摩擦系數(shù)需滿足一定的要求時才能使模型與研究對象相似,具體要求為:

①受力條件:

②幾何條件:

③摩擦系數(shù):

式中,C為相似系數(shù);f為摩擦系數(shù);下標(biāo)M、P分別為模型和原型;γ為材料重度;σ為應(yīng)力;L為幾何尺寸。

物理模型的邊界條件應(yīng)滿足Cf=1,Cσ=CγCL相關(guān)關(guān)系。

底摩擦法以摩擦力平面分布形式與單寬滑坡剖面重力場分布相似的性質(zhì),利用模型和傳送帶之間的底摩擦力來模擬滑坡重力,從而較真實(shí)反映滑坡變形演化各階段。根據(jù)以往其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn),對于主要受重力影響的滑坡,選用底摩擦試驗(yàn)?zāi)茌^好演示滑坡變形失穩(wěn)破壞的成因機(jī)制。

3.1.2 模型材料選取及配比

底摩擦物理模擬試驗(yàn)所采用的設(shè)備是成都理工大學(xué)和四川大學(xué)聯(lián)合設(shè)計(jì)的自動化底摩擦試驗(yàn)儀。試驗(yàn)所采用的幾何比例尺為1∶2000。模型材料的重度和摩擦系數(shù)需滿足相似要求,模型材料由石英砂、重晶石粉和液體石蠟配合成的可塑性材料。鑒于試驗(yàn)重在模擬滑坡的變形破壞機(jī)制,對滑坡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化處理,即巖土體重度取平均值,坡表塊碎石土覆蓋層取值為21.0kN·m-3;強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)粉細(xì)砂巖取值為26.1kN·m-3;弱風(fēng)化基巖為27.5kN· m-3;摩擦系數(shù)取平均值f=0.675(φ=34°)。另外,此次物理模型充分考慮了邊坡中發(fā)育的長大裂隙、斷層和擠壓破碎帶,為了減輕在制作物理模型過程中因擊實(shí)模型材料而導(dǎo)致坡體裂隙完全合攏而失真,模型制作完成后在裂隙和斷層部位用小刀割開,以真實(shí)模擬。

張登項(xiàng)等(2008)和易志堅(jiān)(2010)通過反復(fù)的試驗(yàn)論證,采用正交設(shè)計(jì)方法確定試驗(yàn)材料配比是較為合理和科學(xué)的,其步驟如下:(1)查閱資料,尋找現(xiàn)有資料上與所要求力學(xué)參數(shù)接近的相似材料及其配比;(2)根據(jù)資料確定、購置原料;(3)確定試驗(yàn)因素及位級,形成合適的正交表;(4)通過測試各組相似材料,最終確定試驗(yàn)材料配比。用料配比以摩擦相似系數(shù)Cf=1為前提條件,首先對覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化巖體和弱風(fēng)化巖體3種材料按照不同配比配料,然后反復(fù)進(jìn)行配比測試,以使配比材料物理力學(xué)性質(zhì)能與原材料相似,本次試驗(yàn)選取的材料配比(表2)。

表2 模型材料配比試驗(yàn)成果表Table 2 Proportioning test results ofmodelmaterial

3.1.3 試驗(yàn)成果分析

本次試驗(yàn)主要是參照滑坡上游側(cè)影響區(qū)坡體結(jié)構(gòu)特征及反演推測滑坡滑動前的地形地貌情況,對滑坡進(jìn)行建模,探索和還原演示其變形破壞演變過程及形成機(jī)制,從而對該滑坡的成因機(jī)制進(jìn)行綜合評價。

建模的過程主要為:

(1)概化模型或簡化模型,模型比例尺為1∶2000,試驗(yàn)?zāi)P涂v向高60cm,橫向長80cm。

(2)根據(jù)坡體結(jié)構(gòu)特征,用小刀切割模型形成結(jié)構(gòu)面,中前緣和后部層面傾坡內(nèi)分別取50°和40°。陡傾坡外結(jié)構(gòu)面取67°,緩傾坡外結(jié)構(gòu)面取28°。模擬過程及評價內(nèi)容如下:

第一階段,在滑體前緣中形成3級拉裂縫,可貫通至強(qiáng)-弱風(fēng)化界面。滑坡體坡腳部位可見牽引式破壞,從陡坎部位開始剪出,其破壞模式表現(xiàn)為滑移-拉裂式。1?;w形成了貫通性的近似圓弧狀的滑面,后緣的拉裂縫開始閉合,地表開始下沉,可見明顯的凹地和滑坡壁。2#和3#變形體的后緣邊界由層面、緩傾坡外和陡傾坡外節(jié)理組合而成,變形隨1?;w的運(yùn)動,其變形也在增大。另外,在坡表拉裂現(xiàn)象也較為明顯,主要發(fā)育兩條拉裂縫:Lx1,發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化層與覆蓋層中,為鋸齒狀延伸;Lx2,延伸較為平緩,長度由緩傾坡外結(jié)構(gòu)面發(fā)育控制(圖2)。

第二階段,前緣1#滑體出現(xiàn)非常明顯的下挫、滑動現(xiàn)象,地表上也可見明顯的滑坡壁和洼地,部分塊體可運(yùn)動至雅礱江。2?;w變形拉裂也隨之變大,后緣拉裂縫可達(dá)5mm,覆蓋層內(nèi)滑面呈鋸齒狀延伸。3?;w由于前緣滑坡阻力的減小,其變形也相應(yīng)增大(圖3)?;w中后部表部覆蓋層也發(fā)育一些短小裂縫。坡體后緣陡傾拉裂面拉裂達(dá)1~2mm,沿緩傾坡外和陡傾坡外的組合型滑面貫通形成底滑面,并出現(xiàn)明顯的擠壓蠕滑現(xiàn)象。底滑面中陡傾結(jié)構(gòu)面與陡傾結(jié)構(gòu)面滑移拉裂存在差異,往往在組合的部位可見明顯的鼓脹拉裂和滑移-拉裂形成的“真空區(qū)”(凹腔)(圖4)。

圖2 第一階段邊坡變形特征圖Fig.2 Deformation characteristic of slope in the first stage

圖3 第二階段邊坡前部變形特征圖Fig.3 Deformation characteristic in the front of slope in the second stage

第三階段,隨著1?;w的整體失穩(wěn)滑移,最遠(yuǎn)已運(yùn)動至河谷。2#滑坡和3?;w由于滑移變形差異在其間形成一大的拉陷凹槽和拉裂縫,局部被架空堆積物填充。在坡體重力作用下,中部滑坡變形程度也逐漸增大,尤其是前緣覆蓋層部位,發(fā)育多條拉裂縫,在結(jié)構(gòu)面組合形成的滑面基本貫通。后部坡體未見大型張拉裂縫,變形程度有限?;潞缶夁吔绲牧芽p進(jìn)一步擴(kuò)大,裂縫拉開的寬度一般為1.3~ 1.5cm,周圍邊界基本形成,顯示坡體整體向下滑體破壞。

第四階段,滑坡體剪斷前緣抗剪段,順階梯狀滑面發(fā)生大規(guī)模的高速失穩(wěn)破壞,失穩(wěn)過程中塊體由于撞擊發(fā)生分解,滑坡物質(zhì)最遠(yuǎn)運(yùn)動至雅礱江右岸并堵塞在河內(nèi)。

圖4 第二階段邊坡后部變形特征圖Fig.4 Deformation characteristic at the back of slope in the second stage

3.2 滑坡成因機(jī)制的數(shù)值模擬

3.2.1 模型的建立及參數(shù)的選取

Cundall(1971)和Chen et al.(2001)指出離散元方法假定巖體為離散介質(zhì)且?guī)r體可沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動、平移、轉(zhuǎn)動等大變形,可以較真實(shí)、動態(tài)地模擬邊坡塊體在開挖過程中位移、運(yùn)動狀態(tài)以及巖體破壞過程。為了更進(jìn)一步地了解滑坡的成因機(jī)制,并對物理模擬獲得的認(rèn)識進(jìn)一步驗(yàn)證,在其基礎(chǔ)上,采用離散元分析軟件(UDEC)進(jìn)行模擬。

趙建軍等(2009)提出在準(zhǔn)確建立邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,采用離散元方法可較好地模擬受結(jié)構(gòu)面控制的邊坡變形和運(yùn)動特征。

選取的剖面與物理模擬剖面近似,并將其適當(dāng)概化。模型以垂直向上為Y軸正方向,以滑坡的主滑方向(滑坡主滑方向145°)為X軸的正方向,模型X方向長為1600m,Y方向高為1146.1m。模型底板高程為2300m,邊坡最高點(diǎn)高程為3446.1m。模型的材料主要考慮滑坡體、滑帶與穩(wěn)定巖體。結(jié)構(gòu)面主要考慮層面、陡傾坡外節(jié)理及中-緩傾坡外節(jié)理和滑面(帶)等。滑面傾角多位于29°~45°,基巖層面產(chǎn)狀N27~39W/SW∠30°~51°,陡傾坡外結(jié)構(gòu)面(N30°~50°/SE∠60°~75°)和緩傾坡外結(jié)構(gòu)面(N10°~30°/SE∠21°~34°),模型中按照平均值進(jìn)行取值。為了數(shù)值計(jì)算方便,將第四系松散堆積體概化為節(jié)理切割成的塊體,通過選取合適的參數(shù)來達(dá)到類似的效果。

表3 不同時刻坡體的運(yùn)動特征參數(shù)Table 3 Motion characteristic parameters of slope at different time

數(shù)值模擬中,單個巖石塊體考慮為剛性塊體,結(jié)構(gòu)面則采用莫爾-庫侖滑動準(zhǔn)則。坡表面為自由面,但在模型的底邊界、左邊界和右邊界施加約束。

模型中巖土體物理力學(xué)參數(shù)結(jié)合規(guī)范推薦值及類似工程巖土體參數(shù)進(jìn)行綜合取值。在缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下,一般按照節(jié)理的性質(zhì)進(jìn)行類比確定,這樣確定參數(shù)的過程對于宏觀機(jī)理的模擬是合理的。

3.2.2 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果及分析

為了更加清楚地和動態(tài)演示塊體的運(yùn)動狀態(tài)、解體情況、坡體失穩(wěn)過程等信息,將模擬范圍延展到雅礱江對岸,本次試驗(yàn)?zāi)康氖腔伦冃问Х€(wěn)成因機(jī)制研究,重點(diǎn)模擬研究滑坡啟動過程。整個模擬過程共進(jìn)行192萬個計(jì)算時步,單個計(jì)算時步理論上為(1.2~1.4)×10-5s,理論上滑坡變形啟動過程歷時約為23.23~26.69s,與滑坡啟動實(shí)際經(jīng)歷的時間基本吻合。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,不同時刻滑體下滑的運(yùn)動距離、平均速度及滑體變形破壞特征等(表3)。

離散元數(shù)值模擬計(jì)算分析較真實(shí)模擬了滑坡變形的成因機(jī)制,較清晰的還原了滑坡失穩(wěn)破壞全階段,主要結(jié)論如下:

(1)離散元數(shù)值模擬很好的驗(yàn)證了滑坡成因機(jī)制的地質(zhì)分析成果。唐古棟滑坡為一巨型巖質(zhì)滑坡?;娌皇茄啬骋还潭ǖ慕Y(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動的,具體可概化為陡傾坡外結(jié)構(gòu)面和緩傾坡外結(jié)構(gòu)面組合滑面剪斷層面而形成的復(fù)合型滑面。唐古棟滑坡失穩(wěn)運(yùn)動時序可概括為斜坡前緣坡腳部位前緣滑體的失穩(wěn)破壞和中后部滑體的失穩(wěn)破壞。

(2)隨著雅礱江不斷的下切,坡腳基巖陡壁為前緣滑坡失穩(wěn)提供了有利的地形條件。前緣滑體失穩(wěn)后,為中后部滑體提供了良好的臨空條件,但前緣滑體與中后部滑體之間存在的巖質(zhì)鎖固段在一段時間范圍內(nèi)抑制了中后部邊坡的變形。在重力作用下坡體中應(yīng)力不斷調(diào)整和局部集中導(dǎo)致組合滑面不斷地發(fā)展、貫通,鎖固段巖體最后被剪形成貫通的滑面,中后部滑體整體高速的向坡下滑移-拉裂破壞。

(3)前緣滑體位移變形特征為前緣臨空部位變形速率和位移較后緣滑坡壁大,坡表松散覆蓋層遠(yuǎn)較基巖大;中后部滑體變形特征主要為前緣坡表覆蓋層堆積物位移最大,然后為滑坡壁陡坎下部緩坡,再者為坡體中部,位移最小為中前部鎖固段基巖巖體。

(4)在中下部坡體整體失穩(wěn)后,良好的臨空條件及破碎的巖體結(jié)構(gòu)為后緣陡壁的崩塌作用提供了有利的地形地質(zhì)條件。

(5)滑坡的成因機(jī)制主要為沿風(fēng)化帶內(nèi)的陡、緩傾坡外結(jié)構(gòu)面組合滑面局部沿基覆界面最終剪斷前部鎖固段巖體而形成的滑移-拉裂模式。

3.3 滑坡成因機(jī)制的綜合分析

唐古棟滑坡為巖質(zhì)高速滑坡,滑坡發(fā)生的過程分為滑坡啟動階段、前緣斜坡失穩(wěn)階段、中后部滑體整體失穩(wěn)階段和滑坡最終堵江階段。滑坡成因具有明顯的分段特征:

(1)唐古棟滑坡為陡-緩-陡地形特征,滑坡前緣為基巖陡坎,坡表松散塊碎石土較厚,基巖主要出露于滑坡前緣和后部。

(2)前緣基巖偉晶巖脈侵入、風(fēng)化卸荷及節(jié)理裂隙發(fā)育的程度較中后部巖體要弱,巖體以強(qiáng)卸荷弱風(fēng)化為主,鑲嵌結(jié)構(gòu)-次塊狀結(jié)構(gòu),且陡傾坡外與緩傾坡外結(jié)構(gòu)面較發(fā)育。

(3)中上部坡體沖溝發(fā)育,坡表松散堆積物厚度一般大于30m,具有明顯的韻律結(jié)構(gòu)。下伏基巖風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈,節(jié)理裂隙、擠壓破碎帶和偉晶巖脈發(fā)育,局部巖體擠壓破碎、傾倒-拉裂、架空松動現(xiàn)象嚴(yán)重,傾坡外結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性起重要的控制作用。

(3)后緣邊坡高陡,基巖主要出露于滑坡后壁上下游側(cè),巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈,受偉晶巖脈侵入及構(gòu)造作用影響巖體破碎。陡傾坡外結(jié)構(gòu)面的密集發(fā)育與緩傾坡外結(jié)構(gòu)面組合為潛在滑面的發(fā)育提供了條件。

(4)唐古棟滑坡滑面(帶)主要沿強(qiáng)卸荷強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)的結(jié)構(gòu)面組合形成,但不同位置滑面位置、力學(xué)性質(zhì)及特性不同,可概括為:①前緣坡體主要沿陡、緩傾坡外結(jié)構(gòu)面組合的階梯型滑面發(fā)生剪切破壞,局部沿基覆界面發(fā)生滑移失穩(wěn)破壞;②中部坡體主要沿強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)陡傾坡外結(jié)構(gòu)面-緩傾坡外結(jié)構(gòu)面-巖體傾倒彎折面組合滑面發(fā)生蠕滑變形;③后部坡體主要沿強(qiáng)卸荷帶內(nèi)陡傾坡外結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移失穩(wěn)。

(5)唐古棟滑坡的失穩(wěn)運(yùn)動過程可以簡化為兩次比較大規(guī)模的滑動過程,即前緣斜坡的滑動與中后部斜坡整體滑動。①前緣斜坡失穩(wěn)破壞過程。在坡體自重應(yīng)力場作用下,傾坡外結(jié)構(gòu)面迅速擴(kuò)展、貫通,剪斷鎖固段形成階梯狀貫通滑面,前緣斜坡發(fā)生較為快速的滑動破壞。②前緣斜坡的滑移失穩(wěn)為后部滑體提供了有利的臨空條件,在自重等因素作用下,滑面不斷的發(fā)展、貫通,但前緣鎖固段巖體在一段時間內(nèi)起到了抑制變形作用。隨著應(yīng)力調(diào)整,鎖骨段巖體的剪斷為上部滑體的突然啟動提供了條件,滑面整體貫通后,滑坡整體高速向雅礱江滑移。

3.4 滑坡研究的工程意義

唐古棟滑坡位于楞古水電站擬選的上壩址、中壩址和下壩址之間,處于雅礱江的中上游力邱河-蒙古山河段,河谷深切,兩岸邊坡陡峻,巖體風(fēng)化卸荷明顯,工程地質(zhì)條件復(fù)雜,為特大型滑坡災(zāi)害的發(fā)生提供了特定的地形地質(zhì)條件。唐古棟滑坡于1967年發(fā)生規(guī)模特大的整體滑移,造成堵江和潰壩事件,對其上、下游沿江人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大災(zāi)害,引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。目前滑坡體殘存的方量約四千萬方,滑坡成因機(jī)制的分析評價對研究其穩(wěn)定性和該河段其他潛在不穩(wěn)定體具有重要的參考意義。

唐古棟滑坡距離壩址較近,對楞古水電站壩址、壩型、壩線和正常蓄水位方案的選擇、水工建筑物的布置以及電站施工期、運(yùn)行期的工程安全具有決定性的作用。楞古水電站壩段(址)究竟該如何布局或者規(guī)劃?甚至,這些潛在不穩(wěn)定體是否制約楞古水電站工程的成立?這一系列關(guān)鍵技術(shù)問題,既對楞古水電站影響深遠(yuǎn),又與沿江人民生命財(cái)產(chǎn)及雅礱江相關(guān)梯級水電站等相關(guān)。從雅礱江中游(兩河口-卡拉河段)水電規(guī)劃開始,就一直引起有關(guān)各方高度重視。雅礱江中游河段水能資源豐富,國家亟須開發(fā)利用,但此河段內(nèi)分布多個類似唐古棟滑坡的巨型巖質(zhì)滑坡,通過對唐古棟這個典型滑坡的分析、調(diào)查,旨在正確認(rèn)識該河段其他潛在不穩(wěn)定體的成因機(jī)制,也只有正確掌握了滑坡的基本地質(zhì)條件和失穩(wěn)破壞機(jī)制,才能合理的評判滑坡目前和蓄水運(yùn)行工況下的穩(wěn)定性,客觀的評價其工程影響,從而提出合理的對策措施建議,從而為河段內(nèi)水電站壩址的選擇和水工建筑物的布置等提供科學(xué)的決策依據(jù)。

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RESEARCH ON FORMATION MECHANISM OF TANGGUDONG LANDSLIDE

YIZhijian①HUANG Runqiu②WU Haiyan③HE Shunxun④YANG Jian①ZHOU Longshou⑤
(①China Renewable Energy Engineering Institute,Beijing 100120)
(②China State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059)
(③China North Industries Group Prospecting&Design Research Institute,Beijing 100053)
(④Hainan Institute of Geological Investigation and Design,Haikou 570226)
(⑤Institute of Crust Dynamics,Chinese Earthquake Administration,Beijing 100085)

Tanggudong landslide which is huge lies among the pre-selected upper,middle and lower dam of Lenggu hydropower station.It has a decisive effect on the selection of hydropower station dam site and construction and layout.Studying formation mechanism of landslide has a very important influence on analyzing deformation and evolutionary of similar slopes in this river.On the basis of analyzing geo-environmental conditions and characteristics of landslide,the author analyzes formation mechanism of landslide by means of bottom friction testmethod and discrete element numerical calculation.The results show:Tanggudong landslide is a giant and rock landslide,of which the deformation and failure model is slipping-cracking.It cuts off layers and moves along the ladder-likesliding surface which is composed of the steeply inclined outside joints and gently inclined outside joints in the strongly weathered layers.Instability and failure of these front slopes firstly occur,which is then followed by the continuous deformation of the upper slopes.Consequently,instability and failure of the whole upper slope in the rear part ultimately occurs.

Tanggudong landslide,Physical simulation,Numerical simulation,F(xiàn)ormation mechanism

P642.22

:A

10.13544/j.cnki.jeg.2016.06.005

2015-12-04;

2016-05-23.

中國地震局地殼應(yīng)力研究所中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(ZDJ2015-14)資助.

易志堅(jiān)(1984-),男,碩士生,工程師,主要從事水電工程地質(zhì)勘察、項(xiàng)目咨詢和評審工作.Email:181726013@qq.com

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