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德江縣小尖山順層復(fù)合型滑坡變形破壞特征及成因機(jī)理分析

2020-07-14 01:45:02羊永夫李生乾
工程技術(shù)研究 2020年11期
關(guān)鍵詞:前緣斜坡泥巖

羊永夫,解 超,李生乾

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘測設(shè)計院,貴州 貴陽 550001)

2018年9月13日,德江縣角口村小尖山S303省道東側(cè)處發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害,滑坡造成9棟房屋倒塌,S303省道嚴(yán)重變形破壞,交通受阻,未造成人員傷亡。通過現(xiàn)場對滑坡詳細(xì)調(diào)繪和分析,該滑坡為順層牽引-推移復(fù)合型巖土體混合滑坡?;卵貛r層層面的平面滑動破壞是順層邊坡發(fā)生最多、規(guī)模很大的一種破壞模式,根據(jù)其順層滑移的力學(xué)機(jī)制將平面破壞分為滑移-拉裂型和水力驅(qū)動型兩種類型[1]?;碌钠茐念愋投喾N多樣,一般按滑坡的受力狀態(tài)可分為牽引式滑坡和推移式滑坡[2]。牽引式滑坡的坡腳是重要的阻滑段,形成前緣漸變式牽引變形控制-中后部逐步變形失穩(wěn)的變形破壞模式;推移式滑坡的后緣大量加載,具有由滑坡后緣向前緣傳遞的特征[3];復(fù)合式滑坡是推移式和牽引式滑坡的組合,具有牽引式滑坡和推移式滑坡的特點(diǎn)[4]。緩傾順層復(fù)合介質(zhì)邊坡中天然巖層分界面作為軟弱面,往往構(gòu)成邊坡巖體滑移失穩(wěn)的潛滑面,而水力作用是此類邊坡滑移失穩(wěn)的主要誘因[5]。文章通過野外實(shí)地調(diào)查,對其變形破壞特征和成因機(jī)理進(jìn)行分析,為該類型滑坡影響區(qū)劃定和治理提供科學(xué)的依據(jù)。

1 滑坡地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)位于角口河左岸,山脊走向近北東,滑坡位于左岸緩坡處,斜坡最低點(diǎn)為角口河,海拔高程417m,最高點(diǎn)為斜坡的頂部,海拔高程595m,相對高差178m。斜坡整體坡度呈上陡下緩,上部495~595m高程為相對陡坡,坡度為18~22°,下部417~495m高程為相對緩坡,坡度為10~15°;坡前至河流為交口河一級階地,地勢平坦,耕地多,階地高程434~417m,沿河長200m,寬80~100m。左側(cè)滑坡區(qū)外發(fā)育小山脊,右側(cè)發(fā)育小沖溝,其延伸方向與斜坡坡向基本一致。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)地層為第四系滑坡堆積層(Q4dl+el)和志留系中上統(tǒng)韓家店組(S2-3hn)。第四系滑坡堆積層(Q4dl+el)分布于整個滑坡區(qū),堆積成分整體上為粉土、塊碎石土,原生層狀結(jié)構(gòu)仍保留較完整的的泥巖、砂巖孤石塊體。志留系中上統(tǒng)韓家店組(S2-3hn)為薄層紫紅色、暗紫色泥巖與灰綠色塊狀-中厚層長石砂巖或巖屑砂巖不等厚韻律互層,夾一層20~30cm黃綠色泥頁巖,在滑坡區(qū)主要巖性為薄層泥巖夾中厚層砂巖,具有軟硬互層特征。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)無大型斷層和褶皺,屬單斜構(gòu)造區(qū),巖層相對穩(wěn)定?;虑熬壸髠?cè)民房屋后出露基巖產(chǎn)狀為275°∠25°,滑坡前緣右側(cè)出露基巖產(chǎn)狀為303°∠20°;滑坡中部左側(cè)開挖道路臨空面出露基巖產(chǎn)狀為302°∠22°,滑坡中部右側(cè)開挖道路臨空面出露基巖產(chǎn)狀為300°∠24°;滑坡后緣滑面出露基巖產(chǎn)狀為300°∠20°。調(diào)查統(tǒng)計,主要有兩組節(jié)理:節(jié)理①,335-350°∠75-83°,節(jié)理面平緩或稍起伏,閉合,間距為0.5~0.7m,跡線長度>1m;節(jié)理②,10-30°∠71~80°,節(jié)理面平緩或稍起伏,閉合-微拉張狀,間距為1.5m,跡線長度為2~5m。

1.4 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水兩類。第四系松散堆積層孔隙水分布于粉質(zhì)黏土的滑坡堆積松散層中,主要接受大氣降水補(bǔ)給,季節(jié)變化基巖裂隙水儲存在泥巖、砂巖中。志留系中上部韓家店組(S2-3hn)砂巖構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙,主要接受大氣降水和松散堆積層孔隙水補(bǔ)給,經(jīng)基巖裂隙徑流排入膠口河?;鶐r中砂巖的滲透性好于泥巖,為相對滲透層,泥巖為隔水層。調(diào)查過程中,在滑坡中部開挖臨空面內(nèi)坡上,可見砂巖的滲水現(xiàn)象。

2 滑坡變形特征

2.1 滑坡基本形態(tài)

滑坡體長540m,前緣寬約160m,中部寬約210m,左邊突出約40m,后緣寬約90m,平面形態(tài)呈長舌狀,面積為8.2×104m2。前緣高程430m,后緣高程580m,縱向由前向后陡坡地形,中部標(biāo)高486~495m處公路路基切坡開挖,形成高度為9~10m臨空面,坡度為70~80°,開挖后形成寬度為8~12m的平臺。

2.2 滑坡變形破壞特征

根據(jù)各部位滑動破壞特征的不同,縱向上可將滑坡分為中-后部牽引破壞區(qū)(Ⅰ)和前部推移阻滑隆起區(qū)(Ⅱ)(見圖1、圖2),中-后部牽引破壞區(qū)又分為牽引拉裂破壞區(qū)(Ⅰ-2)和牽引整體滑移區(qū)(Ⅰ-1)。

(1)牽引拉裂破壞區(qū)(Ⅰ-2)位于滑坡后部,滑坡前緣呈弧形,后緣呈弧形閉合,頂部窄、底部寬,頂部寬80m、底部寬150m。前邊界上為牽引拉伸斷裂形成的椅狀拉裂帶,左牽引形成的典型拉張位錯斷裂,沿斜坡呈臺階狀,發(fā)育下挫裂縫走向為30~70°,順坡臺階狀,后緣最大挫距為32m,連接滑坡左右兩側(cè)邊界?;禄瑒臃较驗?00°。

圖1 滑坡變形破壞特征平面圖

圖2 滑坡A-A’剖面圖

(2)牽引整體滑移區(qū)(Ⅰ-1)平面形態(tài)近似直角邊梯形,上部寬150m,下部寬200m,牽引整體滑移區(qū)的后邊界以弧形拉裂槽為標(biāo)志,坡面整體未見貫通滑坡的張拉裂縫,僅發(fā)育寬10~30cm寬的張拉裂縫,長10~30m,未貫通左右邊界。中部整體滑移區(qū)滑體左側(cè)邊界為滑坡左邊界剪切帶,邊界處的土體破碎,內(nèi)側(cè)高外側(cè)低,可見剪切擠壓痕跡,上下錯距70cm,表示滑坡在此處受到擠壓伴有剪切。中部整體滑移區(qū)右側(cè)邊界為滑坡右邊界剪切帶,邊界處的土體破碎,外側(cè)高內(nèi)側(cè)低,并且張開2~8m,右邊界外側(cè)土體可見擦痕,表示滑坡在此處受到剪切伴有張拉?;伦髠?cè)邊界擠壓,右側(cè)邊界張拉,顯示滑坡向下滑動向左轉(zhuǎn)向,滑坡中部整體滑移區(qū)除邊界外無明顯變形破壞,該區(qū)以整體滑動為主。

(3)前部阻滑隆起區(qū)(Ⅱ)平面形狀近似等腰梯形,頂部寬約130m,下部寬約160m,S303省道處可見滑坡明顯隆起抬升,可作為阻滑隆起區(qū)的后邊緣?;轮鬏S線前方房屋倒塌處為主方向阻滑彎曲區(qū),該區(qū)房屋受推擠傾倒破壞,地表隆起,形成縱向張性裂縫。

3 滑坡形成過程和機(jī)理分析

3.1 影響因素

影響滑坡形成的主要因素可分為斜坡形態(tài)、巖土結(jié)構(gòu)、人類工程活動和降雨條件,其中斜坡形態(tài)和巖土結(jié)構(gòu)是滑坡形成的基本物質(zhì)條件,降雨和人類工程活動是滑坡形成的外部誘因。

(1)斜坡形態(tài)?;聟^(qū)位于角口河左岸,山脊走勢近東北,斜坡剖面形態(tài)為上陡下緩。上部相對陡坡坡度為18~22°,下部417~495m相對緩坡坡度為10~15°,斜坡前緣至河邊為角口河的一級階地,地勢平坦。

(2)巖土結(jié)構(gòu)?;w物質(zhì)由第四系(Q4dl+el)殘破積層和志留系中上統(tǒng)韓家店組(S2-3hn)泥巖和塊狀-中厚層長石砂巖或巖屑砂巖互層組成。下伏基巖為順傾軟硬互層,硬層透水性強(qiáng),滑床物質(zhì)為志留系中上統(tǒng)韓家店組泥巖,具有較強(qiáng)的隔水性。地表水巖裂隙滲入巖土接觸面飽和,使滑帶土軟化,進(jìn)一步降低其抗剪強(qiáng)度,使得軟硬層面為剪切應(yīng)力集中區(qū)。

(3)降雨條件?;虑?個月,滑坡區(qū)降雨量明顯增加。前1周有5d小雨-中雨,總降雨量為60.2mm(見表1),導(dǎo)致地下水位逐漸上升。

表1 滑坡發(fā)生前1周降雨

(4)人類工程活動?;掳l(fā)生前,中部標(biāo)高486~495m處公路路基切坡開挖,形成高度為9~10m的臨空面,坡度為70~80°,開挖后形成寬度為8~12m的平臺。加之開挖邊坡時,對整個斜坡穩(wěn)定的行有較大影響,使斜坡上部出現(xiàn)張拉應(yīng)力集中帶,出現(xiàn)張拉裂縫。

不利的坡體結(jié)構(gòu)和巖土性質(zhì)為滑坡失穩(wěn)提供了基礎(chǔ)條件;前緣的道路切坡開挖,將潛在滑坡暴露,且降低了斜坡前緣的阻滑力,是滑坡發(fā)生的一個重要誘因;降雨條件是滑坡失穩(wěn)的另一個外部誘因。該滑坡是在不利基礎(chǔ)條件上,由于不合理的人工開挖和降雨條件綜合作用下形成的。

3.2 滑坡變形機(jī)理分析

該滑坡為大型巖土體混合滑坡,滑體物質(zhì)由第四系殘破積層和下伏泥巖、砂巖組成,坡體結(jié)構(gòu)為外傾軟硬互層,蠕變方向為順坡向,且滑面臨空,導(dǎo)致滑面以上硬質(zhì)巖中相對松弛,滲透性增強(qiáng),坡體中后部出現(xiàn)拉張裂隙。強(qiáng)降雨沿裂隙集中滲入坡體下部,在滑動面形成浮力和動水壓力,軟化滑動面,形成牽引滑動。上部滑體滑出擠壓前緣,最終發(fā)成牽引-推移式滑坡。由此,將該類滑坡形成演化過程劃分為如下3個階段:斜坡蠕滑變形階段、裂隙擴(kuò)張階段、斜坡整體失穩(wěn)階段(見圖3)。

(1)斜坡蠕滑變形階段。斜坡在河溝下切過程中,表層巖體蠕變,產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)面擴(kuò)張,巖體松弛;分化作用導(dǎo)致巖體工程性質(zhì)下降,表層巖體變形破壞。軟硬巖層差異性風(fēng)化過程、卸荷回彈和力學(xué)性質(zhì)差異,軟硬層面之間逐漸形成潛在破壞面。

(2)裂隙擴(kuò)張階段。滑坡中部道路施工開挖,產(chǎn)生臨空面,鎖骨段破壞,滑面露出,使斜坡上部出現(xiàn)張拉應(yīng)力集中帶,在降雨條件下,地下水在斜坡體中積累,斜坡下部開始發(fā)生蠕變變形。

(3)斜坡整體失穩(wěn)階段。斜坡失穩(wěn)前降雨量達(dá)到60.2mm,持續(xù)降雨和良好的地表水匯水條件,導(dǎo)致雨水迅速入滲,并向坡體前部流動形成動水壓力。斜坡地下水位逐漸升高,中下部出現(xiàn)靜壓水,滑帶土吸水軟化膨脹,并在滑帶處形成的浮托力及對滑帶軟化使得抗滑力降低。在雨水荷載、動水壓力、浮托力和滑帶軟化共同作用下,斜坡的變形增加,導(dǎo)致中上坡體產(chǎn)生拉裂縫,地表水更容易進(jìn)入坡體,進(jìn)而造成下滑力迅速增大,抗滑力急劇降低,滑面形成,造成斜坡整體失穩(wěn)滑動。

圖3 滑坡變形過程演示圖

4 結(jié)論

通過對該滑坡調(diào)查、變形破壞特征和形成過程機(jī)理分析,得到如下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)德江縣小尖山滑坡平面形態(tài)呈“舌狀”,體積約1.23×106m3,為大型巖土體混合滑坡。(2)滑坡發(fā)生后,根據(jù)其變形破壞特征、空間上的聯(lián)系及組合特征,并據(jù)此將滑坡分成3個主要變形區(qū),后緣拉裂形成寬大的拉裂槽,變形裂縫強(qiáng)發(fā)育,形成的典型張拉下錯裂縫,呈順坡臺階狀;中部整體滑動,整體未見貫通滑坡的張拉裂縫,側(cè)緣形成剪切帶;前緣形成鼓脹隆起堆積,鼓脹區(qū)房屋倒塌,S303省道錯位破壞,形成鼓脹裂縫。整個滑坡破壞模式可分為兩個階段,即中后部牽引滑動階段,前部推移滑動階段。(3)影響滑坡形成的主要影響因素有斜坡形態(tài)特征、巖土體結(jié)構(gòu)特征、人類工程活動和降雨條件等?;滦纬墒窃诓焕A(chǔ)條件上,由于不合理的人工開挖和降雨條件綜合作用下形成的。

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