某滑坡的成因機制及處理措施的探討

吉茂林

(江西省水利規(guī)劃設(shè)計院,江西 南昌 330029)

1 概況

南昌市前湖電排站排水渠位于南昌市紅谷灘新區(qū),2003年 12月開工,2004年 2月施工過程中,先后發(fā)生了 3次滑坡,主要采取開挖減載、增設(shè)平臺、草皮及金屬網(wǎng)護坡措施,治理 2005年 5月竣工。

2005年 5月 16日前后幾天,南昌市連續(xù)降雨,在 5月 16日傍晚,前湖電排站排水渠水位電排下降約 1m(高程 19m降至 18m)左右,在排水渠樁號 0+280～0+400m之間發(fā)生了滑坡,滑動方向呈左旋轉(zhuǎn)式,右側(cè)滑動距離大,左側(cè)滑動距離較小?；略斐闪伺潘氯?電排站排澇區(qū)域嚴(yán)重積水,影響了該區(qū)域居民的正常生活,及該區(qū)域單位工廠的正常工作。

2 滑坡的主要特征

2.1 地形地貌

工程區(qū)處于贛江西岸沖積平原與丘陵接壤帶,地勢東低西高,東側(cè)為沖積平原,地勢平坦,屬贛江堆積階地,該段排水渠沿沖積平原與丘陵接壤帶呈近南北向展布,渠底高程約15.3m,頂高約 20.3m?；麦w處一相對低緩沖溝區(qū),北側(cè)山坡近南北走向,滑坡區(qū)為人工邊坡,坡高最大 34m,為中邊坡,分級坡角為 23°～34°總體邊坡坡角為是 17°,為斜坡?；麦w呈橫長形展布,最大滑距 5～6m,滑動方向呈左旋轉(zhuǎn)式,右側(cè)滑動距離大,左側(cè)滑動距離較小,滑坡體長約 75m,前緣寬約 110m,后緣曲度較平緩,面積約 6 150m2,最大厚度為 10m,平均厚度約 7m,為中層滑坡,滑坡體方量為 4.3×104m3,為小型滑坡。

滑坡體表面有 9條裂縫(L 1～L 9),裂縫特征見表 1,分布見附圖 1。由裂縫特征可判斷,該滑坡為牽引式滑坡。

2.2 地層巖性

巖性為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖,分布于臥龍山一帶,部分被第四系松散地層掩蓋。泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖,紫紅色,粉砂質(zhì)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀為 N3°E/S E∠12°,傾向排水渠。在滑坡區(qū)具全～弱風(fēng)化狀。巖體中夾有多層順層軟弱泥化夾層,少量切層軟弱泥化夾層,厚度 10～80 cm,夾層中的泥質(zhì)物一般呈可塑狀～軟塑狀,夾原巖碎屑及小礫,粒徑 0.2～3 cm,呈棱角狀。巖體飽和抗壓強度為10Mp a,軟化系數(shù)為 0.32,耐崩解指數(shù)為 83.9%,屬易崩解易軟化軟巖。

圖1 裂縫分布圖

2.2.2 第四系中更新統(tǒng)沖積層(alQ2)

巖性為紫紅色礫質(zhì)粘土,呈可塑狀,礫石粒徑一般 0.3～5 cm,最大 9 cm,磨圓度較好,呈次圓狀,分選不好,膠結(jié)較差。分布于丘陵表面及斜坡地帶,出露高程 25～50m,屬Ⅲ級基座階地,階面呈斜坡,東低西高。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺之豐城～樂平凹斷束構(gòu)造單元之中,據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)的界定,測區(qū)地震動峰值加速度為 0.05g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。區(qū)域穩(wěn)定性較好。

該區(qū)未見較大規(guī)模的斷層,層間錯動較為常見,層間錯動多為泥化夾層,厚度不一,一般厚度 10～50 cm,最大厚度80 cm。一般為可塑狀～軟塑狀,夾少量礫石,成份為泥質(zhì)粉砂巖,呈棱角狀、次棱角狀。粒徑一般 0.2～3cm,最大 5 cm。

2.4 水文地質(zhì)條件

本區(qū)地下水類型主要為基巖性潛水裂隙水和孔隙性潛水?？紫缎詽撍?主要分布在第四系松散堆積層之中,接受大氣降水補給,排向溝谷及低洼地,徑流不暢通?；鶐r裂隙性潛水:埋藏于基巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙、斷層破碎帶、軟弱夾層和層面裂隙之中,由大氣降水及孔隙性潛水補給,排泄于溝谷及排水渠,徑流較為暢通?？辈炱陂g地下水埋深一般為 2.1～15.5m。

滑坡區(qū)右側(cè)基巖裸露,巖體裂隙發(fā)育,具強～中等透水性;中部及左側(cè)表層為礫質(zhì)粘土及全風(fēng)化基巖具弱～微透水性,其下較大范圍巖體基本呈中等透水性。在滑坡區(qū)排水渠渠底至水位變動帶邊坡,發(fā)育多層泥質(zhì)夾層,具強透水性,局部有較多小孔洞。

表1 滑坡體裂縫特征表

2.5 滑坡體巖土物理力學(xué)性質(zhì)

第四系中更新統(tǒng)紫紅色礫質(zhì)粘土,礫石含量 20%～60%,粘粒含量 12.9%～31.2%。濕密度為 1.97g/cm3,在含水率為 24.8%時,其飽和快剪試驗?zāi)哿?C=10.6 KPa,摩擦角 φ=25.4°,具中～高壓縮性。

泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖的飽和密度為 2.46g/cm3,抗剪斷強度凝聚力 C=3.26 MP a,似內(nèi)摩擦角 φ=43.7°。

軟弱泥化夾層,第一組試驗,含水率為 43.5%,排水反復(fù)直剪強度試驗結(jié)果為:凝聚力 C d=20 KPa,摩擦角 φ d=12.0°。第二組試驗含水率為 32.3%,排水反復(fù)直剪試驗結(jié)果為:凝聚力 C d=20 KPa,摩擦角 φ d=12.0°;殘余強度凝聚力 C'r=16 KPa,摩擦角 φ'r=10.5°。顆分資料粘粒含量最高為 31.4%。滑動面的試算建議值為:C=0～23 KPa,φ=10°～ 13°。

3 滑坡形成機制及穩(wěn)定分析

3.1 滑坡形成機制

滑坡區(qū)為人工邊坡,坡高最大 28m,為中邊坡,分級坡角為 23°～34°總體邊坡坡角為是 17°,為斜坡,坡體為巖土混合邊坡,泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖透水性較弱,巖層傾向坡外。泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖巖性不均一,存在軟弱夾層,少量切層軟弱泥化夾層,厚度 10～80 cm,呈可塑狀～軟塑狀,夾少量礫石,粒徑 0.2～3 cm,呈棱角狀,成分為泥質(zhì)粉砂巖。在滑坡體右上側(cè)勘探時,鉆孔多次回水中斷,裂隙中充填有多層與周圍巖體不一樣的砂粒,說明滑坡右側(cè)巖體風(fēng)化較嚴(yán)重,基巖內(nèi)地下水的徑流較大,對邊坡的穩(wěn)定構(gòu)成潛在的威脅。

滑坡體處一相對低緩沖溝區(qū),有較多的地表水匯流補給地下水,地下徑流來源較豐富,是滑坡體產(chǎn)生的外部因素。巖層層面及泥化夾層多呈緩傾角傾向坡外,其與順坡走向陡傾角裂隙,組成不利的組合面,滑坡區(qū)排水渠渠底至水位變動帶邊坡,發(fā)育多層泥質(zhì)夾層,具強透水性,局部有較多小孔洞力學(xué)性質(zhì)很差,是滑坡體產(chǎn)生滑動的根本原因。滑坡區(qū)右側(cè)基巖裸露,風(fēng)化較嚴(yán)重,裂隙發(fā)育,具強～中等透水性;左側(cè)及中部區(qū)域表層分布厚層礫質(zhì)粘土,為弱～微透水性,下部基巖風(fēng)化較差,裂隙較發(fā)育,其下較大范圍巖體基本呈中等透水性;右側(cè)巖體軟弱泥化夾層力學(xué)性質(zhì)及其它地質(zhì)條件比左側(cè)差,是形成左旋式滑坡的基本原因。

2005年 5月 16日前后幾天連續(xù)降雨,排水渠處于高水位狀態(tài),滑坡區(qū)巖體地下水豐富,地下水位高,且受上部弱～微透水層壓蓋,增大靜水壓力,地下水坡降加大。巖體在較長時間飽和狀態(tài)下,泥化夾層力學(xué)性狀極差。在 5月 16日傍晚,排水渠水位電排下降約 1m(高程 19m降至 18m)左右,由于排水渠邊坡排水不暢,大量地下水來不及通暢排泄,形成一定的水壓力,結(jié)合巖土體重力作用,由于滑坡兩側(cè)裂隙發(fā)育的不同,滑坡右側(cè)壁首先形成,臨排水渠前部邊坡順軟弱泥化夾層左旋滑落,大致沿 L7裂縫范圍的前部巖體最大滑落約 2.4m,最大滑距 5～6m;其后部巖體失去前部支撐后亦沿軟弱面下滑,形成牽引式滑坡。滑坡體形成機理見附圖2。

圖2 滑坡體形成機理圖

3.2 滑坡穩(wěn)定分析

3.2.1 滑動面參數(shù)的試算

該滑坡體為牽引式滑坡,以首先開始滑動的滑動面(滑動面 1)作為研究對象,通過復(fù)原地形對滑動面參數(shù)進行試算,試算安全系數(shù) F s=0.95、1、1.05。因為南昌市地震烈度為Ⅳ度,所以不考慮地震的影響。

采用力的代數(shù)疊加法來計算,取單寬剖面,按平面問題處理,復(fù)原地形對滑動面參數(shù)試算分析結(jié)果見下附圖 3。

圖3 敏感性分析

3.2.2 滑坡體現(xiàn)狀穩(wěn)定性計算

滑動面計算參數(shù)根據(jù)試驗、類比、試算等方法綜合確定為 C=3 KPa,φ=10.5°,以首先開始滑動的滑動面(滑動面1)作為研究對象,采用力的代數(shù)疊加法來計算該滑坡的穩(wěn)定性。取單寬剖面,按平面問題處理。

計算結(jié)果為:滑坡體的安全系數(shù) F s=1.236,滑坡體現(xiàn)狀處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 對策及措施

滑坡體原巖結(jié)構(gòu)基本沒變,目前處于相對穩(wěn)定平衡狀態(tài)。由于該滑坡體屬牽引式,對滑坡體下部進行大量清除將形成較大臨空面,使滑體側(cè)壁及后壁巖土體失去支撐,有可能形成新的滑動體,或潛在的滑動因素,故不宜對滑坡體坡腳作大量清挖。由于該邊坡為人工邊坡,總體邊坡坡角為17°的斜坡,坡度較緩,且為小型滑坡,以前設(shè)計坡角沒有任何護腳措施,所以建議在滑坡體前緣分段適當(dāng)清挖整理,設(shè)置重力式擋土墻。

滑坡體兩側(cè)巖土體在滑坡體形成時,局部可能存在一些牽引影響,且現(xiàn)邊坡多為基巖裸露,節(jié)理裂隙發(fā)育,地表水極易滲入,泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖巖性不均一,存在軟弱夾層,在多雨的江西,軟弱夾層性質(zhì)較差,在下部排水不暢時形成靜水、動水壓力,將產(chǎn)生新的滑坡或潛在滑動體,建議處理滑坡體時擋土墻適當(dāng)往兩側(cè)延伸。

由于南昌市年降雨量較大,主要集中在 5、6、7、8月份。泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖遇水易崩解風(fēng)化,在巖體裸露的邊坡表層也將形成一層弱透水性的全風(fēng)化層,形成和新滑坡體產(chǎn)生前一樣的地質(zhì)結(jié)構(gòu),所以從長遠角度看,建議對滑坡體所在位置的其他段人工邊坡進行穩(wěn)定計算,采取必要的措施。

5 結(jié)語

1)該類型的邊坡具有一般邊坡的特點:所在地區(qū)的降雨量情況;邊坡傾向與巖層傾向的關(guān)系;邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu);巖體的本身的特征;邊坡坡腳的水文地質(zhì)特點。

2)該邊坡所獨有的特點:邊坡坡腳水流的動態(tài)變化,使邊坡內(nèi)地下水位也長期發(fā)生動態(tài)變化。使邊坡長期處于動態(tài)的地下水壓力的作用下,加之泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖所含大量親水礦物,在地下水的動態(tài)變化中從巖體中流失,所以滑動帶物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)在縱向上是不相同的。泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖巖性不均一,存在軟弱夾層,在多雨的江西,軟弱夾層性質(zhì)較差,所以在該邊坡的設(shè)計上應(yīng)該適當(dāng)加大安全系數(shù)的儲備。

[1]巖土工程勘察規(guī)范.G B 50021-2001205～208.

[2]中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范 S L 55-200559～69.

[3]工程地質(zhì)手冊(第三版)中國建筑工業(yè)出版社 2006.01585～600.

[4]林宗元.簡明巖土工程勘察設(shè)計手冊.上冊中國建筑出版社2004.02846～862.

[5]顧曉魯,錢鴻縉,等.地基與基礎(chǔ)(第二版)中國建筑工業(yè)出版社2004.04750～766.

[6]郭見揚,譚周地,等.中小型水利水電工程地質(zhì)(第二版)水利電力出版社 1995.0651～57.

[7]徐志英.巖石力學(xué)(第三版)水利電力出版社 ,191～205.