安徽省橫痕滑坡形成機理及堆積體穩(wěn)定性研究

魏海楠　周中?！⒖?/p>

[摘要]本文以安徽省橫痕滑坡為例對該區(qū)滑移-壓致拉裂式滑坡的形成機理進行分析研究，并基于變形理論對研究區(qū)域進行了二維數(shù)值分析和穩(wěn)定性評價，分析結(jié)果表明，該滑坡整體穩(wěn)定性較好，但在暴雨工況下，穩(wěn)定性欠佳。

[關鍵詞]滑坡 變形理論 形成機理 邊坡穩(wěn)定性研究

[中圖分類號] P642.22 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-37-2

安徽省境內(nèi)皖南山區(qū)受地質(zhì)災害影響嚴重[1]，每年發(fā)生地質(zhì)災害的次數(shù)、所造成的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失在全國一直處于前幾位，地質(zhì)災害已日漸成為影響和制約安徽省社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。僅在2004～2009這6年時間內(nèi)，共發(fā)生地質(zhì)災害10358起，其中滑坡2328處，崩塌7575處，泥石流370處，地面塌陷85處，共造成直接經(jīng)濟損失122591萬元以及69人的人員傷亡。特別是在近年來為了加快皖南地區(qū)的交通網(wǎng)絡建設過程中，工程開挖在公路沿線誘發(fā)了大量的山體滑坡[2]。近年，安徽省在地質(zhì)災害防治領域開展了不少的工作，取得了一定的成果，但仍存在著不足。對地質(zhì)災害發(fā)育形成條件、誘發(fā)因素及形成機理的系統(tǒng)總結(jié)還尚有待進一步深入。鑒于此，緊密結(jié)合安徽省皖南山區(qū)滑坡地質(zhì)災害防治現(xiàn)實需求，本文就橫痕滑坡為例，緊密結(jié)合安徽省皖南山區(qū)滑坡地質(zhì)災害防治現(xiàn)實需求在對皖南山區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育特征現(xiàn)場調(diào)查基礎上，針對滑坡形成條件、誘發(fā)因素及其形成機理進行深入分析。

1滑坡概述

1.1滑坡工程地質(zhì)條件

橫痕滑坡地處皖南山區(qū)東部，屬中低山地貌?；挛挥谙髯蟀逗恿鬓D(zhuǎn)彎處，滑坡所在斜坡坡頂高程570m，溝底高程200m，高差370m，斜坡整體上陡緩相間，坡度20～40°，斜坡中上部為一緩坡平臺，坡度15～20°，現(xiàn)開墾為耕地。此段溪流呈S型彎曲，寬8～12m，常年有水流，整體流向250°?；略磪^(qū)位于斜坡頂部山梁上，三面臨空，其西側(cè)和東側(cè)分別為兩條平行深切沖溝，沖溝呈“V”字型，走向330°?；聟^(qū)地質(zhì)構(gòu)造活動強烈，構(gòu)造形跡發(fā)育。斜坡對岸公路開挖出露基巖發(fā)生明顯揉皺，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層產(chǎn)狀不一。

1.2滑坡體基本特征

滑坡后緣高程530m，前緣剪出口高程350m，主滑方向303°。1996年6月30日在連續(xù)暴雨下誘發(fā)滑坡，滑體沿主滑方向向前向下運動，在斜坡中部（B點）受山脊阻擋，滑動大部分滑體停留下來，少部分滑體碎屑流的形式沿290°方向沖溝向下滑動，最后滑入坡腳溪流中形成泥石流。主滑體整體呈“錐”型，上寬下窄。滑坡體兩側(cè)形成明顯的沖溝，且雙溝在前緣匯聚。滑體長500m，寬200m，厚15～20m，總體積約200×104m3。滑坡發(fā)生后，后緣形成明顯的圈椅狀地形，滑坡后壁平直高陡。斜坡發(fā)生失穩(wěn)后，滑坡邊界條件特征明顯，后緣形成明顯的圈椅狀地貌，兩側(cè)為沖溝。

2滑坡變形特征及形成機理研究

2.1滑坡變形特征

橫痕滑坡為多日連續(xù)暴雨誘發(fā)[3]，整個滑體傾瀉而下，并伴隨巨大聲響?；掳l(fā)生后，后緣形成明顯的圈椅狀地形，后壁平直高陡，兩側(cè)壁形成多級錯臺，且在滑體后緣斜坡上發(fā)育多條長大裂縫，原橫痕村舍房屋開裂，現(xiàn)已全部拆遷。

2.2滑坡形成機理

通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，橫痕滑坡所在山體為順層邊坡，巖層產(chǎn)狀N40°E/NW∠33°，基巖巖性為薄層狀千枚巖。自然歷史過程中，斜坡在內(nèi)外營力作用下產(chǎn)生滑移，在后緣產(chǎn)生深大拉張裂縫。1996年，在暴雨的作用下，斜坡滑移面貫通，產(chǎn)生滑坡。據(jù)此分析，滑坡的形成過程可以分為3個階段：

（1）巖體卸荷回彈-滑移階段

在斜坡形成過程中，地殼抬升，河谷下切，為斜坡滑動提供了較好的臨空面，伴隨溝的下切，斜坡的原有應力平衡遭到破環(huán)，發(fā)生了應力的重新分布。斜坡應力調(diào)整所致的卸荷回彈在坡體一定深度范圍內(nèi)形成陡傾坡外的卸荷裂隙，并促使斜坡巖體沿下伏軟弱面向坡前臨空方向滑移，產(chǎn)生自下而上發(fā)展的拉裂隙并造成陡傾卸荷裂隙的進一步擴展。

（2）潛在滑移面逐漸貫通階段

隨著沖溝下切深度的增大，自下而上的拉裂隙發(fā)育程度越來越高，并沿層面方向產(chǎn)生剪切滑移。臨空面少部分巖體拉裂解體，產(chǎn)生局部的滑塌，堆積于溝中，使原有的巖體的穩(wěn)定性降低。雨水等沿裂隙向下滲流，一方面對巖土體產(chǎn)生軟化作用，降低巖土體的物理力學性質(zhì)，另一方面，使得斜坡內(nèi)產(chǎn)生靜水壓力與動水壓力，增加斜坡下滑力，最終使?jié)撛诨泼嬷鸩截炌ā?/p>

（3）滑面貫通-破壞階段

斜坡內(nèi)部潛在滑面逐漸貫通，發(fā)展到累進破壞階段后，由于受到持續(xù)暴雨的作用，滑移體拉裂解體，沿前緣的一組節(jié)理面產(chǎn)生切層滑出，滑坡便發(fā)生滑動破壞?；掳l(fā)生后由于受到地形的限制，滑體滑移一定距離后受前緣山脊阻擋作用，大部分滑體停留下來。在與山脊的碰撞過程中，滑體解體成塊碎石狀堆積于溝谷中。

3基于極限平衡理論的滑坡穩(wěn)定性評價

采用二維有限元對斜坡的穩(wěn)定性進行分析，并利用Geo-Studio軟件中SLOPE/W模塊，根據(jù)斜坡坡體結(jié)構(gòu)特征、巖土體結(jié)構(gòu)特征及坡體內(nèi)部應力應變特征推測潛在滑動面（根據(jù)工程地質(zhì)條件指定最可能失穩(wěn)的潛在滑面），對斜坡在各種不同工況條件下的穩(wěn)定性進行模擬計算。斜坡穩(wěn)定性定量評價采用基于剛體極限平衡理論的Morgenstern-Price法、Janbu法、Bishop法、瑞典條分法等四種方法進行計算。由于水對斜坡穩(wěn)定性起關鍵作用，因此在穩(wěn)定性計算之前應耦合進相應工況條件下的地下水滲流場，暴雨工況時按堆積體全部飽和這一最危險條件進行計算分析。通過軟件的模擬，分別對所有可能的滑面分天然、暴雨工況條件下進行計算，然后對篩選出的最不利滑面進行分析。

通過表1計算結(jié)果顯示：

在天然工況條件下，典型剖面各滑面穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.15，處于穩(wěn)定狀態(tài)。在該工況條件下斜坡整體穩(wěn)定性較好，穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.34，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合以上圖表數(shù)據(jù)分析得出，在天然工況條件下典型剖面整體穩(wěn)定性較好，沒有發(fā)生整體失穩(wěn)的可能。

在暴雨工況下按50年一遇設計、相應降雨量為1.177E-006mm/s。經(jīng)過連續(xù)五日強降雨后斜坡穩(wěn)定性分析結(jié)果如表2所示。

在天然+暴雨工況條件下，典型剖面各滑面穩(wěn)定性系數(shù)呈減小趨勢，穩(wěn)定性降低。降雨96小時斜坡體穩(wěn)定性逐步降低到到1.087，仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，但已經(jīng)向欠穩(wěn)定狀況發(fā)展。降雨120小時斜坡體穩(wěn)定性進一步降低，降到1.047，已經(jīng)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。以上表明，在暴雨工況條件下，在斜坡前緣不出現(xiàn)局部失穩(wěn)破壞形成新的臨空面的情況下，整個堆積體斜坡的整體穩(wěn)定性是比較好的，沒有發(fā)生整體失穩(wěn)的可能，但是斜坡體中部以上由于降雨影響有失穩(wěn)的危險。

綜合以上圖表數(shù)據(jù)分析得出，在天然+暴雨工況條件下典型剖面整體穩(wěn)定性有一定程度的降低，發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性較低，但局部失穩(wěn)的風險較大。

4結(jié)論

通過現(xiàn)場的地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合滑坡變形特征及滑坡形成機理分析，可得出以下結(jié)論：

（1）橫痕滑坡為順層滑坡，為暴雨誘發(fā)形成?；鶐r巖性為青白口系井潭組千枚巖?；聶M向?qū)?50～200m，縱向長500m，厚15～20m，總體積約200×104m3。

（2）滑坡邊界特征明顯，滑坡發(fā)生后，后緣形成明顯的圈椅狀地形，后壁下部發(fā)育兩級平臺，滑體兩側(cè)沖溝明顯。滑體在運動過程中產(chǎn)生撞擊轉(zhuǎn)向。

（3）滑坡的形成過程可分為三個階段：首先在長期的自然歷史過程中巖層卸荷回彈-滑移階段；隨著卸荷回彈-滑移的發(fā)展，巖層內(nèi)產(chǎn)生大量裂縫，為潛在滑移面的形成提供基礎條件；最后在暴雨的誘發(fā)，潛在滑移面逐步貫通，最終形成滑坡地質(zhì)災害。

（4）通過對滑坡典型工程地質(zhì)剖面圖的數(shù)值模擬計算可知，該滑坡整體穩(wěn)定性較好，但在暴雨工況下，穩(wěn)定性欠佳。

參考文獻

[1]王國強，徐威，吳道祥，劉洋，葉朝漢. 安徽省環(huán)境地質(zhì)特征與地質(zhì)災害[J]. 巖石力學與工程學報，2004，01：164-169.

[2]孫健，陶慧，楊世偉，耿夏蓮，魏永霞. 皖南山區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育規(guī)律與防治對策[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，05：98-101.

[3]周創(chuàng)兵，李典慶. 暴雨誘發(fā)滑坡致災機理與減災方法研究進展[J]. 地球科學進展，2009，05：477-487.