廣東省豐順縣某滑坡成因及穩定性分析

梁利紅

(廣東省地質局 第七地質大隊,廣東 惠州 516008)

廣東省豐順縣某滑坡成因及穩定性分析

梁利紅

(廣東省地質局 第七地質大隊,廣東 惠州 516008)

廣東省豐順縣某滑坡屬于中層大型土質滑坡,通過現場工程地質勘察,揭示滑坡地層巖性和地質構造特征,分析滑坡的形成條件及成因機制。通過室內試驗及參數反演,確定滑坡穩定性計算的參數取值,并采用Janbu條分法對滑坡穩定性進行計算。結果表明滑坡天然狀態下處于欠穩定狀態,暴雨工況下處于不穩定狀態。結合對滑坡發展趨勢及危害性預測分析和治理費用估算,建議對滑坡災害威脅區域村民進行搬遷避讓,以確保人民生命財產安全。

滑坡;形成條件;成因機制;穩定性分析

近幾個世紀以來,滑坡災害一直是危害人們生命財產和工程建設安全的主要自然災害之一[1-2]?；碌姆€定性研究顯得尤為重要,在對滑坡地形地貌、地質構造、基本特征查清的基礎上,探明滑坡形成條件及成因機制并選擇較為合理的評價方法是評判滑坡穩定性的關鍵[3-4]。對于中大型土質滑坡,在工程建設領域,對其穩定性分析采用較多的是Janbu條分法,其考慮了各條塊間的靜力平衡水平和垂直作用力,同時考慮條塊力矩平衡,是一種比較嚴格和嚴謹的分析方法,求算結果相對精確[5]。

本文中廣東省豐順縣某滑坡查明屬于中層大型土質滑坡。2013年8月14日,受強臺風“尤特”持續強降雨影響,滑坡中上部坡體出現蠕動,造成村民房屋墻體開裂(圖1),村內道路起拱,給當地村民的生產和生活帶來嚴重影響,對村民的生命財產安全構成極大威脅,潛在安全隱患特別突出,經濟損失巨大。對該滑坡進行穩定性評價分析、發展趨勢及危害性預測,并提出應對措施迫在眉睫。

1 地質背景概況

滑坡區屬低山—丘陵地貌,海拔高程140～512 m?；挛挥谝黄孪?5°～110°斜坡中下部,斜坡前緣與河流呈陡坎相接,斜坡自然坡度25°～35°,下部較緩,坡度10°～20°,分布有多級寬緩不一的平臺,為當地村民(約140戶463人)主要居住與耕植區,中上部見有水流溝渠引入水流用作稻田灌溉。不同成因的第四系松散土體廣泛分布于坡體表部,巖性主要為淤泥質粘土、粉土和砂質粘性土,厚7.30～34.50 m。坡體北西側見有少量褐紅色—花斑色花崗巖風化巖體,完整性較差?；聟^地下水主要為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水,水量豐乏不一。區域內地下水位動態變化具季節性特點,雨季地下水位明顯上升,旱季地下水位回落下降,年變化幅度為2.0～5.0 m。

圖1 滑坡中上部蠕動變形造成房屋墻體開裂Fig.1 Wall cracking caused by creep deformation of middle-upper part of landslide

2 滑坡基本特征

2.1 形態特征

滑坡形態較為清晰,邊界明顯?；缕矫娲篌w呈“長舌”狀,后緣具明顯的圈椅狀地貌,形成微呈弧形展布、高3～8 m、坡度30°～50°的座滑陡坎?；麦w中部分布有多級大小不一的平臺,為當地村民主要居住與耕植區?；虑熬墝捈s350 m,受水流沖刷侵蝕多呈臨河陡坎,局部可見滑坡鼓丘?；略跈M向呈現南高北低、南陡北緩的特點,滑體內發育有數條縱向深切“V”字形沖溝,為滑坡區地表水主要外排通道。

工程地質勘察表明,滑坡剖面呈上陡下緩的多級階梯狀,整體坡度約15°～20°,局部陡坡段達30°～50°?；w厚度與地形具有一定相關性,在縱向上也有一定的變化,中部階梯狀陡坎分布區滑坡體厚度較小,為6～9 m,上部和下部厚度為13～20 m(見圖2)?；螺S長約820 m,最大寬度368 m,平均厚度13.7 m,滑坡體平面面積約22.12×104m2,體積約301.72×104m3,整體坡度約15°～20°,滑坡主滑動方向45°,屬于中層大型土質滑坡?；碌湫偷刭|剖面圖如圖2所示。

圖2 滑坡工程地質剖面圖Fig.2 Landslide engineering geological profile1.第四系坡積層;2.第四系殘積層;3.含碎石粉質粘土;4.砂質粘性土;5.花崗巖;6.地層界線;7.滑動面;8.地下水。

2.2 變形特征

滑坡變形主要表現為中上部坡體出現拉裂塌滑地面下沉及前緣鼓丘裂縫。中部村級公路路面裂縫表現最明顯、最集中,多條張拉裂縫,延伸方向約300°,剪切裂縫垂直公路,直接造成公路錯位,錯位距離達10 cm,裂縫長達數十米。坡體上房屋大多出現了墻體開裂和地面下沉,裂縫寬約2～10 cm?；虑熬壈l育扇形鼓丘裂縫,裂縫寬約3～10 cm,長約1～2 m,深度約30～50 cm,鼓脹凸起部分土質松散,局部臨河陡坎發生小規模坍滑。

2.3 組成物質及結構特征

2.3.1 滑坡體

滑坡體物質組成和物質來源自上而下分別為:地表耕植土,坡積含碎石粉質粘土,殘積砂質粘性土。其中坡積含碎石粉質粘土為滑坡體主要組成物質,呈可塑—硬塑,碎石含量為10%～30%,粒徑一般為2～10 cm,呈棱角或次棱角狀?；麦w內還分布有較多塊石,呈棱角狀,雜亂堆積,時有架空現象,粒徑一般在20～50 cm,最大達300 cm,均不同程度被鈣化或覆有鐵鈣質薄膜,光澤暗淡。

2.3.2 滑動帶

滑坡滑動帶主要位于坡積含碎石粉質粘土與下伏殘積砂質粘性土接觸帶?；瑤翞楹槭圪|粘土,紅褐色—黃褐色,稍濕,軟塑—可塑,碎石呈次棱角或半圓形,含量較滑坡體明顯減少,粒徑明顯變小,片狀碎石擠壓平躺,具有定性排列特征,該層的厚度一般較薄,10～50 cm左右?；瑤A向近北東,后部較陡,坡度為15°～20°,中部至前緣整體坡度為8°～12°,整體坡度約11°,與下伏砂質粘性土接觸面光滑。在縱向上滑帶總體呈折線形,與下伏殘積砂質粘性土頂面基本平行,指向方向約為45°,最低高程為140 m。

2.3.3 滑床

滑床主要為燕山期花崗巖風化而成的殘積砂質粘性土,巖土力學性質較差,透水性一般,手搓易碎散、浸水易崩解,遇水土體的抗剪強度會明顯降低,與上覆坡積含碎石粉質粘土的接觸面含水量較大,大多呈可塑狀態。

3 影響滑坡穩定性的主要因素

3.1 滑坡形成條件

(1) 滑坡主要位于丘陵斜坡谷地區域,斜坡土體以坡積含碎石粉質粘土和殘積砂質粘性土為主,受地形地貌、土體性質和地下水作用的控制,導致滑坡體內巖土體性質差異明顯。使得坡積土體碎塊石含量、粒徑極不均勻,易使地表水體滲入,形成上層滯水,增加滑體重度。

(2) 燕山第三期黑云母花崗巖風化產物為滑床主要組成物質,受母巖物質成分和后期風化的影響,導致花崗巖原地風化劇烈,遇水易軟化,在長期遭受地下水浸泡造成該層頂面土體物理力學強度降低,形成隔水層,對滑坡的穩定不利。

(3) 滑坡前緣大多位于河流或沖溝邊,受水流的沖刷導致滑坡前緣形成深切“V”型沖溝,為滑坡形成和位移提供了臨空面。

(4) 水的作用是誘發滑坡變形的因素?；聟^主要位于斜坡溝谷,為雨水匯集區,滑坡體上村民生產以耕種水稻田為主,使坡面長期蓄存地表水,洪雨季節降雨量大并集中,雨水和地表水的下滲,不僅降低了土體的抗剪強度,而且還增加了滑體重度。

(5) 變形強烈地段集中于公路及兩側,說明公路修建、房屋建設、稻田耕種不斷改變地質環境,破壞原有平衡條件,激發滑坡體復活。

3.2 滑坡成因機制

滑坡前緣處于對面鋪山前河流沖積階地,前緣土體不斷被河水沖刷,在人類活動、雨水等共同作用下導致滑坡前緣土體失穩產生滑動。后緣位于公路附近產生了較多的拉張裂縫,促使地表水或洪雨季節雨水進入滑坡土體,增大土體自重,降低土體抗剪強度?；不◢弾r風化而成的砂質粘性土為遇水易軟化的特殊性土體,滑坡體中前部至后緣,坡面水體面積非常廣,增大了地表水體下滲面積,后緣形成的滑坡洼地被改造為池塘,長年蓄水,蓄存了地表水體。洪雨季節,地表水和地下水徑流量增強,水量增大,坡體飽水后土體強度急劇降低,下伏殘積土層遇水軟化,從而產生軟弱界面,導致滑坡沿坡積層和殘積層界面發生滑動。

4 滑坡穩定性分析

4.1 邊坡穩定性計算

4.1.1 計算方法和模型

根據Janbu法,土坡滑動一般情況下坡面是任意的,坡面上作用荷載,在坡體的兩側作用有側向推力Ea和Eb,剪力Ta和Tb,滑裂面也是任意的。土條間作用力的合力作用點連線稱為推力線。在土坡斷面中任取一土條,其上作用有集中荷載ΔP,ΔQ及均布荷載q,ΔWr為土條自重力,τf為條塊抗剪強度,c′為有效應力的粘聚力,α為條塊底部夾角。土條兩側作用有土條條間力E、T及E+ΔE、T+ΔT,滑裂面上的作用力ΔS和ΔN。

其推導穩定性系數Fs計算式為:

然后運用迭代法進行相應穩定性系數的計算。

本文在用Janbu法計算穩定性系數時,使用理正巖土邊坡穩定性分析系統,其在實際工程案例具體運用時,進一步簡化,采用以下公式計算:

式中:K為整個滑體剩余下滑力計算的安全系數;b為單個土條的寬度(m);W為條塊重力(kN),浸潤線以上取重度,以下取飽和重度;θ為條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角(°);Hi、Hi+1為作用條塊側面的切向力(kN);C、φ為土的抗剪強度指標,采用有效應力法時,取有效應力指標。

4.1.2 計算工況的確定

滑坡體整體體積較大,地面荷載為當地居民居住房屋,大多為一層磚房,對滑坡體影響較小,計算工況時不考慮房屋引起的地面附加荷載;勘查區屬于地震基本烈度Ⅵ度區,不考慮地震荷載,此次計算主要考慮連續強降雨對于滑坡穩定性的影響。計算工況采用如下組合:

工況一 自重+天然狀態;

工況二 自重+暴雨(連續降雨)。

4.1.3 計算參數的確定

(1) 室內試驗。根據勘查區巖土層力學性質對比分析,室內試驗物取得勘查區內滑坡體物理模型的力學指標,如表1所示。通過室內試驗及工程經驗類比建議其天然重度取18.5 kN/m3,飽和重度取19.8 kN/m3。

該滑坡屬老滑坡,滑坡體已形成固有滑動面,且滑坡體正處于整體變形—滑動狀態,根據土工試驗選用反復直剪(殘余)強度,另結合經驗給定滑動面天然狀態下抗剪強度C值為17.1 kPa。

(2) 物理力學參數的確定。根據表1實驗數據,采用天然狀態下反復直剪(殘余)強度并結合經驗綜合考慮選取C=12～29 kPa,φ=7°～13°進行敏感性分析。確定穩定系數k與抗剪強度參數(C、φ)的關系,找出k隨內聚力C及內摩擦角φ變化的敏感程度,具體見滑面抗剪強度對滑坡穩定系數影響敏感性分析(表2)。

表1 滑坡土體力學性質指標統計表Table 1 Statistics of soil body mechanical properties of landslide

表2 滑面抗剪強度對滑坡穩定系數影響敏感性分析表Table 2 Sensitivity analysis on the influence of shear strength of slide surface on landslide stability coefficient

通過對比分析,在φ值不變的情況下,C值每增加(或減少)1 kPa,F值可增加(或減少)0.021～0.022,在C值不變的情況下,φ值每增加(或減少)1°,F值可增加(或減少)0.059～0.060。φ值的變化對滑坡穩定性影響比C值大,φ值對滑坡穩定性敏感程度比C值對滑坡穩定性敏感程度高,同時也表明強降雨(降雨影響土體C、φ)對滑坡穩定性影響明顯。

表2中,令此天然狀態下的穩定系數為1,反演得到滑帶土天然狀態下φ=10.8°,C=17.1 kPa。

綜上所述,在室內試驗、工程經驗及參數反演分析的基礎上,提出該滑坡穩定性參數建議值如表3所示。

表3 滑坡穩定性計算主要物理力學參數建議值Table 3 Main physical and mechanical suggested parameters of landslide stability calculation

4.1.4 滑坡穩定性計算結果分析

通過上述計算模式、計算方法、計算工況所取得的計算參數,對勘查區各滑坡穩定性進行了計算,計算采用理正6.5巖土計算軟件,在計算的過程中考慮地下水的滲水壓力的作用,該滑坡地質災害危害性等級為一級,滑坡剩余下滑力安全系數取1.3,計算結果見表4。

表4 滑坡穩定性計算結果表Table 4 Results of landslide stability calculation

4.2 滑坡穩定性綜合評價

4.2.1 滑坡穩定性評價

本工程滑坡穩定狀態劃分主要根據《滑坡防治工程勘查規范》(DZ/T 0218—2006)[6]規定,其詳細說明見表5。

表5 滑坡穩定狀態劃分Table 5 Division of landslide stable states

注:Fs為滑坡穩定系數。

據滑坡穩定性計算結果,該滑坡整體在天然狀態下處于欠穩定狀態,暴雨狀態下處于不穩定狀態。需采取相應措施,避免滑坡災害發生造成重大人員經濟損失。

4.2.2 滑坡發展趨勢及危害性預測

滑坡位于山體斜坡處,中后部坡度陡峭,第四系坡積含碎石粉質粘土較厚,易出現飽水狀況,導致土體抗剪強度降低?；麦w中部房屋墻體開裂嚴重,水泥公路下沉、開裂、錯位不斷加劇,坡體上稻田、池塘漏水嚴重等特征表明該滑坡當前處于欠穩定狀態。坡體表面稻田、滑坡洼地分布范圍廣,蓄水量大,增加了地表水下滲量,如遇較長期降雨,使表層含碎石粉質粘土處于飽水狀態,滲入滑坡巖土體的滲流量增大,滑床砂質粘性土遇水軟化,動水壓力增大,抗剪強度降低,容易引發更大范圍的滑坡或沿殘積層內部的深層滑動。人類工程活動等不利因素(取土、開墾、砍伐)都有可能誘發該滑坡的活動,甚至產生更大規模的滑坡。

5 結論及建議

(1) 廣東省豐順縣某滑坡為中層大型土質滑坡,天然狀態下處于欠穩定狀態,暴雨(連續降雨)條件下處于不穩定狀態,需采取相應應對措施。

(2) 滑坡災害危及滑坡體上房屋約140戶,人口約463人,潛在經濟損失約3 300萬元,其危險性極大。

(3) 對滑坡體的邊界及外圍建立完善地表排水系統,通過排水溝將地表水引向滑坡體外圍,減少地表水下滲。

(4) 因滑坡面積大,治理資金耗資大,對比治理費用與社會經濟收益,建議對滑坡區村民搬遷避讓。

(5) 加強滑坡監測,采用雨量監測、激光表面位移監測、土壤含水率監測及深部測斜監測相結合,在滑坡隱患未被消除或搬遷避讓措施未實施之前應進行監測,建立聯動預警機制。

[1] 唐輝明.工程地質學基礎[M].北京:化學工業出版社,2008:102-122.

[2] 劉紅丹,毛朝亮,關永平.邊坡穩定性分析方法及數值模擬[J].水利與建筑工程學報,2010,8(3):101-102.

[3] 李會中,段偉鋒,王團樂.金沙江烏東德水電站金坪子滑坡成因機制分析與穩定性評價[J].資源環境與工程,2005,19(4):293-301.

[4] 張水生.山西某露天煤礦邊坡滑坡成因及變形機理分析[J].資源環境與工程,2008,22(1):51-55.

[5] 吳西臣,徐楊青.平朔露天礦某黃土邊坡滑坡成因機理分析[J].資源環境與工程,2011,25(3):236-240.

[6] 中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程勘查規范:DZ/T0218—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

(責任編輯：陳姣霞)

Mechanism and Stability Analysis of a Landslide in Fengshun County,Guangdong Province

LIANG Lihong

(TheSeventhGeologicalBrigadeofGuangdongGeologicalBureau,Huizhou,Guangdong516008)

A landslide in Fengshun County,Guangdong Province,belongs to a large scale middle soil landslide. Through field engineering geological investigation,it reveals the stratum lithology and geological structure characteristics of landslide,the author analyses its forming conditions and genetic mechanism. Based on the laboratory test and parametric inversion,it determines the parameter selection of landslide stability calculation,moreover,the author calculates the landslide stability adopted by Janbu slices method.The results show the landslide is in understable state under natural condition,in unstable state under heavy rain condition. Combining the development tendency,hazard prediction analysis and governance cost estimation of landslide,it is suggested that villagers living in landslide hazard area should move to make sure their life and property security.

landslide; forming conditions; genetic mechanism; stability analysis

2017-01-15;改回日期:2017-03-31

梁利紅(1981-),男,工程師,地質工程專業,從事地質災害治理工作。E-mail:416382973@qq.com

P694

A

1671-1211(2017)03-0330-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.019

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170517.1030.002.html 數字出版日期:2017-05-17 10:30