湖北省巴东新城白土坡斜坡岩体稳定性分析

肖拥军，殷坤龙

(1.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201;2.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

湖北省巴东新城白土坡斜坡岩体稳定性分析

肖拥军1，殷坤龙2

(1.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201;2.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

巴东组第三段是三峡库区滑坡发育的主要地层之一，巴东新城深部变形监测钻孔岩芯分析表明在巴东组第三段地层中发育有多层软弱夹层，以泥质灰岩、钙质泥岩为主，大部分破碎带具有顺层、连续等特点。白土坡斜坡岩体中主要贯通性夹层有13层，中上部夹层分布较密，西壤坡斜坡岩体中主要贯通性夹层有3层，与白土坡巴东组第三段下部夹层对应，巴东组第三段中的软弱夹层是斜坡深层岩体的主要结构面。白土坡深层岩体稳定性分析结果表明随着库水位的上升斜坡稳定性有下降趋势，但其整体稳定性较好，白土坡前缘断层为斜坡深层变形提供了边界条件。

三峡库区;湖北省巴东新城;巴东组第三段;软弱夹层;斜坡岩体稳定性

0 引言

巴东组第三段是巴东县城区的主要问题地层，黄土坡滑坡、赵树岭滑坡、红石包滑坡就发生在此段地层中［1］。黄土坡滑坡深部变形位置与勘探钻孔、平硐中揭露的不同高程的不连续滑带及软弱层位置吻合［2］。赵树岭滑坡区出露的T2b3地层中见多层软弱破碎带，它们构成了各不同期次滑坡的滑动面(或滑带)［3］。红石包滑坡存在浅层和潜在深层滑体两种形式，深层滑移带属于贯通的软弱带［4，5］。白土坡前缘发育的谭家坪滑坡、榨坊坪滑坡滑体基岩中的泥质灰岩夹钙质泥岩也形成软弱滑动带［6，7］。巴东组第三段软弱夹层在前期褶皱过程中发生了层间错动逆冲剪切［8］，软弱夹层在斜坡形成发展过程中受到斜坡重力作用、水库蓄水的影响，已成为斜坡变形破坏的潜在结构面。已有研究也认为巴东新城区扇形斜坡存在深层蠕变［9，10］。

1 巴东新城区巴东组第三段岩性分析

在巴东新城扇形斜坡监测区内，西壤坡基岩斜坡区的两个监测孔揭露地层包括覆盖层、巴东组第三段、巴东组第二段。白土坡基岩斜坡区的三个监测孔揭露地层包括覆盖层、巴东组第三段。白土坡2#钻孔还揭露了董家梁子—红石包断裂断层。白土坡3#钻孔还穿过了巴东组第三段进入了巴东组第二段。

以巴东组第三段、巴东组第二段的地层界面为基准分析了五个钻孔的岩芯，并对钻孔柱状图进行对比分析，图1中的连线表示不同钻孔所揭示的对应软弱夹层。从图中可见在巴东组第三段地层中发育有多层软弱破碎带，中上部夹层分布较密，大部分破碎带具有顺层、连续、空间厚度具有一定变化等特点。

图1 钻孔揭示巴东组第三段中夹层分布图Fig.1 The distribition map of weak intercalated layers in T2b3revealed by boreholes

选取代表性岩芯及夹层进行了X衍射物相(全岩)分析，矿物分析结果(表1)表明:巴东组第三段以灰岩为主，方解石含量在80%以上，泥质含量在10%左右。局部夹有灰质白云岩。巴东组第二段以粉砂质泥岩为主，主要为粘土矿物(50% ～60%)、石英(25%～30%)，方解石含量在10%左右。巴东组第三段软弱夹层以泥质灰岩、钙质泥岩为主，粘土矿物含量30%～60%。

表1 钻孔岩芯X衍射物相(全岩)分析Table 1 The X-ray diffraction phase analysis of drilling cores

2 白土坡、西壤坡库岸斜坡深层岩体结构

综合区域地质调查、区域构造分析及监测钻孔岩芯分析，得到了白土坡巴东组第三段工程地质剖面图(图2)。如图所示，白土坡斜坡出露巴东组第三段厚度在270m左右，其中钻孔揭露岩性变化处主要贯通性夹层有13层，除最下一层夹层为巴东组第二段第三段界面1.2m厚的蓝绿色钙质泥岩外，其余夹层分布在巴东组第三段岩体内，夹层的空间分布由巴东组第三段的岩性变化控制，由此可见巴东组第三段中的软弱夹层是白土坡斜坡的主要结构面。除表层发育第四纪坡积层、碎裂岩外，白土坡斜坡整体上为层状结构，官渡口向斜控制了白土坡斜坡的总体形态，向斜核部出露在长江南岸高程300m左右，核部以北长江南岸地层反倾，白土坡斜坡中上部发育有次级褶皱大岩洞背斜、太山庙子向斜，根据长江两岸地层对比巴东组第二段第三段界面在长江底部出露。在白土坡前缘核部发育有正断层董家梁子—红石包断裂(F3)，此断层的存在破坏了斜坡前缘岩体的整体性，控制了断层上盘江边的榨坊坪、谭家坪滑坡体的发育，也影响斜坡巴东组第三段岩体的深层稳定性。

图2 白土坡巴东组第三段工程地质剖面图Fig.2 The engineering geological section of T2b3at Baitupo slope

通过对钻孔岩芯分析，西壤坡斜坡出露巴东组第三段厚度在180m左右，其中钻孔揭露岩性变化处主要贯通性夹层有 3层(图 3)，除最下一层夹层为T2b3/T2b2界面1.2m厚的蓝绿色钙质泥岩外，其余2层夹层分布在巴东组第三段岩体内，与白土坡巴东组第三段下部夹层对应，而对应白土坡上部密集夹层层位的岩体已剥蚀。除表层发育第四纪坡积层、碎裂岩外，斜坡整体上为层状结构。监测剖面揭示西壤坡斜坡的总体形态为顺层斜坡，由于长江在此右拐，西壤坡西部岩体岩层层面与坡面有一定夹角。官渡口向斜核部出露在长江南岸高程80m左右，T2b3/T2b2界面在长江南岸出露。

图3 西壤坡巴东组第三段工程地质剖面图Fig.3 The engineering geological section of T2b3at Xirangpo slope

3 白土坡深层岩体稳定性分析

选择白土坡主剖面(图2)利用FLAC软件进行有限差分数值模拟分析，剖面最高点到巴东断裂后缘海拔高程1000m处，最低点在长江河谷附近并跨越了江底T2b2/T2b3界面。根据白土坡岩体工程地质特征、钻孔岩芯的岩性及结构面发育特征，将岩体划分为8个工程地质岩组(包括断层)。表2中计算参数的选取通过岩土体的物理力学试验、岩体质量评价及工程地质类比等综合确定。在考虑三峡水库蓄水时，当巴东组第三段岩土体处于地下水位以下时采用饱和参数计算。

表2 白土坡岩土体物理力学参数表Table 2 The physical and mechanical parameters of rock and soil mass in Baitupo slope

利用强度折减系数法分别计算六种不同工况下的斜坡稳定性:66m天然水位、145m库水位、175m库水位、175m库水位骤降145m库水位、145m库水位+6级地震、175m库水位+6级地震。对应的白土坡斜坡体系的安全系数分别为 1.79、1.77、1.7、1.68、1.46、1.39，结果表明随着水位的上升斜坡稳定性有下降趋势，但其整体稳定性较好。虽然斜坡深部软弱夹层是斜坡的潜在滑动带，但由于白土坡前缘巴东组第三段地层反转，成为了抗滑段，保证了斜坡的稳定性。计算得到的不同工况极限状态下白土坡前缘剪应变及速度矢量图(图4)表明白土坡前缘F3断层为斜坡变形提供了边界条件，前缘深层破坏以切层剪切为主。

4 结论

通过变形监测钻孔岩芯分析，巴东组第三段地层以灰岩为主，其中发育的软弱夹层以泥质灰岩、钙质泥岩为主，粘土矿物含量30% ～60%。大部分软弱夹层具有顺层、连续、空间厚度具有一定变化等特点。

图4 175m库水位极限状态下白土坡前缘剪应变及速度矢量图Fig.4 The distribution map of shear strain and velocity vector in an ultimate limit state at the front of Baitupo slope under the condition of 175-meter water level

白土坡、西壤坡工程地质剖面图表明斜坡整体上为顺层斜坡、层状结构，白土坡斜坡岩体中主要贯通性夹层有13层，中上部夹层分布较密，西壤坡斜坡岩体中主要贯通性夹层有3层，与白土坡巴东组第三段下部夹层对应。巴东组第三段中的软弱夹层是斜坡深层岩体的主要结构面。

选择白土坡主剖面利用FLAC软件进行有限差分数值模拟分析，利用强度折减系数法分别计算六种工况下的斜坡稳定性，结果表明随着库水位的上升斜坡稳定性有下降趋势，但其整体稳定性较好。白土坡前缘F3断层为斜坡变形提供了边界条件。

［1］邓清禄，斜坡变形构造—巴东新县城斜坡剖析［M］.武汉:中国地质大学出版社，2000.

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Analysis of rockmass’stability at Baitupo slope in Badong new town，Hubei Province

XIAO Yong-jun1，YIN Kun-long2
(1.Civil Engineering Faculty，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan 411201，China;2.Engineering Faculty，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China)

The 3rdsection of Badong Formation is one of the major strata where landslides developed in Three Gorges reservoir，the rock of T2b3is mainly consisted of limestone and the weak intercalated layers in T2b3composed of argillaceous limestone and calcareous mudstone.The cores of monitoring drills were compared，the result showed several fractured weak zones developed in T2b3and these zones is consequent and continuous.the major thirteen penetrative weak intercalated layers of the 3rdsection of Badong Formation at Baitupo slope developed，and most were located at middle and top part，the three penetrative weak intercalated layers corresponding to the lower part of T2b3at Baitupo slope developed at Xirangpo slope.It was concluded that the weak intercalated layers are the major structural planes of deep-seated rock mass at slopes.The analysis of stability of Baitupo deep rock show that the stability decreased gradually with the increase of reservoir’s water level，but Baitupo slope was still in integral stable status，the F3 fault on the leading edge of Baitupo provided the boundary condition for slope’s deep deformation.

Three Gorges Reservoir region;Badong new town-site of Hubei Province;3rdSection of Badong Formation;weak intercalated layer;rock-mass stability of slope

1003-8035(2010)04-0044-04

P642.22

A

2010-07-30;

2010-08-23

湖南省自然科学基金资助项目(10JJ6062);湖南省教育厅资助科研项目(09C410);湖南科技大学博士基金(E50955);高等学校特色专业建设(TS11027)

肖拥军(1974—)，男，博士，讲师，主要从事工程地质教学与科研工作。

E-mail:yongjunxiao2002@163.com