广东省丰顺县某滑坡成因及稳定性分析

梁利红

(广东省地质局 第七地质大队,广东 惠州 516008)

广东省丰顺县某滑坡成因及稳定性分析

梁利红

(广东省地质局 第七地质大队,广东 惠州 516008)

广东省丰顺县某滑坡属于中层大型土质滑坡,通过现场工程地质勘察,揭示滑坡地层岩性和地质构造特征,分析滑坡的形成条件及成因机制。通过室内试验及参数反演,确定滑坡稳定性计算的参数取值,并采用Janbu条分法对滑坡稳定性进行计算。结果表明滑坡天然状态下处于欠稳定状态,暴雨工况下处于不稳定状态。结合对滑坡发展趋势及危害性预测分析和治理费用估算,建议对滑坡灾害威胁区域村民进行搬迁避让,以确保人民生命财产安全。

滑坡;形成条件;成因机制;稳定性分析

近几个世纪以来,滑坡灾害一直是危害人们生命财产和工程建设安全的主要自然灾害之一[1-2]。滑坡的稳定性研究显得尤为重要,在对滑坡地形地貌、地质构造、基本特征查清的基础上,探明滑坡形成条件及成因机制并选择较为合理的评价方法是评判滑坡稳定性的关键[3-4]。对于中大型土质滑坡,在工程建设领域,对其稳定性分析采用较多的是Janbu条分法,其考虑了各条块间的静力平衡水平和垂直作用力,同时考虑条块力矩平衡,是一种比较严格和严谨的分析方法,求算结果相对精确[5]。

本文中广东省丰顺县某滑坡查明属于中层大型土质滑坡。2013年8月14日,受强台风“尤特”持续强降雨影响,滑坡中上部坡体出现蠕动,造成村民房屋墙体开裂(图1),村内道路起拱,给当地村民的生产和生活带来严重影响,对村民的生命财产安全构成极大威胁,潜在安全隐患特别突出,经济损失巨大。对该滑坡进行稳定性评价分析、发展趋势及危害性预测,并提出应对措施迫在眉睫。

1 地质背景概况

滑坡区属低山—丘陵地貌,海拔高程140～512 m。滑坡位于一坡向45°～110°斜坡中下部,斜坡前缘与河流呈陡坎相接,斜坡自然坡度25°～35°,下部较缓,坡度10°～20°,分布有多级宽缓不一的平台,为当地村民(约140户463人)主要居住与耕植区,中上部见有水流沟渠引入水流用作稻田灌溉。不同成因的第四系松散土体广泛分布于坡体表部,岩性主要为淤泥质粘土、粉土和砂质粘性土,厚7.30～34.50 m。坡体北西侧见有少量褐红色—花斑色花岗岩风化岩体,完整性较差。滑坡区地下水主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水,水量丰乏不一。区域内地下水位动态变化具季节性特点,雨季地下水位明显上升,旱季地下水位回落下降,年变化幅度为2.0～5.0 m。

图1 滑坡中上部蠕动变形造成房屋墙体开裂Fig.1 Wall cracking caused by creep deformation of middle-upper part of landslide

2 滑坡基本特征

2.1 形态特征

滑坡形态较为清晰,边界明显。滑坡平面大体呈“长舌”状,后缘具明显的圈椅状地貌,形成微呈弧形展布、高3～8 m、坡度30°～50°的座滑陡坎。滑坡体中部分布有多级大小不一的平台,为当地村民主要居住与耕植区。滑坡前缘宽约350 m,受水流冲刷侵蚀多呈临河陡坎,局部可见滑坡鼓丘。滑坡在横向呈现南高北低、南陡北缓的特点,滑体内发育有数条纵向深切“V”字形冲沟,为滑坡区地表水主要外排通道。

工程地质勘察表明,滑坡剖面呈上陡下缓的多级阶梯状,整体坡度约15°～20°,局部陡坡段达30°～50°。滑体厚度与地形具有一定相关性,在纵向上也有一定的变化,中部阶梯状陡坎分布区滑坡体厚度较小,为6～9 m,上部和下部厚度为13～20 m(见图2)。滑坡轴长约820 m,最大宽度368 m,平均厚度13.7 m,滑坡体平面面积约22.12×104m2,体积约301.72×104m3,整体坡度约15°～20°,滑坡主滑动方向45°,属于中层大型土质滑坡。滑坡典型地质剖面图如图2所示。

图2 滑坡工程地质剖面图Fig.2 Landslide engineering geological profile1.第四系坡积层;2.第四系残积层;3.含碎石粉质粘土;4.砂质粘性土;5.花岗岩;6.地层界线;7.滑动面;8.地下水。

2.2 变形特征

滑坡变形主要表现为中上部坡体出现拉裂塌滑地面下沉及前缘鼓丘裂缝。中部村级公路路面裂缝表现最明显、最集中,多条张拉裂缝,延伸方向约300°,剪切裂缝垂直公路,直接造成公路错位,错位距离达10 cm,裂缝长达数十米。坡体上房屋大多出现了墙体开裂和地面下沉,裂缝宽约2～10 cm。滑坡前缘发育扇形鼓丘裂缝,裂缝宽约3～10 cm,长约1～2 m,深度约30～50 cm,鼓胀凸起部分土质松散,局部临河陡坎发生小规模坍滑。

2.3 组成物质及结构特征

2.3.1 滑坡体

滑坡体物质组成和物质来源自上而下分别为:地表耕植土,坡积含碎石粉质粘土,残积砂质粘性土。其中坡积含碎石粉质粘土为滑坡体主要组成物质,呈可塑—硬塑,碎石含量为10%～30%,粒径一般为2～10 cm,呈棱角或次棱角状。滑坡体内还分布有较多块石,呈棱角状,杂乱堆积,时有架空现象,粒径一般在20～50 cm,最大达300 cm,均不同程度被钙化或覆有铁钙质薄膜,光泽暗淡。

2.3.2 滑动带

滑坡滑动带主要位于坡积含碎石粉质粘土与下伏残积砂质粘性土接触带。滑带土为含碎石粉质粘土,红褐色—黄褐色,稍湿,软塑—可塑,碎石呈次棱角或半圆形,含量较滑坡体明显减少,粒径明显变小,片状碎石挤压平躺,具有定性排列特征,该层的厚度一般较薄,10～50 cm左右。滑带倾向近北东,后部较陡,坡度为15°～20°,中部至前缘整体坡度为8°～12°,整体坡度约11°,与下伏砂质粘性土接触面光滑。在纵向上滑带总体呈折线形,与下伏残积砂质粘性土顶面基本平行,指向方向约为45°,最低高程为140 m。

2.3.3 滑床

滑床主要为燕山期花岗岩风化而成的残积砂质粘性土,岩土力学性质较差,透水性一般,手搓易碎散、浸水易崩解,遇水土体的抗剪强度会明显降低,与上覆坡积含碎石粉质粘土的接触面含水量较大,大多呈可塑状态。

3 影响滑坡稳定性的主要因素

3.1 滑坡形成条件

(1) 滑坡主要位于丘陵斜坡谷地区域,斜坡土体以坡积含碎石粉质粘土和残积砂质粘性土为主,受地形地貌、土体性质和地下水作用的控制,导致滑坡体内岩土体性质差异明显。使得坡积土体碎块石含量、粒径极不均匀,易使地表水体渗入,形成上层滞水,增加滑体重度。

(2) 燕山第三期黑云母花岗岩风化产物为滑床主要组成物质,受母岩物质成分和后期风化的影响,导致花岗岩原地风化剧烈,遇水易软化,在长期遭受地下水浸泡造成该层顶面土体物理力学强度降低,形成隔水层,对滑坡的稳定不利。

(3) 滑坡前缘大多位于河流或冲沟边,受水流的冲刷导致滑坡前缘形成深切“V”型冲沟,为滑坡形成和位移提供了临空面。

(4) 水的作用是诱发滑坡变形的因素。滑坡区主要位于斜坡沟谷,为雨水汇集区,滑坡体上村民生产以耕种水稻田为主,使坡面长期蓄存地表水,洪雨季节降雨量大并集中,雨水和地表水的下渗,不仅降低了土体的抗剪强度,而且还增加了滑体重度。

(5) 变形强烈地段集中于公路及两侧,说明公路修建、房屋建设、稻田耕种不断改变地质环境,破坏原有平衡条件,激发滑坡体复活。

3.2 滑坡成因机制

滑坡前缘处于对面铺山前河流冲积阶地,前缘土体不断被河水冲刷,在人类活动、雨水等共同作用下导致滑坡前缘土体失稳产生滑动。后缘位于公路附近产生了较多的拉张裂缝,促使地表水或洪雨季节雨水进入滑坡土体,增大土体自重,降低土体抗剪强度。滑床花岗岩风化而成的砂质粘性土为遇水易软化的特殊性土体,滑坡体中前部至后缘,坡面水体面积非常广,增大了地表水体下渗面积,后缘形成的滑坡洼地被改造为池塘,长年蓄水,蓄存了地表水体。洪雨季节,地表水和地下水径流量增强,水量增大,坡体饱水后土体强度急剧降低,下伏残积土层遇水软化,从而产生软弱界面,导致滑坡沿坡积层和残积层界面发生滑动。

4 滑坡稳定性分析

4.1 边坡稳定性计算

4.1.1 计算方法和模型

根据Janbu法,土坡滑动一般情况下坡面是任意的,坡面上作用荷载,在坡体的两侧作用有侧向推力Ea和Eb,剪力Ta和Tb,滑裂面也是任意的。土条间作用力的合力作用点连线称为推力线。在土坡断面中任取一土条,其上作用有集中荷载ΔP,ΔQ及均布荷载q,ΔWr为土条自重力,τf为条块抗剪强度,c′为有效应力的粘聚力,α为条块底部夹角。土条两侧作用有土条条间力E、T及E+ΔE、T+ΔT,滑裂面上的作用力ΔS和ΔN。

其推导稳定性系数Fs计算式为:

然后运用迭代法进行相应稳定性系数的计算。

本文在用Janbu法计算稳定性系数时,使用理正岩土边坡稳定性分析系统,其在实际工程案例具体运用时,进一步简化,采用以下公式计算:

式中:K为整个滑体剩余下滑力计算的安全系数;b为单个土条的宽度(m);W为条块重力(kN),浸润线以上取重度,以下取饱和重度;θ为条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角(°);Hi、Hi+1为作用条块侧面的切向力(kN);C、φ为土的抗剪强度指标,采用有效应力法时,取有效应力指标。

4.1.2 计算工况的确定

滑坡体整体体积较大,地面荷载为当地居民居住房屋,大多为一层砖房,对滑坡体影响较小,计算工况时不考虑房屋引起的地面附加荷载;勘查区属于地震基本烈度Ⅵ度区,不考虑地震荷载,此次计算主要考虑连续强降雨对于滑坡稳定性的影响。计算工况采用如下组合:

工况一 自重+天然状态;

工况二 自重+暴雨(连续降雨)。

4.1.3 计算参数的确定

(1) 室内试验。根据勘查区岩土层力学性质对比分析,室内试验物取得勘查区内滑坡体物理模型的力学指标,如表1所示。通过室内试验及工程经验类比建议其天然重度取18.5 kN/m3,饱和重度取19.8 kN/m3。

该滑坡属老滑坡,滑坡体已形成固有滑动面,且滑坡体正处于整体变形—滑动状态,根据土工试验选用反复直剪(残余)强度,另结合经验给定滑动面天然状态下抗剪强度C值为17.1 kPa。

(2) 物理力学参数的确定。根据表1实验数据,采用天然状态下反复直剪(残余)强度并结合经验综合考虑选取C=12～29 kPa,φ=7°～13°进行敏感性分析。确定稳定系数k与抗剪强度参数(C、φ)的关系,找出k随内聚力C及内摩擦角φ变化的敏感程度,具体见滑面抗剪强度对滑坡稳定系数影响敏感性分析(表2)。

表1 滑坡土体力学性质指标统计表Table 1 Statistics of soil body mechanical properties of landslide

表2 滑面抗剪强度对滑坡稳定系数影响敏感性分析表Table 2 Sensitivity analysis on the influence of shear strength of slide surface on landslide stability coefficient

通过对比分析,在φ值不变的情况下,C值每增加(或减少)1 kPa,F值可增加(或减少)0.021～0.022,在C值不变的情况下,φ值每增加(或减少)1°,F值可增加(或减少)0.059～0.060。φ值的变化对滑坡稳定性影响比C值大,φ值对滑坡稳定性敏感程度比C值对滑坡稳定性敏感程度高,同时也表明强降雨(降雨影响土体C、φ)对滑坡稳定性影响明显。

表2中,令此天然状态下的稳定系数为1,反演得到滑带土天然状态下φ=10.8°,C=17.1 kPa。

综上所述,在室内试验、工程经验及参数反演分析的基础上,提出该滑坡稳定性参数建议值如表3所示。

表3 滑坡稳定性计算主要物理力学参数建议值Table 3 Main physical and mechanical suggested parameters of landslide stability calculation

4.1.4 滑坡稳定性计算结果分析

通过上述计算模式、计算方法、计算工况所取得的计算参数,对勘查区各滑坡稳定性进行了计算,计算采用理正6.5岩土计算软件,在计算的过程中考虑地下水的渗水压力的作用,该滑坡地质灾害危害性等级为一级,滑坡剩余下滑力安全系数取1.3,计算结果见表4。

表4 滑坡稳定性计算结果表Table 4 Results of landslide stability calculation

4.2 滑坡稳定性综合评价

4.2.1 滑坡稳定性评价

本工程滑坡稳定状态划分主要根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0218—2006)[6]规定,其详细说明见表5。

表5 滑坡稳定状态划分Table 5 Division of landslide stable states

注:Fs为滑坡稳定系数。

据滑坡稳定性计算结果,该滑坡整体在天然状态下处于欠稳定状态,暴雨状态下处于不稳定状态。需采取相应措施,避免滑坡灾害发生造成重大人员经济损失。

4.2.2 滑坡发展趋势及危害性预测

滑坡位于山体斜坡处,中后部坡度陡峭,第四系坡积含碎石粉质粘土较厚,易出现饱水状况,导致土体抗剪强度降低。滑坡体中部房屋墙体开裂严重,水泥公路下沉、开裂、错位不断加剧,坡体上稻田、池塘漏水严重等特征表明该滑坡当前处于欠稳定状态。坡体表面稻田、滑坡洼地分布范围广,蓄水量大,增加了地表水下渗量,如遇较长期降雨,使表层含碎石粉质粘土处于饱水状态,渗入滑坡岩土体的渗流量增大,滑床砂质粘性土遇水软化,动水压力增大,抗剪强度降低,容易引发更大范围的滑坡或沿残积层内部的深层滑动。人类工程活动等不利因素(取土、开垦、砍伐)都有可能诱发该滑坡的活动,甚至产生更大规模的滑坡。

5 结论及建议

(1) 广东省丰顺县某滑坡为中层大型土质滑坡,天然状态下处于欠稳定状态,暴雨(连续降雨)条件下处于不稳定状态,需采取相应应对措施。

(2) 滑坡灾害危及滑坡体上房屋约140户,人口约463人,潜在经济损失约3 300万元,其危险性极大。

(3) 对滑坡体的边界及外围建立完善地表排水系统,通过排水沟将地表水引向滑坡体外围,减少地表水下渗。

(4) 因滑坡面积大,治理资金耗资大,对比治理费用与社会经济收益,建议对滑坡区村民搬迁避让。

(5) 加强滑坡监测,采用雨量监测、激光表面位移监测、土壤含水率监测及深部测斜监测相结合,在滑坡隐患未被消除或搬迁避让措施未实施之前应进行监测,建立联动预警机制。

[1] 唐辉明.工程地质学基础[M].北京:化学工业出版社,2008:102-122.

[2] 刘红丹,毛朝亮,关永平.边坡稳定性分析方法及数值模拟[J].水利与建筑工程学报,2010,8(3):101-102.

[3] 李会中,段伟锋,王团乐.金沙江乌东德水电站金坪子滑坡成因机制分析与稳定性评价[J].资源环境与工程,2005,19(4):293-301.

[4] 张水生.山西某露天煤矿边坡滑坡成因及变形机理分析[J].资源环境与工程,2008,22(1):51-55.

[5] 吴西臣,徐杨青.平朔露天矿某黄土边坡滑坡成因机理分析[J].资源环境与工程,2011,25(3):236-240.

[6] 中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程勘查规范:DZ/T0218—2006[S].北京:中国标准出版社,2006.

(责任编辑：陈姣霞)

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

梁利红(1981-),男,工程师,地质工程专业,从事地质灾害治理工作。E-mail:416382973@qq.com

P694

A

1671-1211(2017)03-0330-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.019

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170517.1030.002.html 数字出版日期:2017-05-17 10:30