四川地震灾区郑家山滑坡稳定性评价及治理研究

徐 亮,裴向军,吴景华

(1.长春工程学院土木工程学院,长春130012;2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059)

1 概述

郑家山滑坡位于涪江支流字库河右岸,南坝至水观应急通道穿越滑坡前缘,行政隶属四川省绵阳市平武县南坝镇新坪村郑家山组。郑家山滑坡在“5.12”地震中失稳,斜坡发生变形滑移,致使村民房屋遭受毁灭性破坏,坡脚房屋、学校、道路被掩埋,直接造成12名学生、2名教师和19名村民共33人死亡,直接经济损失约350万元,造成了极其严重的后果。滑坡前缘现为应急通道,规划拟建的205省道也通过滑坡前缘,滑坡上现有恢复重建点3处,拟建21户,滑坡后缘郑家院子现有住户20户,人口110人。潜在威胁人数约214人,潜在经济损失约2 500万元,故对郑家山滑坡进行稳定性评价及治理十分紧迫必要。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

郑家山滑坡位于四川省北部山区,处于青藏高原东部边缘,即四川盆地向青藏高原过渡地带,地形起伏大,地势北高南低,高差悬殊,沟谷纵横,切割强烈,属于高山峡谷地貌。滑坡后缘一带高程1 475 m,前缘高程在1030～1 090 m,相对高差415～475m。坡面不平,地形坡角一般为30°～55°,局部地形坡角可达70°,横向地形为四沟夹三脊地形。

2.2 地层岩性

调绘及勘探资料表明,主要出露地层为第四系松散堆积层和寒武系下统邱家河组(∈1q)。岩性组成为第四系滑坡堆积层、残坡积层、冲洪积层及泥石流堆积层,下伏寒武系下统邱家河组黄灰硅质板岩,岩层倾向 190°～ 197°,倾角 43°～ 48°。

2.3 地质构造

郑家山滑坡位于水观—南坝—豆叩一线以北的巴颜喀拉冒地槽褶皱带,属松潘—甘孜褶皱带,滑坡距离南坝大断层约 100 m,断层走向约48°,全长360 km,倾角25°～50°,上盘为Z 、∈地层,下盘为 S地层。特殊的构造部位是形成郑家山区域山体大规模崩滑的基础条件。

2.4 地震

据全国地震区划图GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》国家标准第1号修改单,郑家山滑坡群所处位置的区域地震动峰值加速度为0.2 g,地震动反应谱特征周期为0.40 s,地震基本烈度为Ⅷ度。

2.5 水文条件

工作区属涪江水系一级支流石坎河的支沟(字库河),字库河全长4.58 km,流域面积12.58 km2,多年平均径流量24.70 m3/s,流域内山高坡陡,汇流条件较好。工作区上覆第四系松散堆积层为强透水层,下覆破碎基岩为中透水层。按照地下水的赋存介质类型、划分为孔隙水和基岩裂隙水两类。

3 滑坡特征及形成机制

滑坡纵向平均长约 440 m,横向平均宽度约217 m,平面面积约95.48×103m2,平均厚度约22 m,体积约为210×104m3,属大型土质滑坡,滑动方向146°。“5.12”地震的发生致使坡体整体滑动失稳,前缘最大推移距离达83 m。滑坡高速滑动后,滑体对前缘字库河形成严重堵塞,并形成一小堰塞湖,后经人工疏通排导。滑坡滑动后,后缘已被严重扰动破坏,土体支离破碎,并出现大量拉裂缝。近期变形破坏方式主要为地面开裂,平面上主要分布于滑坡后缘及前缘河谷冲刷形成边坡两侧。据统计,共有17条裂缝。滑体为碎石土,滑带为岩土接触带,滑床为硅质板岩。在具有地层结构、地形特征及构造影响的客观条件下,地震影响直接形成了斜坡的大规模滑动。

滑坡在地震中已发生整体滑动,根据调查及勘探资料,其滑动面为岩土界面,呈折线型,滑动模式为推移式。滑坡整体滑动后,堆积停留于河谷内,但堆积于河道内的滑坡堆积体在洪水冲刷下,河床不断下切,临空面不断扩大,自人工疏通堰塞湖至今河床已下切近7 m,两侧岸坡一直坍塌破坏。因此,根据坡体形态、结构及变形特征判定:当河床下切至一定深度后,堆积体可能再次产生松脱式失稳破坏。

4 滑坡稳定性评价

4.1 计算方法

滑面形态呈折线形,采用基于极限平衡理论的传递系数法对滑坡的整体稳定性进行定量分析计算,而对于滑坡前缘碎石土内部浅层稳定性的定量评价则采用瑞典条分法进行最不利滑面自动搜索。

4.2 计算模型的建立

根据滑动面、剪出口的确定情况以及滑坡变形特征相互组合,对滑坡现阶段可能的破坏建立了4种计算模型(选取2个剖面Ⅰ-Ⅰ′及Ⅱ-Ⅱ′):第1种为滑坡整体破坏模式,如图1所示;第2种为滑坡后缘潜在破坏模式,如图2所示;第3种为滑坡前缘局部浅层破坏模式,如图3、图4所示;第4种以老河床作为最不利切割深度条件进行稳定性预测计算,如图5所示。

图1 Ⅰ-Ⅰ′剖面整体破坏模式计算模型

4.3 荷载组合及工况

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》,计算工况分为3种:天然状况:自重;暴雨状况:自重+暴雨;地震状况:自重+地震。

4.4 计算参数

本次计算参数主要以试验值为依据,以反算值作为校核,并根据如下原则进行取值:

(1)以宏观地质判别为前提;

(2)以潜在滑带的物质组成为基础,室内试验值为依据;

(3)以工程地质类比(经验)为参考;

(4)以反算值作为校核。

根据上述原则确定其天然重度值为20.30 kN/m3,饱和重度取值为21.00 kN/m3。抗剪强度参数取值如表1。

表1 抗剪强度参数取值表

4.5 稳定性计算结果

4种计算模型及3种工况下郑家山滑坡稳定性计算结果见表2～5。

表2 滑坡整体破坏稳定性计算结果

表3 滑坡后缘浅层破坏稳定性计算结果

表4 滑坡前缘局部破坏模式稳定性计算结果

根据上述各模式及各工况下滑坡的稳定性计算结果,可得出如下结论:(1)现阶段在各工况下滑坡整体处于稳定状态;(2)滑坡后缘陡峻坡体整体处于稳定状态,但在暴雨工况下易发生坡面小规模溜滑;(3)滑坡前缘形成高大新临空面,堆积体受冲刷形成的土质边坡在暴雨工况下失稳可能性大;(4)若河床在洪水冲刷作用下继续下切,滑体稳定性将随切割深度加大而不断降低,并最终再次形成整体失稳。为此,怎样防止河床冲刷切割将是该滑坡治理的关键所在。

表5 下切至老河床时滑坡整体稳定性计算结果

5 工程治理

根据《滑坡防治工程勘查规范》,危害对象等级总体划分为3级,安全系数1.10～1.20,本次采用安全系数1.10。根据定性、定量稳定性评价结果,提出如下治理方案:

(1)对滑坡区域内的裂缝采用黏土进行封闭。

(2)排洪沟工程。在滑坡体的前缘字库河内反压回填块碎石土,来增加滑体的稳定性,并修建排洪沟工程,减少水流对沟床底部的下蚀作用。排洪沟总长为202.8 m,其过流能力通过理论公式进行校核计算。排洪沟断面图如图6所示,底宽12 m,采用M10浆砌片石砌筑,底部厚度为 1.2 m,净高4.8 m,侧壁顶宽 0.6 m,侧壁坡率1∶0.5,侧壁上设置两排泄水孔,直径为100 mm。

图6 排洪沟断面图

(3)截水沟工程。通过修筑防渗性好的截(排)水沟,以拦截、疏导坡面汇流,从而避免地表水渗入滑体中,降低滑坡稳定性。截水沟布置在离滑坡周界外缘5～10 m地段或利用天然地形布置在滑坡周界的冲沟内。滑体后缘截水沟和排水沟总长度为732.6 m,截水沟采用M7.5浆砌 MU30块石,水沟的截面尺寸通过理论公式计算,设计为为500×500 mm。

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