四川地震灾区中坝滑坡稳定性评价及治理研究

2011-05-15路韬

三峡大学学报(自然科学版) 2011年4期

路韬

(三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌 443002)

中坝滑坡位于四川省雅安市石棉县,为一古滑坡,1998年开始出现地表裂缝等复活迹象,“5◦12”地震后变形加剧,滑坡前缘出现土层坍滑,在地震、持续暴雨下,滑坡存在发生整体或局部滑移破坏的可能.中坝滑坡一旦发生失稳破坏,将严重威胁到坡体上居民生命财产及当地集镇公路安全,故对中坝滑坡进行稳定性评价及治理十分紧迫必要.

本文通过建立计算模型对中坝滑坡进行了稳定性评价,中坝滑坡整体滑动面在各工况条件下均处于稳定或基本稳定状态,其局部前缘在暴雨工况及自重+地震工况下处于欠稳定状态[1-3].根据计算结果和《滑坡防治工程设计与施工技术规范》,提出了如下治理方案:对滑坡体上已形成的坡面裂缝采用粘土封填夯实、在滑坡前缘坡脚位置设置重力式挡土墙、在滑坡体上布置3条截排水沟.

1 滑坡地质环境

1.1 地形地貌

中坝滑坡属典型的侵蚀构造地貌特征,为深切割中山宽脊沟谷地貌.滑坡平面呈长舌状,后缘高程1388m,地形坡度20～27°;前缘高程1230m,地形坡度15～30°,滑坡下方为粉砂岩陡崖,高度55～70m,坡度60°,局部近直立.滑坡前、后缘高差 158 m.滑坡体剖面形态呈两级台地,第一级与第二级台地间斜坡地形上陡下缓,坡度20～35°,局部最大为40°左右,植被发育.

1.2 地层岩性

勘察资料表明,该处主要出露地层为第四系崩积层,分布于山坡中部滑坡区内,岩性为黄褐、灰黄色碎石土夹块石.其次是第四系残坡积层,广泛分布于山坡、沟谷地带,岩性为黄褐色、灰黄色含碎石粉质粘土.滑坡勘察区南侧出露地层为三叠系上统白果湾组,为一套富含植物化石的碎屑岩及含煤地层,地层倾向南东(110～ 120°),倾角 6～ 10°.

1.3 水文条件

中坝滑坡两侧为两条近南东向山沟,为滑坡区大气降水排泄通道.滑坡南东坡底为黄家沟,呈“V”型.滑坡体内地表水贫乏,无河流、水库及堰塘分布,但在滑坡体后缘至前缘有一条引水沟呈“之”字型纵贯滑坡体,长度约1250m.在滑坡前部另有一电站引水暗渠呈北东至南西向横贯滑坡,在滑坡区内长280m.

工作区上覆第四系松散崩积层为强透水层,下覆第四系残坡积层,富水性及透水性均较弱,根据工作区地下水赋存条件及含水岩组的孔隙性特征,将勘查区地下水划分为松散堆积层孔隙水、碎屑岩裂隙水两种类型.

1.4 地质构造与地震

中坝滑坡位于轴向近南北向的小相岭背斜的北端,其东侧距美罗断层的南端苏坝村约4km,西侧距石棉马前门断裂北端的石棉县城约8 km.滑坡区内无断裂构造,地层倾向南东(110～120°),倾角 6～10°,局部岩层呈波状起伏.

中坝滑坡处于川西地震构造带上.因断层带纵横交错,地震破碎,因而地震频繁,地震活动有如下特点:即弱震密集,小震频繁.根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),中坝滑坡所处位置的区域地震基本烈度为Ⅷ度,根据《四川省地震危险区划图》,石棉县属于6.0～6.7级地震危险区.

1.5 人类工程活动

滑坡区人类工程活动主要表现为采矿、农业耕种、修路建房等.滑坡体上人类工程活动导致树木减少,坡体裸露,降低了坡体抗冲蚀能力和稳定性,增加了大气降雨的入渗速度和入渗量,对斜坡的稳定性均产生了一定的不利影响.特别是大面积种植农作物,由于耕地灌溉需要(引水沟从后缘至前缘纵贯滑坡体),导致地表水大量渗入,增加了斜坡土体的重度,并导致土体软化,抗剪强度降低,对坡体稳定产生了极为不利的影响,是诱发斜坡变形的因素之一.而采矿形成的大面积的采空区,采空区塌落将对滑坡体形成牵引,也是诱发斜坡变形的因素之一.

2 滑坡特征及形成机制

中坝滑坡主滑方向125°,纵向轴长约560 m,后缘宽80m,中部宽240m,前缘宽190m,平面面积11.38×104m2,滑体厚度14.60～33.60m,平均厚度21.35m,滑坡总体积243×104m3,属大型深层崩塌堆积体滑坡.滑坡区第四系覆盖层具有典型的二元结构,即上部滑体为第四系崩积层碎石土,下部滑床为第四系残坡积层含碎石粉质粘土及三叠系上统白果湾组粉砂岩.中坝滑坡结构示意图如图1所示.

图1 中坝滑坡结构示意图

中坝滑坡为一复活型古滑坡.坡体北部山体崩塌的碎石土不断顺坡堆积于坡体部第四系残坡积层含碎石粉质粘土及三叠系基岩之上,逐渐累增、加载,滑动能量逐渐积累,斜坡平衡条件逐渐被破坏,斜坡土石体向失稳方向发展,加之地壳不断抬升,临空面进一步发育,滑坡变形的边界条件逐渐完备.其次在连降大、暴雨激发下,坡体平衡状态完全破坏,形成滑坡,构成现二级台地及斜坡地貌.滑坡后坡体又处于平衡状态,而自20世纪60年代以来,坡体人类工程活动逐渐增强,耕田修路、开挖煤矿形成采空区,以及地震作用等,破坏了坡体的平衡条件,致使1998年以后坡体出现地表裂缝、居民房屋墙体开裂、倾斜等滑移变形现象,导致古滑坡复活.2008年汶川地震后,滑坡前缘出现局部坍滑,表明该滑坡的运动形式为牵引式.

3 稳定性评价

3.1 荷载组合及工况

依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》,确定中坝滑坡防治工程等级为三级.计算工况分为3种:工况1为自重,工况2为自重+暴雨,工况3为自重+地震.

3.2 计算参数

选取中坝滑坡滑动面计算参数时,根据滑体成因、组成特征,取现场大重度试验成果平均值作为滑体重度;对比室内快剪试验,结合石棉县迎政乡同类滑坡滑带土抗剪强度参数,确定了滑带土抗剪强度参数.计算参数见表1.

表1 危险滑动面稳定性计算参数一览表

3.3 计算方法

中坝滑坡整体滑动面形态呈折线型,选用《滑坡防治工程勘查规范》推荐的传递系数法对其稳定性进行计算[4].中坝滑坡前缘局部地形较陡,在“5◦12”地震中前缘出现坍滑现象,物质成分为第四系崩积碎石土.为验算滑坡前缘局部失稳可能性,选择了1-1′剖面采用瑞典条分法进行局部稳定性计算.

3.4 计算模型的建立

根据滑动面的确定情况、纵勘探线勘查资料以及滑坡的变形特征相互结合,对滑坡现阶段可能的破坏建立了2种计算模型(整体Ⅰ-Ⅰ剖面和前缘1-1′剖面):第1种为滑坡整体破坏模式,如图2所示;第2种为滑坡前缘局部破坏模式,如图3所示.计算时地形线按折线处理,取单宽1m进行研究,将滑坡稳定性问题简化为二维空间问题进行计算.

3.5 稳定性计算结果

2种计算模型在3种工况下中坝滑坡稳定性计算结果见表2.

表2 滑坡稳定性计算成果表

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)(见表3),滑坡稳定性状态按稳定系数分4级,当某一工况条件下滑坡稳定系数大于或等于滑坡稳定性安全系数时,该滑坡在该工况下的稳定性可视为满足对应的状态.

表3 滑坡稳定状态分级

根据中坝滑坡整体Ⅰ-Ⅰ滑动面稳定性计算结果,参照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)有关滑坡稳定状态划分规定,得出以下评价:工况1:自重,滑坡稳定系数1.237,处于稳定状态.工况2:自重+暴雨,滑坡稳定系数1.083,处于基本稳定状态.工况3:自重+地震,滑坡稳定系数1.054,处于基本稳定状态.

根据滑坡前缘1-1′滑动面稳定性计算结果,参照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)有关滑坡稳定状态划分规定,得出以下评价:工况1:自重,滑坡前缘局部稳定系数1.189,处于基本稳定状态.工况2:自重+暴雨,滑坡前缘局部稳定系数1.047,处于欠稳定状态.工况3:自重+地震,滑坡前缘局部稳定系数1.012,处于欠稳定状态.

由计算结果可知:中坝滑坡整体滑动面在天然状态下整体处于稳定状态,在工况2(暴雨状态)、工况3(自重+地震)下整体处于基本稳定状态,均不会产生大规模整体性突滑;中坝滑坡局部前缘在天然状态下处于基本稳定状态,在工况2(暴雨状态)、工况3(自重+地震)下处于欠稳定状态,有可能产生滑动,因此有必要针对中坝滑坡局部前缘采用适当的工程治理措施予以防治[5].

4 工程治理

为提高中坝滑坡滑体稳定性的安全储备,达到设防标准要求,防止滑坡整体及前缘局部在降雨、地震等因素的诱发下发生滑动,应对中坝滑坡采取工程治理措施.根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》,中坝滑坡防治工程等级为Ⅲ级.防治工程等级为三级的设计稳定安全系数为:设计工况Ks=1.08,校核工况Ks=1.05.根据定性、定量稳定性评价结果,提出如下治理方案[6-7]:

(1)对滑坡体上已形成的坡面裂缝采用粘土封填夯实.

(2)在滑坡前缘坡脚位置设置重力式挡土墙.墙身外露2.5m,埋深1.5 m,挡土部分墙背垂直,墙面坡度为1∶0.2,顶宽为1.2m.

(3)为减少地表水对边坡的不利影响,在滑坡体上布置3条截排水沟.排水沟均采用梯形断面,断面形式有 3种:①底宽 400 mm,深 400 mm,顶宽 600 mm,长 173.0 m;②底宽 400 mm,深 400 mm,顶宽600mm,长344.1m;③底宽 500mm,深 500mm,顶宽800mm,长392.7 m.排水沟采用M7.5浆砌块石砌筑.