江油市敬元乡新房村17社滑坡稳定性分析

王万迁,刘加灿,穆启超,宋伟利

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,洛阳 471023)

江油市敬元乡新房村17社滑坡稳定性分析

王万迁,刘加灿,穆启超,宋伟利

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,洛阳 471023)

在分析滑坡地质环境背景、平剖面形态、特征及其诱因的基础上,使用传递系数法计算滑坡体稳定系数。结果表明,天然工况下基本稳定,暴雨工况下欠稳定,地震工况下不稳定。并拟定抗滑桩及改河工程防治方案,以保证村庄和河道安全。

新房村17社;滑坡;稳定系数;传递系数法;工程防治

1 前言

滑坡位于江油市敬元乡新房村2组,地理坐标东经 105°09′54″,北纬 32°16′08″,见交通位置图 (图1)。敬元乡位于江油市北部,东、北部与青川县相邻,南与雁门镇接壤,西与六合、枫顺乡相邻,敬元乡距江油市100 km。

新房村17社滑坡为一深层堆积体沿下伏基岩面滑动的老滑坡体,在“5.12”地震及降雨条件下滑坡复活,发生滑动变形。滑坡位于江油市敬元乡新房村,处于乡政府所在地,人口密集。该滑坡体直接危害对象为灾后重建新村及敬家河,滑坡堵河还涉及到下游300 m处的敬元乡学校、政府机构及当地村民共2 300余人。滑坡体一旦失稳,必将造成巨大的生命财产损失,社会影响巨大。

2 滑坡区地质环境背景

2.1 地形地貌

滑坡区位于敬元乡新房村北面斜坡地带,斜坡向南倾,斜坡整体山高坡陡,滑坡后缘高程1 015 m,前缘最低高程795 m,相对高差220 m。斜坡整体地势北高南低,坡度呈中上部陡、中下部相对较缓,整体坡度 20°～50°。后缘为陡坎,前缘为敬家河,斜坡区覆盖层为第四系残坡积物。

2.2 地层岩性

图1 交通位置图Fig.1 Transpo rtation map

滑坡区地层有第四系及泥盆系甘溪组(Dg)。第四系成因类型有残破积的含碎石粉质粘土及碎石土层,厚度在0.5～49.88 m。泥盆系甘溪组(Dg)基岩为黄绿-绿灰色泥岩、泥质粉砂岩夹少量浅灰色薄-中层状石英粉砂岩。

2.3 地质构造及地震

勘查区位于松潘-甘孜造山带,与扬子陆块的接合部位的龙门山推覆-冲断构造带,部位在龙门山褶断带上(图2)。前龙门山褶断带为构造主体,属于北东向构造体系,由一系列紧密褶皱和逆冲断裂组成,呈“多字型”雁行排列,构造线走向为北东45°～50°,构造形迹主要有唐王寨复向斜、天井山复背斜和江油断裂。场区构造部位处于磨河坝倒转背斜北东端近轴部,构造作用强烈,岩石破碎严重,岩体一般为碎裂-层状结构,构造节理裂隙发育,有利于崩塌(危岩)的形成。“5.12”特大地震是与“江油断层”近于平行的“映秀断层”活动引发的。

图2 区域地质构造图Fig.2 Tectonic map of the area

2008年5月12日,地处龙门山断裂带上的汶川县映秀镇发生了里氏8.0级的地震,地震后余震不断,截至2010年02月22日24∶00,四川汶川大地震共记录到余震58 281次,最大余震为5月25日16时21分46秒的6.4级地震。其中4级以上地震323次,其中4.0～4.9级余震272次,5.0～5.9级余震44次,6.0级以上余震8次。江油地区4级以上地震记录为13次,最大余震为2008年5月18日01时08分23秒的6.0级地震。该区主要受江油断裂影响,该断裂属于一条弱活动性断裂,外围区域的西北部平武-松潘及西部北川-安县地震带余震不断,发生的中强地震会对勘查区内构成较大影响。其地震基本烈度为7度。

2.4 气象水文

江油市属于北亚热带湿润季风气候区,具有气候温和、四季分明、雨量充沛、夏热冬暖等特点。

根据江油市气象局1957年至2008年观测资料统计,多年平均气温15.9℃,多年平均降雨量为1 050 mm,年降雨量最大为1 824.5 mm(1961年),最小为599.4 mm(1969年),每年降雨集中在6～9月,其降雨量为788.2 mm,境内50 a一遇的最大年降雨量为1 824.5 mm(1961年),20 a一遇的最大年降雨量为1 312.7 mm(1990年),10 a一遇的最大年降雨量为1 230.9 mm(1998年),最大日降雨量为274.8 mm(1961年6月26日),最大1 h降雨量为69.6 mm(1983年8月10日)。

敬家河是勘查区的唯一河流,从滑坡区的前缘穿流而过,流量受降雨影响较大,年平均流量40 m3/s,汛期流量111.6 m3/s,沽水期流量3 m3/s。

2.5 水文地质条件

滑坡区地下水以松散孔隙水为主,赋存于滑坡区第四系松散的滑坡残积层、崩积层、坡洪积层和冲积层的孔隙中,除滑坡前沿河床的冲积层受河水补给外,大部分受大气降水的补给。滑体下伏基岩面坡度为10°～40°,有利于地表水和地下水的排泄,滑体地下水以接受大气降水为主,短途径流,在滑坡前缘排泄,主要表现为沿基岩面散流排泄的泉水,流量较小。

2.6 人类工程活动

滑坡区内人类工程活动一般,主要为在滑坡体中部的旱地耕作、前沿较平缓地带的旱地、水田耕种和房屋修建。

3 滑坡基本特征

3.1 滑坡规模

新房村17社滑坡平面整体呈四边形状,滑坡沿北西南东向展布,滑动方向 147°,滑坡后缘高程1 015 m,前缘最低高程795 m,相对高差220 m(图3、4)。该滑坡北面和东面为山脊,西面为一小山梁,滑坡地处一山间凹槽,整体地势北高南低,滑坡整体坡度呈中上部陡、中下部相对缓,坡度20°～50°。滑坡纵向长373 m,横向宽327 m,滑坡体厚度在0.5～49.88 m,滑体均厚约22 m,滑坡体积约268×104m3,为大型推移式滑坡。

3.2 变形特征

滑坡变形主要为滑动、下挫及裂缝,在后缘最大滑动距离1.5 m,滑坡后缘形成高0.5～2 m的陡坎。在滑坡体后缘和两侧分布有14条滑坡滑动形成的裂缝(图5),裂缝宽度15～35 cm。

3.3 滑带特征

滑带土纵向上呈折线型,总体坡度11°～157°,前缓后陡。滑带土为碎石土,碎石粒径 20～30 mm,含有少量砾石和粉质粘土,厚度0.2～0.4 m,粉质粘土含量 30%～40%,湿-很湿,软-可塑,结构松散,明显扰动,碎石上有挤压破碎和擦痕。

图3 滑坡工程地质平面图Fig.3 Planemap of engineering geology for the landslide

图4 第1勘探剖面图Fig.4 The first exploration p rofile

图5 滑坡裂缝LF1～14分布示意图Fig.5 Distribution sketch map of landslide crack LF1～14

3.4 滑床特征

滑床为泥盆系甘溪组(Dg)黄绿-绿灰色泥岩,泥质结构,块状构造,中等风化,岩石较为完整,硬度低,岩芯风干后自然开裂呈碎块状,岩石产状为110°∠30°,滑床风化基岩面上擦痕明显。

3.5 滑坡影响因素

3.5.1 地形因素

滑坡体地形呈北高南低,坡度上陡下缓,上部平均坡度 45°,中部平均坡度 26°,下部平均坡度 20°。从整个滑坡体来看,前缘坡度18°～20°,后缘坡度一般在40°～50°,只有在滑坡的中下部位坡度较缓,一般在20°左右,缓坡地段的斜坡长度占滑坡总长的1/5左右,所以整个斜坡坡度较陡,前缘有较高的临空面,高度为3～15 m,为滑坡的形成制造了条件。

3.5.2 地震因素

地震前,新房子滑坡为一老滑坡,处于基本稳定状态。在“5.12”地震地震波强烈冲击下,山体发生激烈震动,滑面为一软弱结构面,震动在滑面产生的作用力降低滑坡的稳定性。

3.5.3 降雨因素

滑坡区降雨量大且集中,雨水的下渗,使得滑体重度增加,致使下滑力增加,同时降低了滑带土抗剪强度,致使抗滑力减小。

3.5.4 地下水因素

地下水位埋藏深度范围6.90～33.53 m,形成顺坡坡度为15°的地下水位线,地下水对滑带土产生侵蚀软化作用,降低滑带土抗剪强度。

4 滑坡稳定性及推力计算

4.1 滑坡稳定性分析

通过勘查,新房村17社滑坡滑带面贯通,滑坡后缘拉张裂缝及两侧剪切裂缝发育,滑体沿滑动面位移明显,后缘形成明显的滑坡阶坎。在雨季对滑坡进行地表检测发现,滑坡在发生蠕滑变形,由此判定滑坡在天然工况下处于基本稳定状态,在暴雨工况下滑坡处于欠稳定状态。

4.2 滑坡稳定性及推力计算

4.2.1 计算方法

滑面简化成折线型,稳定计算采用折线型滑动面计算公式,剩余下滑力计算按传递系数法进行计算。根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)对滑坡进行计算,选择3纵勘探剖面进行计算,图6为1-1′剖面计算模型。

图6 1-1′线剖面计算简图Fig.6 Calculation sketch along Line 1-1′section

4.2.2 计算参数

滑体为碎石土,滑坡计算时重度用大容重试验的平均值,抗剪强度参数用滑带碎石土土工试验成果标准值进行计算。

(1)滑体重度

重度取值采用现场大容重试验成果,碎石土:天然重度取22.7 kN/m3,饱和重度取23.1 kN/m3。

(2)滑带土抗剪强度参数

根据滑坡的变形特征,在地震工况下滑坡产生滑动变形,选取稳定系数为1.02进行反演分析。1-1′剖面滑带土的抗剪强度指标:天然c=17 kPa,φ=28.5°;饱和c=15 kPa,φ=26.5°。

根据滑带取样试验成果,按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)规定对岩土参数进行统计和分析。滑带土的抗剪强度指标:天然c=15.2 kPa,φ=28.3°;饱和c=12 kPa,φ=25.6°。

根据反演分析参数和实验参数进行比较,结合滑坡变形特征,滑带土的抗剪强度采用综合取值:天然状态下粘聚力为16.1 kPa,内摩擦角为28.4°;饱和状态下粘聚力为13.5 kPa,内摩擦角为26.0°,见表1。

表1 滑带土抗剪强度指标Table 1 Soil's anti-shearing intensity index fo r the landslide belt

4.2.3 计算工况及荷载组合

勘查区抗震设防烈度为7°,地震作用综合系数选用0.25,地震作用重要性系数选用1.1,地震水平向系数取0.12。

滑坡推力计算将滑坡体划为条块进行计算,考虑基本荷载为自重,在暴雨、地震组合情况下,选取3种工况 (工况Ⅰ、工况Ⅱ、工况Ⅲ)进行剩余下滑力计算。根据受灾对象、受灾程度、施工难度和工程投资等因素,按《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006)对新房村17社滑坡防治工程级别划分均为Ⅱ级,其相应滑坡防治工程设计安全系数取值如下:

工况Ⅰ:自重+地下水Ks=1.15

工况Ⅱ:自重+暴雨+地下水1、3剖面线Ks=1.05,2剖面线Ks=1.10

工况Ⅲ:自重+地震+地下水Ks=1.05

4.2.4 计算结果

(1)稳定性计算

采用“理正5.3边坡稳定分析软件”进行稳定性计算 ,1-1′、2-2′、3-3′纵断面计算其滑坡稳定系数及剩余下滑力结果见表2、表3。

表2 滑坡稳定系数结果一览表Table 2 Stability coefficient results for the landslide

按照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)对滑坡稳定性评价的分级标准,当滑坡稳定性系数K≥1.15时滑坡处于稳定状态;K=1.15～1.05时,滑坡处于基本稳定状态;K=1.00～1.05时,滑坡处于欠稳定状态;当K<1.00时,滑坡处于不稳定状态。按以上滑坡稳定性评价原则,可得出以下结论:

①在工况Ⅰ即自重+地下水状态下,滑坡1-1′剖面的稳定性系数K值为1.069,处于基本稳定状态;2-2′剖面的稳定性系数K值为1.051,处于基本稳定状态;3-3′剖面的稳定性系数K值分别为1.070,处于基本稳定状态。

②在工况Ⅱ即自重+暴雨+地下水状态下,滑坡1-1′剖面的稳定性系数K值为1.038,处于欠稳定状态;2-2′剖面的稳定性系数K值为1.022,处于欠稳定状态;3-3′剖面的稳定性系数K值分别为1.009,处于欠稳定状态。

③在工况Ⅲ即自重+地震+地下水状态下,滑坡 1-1′、2-2′、3-3′剖面的稳定性系数K值分别为0.992、0.967、0.996,均处于不稳定状态。

(2)滑坡推力计算

通过计算,得出滑坡拟建支挡工程位置即滑坡剪出口处滑坡推力,见表3。

5 滑坡防治方案建议

根据本次勘查成果和各种计算参数,结合滑坡体目前变形特征及滑坡稳定性影响因素,建议对滑坡采用多种手段综合治理,可采用排水、抗滑桩、减载反压、改河道避让等多种工程措施。

5.1 滑坡防治方案

根据滑坡体具体情况,滑坡治理可采用方案一:封填裂缝+减载反压+抗滑桩;方案二:封填裂缝+改河道+抗滑桩。

表3 滑坡推力结果一览表Table 3 Pushing force results for the landslide

治理方案一:滑坡产生滑动变形后,在滑坡体中部、后缘及两侧形成很多的裂缝,防止降水渗入裂缝对该滑坡稳定性产生影响,对滑坡体上的裂缝进行封填,防止雨水沿裂缝下灌;对滑坡后缘表面滑体或变形体的清除、削坡降低坡度以及设置马道等,以减少滑坡的下滑推力,削方土石方用于回填反压坡脚增加抗滑力,减少抗滑桩工程的投入;在前缘布设抗滑桩,抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层能产生较大抗力(锚固力)平衡滑动体的推力,增加滑体的稳定性。

治理方案二:在滑坡后缘削去一定的滑体以减少滑坡的下滑推力,削方土石方用于回填反压坡脚增加抗滑力,减少抗滑桩工程的投入;在滑坡前缘威胁到村庄段(2线剖面段)布置抗滑桩进行拦挡,其他地段(1、3线剖面段)改河道避让,防止滑坡堵河造成危害。

5.2 滑坡防治方案建议

以上两种方案均可行,由于该滑坡滑体厚度大,产生较大的滑坡推力,若在滑坡前缘布置抗滑桩,使滑坡整体稳定,必将投入较大的资金。方案二仅在威胁村庄的地段布置抗滑桩,其他地段改河避让,工程投入较少,综合考虑,建议采用方案二对滑坡进行治理。

6 结语

(1)新房村17社滑坡体位于四川省江油市敬元乡新房村,高程795～1 015 m,相对高差220 m。滑坡平面整体呈四边形状,滑坡主滑方向为147°,滑坡体积268×104m3,为大型推移式堆积层滑坡。

(2)滑坡区地层主要由第四系滑坡堆积粉质粘土、碎石土及下伏甘溪组(Dg)泥岩组成。

(3)选择传递系数法对滑坡在天然、暴雨及地震工况下对滑坡稳定性进行计算,滑坡在暴雨工况下处于欠稳定状态,稳定性较差,该滑坡的危害性和社会影响较大,危害对象等级为一级。

(4)根据滑坡稳定性分析评价及推力计算结果,滑坡在天然工况下为基本稳定,在暴雨工况下整体处于欠稳定状态,地震工况下不稳定。

(5)根据滑坡工程地质条件、结构特征、诱发因素、稳定性及下滑推力,选择合理可行的治理方案进行对比分析,建议采用封填裂缝+改河道+抗滑桩工程进行治理。

[1] 王万迁,等.四川省江油市敬元乡新房村17社滑坡应急勘查报告[R].河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,2010.

[2] 常士骠,张苏民,等.工程地质手册(第四版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[3] 张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,1994.

STABIL ITY ANALYSIS FOR THE LANDSL IDE IN COMM UNITY NO.17 OF XINFANG VILLAGE,JINGYUAN TOWNSHIP,JIANGYOU

Wang Wan-qian,Liu Jia-can,M u Qi-chao,Song Wei-li
(The First Geological Survey Brigade,Henan Bureau of Geology,M ineral Exp loration and Development,Luoyang 471023,China)

Stability coefficients are calculated for the landslide based on an analysisof the geological setting,p lane fo rm,p rofile fo rm,features and incentives.The calculations gained by the transfer coefficientmethod reveal its basic stability under natural conditions,less stability under storms and instability under earthquakes.Changing the river course and putting piles are p referred to ensure the safety of villages and rivers.

Community No.17 of Xinfang;landslide;stability coefficient;transfer coefficientmethod;p revention engineering

P642.22

A

1006-4362(2011)02-0060-05

2010-07-22 改回日期: 2010-10-08

王万迁(1980- ),男,工程师,2003年毕业于贵州工业大学勘察工程与技术专业,主要从事岩土工程及地质灾害方面的工作。