丹江口市库区移民集中安置点高切坡变形破坏模式研究

2015-01-30肖宇煌

资源环境与工程 2015年6期

苏昌，肖宇煌，曾洋

(1．湖北省地质局水文地质工程地质大队，湖北荆州 434000;2．湖北省地质环境总站，湖北武汉 430034)

南水北调中线工程的水源区工程丹江口水库大坝加高和蓄水后，根据南水北调办公室确定的工程建设目标，2011年完成丹江口市库区内安移民10．5万人，其中集中安置7 859户32 206人，集中安置点共计165处。移民安置多为就地后靠，移民集中安置过程中切坡建房形成大量高切坡。

2012年12月起，通过开展丹江口市地质灾害详细调查［1］，对区内高切坡进行了调查，截至2014年3月，丹江口市内移民集中安置点中存在高切坡的有70处。在移民安置点建设过程中，由于时间紧、任务重，不能采取及时有效的防护措施;加之丹江口水库库岸地形地质条件较复杂，在极端不利条件作用下，导致多处高切坡曾出现不同程度地变形破坏，存在较大地质灾害安全隐患。

丹江口市地质灾害详细调查工作结束时，虽大多数高切坡正在进行或已基本完成工程治理，但进行丹江口市高切坡地质条件与变形破坏方式分析研究，总结高切坡变形破坏机制仍然具有重要的现实意义;对于地形条件为“九山一水一分田”的丹江口市来说，经济建设过程中仍将不可避免地会形成各种高切坡，本文总结的四种典型变形破坏模式和典型案例分析，对于高切坡的防治具有借鉴意义。

1 地形地质条件概述

丹江口市全境地处武当山隆起与大横山余脉之间，为构造剥蚀侵蚀中低山、低山丘陵地貌区，汉江干流切割深，一般100～300 m;构造上位于秦岭地槽南缘与扬子准地台的结合部位，经历多期次构造运动，分布有片岩、软弱互层结构的砂泥岩以及膨胀土等易滑地层;其所在的鄂西北地区是中国地质灾害高易发区之一。

2 高切坡类型及分布

丹江口市库区移民安置点高切坡共70处［2］，其中岩质高切坡最为发育，共46处，岩土质高切坡18处，土质高切坡6处。分布在11个乡镇(见图1)。以六里坪镇、均县镇分布最多，高切坡分别为19处和18处;龙山镇和凉水河镇分布次之，高切坡分别为8处和6处，其余乡镇零星分布。这些高切坡分布高程171～302 m，通常为两级切坡，最多五级切坡。最大坡高62 m，坡度 35°～82°，坡比多在 1∶0．75 ～1∶0．25 之间。除习家店、凉水河、丹江口市城区一带有白垩系、下第三系砂砾岩地层外，其他高切坡主要位于元古界武当群变质岩地层区。

3 高切坡变形破坏模式

3．1 土体滑移型高切坡变形破坏模式

区内6处土质高切坡变形破坏模式基本上可以分为两类:一类是沿土体内圆弧滑面变形破坏;一类是沿土岩接触面滑移破坏。

3．1．1 沿土体内圆弧滑面变形破坏

图1 丹江口市高切坡分布示意图Fig．1 Schematic diagram of distribution of high cutting slope in Danjiangkou city

当第四系松散堆积物厚度较大时，移民安置点建设时在坡底开挖形成高切坡，使得土质边坡抗滑力减小或消失，高切坡坡体在暴雨或久雨作用下，地表水入渗坡体，导致土体内抗剪强度降低，土体中的地下水在渗出的过程中，下渗潜水渗透运移产生冲蚀、潜蚀作用，将土体中部分粉粒、细小颗粒向临空方向携带，逐渐在坡体内部形成完整滑动面，坡体上即出现局部滑移或拉张裂缝，当下滑力大于抗滑阻力时，则坡体产生整体滑移，典型实例为习家店镇后洼安置点高切坡滑坡［3］(见图 2)。

图2 后洼安置点高切坡滑坡剖面示意图Fig．2 Profile schematic diagram of high cutting slope in resettlement

该高切坡坡脚切坡长50 m，坡高12 m，设计坡度45°，二级放坡。2011年5月25日10:50，该高切坡发生滑坡，滑体主滑方向15°，纵向长80 m，横向宽50 m，均厚10 m，滑坡面积4 000 m2，滑坡规模40 000 m3。滑坡边界清晰，后缘滑壁高3～5 m，壁面光滑，滑痕清晰。自滑坡后缘到前缘，形成了多级台阶跌坎及平行式拉裂缝;公路挡土墙及排水沟开裂;前缘鼓胀;两侧展布有弧形跌坎。

该土质高切坡坡体为粘土、粉质粘土夹少量碎石，源于白垩系—下第三系砂泥岩地层。切坡后形成高陡临空面;加上区内年初长期干旱，逢初次降雨(降雨量17．1 mm)入渗，导致土体饱水，前缘滑体处于软塑—流塑状态，在中后部S337省道过往车辆加载等因素叠加作用下，最终产生圆弧形滑动。整体上表现为牵引式为主的剪切破坏模式。滑坡启动至初步稳定时间约80 min，平均滑速为 0．075 m/s。

3．1．2 沿土岩接触面滑移破坏

当土质高切坡下部基座为基岩时，坡体上第四系松散堆积物在暴雨或久雨情况下，地表水入渗坡体，土体中的地下水即沿土岩接触面向临空方向渗出。下渗潜水在沿土岩界面向临空方向渗透运移产生冲蚀、潜蚀作用，长期周而复始的进行，沿土岩界面逐步形成了不完整的滑动软弱带，随着滑动软弱带的逐步形成，其相对隔水作用逐渐增强，坡体上的饱水土体即向临空方向产生蠕动变形。此时，地下水在产生冲蚀、潜蚀的同时，将土体中部分粉粒、细小颗粒向临空方向携带，逐渐将软弱带连通并形成完整滑带，坡体上即出现局部滑移或细小的拉张裂缝并形成滑坡。当降雨量或降雨强度达到一定程度后，土体中含水量达到饱和时，土体受到地下水的动、静水压力作用，导致土体抗剪强度进一步降低，土体下滑力增加。当下滑力大于抗滑阻力时，上部土体则沿着土岩界面整体或局部滑移。

图3 蝎子凸高切坡沿土岩接触面滑移示意图Fig．3 Schematic diagram of interface sliding of high cutting slope

如牛河林区李家山村蝎子凸土质高切坡(见图3)，切坡高9 m、坡度78°，坡脚为总长62 m的三级平台。据该移民安置点场地勘察报告，揭露第四系残坡积粉质粘土夹碎石层厚1～9 m。曾于2011年汛期(场地工程建设过程中)发生局部滑塌。其破坏模式正是坡体上的松散土体在暴雨或久雨作用下，沿土岩界面产生局部滑移。

3．2 顺层滑移型高切坡变形破坏模式

区内缓倾—中倾类顺向高切坡多以层理或片理等软弱结构面为主滑控制面。由于区内变质岩经历多期次构造作用，层间或片理间结合力通常较弱，在岩体自重、降水及坡脚切坡等因素综合作用下，其变形破坏通常是以层面、片理或追踪外倾长大贯穿性软弱结构面产生滑移—拉裂破坏为主［4］。

顺层的片理或层理是其中的软弱结构面，特别是由于工程活动切坡后，顺片理等软弱结构面于高切坡坡面出露时，即构成潜在滑动面，以蠕滑(滑移)—拉裂变形破坏为主，易沿顺倾控滑结构面发生滑坡。当边坡前缘受工程活动使潜在滑移面被切脚，可引起坡体以不同方式沿滑移面向下整体滑移，前缘临空的坡体可能沿滑移面发生间歇性的缓慢滑移，稳定性随季节而变。滑移通常从临空面附近启动，逐渐向后缘扩展，坡体随滑移导致拉裂解体—滑移。在不利因素综合作用下，缓倾高切坡还可能出现顺层高速滑坡。

牛河林区莲花寺村水田沟高切坡(NH-BP04)，分布高程179～235 m，坡长240 m，坡高30 m，坡向50°，坡度35°～50°。出露地层为元古界武当山群变沉积岩组(Pt2wc)，岩性为软弱的强风化绢云石英片岩，岩体完整性较差。岩层产状25°∠26°，为一中倾顺向结构的岩质高切坡(图4)。未切坡前，斜坡坡度小于岩层倾角，自然斜坡稳定性较好;切坡后形成高陡临空面，斜坡岩体内部出现应力重分布与应力集中，坡脚出现剪应力集中，由于坡脚部位出露的绢云石英片岩岩性软弱，岩体力学强度低、抗风化能力弱、抗剪能力低;坡肩部位出现张应力集中，并形成拉张裂缝，在自重、降水侵蚀、差异风化等因素作用下，下部软岩顺层理向临空面挤出，高切坡坡肩部位产生拉裂缝，各裂缝在内外地质应力作用下逐渐扩展，最终导致岩体沿层理面向下滑移。

图4 顺层滑移型高切坡变形破坏模式图Fig．4 Mode chart of deformation failure of consequent layer sliding-type high cutting slope

3．3 切层滑移型高切坡变形破坏模式

斜向坡、逆向坡和水平层状斜坡中的高切坡以切层滑移为主，滑移面主要为外倾结构面。多发育在陡立岩体中，而滑移破坏多出现于缓倾的碎裂结构软弱岩质逆向高切坡中，除非发育反倾向贯通性的长大结构面(节理、裂隙)外，一般难以出现大规模滑坡。因此，对于丹江口市移民内安工程形成的逆向岩质高切坡(均为陡倾)，其稳定状态取决于岩体的总体强度和结构面组合特征。

外倾结构面作为滑移面的典型高切坡为均县镇蔡方沟村罗家堡高切坡(图5)，分布高程180～203 m，坡长35 m，坡高23 m，坡向225°，坡度45°～70°。岩体为软弱的强风化绢云石英片岩，岩层产状55°∠66°，为一陡倾逆向结构的岩质高切坡。岩体主要发育两组节理，一组180°∠68°、一组 168°∠47°，延长约 2 m，密度2～5条/m，隙面平直，微张、半充填。人工切坡后形成高陡临空面，陡倾岩体在自重弯矩作用下向临空方向作悬臂梁弯曲，弯曲错动产生拉裂，并逐渐向坡内发展，在该高切坡顶出现拉裂缝;节理发育的岩体呈块体倾倒或弯曲倾倒变形，在长期内外地质营力作用下，各节理裂隙逐步贯通，构成破坏面，在自重、暴雨等不利因素下出现局部破坏变形，从而产生崩滑破坏。