湖北省松宜矿区滑坡稳定性分析评价

黄 林, 陈 敏, 曹 劲, 彭 慧

(1.湖北省地质局 水文地质工程地质大队,湖北 荆州 434020； 2.湖北省地质局 第七地质大队,湖北 宜昌 443100；3.湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

湖北省松宜矿区滑坡稳定性分析评价

黄 林1, 陈 敏2, 曹 劲1, 彭 慧3

(1.湖北省地质局 水文地质工程地质大队,湖北 荆州 434020； 2.湖北省地质局 第七地质大队,湖北 宜昌 443100；3.湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

湖北省松宜矿区滑坡近期活动较频繁,若发生整体滑移,将对滑坡区居民、道路等造成极大危害。通过对该滑坡形成的地质环境与基本特征的勘查,对其稳定性进行分析评价,并提出“抗滑支挡+地表排水”等相应的防治措施。

滑坡；变形特征；稳定性评价；防治措施

松宜矿区滑坡位于湖北省宜都市松木坪镇庙河村8组,于2013年4月23日发生变形,在暴雨作用下有发生整体下滑的可能。滑坡若失稳将直接对223县道造成严重破坏,对滑坡区居民生命财产造成严重危害,因此掌握滑坡稳定性现状及发展趋势,提出防治措施建议,制定合理的防治方案,对于保护滑坡危及范围内的人民生命财产安全至关重要。

1 滑坡基本特征[1]

1.1 滑坡形态特征

松宜矿区滑坡地处鄂西山区东部边缘向江汉平原过渡地带,地貌类型为低山丘陵区。滑坡发育于一近南北向山脊东侧，由D2+3石英砂岩构成的斜交顺向坡段,滑坡区地貌总体表现为沟脊相夹的“椅”状低洼缓坡地形,与两侧较为顺直的原始斜坡形态结构特征迥然不同。滑坡平面呈撮箕形(见图1),滑体斜长240 m,横宽120～140 m,滑体厚8～25 m,均厚18 m,面积3.12×104m2,体积56.16×104m3,为一中型土质滑坡,滑坡主滑方向为102°。

北侧边界大致沿一断续相连的山脊南侧坡脚展布,南侧边界总体沿一近东西向冲沟北侧沟坡延伸,前缘外突延伸高程滑坡形态较为清晰,边界明显,滑坡后缘高程458 m,发育多条与主滑方向近似垂直的地表裂缝,其两侧与山脊相接处形成坡度60°、高10～15 m的基岩陡坎,395 m的公路切坡陡坎。滑坡纵向上呈陡缓相间折线型,总体坡度约20°～25°,高程435～450 m段形成宽缓的滑坡平台,为当地居民集中居住区,平台前缘为坡度40°～50°的陡坡,雨季易发生坍滑变形破坏。受人工建房筑路影响,分别于高程412～418 m及405～408 m形成高2～5 m的陡坎(见图2)。滑体厚度在空间上变化较大,纵向上具有中上部厚度大,前、后缘相对较薄的特点,在横向上滑体自南向北厚度逐渐增大。

滑坡后缘呈陡坡与基岩山体相接,前缘及两侧边界外围均见有大面积泥盆系中上统(D2+3)紫红色石英砂岩分布,岩体节理裂隙发育,主要见有三组:①走向50°,直立,微张开1～2 mm,可见延伸长0.5 m,8条/m；②走向160°,直立,闭合状,可见延伸长0.5 m,3条/m；③320°∠75°,可见延伸长1.0 m,2条/m。①、②组裂隙互切,局部陡坡段岩体完整性较差。

1.2 滑坡物质组成及结构特征

松宜矿区滑坡滑体0～11 m之间为碎石土,土石比4∶6,碎石成分为石英砂岩,粒径多在1～5 cm之间。11 m以下为碎块石土,土石比6∶4,碎石成分为白云质灰岩和石英砂岩,其中碎石含量约占40%,粒径为1～5 cm,块石占60%,块径为8～15 cm,呈次棱角状。

根据前、后缘岩土性状及破坏特征,结合钻孔资料分析,该滑坡滑带滑移挤压特征不明显。据钻孔揭露,滑坡中上部深度10.8～11 m处存在厚度约0.2 m含角砾粉质粘土软弱夹层,其下部岩土界面处也见有少量含角砾粉质粘土分布。滑体中碎石土结构松散,透水层性强,粉质粘土及滑床石英砂岩为相对阻水层,由于岩土体结构性状及其水文地质特征的差异性,导致岩性突变带附近地下水富集径流,粉质粘土遇水软化,力学强度降低,易形成潜在滑带。

图1 松宜矿区滑坡平面图Fig.1 Plane graph of landslide in Songyi mine district1.变形体；2.滑坡体；3.建筑物变形；4.地面裂缝；5.钻孔编号；6.探槽；7.地层代号；8.岩土地层分界线；9.勘探线；10.渗水带。

图2 松宜矿区滑坡剖面图Fig.3 Profile of landslide in Songyi mine district1.第四系残坡积层；2.第四系滑坡堆积层；3.泥盆系中上统；4.碎块石土；5.碎石土；6.石英砂岩；7.岩土接触面；8.软弱夹层；9.裂缝；10.岩层产状；11.探槽； 12.钻孔编号。

滑床岩性为泥盆系中上统(D2+3)紫红色石英砂岩,岩性坚硬、致密,产状125°∠15°,与坡面形成斜交顺向坡。

1.3 滑坡水文地质特征

根据含水介质特征、地下水露头性质分析,滑坡区地下水主要为松散土体孔隙水(上层滞水)。含水介质由滑坡堆积体的粉质粘土夹碎石、块石土组成,厚度较大,为强透水层。据钻孔揭露,在11 m处存在粉质粘土夹层,为滑体内相对隔水层,地下水运移至此受阻形成上层滞水。地下水的来源有两处:①大气降雨,滑坡区总体为低洼缓坡地形,有利于大气降雨入渗后形成地下径流,地下水遇到粉质粘土后因其相对隔水而沿粉质粘土层运移,形成地下水位；②冲沟内地表水的入渗,矿山距滑坡区不到1 km,且高程远大于滑坡区,矿洞内流出的水通过地下涵洞流入滑坡区右侧冲沟内,其内仅在底端修有一段排水沟,因此地表水在冲沟上部径流时,会有水体持续入渗滑坡体内,于滑坡区公路内侧切坡陡坎底部排泄形成多处渗水点,在连日未降雨的情况下仍然有0.5 L/s的总流量,雨后流量变大。

1.4 滑坡变形特征

松宜矿区滑坡变形主要分布在滑坡体前缘及后缘处,其中滑坡后缘的变形最为严重,主要变形特征表现为地面拉裂缝及局部坍滑:滑坡后缘因滑坡的变形而使得地面及房屋出现大规模拉裂缝,裂缝与主滑方向近似垂直。滑坡中上部以蠕动坍滑为主,据调查访问,变形主要自223县道拓宽切坡后开始,每次下雨后则出现小规模的坍滑,经过不断的变形积累,形成现阶段的规模。

1.4.1 地表裂缝

2013年4月23日,在强降雨的作用下,于滑坡后缘442～448 m高程一带发育4条地表裂缝,裂缝发育方向与主滑方向近似垂直,宽2～10 cm,长度一般2～5 m,长者达10 m。

1.4.2 坍滑

滑坡区内共有2处较为明显的坍滑体,坍滑方向主要受坡向控制,与滑坡主滑方向大体一致,较小的方量约70 m3,较大的方量约5 000 m3。坍滑受4月23日强降雨的影响,降水持续入渗使土体饱和,同时坡体底部对223县道进行了拓宽,修路切坡形成高3～5 m的陡坎,由于降水入渗和卸荷作用,而产生坍滑。

2 控制和影响滑坡稳定性的主要因素

根据滑坡发育特征和变形特点分析判断,控制滑坡稳定性的主要因素有地形地貌、地层岩性和滑坡结构、水文地质条件等内在因素,及大气降雨与人类工程活动等外部因素。

(1) 滑坡发育于一近南北向展布的山脊东侧斜交顺向坡段,并被两条东西向小山脊夹于其中,滑坡整体处于一凹地形之中,且纵向坡体形成多级陡坎,下部具备良好的滑移临空条件。

(2) 滑坡处于平行发育的两条近南北向的小断层之间,下伏基岩为泥盆系中上统(D2+3)石英砂岩,岩性坚硬,抗风化能力强,但受构造影响,出露的基岩节理裂隙发育,岩体完整性较差,风化强烈。

(3) 滑坡体物质结构较为松散,其透水性较好,有利于水流的入渗与局部汇集。另外11 m处为薄层粉质粘土含角砾,粉质粘土起阻水作用,同时遇水易软化,力学强度降低,易产生变形破坏。

(4) 滑坡区特殊的岩土结构导致滑坡体透水性强,根据地形地貌和岩土结构配置关系分析,滑坡区具有地下水集中汇聚径流的环境地质条件,较为丰富的地下水在一定程度上会降低滑坡不同区段岩土体强度,从而增加滑坡变形失稳的可能性。

(5) 大气降雨对于滑坡的稳定性也是一个十分不利的因素。降雨后,特别是连续的暴雨后,由于降雨入渗,滑坡体内地下水位迅速升高,致使滑坡体内孔隙水压力随之升高,滑坡土体由于饱水而使重度及坡体荷载增加,同时降水入渗还使岩土体饱水后力学强度降低,不利于滑坡的稳定。该滑坡整体处于凹地形之中,后缘地形十分有利于地表水向滑坡区汇集。同时滑坡右侧冲沟内的水也存在向滑坡体内渗漏的情况。滑坡区近来变形多集中发生于汛期雨季,表明大气降雨引发的水流冲刷和地表水下渗是滑坡失稳变形的主要诱发因素之一。

(6) 人类工程活动对滑坡区地质环境的破坏影响,主要表现为223县道的拓宽工程。滑坡天然坡体较陡,尤其滑坡中上部,平均坡度达50°,切坡修路使中上部坡体坡脚失去原有支撑,及原有的平衡状态,下部产生临空面,对坡体稳定性极为不利。

3 滑坡稳定性评价

3.1 计算模型、工况和参数

根据实测剖面、钻孔及地质测绘资料选取具有代表性的Ⅰ-Ⅰ′剖面进行滑坡的稳定性分析,并根据滑坡剖面地形条件和滑带变化特点进行剖分(见图3),选用传递系数法[2]定量计算滑坡稳定性。考虑到滑坡中部因223县道拓宽在高程416 m一带形成的高陡边坡,存在沿高陡边坡底部产生局部剪切变形破坏的可能,因此在进行整体稳定性计算的同时,对滑坡中上部进行局部稳定性计算。

图3 两条计算剖面关系图Fig.3 Relation graph of two calculated profiles

根据滑坡目前稳定状态,结合所处的地质构造部位,在不考虑地震因素的情况下取以下两种计算工况[2-3]:

①工况1 自重+地下水(天然)；

②工况2 自重+10年一遇暴雨+地下水(暴雨)。

根据勘查试验成果资料及综合分析统计来确定各岩土体物理力学参数,碎石土与碎块石土(滑体)在天然状态下土体重度为19.0 kN/m3,饱和状态下平均重度为19.6 kN/m3。滑带土因岩性不同,采用不同的参数:①整体(碎块石土)天然C=12 kPa,φ=23°;饱和C=10 kPa,φ=20°。②局部(粉质粘土含角砾)天然C=17 kPa,φ=13.5°；饱和C=16 kPa,φ=12°。

3.2 稳定性计算结果分析

计算结果见表1。

表1 滑坡稳定性计算结果表Table 1 Calculation results of landslide stability

(1) 滑坡Ⅰ-Ⅰ′剖面整体和局部在天然状态下(工况1),稳定系数较高,处于稳定状态。

(2) 在暴雨状态下(工况2),滑坡整体稳定性系数为1.244,仍处于稳定状态。而局部稳定性系数为1.039,处于欠稳定状态,其安全裕度不高。

由上述分析可知,松宜矿区滑坡目前整体在天然状态及暴雨状态下均处于稳定状态,可排除滑坡整体失稳的可能性；局部在天然状态下稳定,在暴雨状态下滑坡体上部为欠稳定,存在沿高程416 m处高陡边坡剪出的可能。

3.3 滑坡稳定现状及发展趋势

滑坡近期变形明显,后缘拉裂导致房屋损毁及公路破损,中部也产生了较大面积的坍滑。随着人类工程活动对坡体的干扰以及大气降雨对滑体的影响,该滑坡会继续产生变形,当后缘的裂缝变形加剧,滑坡中部因坡体改造而使坡脚受到破坏时,滑坡有局部剪出的可能。

4 结论

(1) 松宜矿区滑坡近期变形明显,且变形受地形地貌、岩土体结构、水文地质条件、大气降雨及人类工程活动控制影响,变形主要发生于雨季,多分布于高陡边坡或地形变化较大的、人类工程活动较为强烈的区段,大气降雨入渗是引发变形破坏的主要动力因素之一。

(2) 滑坡稳定性计算成果与滑坡变形特征及宏观地质分析结论基本吻合,滑坡整体处于稳定状态,一般情况下整体失稳可能性较小,但在长时间暴雨等特殊工况下,存在中上部坡体沿高陡边坡剪出产生局部变形破坏的可能性,将对附近居民的生命财产安全及交通电力通讯设施构成严重威胁。建议针对滑坡结构及变形特征与稳定性影响因素,采用抗滑支挡、地表排水等工程措施进行综合治理,同时对切坡形成的陡坎进行相应支护,避免局部的坍滑而影响治理工程的防治效果。

[1] 陶海川,黄林.湖北省宜都市松宜五七干校滑坡勘查报告[R].武汉:湖北省地质环境总站,2013.

[2] DZ/T0219—2006滑坡防治工程勘查规范[S].北京:中国标准出版社,2006.

[3] 工程地质手册编写委员会.工程地质手册[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.

(责任编辑：于继红)

Analysis and Evaluation on Landslide Stability in Songyi Mine District

HUANG Lin1, CHEN Min2, CAO Jin1, PENG Hui3
(1.HubeiInstituteofHydrogeologyandEngineeringGeology,Jingzhou,Hubei434020; 2.SeventhGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Yichang,Hubei443100; 3.HubeiGeologicalEnvironmentStation,Wuhan,Hubei430034)

The activity of landslides is very serious and frequent in Songyi mine district,intergral slip will cause great harm to resisent. Through the exploration of geological environment of the landslide and its basic characteristics,the paper analyzes the stability of landslide and puts forward the corresponding prevention measures.

landslide;deformation characteristics;stability evaluation;prevention measure

2014-05-16；改回日期：2014-08-25

黄林(1982-)，男，助理工程师，土木工程专业，从事水工环地质工作。E-mail:564589515@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2015)01-0040-05

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.0952.009.html 数字出版日期:2014-12-24 09:52