青海省互助县红崖子沟乡张家村滑坡特证及稳定性分析

2016-08-22马吉福李云

地球 2016年4期

关键词：滑带滑体坡体

■马吉福李云

（青海省环境地质勘查局青海西宁810007）

青海省互助县红崖子沟乡张家村滑坡特证及稳定性分析

■马吉福李云

（青海省环境地质勘查局青海西宁810007）

张家村滑坡位于青海省互助县湟水一级支流红崖子沟中游右岸低山丘陵区斜坡西麓，滑坡前缘分布有张家村村民，滑坡上分布有乡村公路及电信设施；张家村滑坡体体积0.93×108m3，属黄土～泥岩巨型滑坡，滑坡体形成机理及稳定性研究事关张家村村民生命财产安全，其意义重大。

张家村滑坡形成机理稳定性分析

1　地质环境概况

张家村滑坡位于青海省互助县湟水一级支流红崖子沟中游右岸低山丘陵区斜坡西麓，南侧以山梁为界，北侧以冲沟为界，地理坐标东经102°05′41.2″，北纬36°39′01.9″，滑坡前缘分布有张家村村民，滑坡上分布有乡村公路及电信设施。低山丘陵区山体由古近系泥岩、砂岩构成其骨架，其上披覆有较厚的第四系上更新统黄土，古近系西宁群（E）泥岩、砂岩，为一套内陆湖相碎屑岩沉积。其岩性上部为棕红色泥岩夹石膏、砂岩及泥灰岩，下部为桔红、棕红色泥灰岩夹砂岩；上更新统风积黄土（Q3eol），粉土含量高达70%以上，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性；地处祁连山地槽之西宁盆地北缘。地震动峰值加速度0.10g，地震基本烈度为Ⅶ度，属现代地质构造活动基本稳定区；属高原大陆性半干旱气候区，多年平均气温3.5℃，多年平均降水量503.7mm，蒸发量1278mm，降水集中于7～9月。区内人类工程活动频繁，切坡修路对地质环境改变较大。

2　滑坡基本特征及形成机理

2.1滑坡基本特征

张家村滑坡周界在平面形态上呈半圆形，整体倾向北东，东西纵长1500m，南北宽950m，平均厚65m，面积142.5×104m2，体积0.93×108m3，滑体在剖面上呈凹型，表面呈阶梯形。滑体后壁呈圈椅状，高达45m，滑壁倾向北东，倾角73°，滑壁下分布有崩积物；滑坡共发育三级较大平台，滑坡前缘剪出口部位由于受挤压作用影响，土体向外凸。滑坡体南侧曾于2002年正月十四再次发生滑动，将原古滑坡滑体上的冲沟填平，新滑体纵长1500m，宽250m，平均厚30.0m，新滑坡中上部形成高约20m的反翘隆起，地形破碎，坡度30°，在古滑坡后缘形成南北向长380m，宽8m，深5—8m大裂缝（整块塌陷），将原乡村公路摧毁，新滑体西侧可见滑坡下滑时形成的擦痕，在新滑体表部发育众多拉张裂缝，裂缝面均内倾，倾斜60°，2002年 6月 26日新滑坡前缘再次发生滑动，方量约1000m3。

2.2滑坡物质及滑带土结构特征

滑坡体岩性组成较复杂，除母岩泥岩、砂岩、砂砾岩混杂堆积外，还有滑坡后壁高处的黄土及底砾石介入，无规律可循，从钻孔揭露的滑体堆积物及冲沟内探槽观察来看，后缘至前缘大多数堆积体混杂堆积，滑坡中后部局部地段块体完整性较好，无方向、无层次与其它堆积体混杂堆积，滑带土依不同部位厚度亦有不同，滑坡中前缘滑带位于泥岩中，滑带厚0.3—0.6m，滑带土呈软塑状，稍湿，擦痕不明显；滑体后部，滑带厚0.6—1.0m，滑带土结构破碎，呈碎裂状，见明显擦痕。

2.3滑坡形成机理

从该滑坡的钻孔资料及滑坡前缘浅井资料分析看，该滑坡第一期滑动受区域地壳上升，红崖子沟河流下切及侧蚀影响，坡体前部形成较大临空面，斜坡呈现出坡度较大的陡峭斜坡，雨水入渗不仅增大坡体自重且软化土体，大大降低土体抗剪强度，诱发第一期滑坡发生，在地层岩性上坡体表部为Q3eol黄土，下伏第三纪泥岩及砂岩，产状近水平，黄土垂直节理发育，为雨水入渗提供了良好通道，雨水沿黄土垂直节理入渗，并在下伏泥岩接触面处汇聚形成坡体软弱带，坡体沿其向下滑动变形。坡体前部受到红崖子沟侧向侵蚀，前缘形成较大临空面，导致坡脚应力急剧集中，当坡体软弱带构成的滑动面全面贯通时，坡体整个失稳，形成滑坡，此后在全新世温暖期，冰雪消融加丰沛的降水，红崖子沟侵蚀切割作用又一次得到加强。近几十年来，张家村村民在其前缘居住，开挖滑坡坡脚，修建水渠，改变了坡体应力状态，降低坡体稳定性，2002年正月十四坡体前缘再次发生滑坡。由此可见降雨及人类工程活动是触发该滑坡再次滑动的主要原因。

3　滑坡稳定性分析

3.1有限元强度折减法计算原理

有限元法在边坡稳定分析中的应用相当广泛，其理论体系较极限平衡法更为严格，其不仅满足了力平衡方程，也引入了变形协调的本构关系，如果选用合适的本构关系，有限元法可较好地分析边坡应力、变形和稳定性。经实践表明，采用基于Mohr～Coulomb准则的弹塑性本构模型，较符合岩土体材料的应力应变特性。有限元强度折减法是在有限元计算的基础上，通过降低岩土材料的抗剪强度的办法，使结构达到不稳定状态，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是边坡的稳定系数。

3.2计算模型及参数

根据张家村滑坡的实际地质剖面建立有限元模型。各层岩土体参数按表1选取；边界条件为约束模型两侧的法向位移，固定约束模型底部，模型顶面及坡面为自由面。计算中仅考虑重力作用，各层岩土体均考虑为均质岩土体，屈服破坏准则选用摩尔库伦准则。计算工况考虑天然和饱和两种状态。

表1　张家村滑坡计算参数表

3.3计算结果

张家村滑坡在天然和饱和状态下的稳定性(表2)，可见，天然状态条件下稳定性系数为1.0637，饱和状态条件下稳定性系数为0.8625，滑坡近于极限平衡状态体是否处于塑性变形状态（临界破坏状态），通常采用Mohr～Coulomb准则来判定。

表2　张家村滑坡稳定性计算表

3.4滑坡稳定性分析

该滑坡南侧曾发生多次滑动，滑动后滑坡侧界可见土体被推移拉裂，坡体上出现多处拉张裂隙及错动裂缝，坡体稳定性差，经稳定性定量计算，与前面定性分析结果一致，滑坡整体稳定性系数天然状态下1.0637，饱和状态下0.8625。滑坡前缘具有滑动临空面为最危险滑面，滑体上裂缝发育，在降雨或地震作用下，滑坡前缘发生再次滑动的可能性较大，稳定性较差。