缓倾顺层岩质滑坡成因机制研究

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分类号:TU42密级:公开单位代码:10878学号:20153301002硕士学位论文论文题目:缓倾顺层岩质滑坡成因机制研究—以陈家湾滑坡为例学科门类:工学学科专业:岩土工程研究方向:工程防灾减灾理论与应用作者姓名:张书岩导师姓名:游敏完成时间:2018.3 缓倾顺层岩质滑坡成因机制研究——以陈家湾滑坡为例AResearchonformationmechanismofgentlyinclinedbeddingrocklandslide——AcasestudyofthelandslideinChenJiaBay学科门类:工学学科专业:岩土工程研究方向:工程防灾减灾理论与应用作者姓名:张书岩导师姓名:游敏完成时间:2018.3 安徽建筑大学本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合安徽建筑大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名委员:初L\飞价咖〒途_狀李g級导师:趨取奴复巧 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得安徽建筑大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:威和声签字日期:2私年§月>曰导师签名:签字曰期:¥年{月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽建筑大学有保留、使用学位论文的:规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽建筑大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽建筑大学可以将学,可以采用影印位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文^(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:签字日期:扣各年彡月曰/>导师签名:签字曰期:曰 安徽建筑大学硕士学位论文摘要摘要缓倾角顺层岩质滑坡是边坡工程中比较特殊的一种滑坡类型,在我国四川盆地东部分布有大量的缓倾地层,岩层倾角多集中在10°~20°。由于该类型的边坡岩层倾角偏小,从先前学者们对该类滑坡的研究和传统的地质观念来看,这种类型的岩质边坡难以发生大规模失稳破坏,但近年来,在极端强降雨条件下,四川地区大面积群发性滑坡的事件却屡见不鲜,如2011年9月16日~18日强降雨造成巴中市南江县上千处斜坡失稳,其中不乏数百上千万立方米的此种类型的岩质滑坡,造成了大量的财产损失。对10°~20°这类缓倾顺层岩质滑坡究竟是如何产生的,目前还没有统一和明确的结论。现有的研究认为,滑坡后缘裂缝充水后形成的静水压力和底滑面扬压力是导致缓倾顺层岩质滑坡发生的驱动力,但通过对南江县多个岩质滑坡现场调查发现,滑坡并不都具备形成后缘充水头的条件,采用泥岩甚至天然滑带土抗剪强度对典型滑坡稳定性计算结果也表明滑坡很难在水压力和扬压力综合作用下发生失稳。因此,有必要研究缓倾顺层岩质边坡的成因机理。文章在对陈家湾滑坡实地调查的基础上,分析研究该滑坡的工程地质概况及成因机制,然后采用SLIDE软件对陈家湾Ⅰ号滑坡的代表性剖面进行稳定性计算,根据计算数据结果,对陈家湾滑坡进行稳定性评价。并采用极差分析法对正交实验的结果进行分析。在此基础上改变岩层厚度,并按照岩层厚度的不同组合,将该类岩质边坡分为三种类型:厚岩层、薄岩层和薄厚岩层互层的岩质边坡。然后利用SLIDE软件对这三种不同层厚的岩质边坡进行稳定性评价与变形破坏机制分析。文章最后对陈家湾滑坡提出了防治方案及建议。本文的主要研究工作及获得的成果如下:(1)对陈家湾Ⅰ号滑坡的代表性剖面进行稳定性计算,结果表明:滑坡在自重状态下处于稳定状态,在(暴雨+自重)状态下处于临界状态。(2)对于陈家湾Ⅰ号滑坡的因素敏感度分析得出:内摩擦角、地震和粘聚力对该滑坡稳定性的影响度显著,地下水位线位置对滑坡稳定性的影响显著,土的重度对滑坡稳定性的影响一般。(3)对陈家湾滑坡危害性预测及防治建议:在连续降雨的条件下,一旦基岩内裂缝和滑体中松散的碎块石孔隙中充水、加宽,将增大滑体的浮托力和水压力,使得滑体向前缘临空面发生滑移破坏。该滑坡整体一旦失稳,将严重威胁坡体后I 安徽建筑大学硕士学位论文摘要缘9户48位居民的生命财产安全,同时,滑坡区紧邻场镇交通要道,滑坡一旦失稳,造成交通堵塞,造成的损失将会加重。(4)在对该滑坡模拟分析以及成因机制研究的前提下,提出了,抗滑桩+挡土板+排水设施结合的治理方案。采用排水措施进一步提高滑坡稳定系数,并设置抗滑桩+挡土板增加抗滑力。(5)采用SLIDE软件模拟三种不同层厚的岩质边坡得出下列结论:①对于该缓倾顺层岩质滑坡,其下部软弱层位于第四层软岩(泥岩)层的层间接触面上。岩层厚度的变化并没有影响其变形破坏机制,滑坡的变形破坏都是由软弱层首先发生变形破坏,上部岩层和覆盖层沿着软弱层面向前方临空面剪切位移,直致完全变形破坏,即滑移-拉裂破坏。②总体上看,当岩层厚度增加时该滑坡稳定性也随之增加,当岩层厚度在0.05-1m范围内增加时,安全系数的增加较缓,当岩层厚度为巨厚状时其安全系数会有明显的增加。即岩层厚度在薄层,厚层范围内增加时对滑坡的稳定性贡献较低,当岩层厚度在巨厚层范围内增加时,对滑坡稳定性贡献较高。③对于此种软硬岩互层的基岩滑坡,两种岩性的岩层厚度相差越大,对滑坡的稳定性越不利。图59表20参65关键词:岩质边坡;变形机制;正交分析法;数值模拟;稳定性分析分类号:(1--2);II 安徽建筑大学硕士学位论文AbstractAbstractSlowdipbeddingrocklandslideisaspeciallandslidetypeinslopeengineering.TherearemanygentledipformationsintheeasternpartofSichuanbasin.Thedipangleofrockstrataismostly10to20degrees.Becauseofthetypeofthesloperockangleissmall,fromthepreviousscholarsonthestudyofthistypeoflandslideandthetraditionalgeologicalpointofview,thistypeofrockslopeisamassivefailure,butinrecentyears,intheextremeconditionofstrongrainfall,thelandslidemassoflargeareaSichuanareaeventsareItisoftenseen.asofSeptember16,2011.~18causedbyheavyrainfallinBazhongNanjiang1000slopeinstability,includinghundredsofmillionsofcubicmetersofthistypeoflandslide,causinggreatdamagetoproperty.Atpresent,thereisnounifiedandclearconclusiononhowtheslowdiprockslideisproducedfrom10to20degrees.Theexistingstudiessuggestthattheformationofthelandslidecracksarefilledwithwaterafterthehydrostaticpressureandthebottomsurfaceupliftpressureistheresultofinclinedrocklayeralongthedrivingforceoftheoccurrenceoflandslide,butthroughthediscoveryofmultiplerocklandslideinvestigationinNanjiangCounty,havenotformedthetrailingedgeoflandslidefillingheadpieces,withmudstoneorevennaturaltheshearstrengthofslipsoilsoftypicallandslidestabilitycalculationresultsalsoshowsthatthelandslideisdifficulttooccurinstabilityinthecomprehensiveeffectofwaterpressureandupliftpressure.Therefore,itisnecessarytostudytheformationmechanismofthegentlyinclinedbeddingrockslope.BasedontheinvestigationofthelandslideChenjiawanonengineeringgeologicalsurveyandAnalysisontheformationmechanismofthelandslide,andthentherepresentativesectionofLizhengsoftwareChenjiawanNo.1landslidestabilitycalculation,accordingtothecalculationresults,theChenjiawanlandslidestabilityevaluation.Thesensitivityofthelandslideisanalyzedbyorthogonalanalysis.Onthebasisofchangingthethicknessofrock,andinaccordancewiththedifferentcombinationsofstratathickness,therockslopeisdividedintothreetypes:rockslopeandrocklayerthickness,thininterbedthickstratarock.TheanalysisthenusingLizhengsoftwareforstabilityevaluationofthethreedifferentthicknessoftherockslopedeformationandfailuremechanism.Attheendofthispaper,thepreventionandIII 安徽建筑大学硕士学位论文AbstractcontrolschemeandsuggestionsforthelandslidesofChenJiaWanareputforward.Themainresearchworkandachievementsofthispaperareasfollows:(1)therepresentativeofChenjiawanNo.1landslideslopestabilitycalculation,theresultsshowthattheLizhengsoftwarelandslideisinasteadystateundergravityconditions,in(rain+weight)inthecriticalstateofthestate.(2)forthesensitivityanalysisoffactorsChenjiawanNo.1landslidethatofinternalfrictionangleandcohesionoftheearthquakeandlandslidestabilityishighlysignificantinfluenceonthestabilityofthelandslidelocationofundergroundwaterlevelsignificantly,soilheavyinfluenceonthelandslidestabilityingeneral.(3)thelandslidehazardpredictionandpreventionsuggestionsonChenjiawan:thelandslidebelongstoprogressiverocklandslide,slidingandonceinbedrockcracksinloosegravellyporebodyinwaterfillingandwidening,willincreasetheslidingbodypressureandwaterpressure,theslidingbodyforwardedgesurfaceslipfailure.Oncethewholelandslideisunstable,itwillseriouslythreatenthelivesandpropertyof9residentsand48residentsofthetrailingedgeoftheslope.Atthesametime,thelandslideareaisclosetothetrafficmainroadofthetown.Oncethelandslideisunstable,itwillcausetrafficjamandthelosswillbemoreserious.(4)basedonthenumericalsimulationofthelandslideandtheanalysisofitsgeneticmechanism,acontrolplancombiningantislidepile+retainingplate+drainagefacilitiesisputforward.Tofurtherimprovethestabilitycoefficientwithdrainagemeasures(basedontheoriginalwaterdrainonadrainageditch),andsettheantislidepileandretainingplatetoincreasetheantislideforce,theretainingwallisslipperyslope.(5)usingnumericalsoftwaretosimulatethreedifferentlayersofrockslope,thefollowingconclusionsaredrawn:①fortheslowdipbeddingrockslide,thelowersoftlayerislocatedonthelayeroffourthlayersofsoftrock(mudstone)layer.Changeofstratathicknessandhasnoeffectonthedeformationandfailuremechanism,thedeformationandfailureoflandslideisweaklayerdeformationandfailureoccursfirst,upperstrataandoverburdendisplacementalongtheshearweaklevelfrontsurface,untilcompletelydeformationandfailure,namelyslidingtensionfailure.IV 安徽建筑大学硕士学位论文Abstract②Onthewhole,thestabilityofthelandslidewillalsoincreasewhenthethicknessofrockisincreased.Whenthethicknessofrockisincreasedwithin0.05-1m,thesafetyfactorwillincreaseslowly.Whenthethicknessofrocklayerishuge,thesafetyfactorwillincreaseobviously.Thatis,whenthethicknessofrocklayerincreasesinthethinlayerandthicklayer,thecontributiontothestabilityoflandslideislow.Whenthethicknessofrocklayerincreasesinthethickthicklayer,itwillcontributetothestabilityoflandslide.③forthebedrocklandslidesofthiskindofsoftandhardrockinterbedding,thegreaterthedifferencebetweenthethicknessofthetwolithologies,themoreunfavorabletothestabilityofthelandslide.KeyWords:Rockslope;Deformationmechanism;Orthogonalanalysis;Numericalsimulation;StabilityanalysisChinesebookscatalog:V 安徽建筑大学硕士学位论文目录目录摘要.......................................................................................................................ⅠAbstract..........................................................................................................................Ⅲ插图或附表清单.............................................................................................................Ⅹ第一章绪论.................................................................................................................11.1选题依据及课题来源.............................................................................................11.1.1选题依据..........................................................................................................11.1.2选题来源..........................................................................................................31.2研究目的与意义.....................................................................................................31.3国内外研究现状.....................................................................................................51.3.1岩质边坡变形破坏机制研究..........................................................................51.3.2岩层边坡变形破坏模式研究现状`.................................................................61.3.3岩质边坡稳定性分析方法研究现状`.............................................................71.3.4目前对岩质边坡研究的不足..........................................................................81.4研究内容及技术路线.............................................................................................91.4.1研究内容..........................................................................................................91.4.2思想技术路线................................................................................................11第二章研究区自然地理条件.......................................................................................122.1位置与交通...........................................................................................................122.2气象、水文...........................................................................................................132.2.1气象条件........................................................................................................132.2.2水文条件........................................................................................................152.3社会经济状况.......................................................................................................16第三章研究区工程地质环境.......................................................................................173.1地形地貌..............................................................................................................173.2地层岩性..............................................................................................................193.3地质构造、新构造运动与地震..........................................................................23VI 安徽建筑大学硕士学位论文目录3.3.1区域地质构造................................................................................................233.3.2新构造运动与地震........................................................................................253.4水文地质条件......................................................................................................263.5人类工程活动......................................................................................................26第四章滑坡基本特征及危害对象...............................................................................274.1滑坡区地貌形态及边界特征............................................................................274.1.1Ⅰ号滑坡........................................................................................................274.1.2Ⅱ号滑坡........................................................................................................284.1.43Ⅲ号滑坡.......................................................................................................284.1.4斜坡变形特征...............................................................................................294.2陈家湾Ⅰ号滑坡体基本特征............................................................................294.2.1Ⅰ号滑坡变形特征........................................................................................294.2.2Ⅰ号滑坡滑体及滑床特征............................................................................324.2.3Ⅰ号滑动带特征及滑动模式........................................................................344.2.4Ⅰ号滑坡主要威胁对象................................................................................344.2.5Ⅰ号滑坡影响因素与破坏机制分析.............................................................354.3陈家湾Ⅱ号滑坡基本特征...................................................................................364.3.1Ⅱ号滑坡变形特征........................................................................................364.3.2Ⅱ号滑坡滑体及滑床特征............................................................................374.3.3Ⅱ号滑坡稳定性分析.....................................................................................384.4Ⅲ号斜坡体基本特征........................................................................................394.4.1Ⅲ号斜坡边界、规模、形态特征...........................................................394.4.2Ⅲ号斜坡结构分析...................................................................................394.4.3Ⅲ号斜坡变形特征分析...........................................................................404.4.4Ⅲ号斜坡稳定性分析...............................................................................414.5本章小结............................................................................................................41VII 安徽建筑大学硕士学位论文目录第五章滑坡稳定性计算.............................................................................................425.1综合分析...........................................................................................................425.2滑坡岩土体物理力学参数...............................................................................425.3计算模型与工况...............................................................................................465.3.1计算模型的选取......................................................................................465.3.2安全等级确定及设计安全系数..............................................................515.3.3计算工况..................................................................................................515.4计算方法与参数选取....................................................................................525.4.1计算公式选取.........................................................................................525.4.2计算参数选取..........................................................................................545.5滑坡稳定性计算与结果评述.........................................................................555.5.1评价标准.................................................................................................555.5.2滑坡稳定性评价......................................................................................555.6滑坡稳定影响因素敏感性分析.....................................................................575.6.1正交试验的原理......................................................................................575.6.2正交表与方案设计..................................................................................575.6.3正交试验结果分析..................................................................................595.7本章小结.........................................................................................................57第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析.............................................................606.1厚层岩体结构边坡稳定性分析.......................................................................606.1.1数值模拟计算结果与评述......................................................................606.1.2变形破坏机制分析..................................................................................616.2薄层岩体结构边坡稳定性分析.......................................................................666.2.1数值模拟计算..........................................................................................666.2.2变形破坏机制分析..................................................................................666.3厚层夹薄层岩体结构边坡稳定性分析...........................................................716.3.1数值模拟计算..........................................................................................71VIII 安徽建筑大学硕士学位论文目录6.3.2变形破坏机制分析..................................................................................726.4滑坡发展变化趋势及防治方案建议...................................................................766.4.1发展变化趋势及危害性预测.....................................................................766.4.2防治目标原则.............................................................................................766.4.3防治工程设计参数建议.............................................................................776.4.4防治工程方案建议......................................................................................776.5本章小结...............................................................................................................78第七章结论与展望.....................................................................................................797.1主要结论...............................................................................................................797.2展望.......................................................................................................................80参考文献.......................................................................................................................81致谢...............................................................................................................................85IX 安徽建筑大学硕士学位论文插图及附表清单插图及附表清单图1-1近年来我国地质灾害造成的死亡失踪人数和直接经济损失情况........................1图1-2南江县画滑坡灾害分布图........................................................................................4图1-3陈家湾滑坡的调查与研究思路图..........................................................................11图2-1陈家湾滑坡地理位置图..........................................................................................12图2-2南江县1971~2015降雨量图................................................................................13图2-3南江县年降雨量等值线图......................................................................................14图2-4南江县水系分布图..................................................................................................15图3-1南江县地形地貌分布图..........................................................................................18图3-2陈家湾滑坡下侧基岩出露.....................................................................................22图3-3陈家湾滑坡侧面基岩出露.......................................................................................22图3-4滑坡区右侧块石土堆积........................................................................................22图3-5滑坡区左侧块石土堆积..........................................................................................22图3-6石板沟滑坡后缘块石土堆积................................................................................22图3-7石板沟滑坡前缘块石土堆积..................................................................................22图3-8四川盆地区域地质构造图......................................................................................23图3-9南江县地质构造图..................................................................................................24图3-10汶川地震灾区地震动峰值加速度新编区划图....................................................25图4-1陈家湾滑坡平面形态影像图..................................................................................27图4-2陈家湾1号滑坡全貌图(镜头向东)..................................................................30图4-3Ⅰ号滑坡后缘下错裂缝........................................................................................31图4-4Ⅰ号滑坡后缘右侧下错裂缝..................................................................................31图4-5墙体开裂................................................................................................................31图4-6庭院地面下挫裂缝..................................................................................................31图4-7树木歪斜..................................................................................................................31图4-8滑坡前缘剪出..........................................................................................................31X 安徽建筑大学硕士学位论文插图及附表清单图4-9Ⅰ-Ⅰ工程地质剖面图..........................................................................................32图4-10ZK10孔岩芯特征照片..........................................................................................33图4-11ZK11孔岩芯特征照片..........................................................................................33图4-12ZK12孔岩芯特征照片.......................................................................................33图4-13Ⅰ号滑坡主要威胁对象.........................................................................................34图4-14Ⅱ号滑坡后缘下错裂缝图..................................................................................37图4-15陈家湾Ⅱ号滑坡全貌图(镜头向东)................................................................37图4-16TC03滑体特征照片................................................................................................38图4-17ZK05孔岩心滑体特征照片....................................................................................38图4-18ZK01孔岩心滑体特征照片....................................................................................38图4-19TC04滑体特征照片...............................................................................................38图4-20Ⅲ号斜坡全照........................................................................................................39图4-21滚落至沟底的块石..............................................................................................40图4-22易风化崩落的块石................................................................................................40图5-1陈家湾滑坡平面图...............................................................................................46图5-2Ⅰ-Ⅰ’剖面的计算模型简图................................................................................47图5-3Ⅱ-Ⅱ’剖面的计算模型简图................................................................................48图5-4Ⅲ-Ⅲ’剖面的计算模型简图................................................................................49图5-5Ⅳ-Ⅳ’剖面的计算模型简图................................................................................50图5-6折线型法计算说明图..............................................................................................52图6-1岩层厚度k与安全系数关系...................................................................................61图6-20.5m时滑坡变形破坏.........................................................................................62图6-30.8m时滑坡变形破坏.........................................................................................63图6-41m时滑坡变形破坏............................................................................................64图6-52m时滑坡变形破坏............................................................................................65图6-6岩层厚度k与安全系数关系表.............................................................................66图6-70.05m时滑坡变形破坏.......................................................................................68XI 安徽建筑大学硕士学位论文插图及附表清单图6-80.08m时滑坡变形破坏.......................................................................................69图6-90.1m时滑坡变形破坏.........................................................................................70图6-10岩层厚度k与安全系数关系.............................................................................71图6-11砂岩厚度1m时滑坡变形破坏.........................................................................73图6-12砂岩厚度2m时滑坡变形破坏.........................................................................74图6-13砂岩厚度3m时滑坡变形破坏.........................................................................75表1-1缓倾顺层岩质滑坡案例............................................................................................2表3-1地貌类型特征表......................................................................................................17表3-2南江县域地层岩性表..............................................................................................19表5-1滑体碎石土重度试验成果统计表..........................................................................42表5-2土工试验(粘土)颗粒分析结果表......................................................................43表5-3土工试验统计表(粘土)........................................................................................44表5-4岩石试验分析结果表..............................................................................................45表5-5地震加速度对照表...................................................................................................51表5-6设计荷载组合表......................................................................................................51表5-7计算参数选取...........................................................................................................55表5-8滑坡稳定状态划分..................................................................................................55表5-9滑坡稳定性计算结果...............................................................................................56表5-10因子水平.................................................................................................................57表5-11正交试验计算结果.................................................................................................58表5-12极差分析计算结果.................................................................................................59表6-1岩层厚度分类表.......................................................................................................60表6-2厚岩层安全系数计算结果.......................................................................................61表6-3薄岩层安全系数计算结果.......................................................................................66表6-4砂岩2m安全系数计算结果...................................................................................71表6-5计算参数选取...........................................................................................................77XII 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1选题依据及课题来源1.1.1选题依据我国国土面积辽阔,自然资源丰富,人口密度及流动性大,拥有丰富的地形地貌。这也决定了国内的地质灾害具有分布范围广、破坏性强及治理困难的特征。滑坡是地质灾害中分布较广,在日常的生产建设活动中比较常见的一种,大量存在于我国西南等地。滑坡的形成及失稳破坏,是个复杂的综合作用过程,包括岩土体特性、斜坡结构构造、降水量、微地貌等在内的很多因素,都会对其产生影响。其中降水量,特别是连续强降雨是个非常关键的因素,也是造成许多边坡破坏变形的启动因素。我国西南地区年降雨量较大,连续降雨乃至暴雨的恶劣天气时有发生,降雨时间、空间分布集中,且西南地区多为山区,存在大量的滑坡隐患点,造成该地区成为滑坡灾害的频发区,同时由于滑坡灾害的发生一般具有难以预测性、突发性,因此,滑坡一旦发生,将会给影响区内的居民带来严重的生命财产损失。图1-1为2012年至2016年由于地质灾害所造成的失踪人数、死亡人数及直接经济损失统计数据。图1-1近年来我国地质灾害造成的死亡失踪人数和直接经济损失情况1 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论从图中我们可以看出多年直接经济损失均在20亿以上,2013年多达104.36亿元,死亡人数更是均在200人以上,而这其中由于滑坡所直接或间接造成的约占73%,因此,对滑坡灾害的防治迫在眉睫。除了生命财产的损失之外,通过以往的滑坡灾害案例我们可以看出,滑坡灾害的发生还会造成水灾、泥石流等次生灾害。例如坡体滑移到附近河道中堵塞河道,使得上游水流不通,形成水坝、堰塞湖等,随着库水位的不断上升,最终会导致坝体溃决,由此而形成的洪水量巨大,极易给下游住户带来巨大的危害,我国的唐古栋和易贡滑坡都是大规模的滑坡堵江造成洪涝灾害的实例。缓倾顺层岩质边坡是岩质边坡中比较特殊的一种边坡类型,其岩层倾角大都集中在10°至20°之间,本次的调查区南江县就存在大量缓倾地层。对于此类型的边坡,由于其岩层倾角较小,造成滑坡滑体沿着滑面向下的作用力较小,同时由于岩土体工程性质的复杂多样性,这也造成人们对于岩土体与支护加固结构之间的作用原理以及其成因机制方面认识的匮乏[3]。因此人们总是习惯性的认为其不易发生失稳破坏。然而,随着工程建设的不断扩大,以及天气气候的反常变化,我们发现该类型的边坡发生变形破坏的现象还是广泛的存在(表1-1),不仅阻碍了工程建设,还带来了经济损失和生命安全威胁。表1-1缓倾顺层岩质滑坡案例滑坡名称发生时滑坡所处规模受灾人数经济其他损失间地层损失湖南塘岩光1961年缓倾1.65x1死亡66人摧毁大坝挡水设施滑坡3月6日06m³意大利瓦依1963年缓倾2.75x11925人死亡多个村镇受灾,水库昂滑坡10月08m³报废成昆铁西滑1980年缓倾220x1230040天交通中断坡7月04m³万天台乡滑坡2004年缓倾9270户受灾25009月万南江县石板2011年缓倾5x10681户受灾其中4滑坡毁坏487间民房,沟滑坡9月m³人死亡5人失踪30户民房成为危房进入21世纪以来,国家的经济进入高速发展的轨道,人类工程建设活动愈发频发,2 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论建设规模也越来越大,工程建设活动已经成为地壳表层系统演化的重要组成部分。这也造成岩质滑坡灾害与人类工程建设之间的联系越来越密切,人们在道路、桥梁、隧道的修建过程中会经常遭遇此类岩质滑坡。由于岩土体的复杂结构构造,使得人们难以充分的了解其变形破坏机制,加之工程建设中不合理的开挖边坡、给边坡施加外荷载等,加剧了对岩质滑坡的诱发。因此加强对此类岩质滑坡的研究和防治,对保护人民的生命财产安全及工程建设的顺利开展具有重要意义。四川省位于我国西南部,辖区面积广阔,自然资源丰富,人口及城镇密度大,近几年省内经济发展较快,工程建设较为频繁。辖区内气候条件反常多变,地形地貌丰富多样,地质环境比较复杂,东西之间差异较大,地势上大体呈东低西高的走势,其中山地、丘陵的面积约占了整个辖区面积的70%以上,高程分布220米~7556米。主要囊括了四川盆地、秦巴山地、青藏高原、云贵高原等地貌单元。以上因素使得该省成为我国地质灾害的高发区,尤其以滑坡、泥石流居多。同时,由于辖区内复杂的地质构造因素,该地区的地层受到强烈的构造运动的挤压,因而该地区存在大量的缓倾角地层,导致该地区存在许多缓倾角顺层岩质滑坡。2008年汶川地震,引发了该地区的滑坡灾害高达48000处,滑坡总面积为711.8km2,这其中就包括了大量的缓倾顺层岩质滑坡。这也使得此类滑坡再次成为地质学者们的重点研究对象。1.1.2选题来源本文以成都华建勘察工程公司“南江县陈家湾滑坡勘察工程”项目为依托。对陈家湾地区开展了实地勘察工作,并对邻近滑坡石板沟滑坡做了相关的实地勘察。主要对滑坡影响区内的地形地貌、地质构造、水文地质条件以及植被覆盖等情况进行了相关调查,并对滑坡的变形破坏机制进行了研究分析。在此基础上,对滑坡进行了稳定性评价及敏感度分析,并针对岩层厚度这一影响因素做了数值模拟分析。1.2研究目的与意义自从我国经济进入工业化发展的道路,随之带来的环境问题也越来越严重特别是大气污染,造成我国一些区域气候反常,一些地方出现连续强降雨的极端天气条件与往常相比在逐渐增多。降雨特别是连续强降雨是滑坡灾害发生的重要影响因素,在我国很大一部分滑坡的发生,降雨都是启动因素。伴随着21世纪的到来,我国的社会发展、人口增长、自然资源都迎来了新的挑战。由于人口的不断增长,决定了对环境资源更多的需求。在对资源的开采、利用环节带来了更多的环境问题以及地质灾害问题。由于不合3 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论理的、盲目的、无节制的开采资源,造成了更多的滑坡灾害的发生。例如,在矿产资源、石材资源的开采过程中对斜坡不合理的开挖,造成斜坡内部应力发生改变;对树木过度的砍伐、过度的放牧对植被造成的破坏导致水土流失,从而诱发滑坡灾害。对社会发展、经济建设、百姓的和谐生活都造成了严重的不利影响,因此良好的地质环境是非常重要的。陈家湾滑坡处于四川省北部边缘的南江县,位于东经106°44′41.28″,北纬32°14′23.78″。南江县总人口为61.5万,面积广阔,下有48个乡镇,南江县自然资源丰富,县域内有光雾山、大巴山旅游区。北边为秦岭构造带边缘地带,西边为龙门山逆冲推覆造山带,东边为大巴山构造带,南边为四川盆地,这种复杂的地质构造使得该地区的岩层受到强烈的地质构造运动的挤压作用,导致南江县境内及其周边地区分布着大量缓倾角岩层,岩层角度大都在10°~20°之间。南江县境内存在大量的滑坡灾害点,据统计境内上报的滑坡灾害点达一千处以上(图1-2),其中就包括了许多缓倾角滑图1-2南江县滑坡隐患点分布4 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论坡。通过上述调查分析我们知道此类岩质滑坡失稳的情况广泛存在,特别是连续降雨天气情况下,更是容易诱发滑坡灾害的发生。若该地区的缓倾岩层发生大规模性滑坡失稳破坏,将带来无法挽回的生命财产及经济损失。缓倾顺层岩质滑坡的发生是多种因素共同作用的结果,而这些因素又具有不稳定性及难以预判的特点,导致该类岩质边坡的治理难以顺利进行。本文以陈家湾滑坡为例,研究分析其变形破坏过程、影响因素、成因机制,以期望找出规律,从而为该地区滑坡治理提供参考。1.3国内外研究现状1.3.1岩质边坡变形破坏机制研究现状岩质滑坡的失稳破坏受到地层岩性、土体抗剪强度、地下水位高度、降雨等多个因素的影响,在这些因素的综合作用下导致滑坡的发生。但是对于某个具体的滑坡来说,在众多的影响因素中,会有一两个因素起主导作用,或者在滑坡变形破坏的不同阶段,起主导作用的因素也会产生变化,即影响性大小问题。目前学界内许多学者都针对这些影响因素做了分析研究。胡泽铭通过对南江县多个缓倾角岩质滑坡变形破坏机制与地质环境条件的研究,得出了滑带土软化、滑面扬压力及后缘静水压力三者的共同作用是导致南江县发生群发性岩质滑坡的主要原因的结论[5]。张涛等通过研究分析大型顺层岩质滑坡石板沟滑坡的变形迹象、岩土体特性、破坏机制得出结论,认为强降雨导致的土体液化、对滑坡所产生的扬压力、滑坡本身具有的高势能等因素的综合作用,造成了该滑坡的高速滑动[6]。殷坤龙等在对万州区安乐寺滑坡变性破坏机制研究分析的基础上,将该缓倾角岩质边坡当作系统来处理,并通过函数模型进行分析计算,得出以下结论:认为滑坡系统与临界突变状态之间的差距和滑坡后缘裂缝积水程度及滑带土含水率有关,后者越大,前者之间的差距越小。滑坡越容易发生失稳破坏[7]。简文星等通过对缓倾红层岩质滑坡天台乡滑坡滑带土特征的详细研究发现,由于大量的伊利石和绿泥石存在于滑带土中,削弱了滑带土的抗剪性能,导致了边坡的失稳破坏,是边坡失稳破坏的主要内因[8]。成永刚等运用贡献率法来表示地层倾角的大小对岩质边坡失稳破坏的影响,得出了以下结论:对于该类滑坡来说,地层倾角在10°~25°对其失稳破坏的影响最大,地层倾角小于10°对其失稳破坏的影响最小,岩层倾角在25°~35°、大于10°的时候影响性介于以上两种情况之间[9]。蒋青青等通过使用数值模拟软件FLAC3D分析研究斜坡坡向、5 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论岩层倾角与顺层岩质滑坡失稳破坏的关系,结果表明该类边坡的安全系数随着α(为斜坡主滑方向与岩层倾向之间的夹角)的变大而变大,当α较小时,安全性系数与α(为边坡层理倾角)的关系为:在一定取值范围内,随着α的增大,安全系数减小,当α的取值超过这个范围,安全系数又随着α的增加而增加,紧接着又随着α的增大而减小[10-17]。卢海峰等在对缓倾顺层软岩边坡分析研究的基础上,并结合大量的工程地质试验,认为该类顺层边坡的失稳破坏是由于地表水下渗、节理裂隙延伸扩大和前缘坡角岩体崩裂的共同作用的的结果[18]。范宣梅,许强,张倬元,等对天台乡滑坡采用相似材料的机制模拟法,得出了滑坡的启动水头与滑面倾角的关系,即随着倾角的增大而增大,减小而减小[19]。赵勇,许模等运用偏最小二乘法分析研究了平推式滑坡的成因机制及启动因素,并根据已有数据,通过综合对比发现力学模型优于统计模型。并将其运用到实例中去[20]。吉随旺等通过对边坡的变形破坏迹象、地层岩性、区域地质条件、边坡成因机制的研究分析基础上,认为对于近水平软硬互层岩质,其变形破坏首先发生在边坡中部的硬岩层,即拉应力集中造成中部岩层发生塑流变形,然后逐步蔓延至滑坡顶部,形成贯通裂缝,在高强度降雨期间,雨水灌入,在扬压力的作用下,边坡发生失稳破坏[21]。龚文惠等人在对顺层岩质边坡的岩土体性质、地层岩性、变形迹象调查分析的基础上,采用有限元法来研究该滑坡的成因机制规律,认为岩层中的软弱结构面的强度参数和地层倾角是导致此类滑坡失稳破坏的主要原因[22-26]。PoiselR等认为地层岩性、岩体的结构面和切割形成的岩体形态是造成近水平岩质斜坡的失稳的主要因素[27-28]。BellFG等国外学者通过对泥岩软化崩解机理进行深入研究认为岩体发生破坏是由于岩石与水所产生的物理、化学和力学的综合作用导致的[29-31]。2008年,Guzzetti等通过对翁布里亚地区滑坡灾害的研究,并进行了总结分析,对该地区滑坡的变形破坏、成因机制做了系统的分析[32];Varnes与Cruden在对大量滑坡变形破坏、成因机制的分析过程研究基础上,对滑坡的变形破坏模式做了更加详细的阐述[33-34]。1.3.2岩质边坡变形破坏模式研究现状岩体的形成是个较长的地质演化过程,在地质演化的作用下,岩体内部会形成一系列的断层、节理,这些软弱结构面对岩体结构的整体力学性能会产生严重的不利影响,而岩体结构的力学性能又会对岩质边坡的变形破坏模式产生重要影响。因此国内外的学者通过研究岩体结构的变形破坏机制,来分析岩质滑坡的滑动模式。孙玉科和谷德振在分析研究滑坡成因机制的基础上总结了倾倒变形破坏、顺层高速6 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论滑动、水平剪切变形、张裂顺层追踪破坏、追踪平推滑移的边坡变形模式[35-36]。孙广忠等通过三峡工程、秦岭隧道工程、西安地裂缝、露天边坡稳定性研究等近十年来工程实例的研究分析提出了圆弧滑动、沿层面滑动、块体滑动、追踪节理破坏等破坏模式[37]。EHoek等应用球面投影法和解析法,分析研究在两个相交的不连续面上含有三维楔形体的岩质边坡的稳定性问题,提出了平面破坏、模型破坏等破坏模式[38]。左保成等结合反倾岩层边坡失稳破坏机理的相似模型研究提出了崩塌错落、顺层滑动、切层滑动的边坡变形破坏模式[39]。宋玉环对西南地区软硬互层岩质边坡做了系统,全面的分析研究,基于此,归纳总结了此类边坡的失稳模式,将其失稳模式按照受不同因素控制下的情况分别研究分析,共总结了平推式滑坡、滑移式崩塌、滑移-拉裂、蠕滑-拉裂等16种不同的失稳模式[40]。李扬通过地质分析和数值模拟研究库水作用下龟头山岩质边坡变形分析及破坏模式,综合考虑不同工况下的边坡应力、应变和位移等因素,针对该滑坡提出了一种新的失稳模式:上层岩体沿着断层F11剪切滑移从而挤压断层带,导致断层带发生塑流变形[41]。张御阳等通过研究分析碎裂结构岩质边坡,并以实际边坡工程为研究对象,认为碎裂结构岩质边坡的变形破坏分为三个阶段:应力调整、时效变形和局部失稳。其失稳模式可分为两种类型:第一种类型,岩质边坡的变形受边坡中的断层控制,断层首先发生变形破坏,边坡沿着断层面滑移。第二种类型,边坡的变形破坏受岩体结构中的裂隙、节理控制,即裂隙切割导致边坡滑动破坏[42]。唐胜传等通过分析研究岩质边坡的失稳模式,发现对于一些岩质边坡来说,其失稳模式可能不只是一种,而是以一种模式为主导,有时候会同时发两种以上的变形破坏模式,基于此提出了多种变形破坏模式相组合或转化的变形破坏模式[43]。陈沅江等在对岩质边坡变形破坏的分析研究时,考虑时间效应的影响,提出了座落式剪切蠕变破坏、蠕滑失稳破坏等边坡失稳模式[44]P.B.Attewell等提出了板块状破坏、崩落、剥落的变形失稳模式[45]。中国科学研究院等经过详细的研究认为三峡沿岸顺层边坡的稳定性,主要是由强降雨、河流岸坡侧向和前部切割的影响,并总结了自然边坡四种基本破坏模式[46]。张倬元、王兰生等通过地质学与岩石力学综合分析研究,提出了四种主要的岩质边坡失稳破坏模式[47]。冯振等通过对岩质边坡成因机制的研究分析,并结合前人的研究成果,基于此总结归纳了6种地质力学模型,并提出了相应的野外识别特征[48]。1.3.3岩质边坡稳定性分析方法研究现状人们最早开始对边坡稳定性的研究,是从滑坡现象开始的,最初人们只是利用长期的观测数据进行分析统计,到了20世纪中期人们开始将力学分析应用到边坡稳定性的7 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论分析中来,例如国外的学者[49-56]最先提出的比较经典的极限平衡分析法,由于当时科学技术水平的落后,学者们的研究只能停留在初步分析、统计及总结阶段,滑坡的研究没有取得较大的进展。进入20世纪50年代,得益于科学的快速发展,特别是计算机计算速度的进步发展,使人们对滑坡的研究有了更为广阔的试验空间。一些新的技术方法也开始涌现,例如有限元分析、神经网络、概率分析等方法。武震等综合考虑不同方法(Bishop法、有限元法及模糊测度方法)下某露天铁矿边坡进行稳定性,认为在坡角合理的条件下,坡高的影响作用是有限的[56]。刘振平等提出Hovland改进模型与修正Hovland改进模型,并在此基础上借助数值模拟软件进行实例验算分析,验算成果显示改进后的模型分析得出的滑坡稳定系数更加精确[57]。温树杰等针对抗滑桩三维加固边坡,采用考虑桩体变形的最小势能滑坡稳定性分析方法,此种方法得到的结果与极限平衡法等常用的分析方法较为接近[58]。刘高扬等通过对滑坡稳定性的分析研究,总结出了一种以独立覆盖流形方法与矢量和方法为基础的分析方法,该方法采用ICMM计算边坡岩土体的应力场,该方法较传统的方法来说更加简便,可以简洁的计算断层较为发育的边坡应力[59]。祁小辉等提出了利用钻孔资料评估考虑地层变异时边坡稳定不确定性的分析方法[60]。孙昊等利用改进粒子群优化算法(CVPSO)对边坡滑裂面搜索,在此基础上研制了边坡稳定分析程序CVPSO-LEM2D[61]。李晶岩等根据滑坡的实际地质条件情况,以及不同的分析目的采用多种分析方法共同分析,从而得到更加全面、客观、合理的分析结果[62]。温树杰等通过优化、改进最小势能原理分析法,再运用实例进行验算,并将验算结果与Bishop法比较,结果表明改进后的方法是合理可靠的[63]。谭晓慧等将数值分析法与响应面法相结合,并将其运用到实际的岩质边坡分析中,得到了比这两种方法都精确的结果,而且计算过程更加简便,故认为此方法适用于基本变量数较多的可靠度分析问题[64]。杜太亮等运用基于ANFIS模型的滑坡变形预测方法,对滑坡进行稳定性分析,将预测结果与实际得到的测量结果进行比较,两种结果较为接近[65]。1.3.4目前对岩质边坡研究的不足从当前国内外的研究现状来分析,虽然先前的学者对于此类岩质边坡的成因机制、失稳变形模式进行了许多的研究工作,一些成果也已经运用于实际的边坡过程,但目前还有一些区域未深入研究。以下5点是作者在阅读文献的基础上总结的:①目前对该类岩质边坡的的研究主要针对滑坡失稳后的成因分析、加固治理,但对于尚未发生失稳变形的该类岩质边坡的研究尚不足。8 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论②在工程建设中,人们对岩质边坡的开挖,造成岩体内部应力重新分布,以及人为设计抗滑桩、锚杆等加固措施后,岩体内部所产生的变化,针对这些的研究还很少。③目前在对岩体结构受力分析或具体计算时为了计算的简便,而常常不考虑一些作用力,如地下水、摩阻力及其附加力偶等因素,这就造成了计算结果与实际的偏差。④在考虑岩体受力时,将层状岩体看做一连续体,这显然与岩体的实际状况不相符,因为自然状态下,岩体会出现节理发育的现象,这种做法忽略了其垂直层面方向的节理发育影响。⑤边坡稳定性的分析方法有很多,但都是岩体在外力作用下达到材料极限强度后,滑坡失稳变形的计算方法,但是岩体结构的变形破坏比较复杂,除了达材料强度极限外,岩体还会沿着结构内部的节理、裂隙等结构面发生破坏,针对岩体结构产生这种破坏的分析方法发还有待研究。1.4研究内容及技术路线1.4.1研究内容文章通过对陈家湾滑坡的调查研究,对该类岩质滑坡做了系统分析。从工程地质的基础入手,采用野外地质调查、地质分析与判断、室内试验、数值模拟相结合的综合分析方法,结合滑坡影响区域的工程地质条件,重点对该滑坡的成因机制和变形迹象进行了研究分析,论文的主要研究内容如下:(1)首先通过滑坡区的勘察,对滑坡区的工程地质环境有了一定的了解。获得了岩层岩性、岩层产状、滑坡结构构造、滑坡坡向、变形破坏迹象等基本资料。(2)在滑坡区钻孔取样,对滑坡体的钻孔样本进行室内试验获得其抗剪性能等力学指标,结合现场调查所获得的工程地质资料,对该滑坡失稳破坏机制进行了系统的分析论证。(3)基于以上的力学分析研究,再根据滑坡的实际情况选取了几个典型的剖面进行建模分析。选取:天然状态、天然状态+暴雨、天然状态+地震三种不同情况,对该滑坡进行稳定性评价。(4)以陈家湾Ⅰ号滑坡Ⅰ-Ⅰ剖面为模型,设计正交试验,选取五因素五水平的正交表格对土体重度、粘聚力、内摩擦角、地震加速度、地下水位线这五个因素进行正交试验,利用极差分析法分析研究试验结果,获得了五个因素对滑坡稳定性影响的显著性大9 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论小排序。(5)根据岩层的厚薄将岩质滑坡进行分类:在对陈家湾滑坡成因机制的研究基础上,改变岩质边坡岩层厚度,将其按岩层单层厚度组合分为厚岩层、薄岩层和薄厚相组合的岩质滑坡。利用数值软件模拟分析当岩层不同厚度范围内变化时,对该滑坡的稳定性及变形破坏机制的影响。根据模拟结果分析研究滑坡的变形破坏机制,找出变化规律。10 安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论1.4.2研究思路本文主要技术路线如图1-3所示。研究区工程地质环境气象、水地层岩性地质构造水文地质人类工程新构造运文条件地形地貌条件活动动及地震陈家湾滑坡滑坡边界形态特征滑坡变形破坏特征滑坡成因数值模拟滑坡稳定性因素敏感性机制分析分析评价分析岩层厚度对缓倾顺层岩质边坡的影响缓倾顺层岩质边坡分类厚岩层岩体结构薄岩层岩体结构薄厚互层岩体结构数值模拟分析结论与展望图1-3陈家湾滑坡的调查与研究思路图11 安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究区自然地理条件第二章研究区自然地理条件2.1位置与交通陈家湾滑坡处于巴中市南江县,位置坐标为东经106°44′41.28″,北纬32°14′23.78″。南江县辖区面积广阔,生态资源丰富,人口密集,南北长84.3km,东西宽31km,2014年末全县通车里程4149km,目前已建好两条高速公路,两条铁路,县城内交通较为完善,但是由于县辖区内的乡镇多处于山区里,受地形条件制约,乡镇交通还未完善,通行不便,给调查工作带来了一定的困难。具体位置参见图2-1。图2-1陈家湾滑坡地理位置图12 安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究区自然地理条件2.2气象、水文条件2.2.1气象条件南江县地处欧亚大陆南岸、中纬度区域,总体气候特点是:四季分明,春天日常气温在9℃~17℃之间,夏天日常气温在21℃~30℃之间,秋天日常气温在19℃~27℃之间,冬季气温在6℃~12℃之间,全县年均气温一般在16℃左右,日照时间1562.1小时,较为充足。高海拔与低海拔地区气候差异不大,属于典型的立体气候类型,低海拔地区,气温比较温和,没有明显的高温与寒冷时段,且一年四季雨量较为充足,春季较迟,秋季较早且时间短,气候特征较明显。高海拔地区,气温较低,空气潮湿,春季与秋季无明显区别,冬季时间较长,无夏季,光照条件差,不同年份气候差异大,为典型的北亚热带湿润季风气候。图2-2为南江县1971年至2015年降雨量年际变化与对比图。南江县全县图2-2南江县1971~2015年降雨量年际变化及对比图10年平均降水量1100mm,10年最低降水量为900mm,10年最高降雨量1500mm,1980年至2000年,南江县20年平均降水量为1200mm,20年最高降雨量为1932.5mm,20年最低降雨量值为800mm。此外,南江县降水量年内分布,也不均匀,7月至9月,降雨量偏多,5月份至6月份降雨量较少,其他月份降雨量最少。伴随着研究区内的气13 安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究区自然地理条件候变化,研究区范围内出现极端恶劣天气的概率有增大趋势,2000年至2015年全县降雨量较前20年有增涨,且年际降雨起伏较大,根据当地气象资料显示,1999年降水量为近20年最小,只有700mm,而2002年全县普遍大到暴雨,降水量达1600mm以上。南江县区域范围内的降雨量分布严重不均,图2-3为南江县2011年降雨量等值线图,全县降雨量,北高南低,北部最大时达到2000mm,南部偏小。总体上观察降雨量等值线图的疏密程度来看,南江县的降雨量由东北向西南逐渐减少,呈不等阶过渡。图2-3南江县年降雨量等值线图14 安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究区自然地理条件2.2.2水文条件南江县境内溪河众多,河道蜿蜒,隶属于嘉陵江水系,最大河流为南江河(巴河上游),为渠江干流上段;其次为木门河和焦家河(详见图2-4)。其主要特征描述如下:图2-4南江县水系分布图15 安徽建筑大学硕士学位论文第二章研究区自然地理条件(1)南江河:河水流量丰富,境内整个河流流域面积约2347km²,穿过南江县境内约122km,天然落差约1340m,河道比降千分之11.1,水系分布不均匀,河流起伏较大,高涨低落,为典型的山区河流。据相关资料显示,南江河年均径流量在17.1×109m³。(2)正直河:又称木门河,从旺苍的东凡镇流入南江县境内,主要流经南江县境内西部的正直镇、和平乡、凤仪乡,辖区内河流面积约2300km2,穿过辖区约38.3km,河流流量较大,据统计正直河每年流入南江县的流量约为7.2×109m3,天然落差47.60m,河道比降1.2‰。正直河也是县内的主要泄洪渠道,当地资料的记载中显示高峰时期正直河的泄洪量高达4120m³/s。(3)焦家河:源头位于四川东北部的米仓山戴家河,自东向西贯穿南江县境内,县内河道长约53km,途径大坝镇、桃源镇、槐树镇。根据资料记录,焦家河每年流入南江县的流量约为3.9×109m³,在县内的河流流域面积约402.27×103m²,天然落差960m,河道比降18.1‰。总体上来看,南江县境内河流都具有典型的山区河流特征,河道狭窄且陡深,根据南江县水系分布图,水系分布不均匀,多呈树枝状展铺,河网密度自南向北,逐步变密,河道也由平缓变得狭窄。居民普遍集中在主干河流沿岸,由于地形地貌、人类生产活动的影响,该地段是滑坡灾害的高发区。本次的研究对象陈家湾滑坡位于南江河右侧沟谷内,地形较为复杂,河道比降较大,河道流量受季节降雨影响较大,遇到极端降雨条件,河道流量巨大,平常季节,小股流水流淌。2.3社会经济状况根据南江县政府的统计,目前滑坡区所在地南江县的常住人口为61.5万人左右,县政府下设有48个乡镇,县域面积达3388km2。近几年,南江县经济发展较快,取得了较好的进展,根据县政府报告,2015年南江县全县GDP105.06亿元,这是南江县GDP首次突破百亿元大关,在2017年更是达到了122亿元,增长达到8%。得益于畜牧业、林业的发展及政府的大力扶持当地城镇居民收入也在持续增加。此外,南江县自然资源丰富,特别是矿产资源,许多矿产储藏位居亚洲前列,享有大巴山“百宝箱”之称。县内旅游业发达,有米仓山、光雾山、皇栢林、禹王宫等多个著名景点,其中2016年全县旅游业收入达57.6亿元,对全县经济发张做出了巨大贡献。16 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境第三章研究区工程地质环境3.1地形地貌研究区地处川东末端与大巴山、光雾山交合地带,区内地理地势起伏变化较大,地形走势由南至北逐渐增高,河道狭窄,高程分布360m-2507m。相对高程差为2137m,平均高程1100米。北部光雾山,标准高程2507m,南部桑树坝村,标准高程370m,南北长84.3km,东西宽31km。研究区内地质环境条件错综复杂,沟谷纵横,地形起伏较大,其中山地面积约占整个辖区面积的96.3%,谷地只占3.7%,有八山一水一分田之称。南北以中间最低点乐坝镇(海拔360m)为天然界线,乐坝镇以北主要为中深切割侵蚀构造中山地区,以南主要为浅至中切割剥蚀(侵蚀)构造中低山地区(图3-1),具体地貌单元特征见表3-1。表3-1地貌类型特征表地貌面积占总面积分布的范围基本特征2类型(km)比(%)山梁海拔分布在300-2500m之间,高程差在600-1000m之间,南北走向,地形走势由南至北逐渐增高,区域内河流呈中深切乐坝镇、关树状分布,河道较深,多见低缓边坡,割侵蚀路乡以北至82035.3坡度大多在10°-30°之间。区域内多—构造光雾山一带出露中强风化的砂岩、泥岩,且植被覆中山盖良好,覆盖面积达70%以上,地貌单元可细分为块状山、断块山,褶皱山及单斜山。浅至中山梁海拔分布在1200-2000m之间,高切割剥东榆、关路程差在300-800m之间,地形走势由南蚀(侵以南的傅至北逐渐增高,见低缓边坡,坡度大多121864.7蚀)—家、平和至在10°-30°之间。植被覆盖良好,覆构造中凤仪一带盖面积达70%以上,地貌单元可细分为低山单面山、似单面山和桌状山等。17 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境图3-1南江县地形地貌分布图18 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境3.2地层岩性根据钻孔及现场出露地层显示,南江县域内岩层主要为前震旦系至第四系,但其中分布范围较为广的为中生代侏罗系和白垩系沉积岩,主要岩层由老至新具体描述如下表3-2所示。表3-2南江县域地层岩性表界系统组代号岩性综述上部:以灰白色白云大理岩为主,岩层较厚,夹有麻窝子组Ptm少量角岩元前震下部:厚层砾岩与砂岩互层,夹有深灰色大理岩古旦系上段:灰色至浅灰色碎屑岩界上两组Pts中断:灰色泥质板岩下段:以灰褐色板岩为主,夹少量泥质大理岩底部为灰色及深灰色砂岩、土黄色砾岩;下部以厚层灰白色白云岩为主震旦上统灯影组Zbd中部有粉质砂岩、灰色页岩上部以硅质白云岩为主古a)沙滩段(€1g1):以灰褐色砂岩为主,岩层偏薄,生夹有少量的泥岩及片岩界郭家坝组€1gb)仙女洞段(€1g2):厚层深灰色灰岩夹少量片岩寒武下统c)阎王碥段(€1g3):厚层状页岩,夹少量泥岩,系岩层较薄上部:以深色灰岩为主,夹有少量泥岩,岩层偏厚孔明硐组€1k下部:以粉质砂岩为主,夹有少量泥岩及片岩中统陡坡寺组€2d以浅黄色泥质灰岩夹棕色粉质砂岩为主,岩层偏薄奥陶O以粉质砂岩为主,夹少量页岩、灰岩,岩层较厚。以灰色页岩及粉色泥质砂岩为主,夹有少量浅灰色罗惹群组S2lr志留中统灰岩灰马溪组S2ln下部以灰色页岩为主,上部灰色页岩夹粉质砂岩。19 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境续表3-2界系统组代号岩性综述上部:以钙质褐色灰岩为主,岩层偏厚,夹有少量砖红色粉质砂岩,岩层厚度较薄。古下统P1二迭下部:以灰色板岩为主,岩层较厚,夹有薄层状灰生系色粉质砂岩、泥岩。界以镁质灰褐色灰岩为主,岩层厚度较厚且变化大,上统P2夹有粉质砂岩及少量火山灰沉积岩。以灰褐色钙质灰岩和钻红色色砂岩为主夹有少量飞仙关组T1f下统的粉质砂岩、褐色泥岩,岩层偏厚。中部为绿色水云母板岩夹杂大理岩夹紫色页岩,顶铜街子组T1t部与底部有薄层砂岩。上部为灰岩、白云岩;中部为巨厚层灰质角砾岩;三迭嘉陵江组T2j底部为巨厚层灰质角砾岩夹薄层浅灰色灰岩。系中统以灰色厚层泥质白云岩为主,底部以化石沉积岩为雷口坡组T2l主。下部以褐色泥岩及紫红色砂岩为主,夹少量钙质灰上统须家河组T3x岩。中上部:厚层粉质砂岩与灰色泥岩互层。生以石英砂岩夹杂着黑色页岩为主,岩层偏厚。底部下统白田坝组J1b界有少量的砾岩及植物化石。千佛岩组J2q薄层粉色砂岩、灰褐色泥岩。侏中统沙溪庙组J2s厚层石英砂岩与钙质泥岩互层。罗上部及中部为厚层棕色泥岩夹少许粉质砂岩。系遂宁组J3sn底部以薄层灰褐色色砂岩上统J3p1紫色厚层至中厚层砂岩与厚层粉色泥质泥岩互层。蓬莱镇组J3p2厚层至巨厚层灰紫色砂岩与厚层紫红色泥岩互层以厚层砖红色泥岩夹粉质砂岩为主,夹薄层钙质砾七寺曲组K1q白垩岩。下统系以厚层状砖红色泥岩夹粉红色泥岩互层为主,底部白龙祖K1b夹有少量薄层钙质砾岩。20 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境续表3-2界系统组代号岩性综述下统苍溪组K1c以砖红色、粉色等色砂岩与泥岩不等厚互层白垩中剑门关组Kj厚层砖红色粉质砂岩与厚层泥岩互层系生中厚层粉色细粒状砂岩,与紫红色泥岩互层,底部城墙汉阳铺组Kh界有少量植物化石。岩群剑阁组Kjn中厚粉色细粒砂岩夹灰黄色粉质泥岩新北部为冰碛泥砾:南部为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级基座阶地冲更新统Qp生第四积物。界系为阶地堆积物,由亚黏土砾石层及砂土砾石层所构全新统Qh成南江县位于四川盆地以北区域,县域内地层母岩由中生代侏罗系和白垩系沉积岩堆积的地层构成,根据对现场出露地层的调查,包括附近滑坡的参考调查及当地的资料记载的分析来看,研究区地层出露主要包括第四系残坡积(Qel+dl4)、第四系滑坡堆积del)和白垩系下统剑门关组(K层(Q41j),现根据自老而新顺序分述如下:(1)白垩系下统剑门关组(K1j)总体岩性为厚层砖红色粉质砂岩与粉色中厚层泥岩互层(参见图3-2和3-3),总体厚度386-597m。滑坡周边出露表层揭示,地层包括了淡紫色泥岩,以及巨厚层砂岩,夹有20-30cm灰质泥页岩,对比已发生的石板沟滑坡和区内该地层出露,在表层风化带内成为控制岩质滑坡的关键层位。(2)第四系残坡积(Qel+dl)4第四系残坡积由崩坡形成的块石土构成,在边坡四周以及坡体大部分区域(见图3-4、3-5)广散分布。块石主要由中等-强风化的砂岩风滑破碎形成,块径0.05m~0.2m不等,次棱角状为主;细粒成分为为粘土,稍湿-湿,粘性好,可塑,约占细粒成分的20-30%。综合描述,块石土结构松散、孔隙率大,粒径级配差。(3)第四系滑坡堆积(Qdel4)层分布于该斜坡北西侧石板沟滑坡,为新近斜坡堆积而成,整体较为松散,土体孔隙率大(图3-6、图3-7)。21 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境图3-2陈家湾滑坡下侧基岩出露图3-3陈家湾滑坡侧面基岩出露图3-4滑坡区右侧块石土堆积图3-5滑坡区左侧块石土堆积图3-6石板沟滑坡后援块石土堆积图3-7石板沟滑坡前缘块石土堆积22 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境3.3地质构造、新构造运动与地震3.3.1区域地质构造背景研究区内地质构造主要是北部的秦岭构造带、东部大巴山构造带、西部龙门山逆冲推覆造山带,南部紧接着四川盆地。由于南江县位于秦岭构造带的南部边缘,再加上县域南部米仓山与华北板块的构造运动,使得县域内的岩层受到比较剧烈的挤压影响,因此县域内的岩层多为缓倾角岩层,倾角集中在10°~20°之间,由南江县向南,由于远离构造带边缘,板块构造运动作用的影响逐渐减弱,造成南江县以南地区,岩层都接近水平状,倾角大都在10°以下。如三台、达县、中江、成都等地区岩质边坡都在0°~10°之间。详见图3-8区域地质构造图。图3-8四川盆地区域地质构造图南江县受周边多个构造带的影响,构造线沿着北东向南西走向,主要褶皱构造是,北东部位的复背斜与复向斜,即中子山复向斜、上两复背斜,南西部位微向南偏转的不23 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境对称短轴状或线状褶皱和宽缓的褶皱,如过马滩向斜、沙滩背斜、新华向斜、龙凤场背斜。南江县详细构造分布如图3-9南江县地质构造图。图3-9南江县地质构造图陈家湾滑坡处于新华向斜的北翼,滑坡区岩层产状170°∠18°,岩层倾向与斜坡主滑方向近于同向,为单斜顺向结构的岩质斜坡。根据现场勘查,滑坡区岩体主要发育六组裂隙,其产状为:①90°~105°∠70°~78°,发育密度3条∕m;②120°~125°∠58°~70°,发育密度2条∕m;③140°~175°∠67°~90°,发育密度4条∕m;④185°∠70°,24 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境发育密度1条∕m;⑤210°~225°∠68°~75°,发育密度3条∕m,⑥245°~255°∠70°,发育密度2条∕m;节理裂隙大部分多呈张开状,内部有少量的泥土填埋,小部分呈闭合状,无泥土填埋,整体连接贯通。3.3.2新构造运动与地震研究区域内无已知震中分布,未发现明显的中世纪以后地壳运动,仅发现地壳有较大范围内的抬升运动,未发现板块断裂迹象,因此区域内除了2008的汶川地震外,都没有发生明显的地震活动。据1:300万国家地震活动区划表,南江县的地震烈度等级为Ⅵ度,5.12汶川特大地震后亦处于调整修整的区划之外(参见图3-10),地震烈度仍为Ⅵ区,最大震级为5级。图3-10汶川地震灾区地震动峰值加速度新编区划图3.4水文地质条件南江县地下水资源充沛,类型丰富多样,县域以北主要分布喀斯特水及岩浆岩风化25 安徽建筑大学硕士学位论文第三章研究区工程地质环境带水,县域中部主要是赋存于碎裂岩层中的裂隙承压水,在一些主要的河道地段的沿岸堆积物中还分布有少量的松散岩类孔隙水。往县域以南方向,主要是分布于岩层中的裂隙水。滑坡区位于南江县境内的沙河镇,居于县域中部,根据滑坡区的水文地质条件及地下水的赋存条件,我们可以将研究区的地下水分为:松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型。滑坡覆盖层上方及滑坡周边地区存在许多由于崩坡堆积而形成的碎石土,现场的松散岩类孔隙水零星的分布于这些碎石土中。此类成因结构的土体均有结构相对松散的特点,利于径流排泄而富水性较差。含水层厚度3~10m,从地表出露情况来看水位埋深1~3m,有较为统一的地下水界面而呈现潜水特征,渗透系数一般在4m/d~9m/d之间。滑坡区地下水主要是雨水渗透给养,由于降雨形成的雨水,透过地面裂缝进入滑坡内部,之后滑坡内的地下水总体由上向下向小溪沟径流。水流量,主要受季节影响,不同季节起伏较大。由于研究区主要分布岩层由中生代侏罗系和白垩系沉积岩堆积的岩层构成,且风化严重,节理较为发育。且滑坡物质组成自上而下为覆盖层、泥岩、砂岩、泥岩、砂岩。当遭遇连续强降雨的极端天气条件,地下水排泄不及时,地下水位线将快速上升,当水位线上升到覆盖层下的泥岩层时,中强等程度风化的泥岩在雨水的浸泡作用下,将呈粘土状,容易在岩层与岩层接触面附近形成软弱层,促使上部岩层及覆盖层堆积物沿着该软弱层滑移破坏。由于研究区独特的地质构造背景,滑坡区的地层受到强烈的板块构造作用的挤压,造成该地区岩层裂隙节理发育,富水性差,对底下的运移非常不利,根据资料记录,该岩层组合径流量在0.1~1升/秒。根据场地环境分析,滑坡区地下水较为贫乏,有些地段基本无水,对斜坡整体稳定较为有利。3.5人类工程活动由于该边坡位于当地居民的居住区,因此当地百姓的生产劳作对该边坡造成了一定的不利影响,主要是过度放牧与树木的大量砍伐导致的水土流失从而引起的滑坡变形,以及修建住房等工程活动对滑坡造成的不合理的开挖等。26 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象第四章滑坡基本特征及危害对象4.1地形地貌及边界特征根据对陈家湾滑坡的实地调查,结合其变形破坏情况,对滑坡的平面边界范围划分如下:后缘以下挫裂缝为界,两侧以冲沟为界,前缘直抵陡坡剪出段。前缘小,后缘大,平面形状类似脚掌形,根据以上所确定的斜坡边界范围,该滑坡长度约450m,宽约150m,面积6.75×104m2左右。通过对滑坡上的钻孔发现,滑坡上部第一层覆盖层第四系堆积物较薄,在滑坡前缘的一些地方覆盖层不足0.5m,主要是由于崩破堆积的块石土组成,滑坡上低矮灌木较为茂盛。斜坡高程分布725m~815m,高差约95m,受局部下错变形影响,斜坡纵向形态未发生明显的变化,基本与原地形保持一致,呈现顺向坡单斜坡型特点,而横向起伏较大,中段高,两侧低。基于影响区域的实际情况,可将陈家湾滑坡分为三部分,右侧Ⅰ号滑坡,中部Ⅲ号滑坡(已有失稳迹象),左侧Ⅱ号滑坡,具体详见图4-1。图4-1陈家湾滑坡平面形态图4.1.1陈家湾Ⅰ号滑坡据现场仪器测量,Ⅰ号滑坡分布高程在758m~804m之间,主滑坡向180,后缘27 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象至前缘长115m左右,左侧山梁至右侧冲沟宽62m,总面积7130m,平面形状呈半椭圆状,该滑坡处于沟与山梁之间的凹槽处,斜坡表面自上而下呈阶梯形,坡度平缓,约在20~30之间,坡面基本为平直状,滑坡上部覆盖层主要由第四堆积物及崩坡堆积而形成的块石土构成,表面低矮灌木生长茂盛。根据实际情况,将该滑坡的边界范围定为:后缘下错裂缝至前缘临空面,左侧山梁至右侧冲沟。滑坡右侧可见岩层裸露,主要为砂岩与泥岩。滑体厚度5~15m,均厚10m左右,方量约7.1万m,为小型岩质滑坡。坡体前缘为冲沟,在常年降雨的冲刷作用下,形成了陡坎,这为斜坡的失稳破坏提供了前方临空面条件,加之坡体为顺向坡,导致斜坡容易沿着基岩软弱面发生剪切滑移。4.1.2陈家湾Ⅱ号滑坡Ⅱ号斜坡为小型土质滑坡,该斜坡坡脚最低点725m,后缘最高点810m,垂直高差85m,斜坡坡向180°,斜坡后缘以拉陷裂缝(土体与基岩接触面)为界,左侧以覆盖层与基岩接触面为界,右侧至山梁下侧,按上述确定的边界范围,斜坡总长300m左右,宽55m左右,面积在16500㎡左右,自上而下俯视形状类似“脚掌”状。斜坡上覆覆盖层较薄,以大小不等的块状碎石土居多,斜坡上植被茂盛,低矮灌木生长茂密。滑体厚2~6m,方量在6.6万m³左右。该滑坡体处于沟与山梁之间的凹槽处,表面地形呈台阶状,总体坡度较缓,平均坡度约20º,前缘为冲沟,较为平缓,并没有因降雨的冲刷形成陡坎,前缘临空条件较差。该滑坡为顺向滑坡,由于边坡表层土体在强降雨的情况下,土体饱和,在雨水的强烈冲刷下,沿着边坡向下溜滑,形成大面积的下挫裂缝及纵向拉陷裂缝。4.1.3Ⅲ号滑坡据现场实测,滑坡高程在730m~830m之间,滑动方向178,后缘至前缘总长240m左右,宽35m左右,总面积约8400m,位于陈家湾滑坡中间山梁地段,右侧低洼处为陈家湾号滑坡,左侧为号滑坡,平面上呈脚掌形,斜坡整体坡度较缓,在10°~20°之间,后缘有一稍缓的平台,斜坡中间部位稍陡,前缘平缓。上部覆盖层由第四系堆积物及滑坡崩坡形成的碎石土堆积而成,整体偏薄,在一些部位,厚度不足0.3m,上部低矮灌木茂密,植被覆盖率良好。滑坡周围可见较大范围的基岩裸露,主要为风化严重的砂泥岩。总体上观察分析,该滑坡变形破坏现象并不严重,局部部位有细微裂缝,且28 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象上部植被覆盖率高,低矮灌木茂盛,前缘并没有陡坎等临空面,故认为该滑坡目前状况较稳定。4.1.4斜坡变形特征据调查,陈家湾滑坡失稳破坏可记录变形主要为以下三阶段:第一时段:2010年6月28日,滑坡后缘发生局部的滑移破坏,土体下挫1.5m,威胁到农户2户11人房屋及人员安全。第二时段:2011年7月4日下午2开始,该县突降强降雨,局部地区降水量短时间达到423mm,该滑坡后侧发生较大面积的下挫变形,裂缝延伸长度35m,下错0.5m-1.5m,平移0.2-0.5m,裂缝深度大于3m(据农户竹竿粗侧)威胁到5户23人的人员和房屋安全。第三时段:2011年9月11-18日,11、12、13日研究区内大部分地区暴雨,14日放晴且气温骤升,11-14日无变形迹象,15日小雨,16-17日又逢暴雨,坡体开始出现拉裂变形,至9月18日上午11点左右斜坡则发生下挫变形。根据2011年当地气象资料记载,2011年9月16日20时-18日17时全县突降降雨,滑坡区降雨量达到426mm,暴雨造成大面积林地、农田和房屋毁坏,加剧了县内不良地质灾害的发生,仅南江县沙河镇发生滑坡3处,包括陈家湾滑坡在内。4.2陈家湾Ⅰ号滑坡体基本特征4.2.1Ⅰ号滑坡变形特征2011年“9.18”南江县普降暴雨,加之滑坡区的地质环境特点,造成滑坡地表水不能及时的排泄,滑坡坡体及周边低洼处积水严重,在长期的雨水浸泡下,该滑坡坡体表面,及周边开始出现大面积变形现象,边界特征突出(见图4-2)。29 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象图4-2陈家湾1号滑坡全貌图(镜头向东)根据现场调查,坡体后缘发育一条形似“半椭圆”的弧形拉陷裂缝(见图4-3、4-4),长100m左右,较窄处宽2cm,较宽处20cm,下陷约5~90cm,左侧以山梁为界,右侧以冲沟为界,左侧低洼处为居民耕地,坡度陡,台地状,汇水面积大;右侧为大小不一的块状碎石土堆积,碎石最小直径0.05m,大的直径0.2m左右,主要是中等-强风化,次棱角状的砂岩、泥岩,细微颗粒主要由粘土组成,稍湿,粘性好,软塑状,占整体50%以上,结构松散、透水性好,粒径级配差。该斜坡后缘为居民聚居区,由于斜坡变形的影响,居民住房普遍受到不同程度的变形破坏,主要表现为:墙体不同程度的开裂、错位,屋内地面、门前庭院下陷、挫裂(见图4-5、4-6),裂缝长度2m~5m,宽度在3cm~20cm。据记录,在强降雨期间,该滑坡变形迹象明显,滑坡坡体部分崩坡,坡体上块石土垮塌,树木植被破坏严重(图4-7),整体向前缘剪切滑移。如图4-9,滑坡前缘为冲沟,由于该地区强降雨的作用,导致地层出露部分长期受到雨水冲刷,形成了平均高度约5.5m左右的临空面。不利于斜坡整体稳定。30 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象图4-3Ⅰ号滑坡后缘下错裂缝图4-4Ⅰ号滑坡后缘右侧下错裂缝图4-5墙体开裂图4-6庭院地面下挫裂缝图4-7树木歪斜图4-8滑坡前缘剪出31 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象4.2.2Ⅰ号滑坡滑体及滑床特征据现场地层出露,加之钻孔揭示,该滑坡覆盖层厚度在3.5m~7.5m,按地层出露滑坡物质组成可分为三部分:从上而下分别为第四系堆积物、中强风化的泥岩和砂岩(具体剖面特征见图4-9所示)。图4-9Ⅰ-Ⅰ工程地质剖面图32 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象滑坡覆盖层主要物质组成为崩坡堆积形成的块状碎石土。碎石土主要由中等风化的砂岩,泥岩块石构成,整体占比在50%~60%,主块石直径在0.05m~0.2m不均等分布,层面光滑。其余部分为少量的粉质黏土。通过对Ⅰ号滑坡进行钻孔取样,初步判断Ⅰ号滑坡为基岩滑坡,进一步分析钻孔样品,认为该斜坡的潜在危险滑移面在下部基岩层内的泥岩软弱面上,并且观察发现滑坡Ⅰ-Ⅰ剖面10号钻孔(见图4-10)样品中,泥岩部位较为松散,多为碎块状泥岩,且在3.5m处发现一组裂隙发育,倾向170°,倾角55°。主控剖面11图4-10ZK10孔岩心特征照片号孔(见图4-11)覆盖层及泥岩层较为破碎,岩层厚度约0.5m。Ⅰ-Ⅰ剖面9号钻孔(图4-12),钻孔样品显示,基岩岩层较为完整,整体性好,未见松散块石,未见裂隙发育等变形现象,上部覆盖层段样品松散,风化程度严重,完整性差,主要为碎块状的泥岩与砂岩。表部岩层厚度在2m~4m。因此,初步判断,陈家湾号滑坡的变形破坏过程为:在上部覆盖下及上部岩层的挤压作用下,滑坡下部基岩软弱层首先发生变形破坏,接着软弱层上部滑体沿着软弱层面向前方临空面剪切滑移,向前方冲沟临空面靠拢,斜坡后缘出现拉裂缝,直致滑坡完全变形破坏。图4-11ZK11孔岩心特征照片图4-12ZK19孔岩心特征照片33 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象4.2.3Ⅰ号滑坡滑动带特征及滑动模式根据钻孔结果分析,滑坡自上而下由粘土夹碎石,泥岩和砂岩组成。主剖面三个钻孔并没有发现滑动带的痕迹,但基岩层由变形滑动现象,由钻孔显示的滑动深度,再与滑坡下部剪切破坏面的位置对比发现为同一层面。因此,结合滑坡变形迹象进行分析推测,滑动带为坡体下部岩层软弱层,斜坡沿着该软弱面发生失稳破坏。基于以上分析初步判断,在上部覆盖下及上部岩层的挤压作用下,滑坡下部基岩软弱层首先发生变形破坏,接着软弱层上部滑体沿着软弱层面向前方临空面剪切滑移,向前方冲沟临空面靠拢,滑坡后缘出现拉裂缝,随着滑坡的滑动,裂缝扩张,直致滑坡完全变形破坏。4.2.4Ⅰ号滑坡主要威胁对象陈家湾Ⅰ号滑坡后缘为村民生活区,影响区范围内共影响到9户48人生命财产安全,经济损失在1200万元以上,为保障村民生命及财产安全,必须进行工程治理(见图4-13)。图4-13Ⅰ号滑坡主要威胁对象34 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象4.2.5Ⅰ号滑坡影响因素与破坏机制分析从以上分析看,陈家湾Ⅰ号滑坡目前稳定情况较差,影响其稳定性的因素可归纳为下列几种:(1)构造因素:研究区内地质构造复杂,主要是北方的秦岭构造带、东部大巴山构造带、西部龙门山逆冲推覆造山带,南方紧接着川中盆地。由于南江县位于秦岭构造带的南部边缘,再加上县域南部米仓山与华北板块的构造运动,该地区岩层受到较为强烈的板块碰撞运动影响。当岩层受到挤压发生弯曲变形,由于滑坡区岩层为砂泥岩互层,两种类型的岩层抗弯刚度有差异,产生的位移变形不一,导致岩层接触层面发生剪切错动及节理发育,大大降低了岩层的整体抗剪切能力,也为地下水渗透创造了有利条件。(2)斜坡结构:该斜坡位于缓倾地层区域,整体坡度在10°~20°不等,且为顺层岩质滑坡结构,斜坡前缘临空面处地层出露,加之该地区长期降雨作用下,形成了较深的陡坎,为滑坡的失稳破坏提供了有利条件,使得该斜坡易于向前缘陡坎产生顺向剪切位移。(3)地形地貌:滑坡区位于川东末端与米仓山交合地带,为浅中切割缓倾单面山地地貌,斜坡前缘较陡,整体坡度大于地层倾角,加之前缘为临空面突出,为岩层及上覆堆积物向前滑移提供了空间条件。同时,由于重力卸荷的作用,滑坡前缘地层出露部分岩层的结构面较为发育,使得地表水更容易进入滑坡内部,削弱滑坡的抗剪性能,滑坡更加容易发生变形破坏。(4)岩土体岩性:①该滑坡上部覆盖层主要由崩坡形成的块状碎石构成,其中还掺有大量的粉质黏土,透水性强,有利于降水及地表水的侵入。雨水侵入后,会破坏岩层及土体的结构构造,同时雨水还会使滑坡的自重增加,更加易于失稳破坏。②滑坡区下地层岩性为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩与泥岩互层。当降雨量较大,地下水位较高时,此类型岩层组合,在水的长期浸泡作用下,泥岩与砂岩的接触面容易出现软化,塑流变形,形成软弱层,削弱岩层的整体抗剪性能,使得坡体易于沿着该层面变形破坏。(5)降雨影响:南江县境内雨量充沛,据多年气象资料显示。9月、10月份,县域内普遍会有强降雨出现,如2011年9月18日,南江县县域内普遍大暴雨,降水量普遍400mm以上。降雨特别是强降雨是影响坡体稳定性的重要因素,大部分滑坡的发生都是由于降雨造成的,降雨对滑坡变形破坏的具体影响如下:35 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象①雨水、地表水渗入滑坡体内部后,会造成岩土体重量的增加,不利于滑坡的整体稳定。其次岩土体在雨水的长期浸泡作用下,自身力学性能会削弱,尤其是抗剪性能会大大减弱。而岩土体的抗剪性能恰恰是影响滑坡是否滑移破坏的关键。②雨水、地表水的大量浸入,破坏了滑坡区原有的水流补给及排泄渠道,对斜坡表面的土体及裸露基岩造成了破坏,进而引起整个斜坡的破坏。③由于雨水、地表水的大量浸入,当斜坡沿着软弱层发生剪切位移时,在滑体的移动过程中,水流会产生较大的动水压力,对滑体的移动有着促进作用,影响斜坡的长期稳定。④斜坡上覆盖物质较为松散下部为基岩,当遭遇强降雨时,由于水流量较大,导致灌入滑坡内部的雨水不能及时的通过岩层裂隙等渠道排出,在上覆堆积物与岩层接触面间聚集,形成“承压水盆”及向上的扬压力,对上覆盖层产生浮托效果,加速了斜坡的剪切滑移。⑤短时间内大量的雨水渗入斜坡内部,由于不能通过正常的渠道快速排出,因此在斜坡局部的凹陷,坑洼部位,会汇聚大量雨水,雨水的汇聚会形成超强静水压力,对滑坡的失稳破坏起到促进作用。(6)人类工程活动:斜坡位于居民生活区,由于居民长期的生产活动,对原有的坡面形态造成了破坏,对坡面树木过度砍伐,造成水土流失。当地这些不合理的生产活动均对滑坡的长期稳定不利。综合上述分析,我们可以将影响滑坡稳定性的因素分为两类,外因:坡体结构,以及岩土体特性等。内因:降雨及人类活动,其中降雨又是滑坡变形破坏促发的启动因素。4.3陈家湾Ⅱ号滑坡体基本特征4.3.1Ⅱ号滑坡变形特征通过对研究区调查,Ⅱ号斜坡右侧发育一条长50m左右的纵向下挫裂缝,裂缝主要走向为180º,宽2~20cm,下错约5~30cm。右侧下方发育一条长约50m的纵向剪切裂缝,呈台阶状,裂缝主要走向为170º。Ⅱ号斜坡后缘以拉陷裂缝(土体与基岩接触面)为界,左侧以覆盖层与基岩接触面为界,右侧以山梁下侧裂缝为界。Ⅱ号滑坡上部和下部主要是崩坡堆积物,厚1~6m左右,不均等。主要由块石土及小部分的颗粒状粘土构成,块石土结构松散、孔隙率大而透水性强,粒径级配差。块石直径0.05~0.2m,主要由中等风化的棱角状砂岩或泥质砂岩构成。颗粒状粘土,稍36 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象湿-湿,粘性强,可塑状。滑坡中间大部分为耕地,呈台阶状,主要成分为粘土,粘性强,透水性差。总体看,坡体呈平直状,前缘未形成临空面,滑坡也没有变形的迹象。斜坡后缘土体与基岩接触面可见明显下错痕迹(图4-14),斜坡中部,由于耕地形成的台阶状陡坎,有明显下错变形。同时由于斜坡在滑移过程中运动的不均匀性,中部形成了几条长约1m~2m,宽度约20cm~50cm的剪切裂缝,与斜坡坡向同向。具体边界变形特征见图4-15。图4-14Ⅱ号滑坡后缘下错裂缝图4-15陈家湾Ⅱ号滑坡全貌图(镜头向东)4.3.2Ⅱ号滑坡滑体及滑床特征据现场钻孔显示(见图4-16~图4-29),Ⅱ号滑坡滑体主要由第四系残坡积粘土及少量由于崩坡堆积而成的块状碎石组成。粘土呈软塑状,厚约为3.5-6.0m。块状碎石主要为中强等风化的棱角状砂岩及泥岩,直径大都在0.05m~0.2m之间,少数较大的块石直径约0.2m。滑床主要由棕红色泥质砂岩、砂质泥岩构成,产状170°∠18°。37 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象图4-16TC03滑体特征照片图4-17ZK05孔岩心滑体特征照片图4-18ZK01孔岩心滑体特征照片图4-19TC04滑体特征照片4.3.3Ⅱ号滑坡稳定性分析基于对研究区的实地调查、钻孔及坡体变形迹象,初步判断陈家湾Ⅱ号滑坡处于较稳定状态,局部土体有崩坡垮塌现象,还有小的溜坡现象发生。滑坡离下侧沟道距离远(约有100m),且斜坡坡度缓,距离远,无临空面条件,因此发生滑坡堵沟的可能性较小。但在极端条件下,斜坡有产生进一步破坏的可能。因该滑坡无威胁对象,建议以农田改造为主,对裂缝进行封填,土体碾压夯实,水田改成旱地,加强监测措施。38 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象4.4Ⅲ号斜坡体基本特征4.4.1Ⅲ号斜坡边界、规模、形态特征据现场调查,Ⅲ号不稳定斜坡位于陈家湾滑坡中间山梁地段,平面边界,后缓大致以平台边缘为界,两侧以基岩脊坎为界。具体见图4-20。斜坡海拔分布730m-830m,滑向175°,按上述边界范围,斜坡总长240m,两侧基岩脊坎距离35m,面积8400m²,斜坡后缘生稍宽,前缘窄,坡度较为平缓,平均坡度20°左右,基本呈平直状,斜坡后缘有一平台,宽20m~30m,中部坡面稍有起伏,滑坡上部覆盖层为第四系堆积物及崩坡堆积形成的碎石土,厚度偏薄,上部有大量低矮灌木生长,目前植被覆盖良好。斜坡中下方及两边大面积地层裸露,裸露岩层为强风化泥岩。图4-20潜在不稳定斜坡全照4.4.2Ⅲ号斜坡斜坡结构分析Ⅲ号斜坡上部覆盖层为第四系堆积物夹碎石土,碎石土直径在0.05m~0.2m不等,土体结构松散,软塑。覆盖层较薄,主要集中于斜坡上半部分,覆盖层下为白垩系剑门关组棕红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩呈不等厚互层。岩层产状170°∠18°,岩层均中等强度风化,抗剪能力弱,斜坡两侧及上部均可见基岩裸露。另外,由于坡体上部覆盖层在不同深度处的物质成分、结构有差异,导致其透水性39 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象能也会有差异。通过观察Ⅲ-Ⅲ剖面上的钻孔岩芯,我们发现,整体上覆盖层较为松散,岩芯样品破碎,但不同深度位置上的破碎程度、块石含量却有差异。总体上看,距离地面较浅的位置,碎石土成分较多,土体颗粒直径偏大,距离地面较深处,靠近地层处碎石土成分逐渐减小,土体颗粒直径减小。故地面较浅处因为碎石土成分多,土体颗粒较大,易于水流渗透,形成含水层。距离地面较深处,接近地层面的地方,由于土体颗粒变小,不易于水流通过,容易形成隔水层。4.4.3Ⅲ号斜坡变形特征分析根通过对Ⅲ号滑坡的实地调查,滑坡坡面、后缘及前缘等边界地带没有明显的裂缝产生,斜坡主要变形表现为局部崩塌掉块。由于滑坡下部基岩岩性特征,中等强度风化,岩层内部结构面较为发育,不稳定斜坡局部有崩坡、垮塌现象。且由于汶川地震的作用,斜坡前缘地带有许多碎石土堆积,大小不均等,块石直径在0.05-0.2m之间。具体特征照片详见图4-21、图4-22。图4-21滚落至沟底的块石图4-22易风化崩落的块石上部覆盖层为第四系堆积物夹碎石土,碎石土直径在0.05m~0.2m不等,土体结构松散,呈棕黄色,可塑。覆盖层较薄,主要集中于斜坡上半部分,覆盖层下为白垩系剑门关组棕红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩呈不等厚互层。岩层产状170°∠18°,岩层均中等强度风化,抗剪能力弱,斜坡两侧及上部均可见基岩裸露。根据钻孔样品观察可知,下部基岩层较完整,整体性良好,RQD为0.5%~0.9%。斜坡周边可见地层出露,坡度平缓,滑坡稳定状态较好。40 安徽建筑大学硕士学位论文第四章滑坡基本特征及危害对象4.4.4Ⅲ号斜坡稳定性分析该斜坡为中间山梁,根据地层岩性,斜坡结构综合分析,潜在不稳定斜坡整体稳定性良好,主要破坏特征为局部风化块石剥落,斜坡整体呈“平直状”,坡面植被较好。斜坡整体坡度缓,距离远,无临空面条件,且仅少量块石滚落至沟道,因此发生堵沟的可能性较小,但在极端条件下,斜坡有产生局部范围破坏的可能。因该斜坡无威胁对象,因此无需进行工程治理措施,但应建议加强监测。4.5本章小结本章主要是基于先前的调查及资料收集,对陈家湾滑坡的地理环境条件、基本变形破坏特征进行了分析研究,首先根据滑坡区的实际状况将陈家湾滑坡分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个滑坡,并对每个边坡的边界状况、变形破坏状况做了详细描述分析。接着对三个滑坡的变形破坏机制,做了详细的描述研究。分析研究认为陈家湾滑坡目前处于不稳定状态,需进一步分析研究其稳定性状况。41 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算第五章滑坡稳定性计算5.1综合分析陈家湾号滑坡平面形态为后陡-前缓类似椅状,滑坡后缘稍陡,中部较缓,地形坡度10~20,前缘为雨水冲刷形成的临空面,高为2~7m,台面宽度2~5m,整体而言滑坡目前较稳定。整体来看,陈家湾滑坡,Ⅰ号滑坡在极端条件下有再次发生失稳破坏的可能,且威胁当地居民房屋财产,故利用数值模拟软件对其进行稳定性计算。5.2岩土体物理力学参数通过对现场滑坡几个主剖面处进行钻孔取样,并将样品进行物理性能试验,室内试验项目包括土常规;天然、饱和快剪;天然、饱和残剪;颗粒分析。其试验结果见表5-1、5-2、5-3、5-4。表5-1滑体处碎石土重度试验结果位置TC01TC02土体名称碎石土碎石土数量(组)22重度测验值(KN/m3)19.519.2重度平均值(KN/m3)19.3542 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算表5-2土工试验(粘土)颗粒分析结果表抗剪强度(天然)抗剪强度(饱和)(快剪)(残余剪)(快剪)(残余剪)饱孔内渗透系数土依含和饱隙内内内内摩KT取规范水密密和率液塑塑液摩内聚摩内聚摩聚擦cm/s原样分类量度度度n限限性性擦力擦力擦力角内聚样深GBω0ρ0ρsr比Sr(孔ωLωp指指角C角C角Cφ力编度50007-200(%g/cmg/cm重(%%隙(%(%数数φ(kPaφ(kPaφ(kP(0C33G0)0)0(kPa)号(m)2)S))比e0))IpIL()()()a))TU1TC01粘土23.52.022.052.7595410.68139.021.817.20.1018.24417.42617.64016.2226.53×10-7TU2TC01粘土23.61.982.012.7690420.72340.621.119.50.1317.45016.33016.24515.8277.02×10-7TU3TC02粘土24.22.012.042.7595410.69939.821.018.80.1717.34616.22816.54115.3252.85×10-7TU4TC03粘土23.62.042.072.7697400.67239.822.217.60.0818.54217.32917.33817.4224.11×10-7TU5TC04粘土24.22.012.022.7794420.71239.421.517.90.1517.74616.83217.24115.3265.35×10-7TU6TC05粘土22.62.022.052.7692400.67539.320.818.50.1018.65317.43417.64816.4206.11×10-743 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算表5-3土工试验统计表(粘土)固结快剪固结快剪(饱和)含水率密度饱和密孔隙率饱和度土层统计项目比重Gs孔隙比e内聚力内摩擦角内聚力ω(%)r(g/cm3)度ρsn(%)Sr(%)内摩擦角Φ(°)C(kPa)Φ(°)C(kPa)23.52.022.052.750.68141954418.24017.623.61.982.012.760.72342905017.44516.224.22.012.042.750.69941954617.34116.5基本数据23.62.042.072.760.67240974218.53817.324.22.012.022.770.71242944617.74117.222.62.022.052.760.67540925318.64817.6样本数66666666666最大值24.22.042.072.770.722941.95996.89465318.64817.6最小值22.61.982.012.750.672240.290.10264217.33816.2平均值fm23.622.0132.0402.7580.6940.9593.93646.8317.9542.1717.07碎石土标准差σ0.5880.0200.0220.0080.0210.7232.3784.0210.5613.6560.585变异系数δ0.0250.0100.0110.0030.0300.0180.0250.0860.0310.0870.034回归修正系数γs0.9790.9920.9910.9980.9750.9850.9790.9290.9740.9280.972标准值23.132.002.022.750.6840.3591.9743.5117.4939.1516.5844 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算表5-4岩石试验分析结果表试野取岩物理性质力学性质验外样石天密度(g/cm3)单轴抗压强度(MPa)抗剪断(天然)抗剪断(饱和)孔编编深名然隙号号度称含天烘率内聚内摩内聚内摩(m)水天然饱和然干n力擦角力擦角率RRwρ0ρd(平均(MPa)(0)(MPa)(0)W0比值%)(%)重(GS)771ZK09-112.0-13.4泥岩3.62.472.382.73131231235.24485.0246772ZK09-217.5-18.3砂岩0.72.632.612.71430.1328.2133.8822.0920.4525.008.62628.1158773ZK09-323.2-24.5砂质泥岩1.82.482.442.751183.0861.2172.3551.3149.5754.095.25485.0246774ZK10-17.1-8.5泥岩4.52.432.332.751537.9449.3644.3632.7528.1636.424.85494.3548775ZK10-215.2-16.3砂质泥岩2.02.512.462.70928.9628.1829.5222.3020.4321.266.35535.2448776ZK10-316.3-17.2泥质砂岩1.82.492.452.70948.2442.3847.8938.0735.0534.365.95515.6548777ZK11-15.6-6.6砂岩2.52.522.462.741045.0336.2640.7832.7331.1530.056.85556.4252778ZK11-215.7-16.5砂岩1.52.592.552.70650.9643.4044.5538.1031.9537.036.77536.244945 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算5.3计算模型与工况5.3.1计算模型的选取依据该陈家湾滑坡现场的实际情况调查及钻孔样品分析结果,决定选取该斜坡Ⅰ-Ⅰ'剖面、Ⅱ-Ⅱ'剖面、Ⅲ-Ⅲ'剖面、Ⅳ-Ⅳ'剖面(见图5-1~图5-5)进行模拟计算分析。图5-1陈家湾滑坡平面图46 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算图5-2Ⅰ-Ⅰ’剖面的计算模型简图47 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算图5-3Ⅱ-Ⅱ’剖面的计算模型简图48 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算图5-4Ⅲ-Ⅲ’剖面的计算模型简图49 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算图5-5Ⅳ-Ⅳ’剖面的计算模型简图50 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算5.3.2安全等级确定及设计安全系数依据我国现行的滑坡工程规范,沙河镇陈家湾滑坡的工程防治等级为Ⅲ级,暴雨按50年一遇设计,沙河镇属于南江县辖区内,据1:300万国家地震活动区划表,南江县的地震烈度等级为Ⅵ度,5.12汶川特大地震后亦处于调整修整的区划之外,地震烈度仍为Ⅵ区,最大震级为5级,故地震加速度按0.05g设计(表5-5)。设计荷载组合如下表5-6。表5-5地震加速度取值参照表地震烈度<ⅥⅥⅦⅦⅧⅧ≥Ⅸ地震峰值加<0.050.050.10.150.20.3≥0.4速度(g)表5-6设计荷载组合表滑坡工况编号荷载组合最小安全系数工况Ⅰ自重1.15设计工况陈家湾Ⅰ号滑坡工况Ⅱ暴雨+自重1.05校核工况工况Ⅲ地震+自重1.055.3.3计算工况根据滑坡现场的实际情况以及其会遇到的气候条件,本次模拟计算我们只分析滑坡天然自重、地震和降水等对滑坡稳定影响较大的因素,其余因素不在考虑范围之内。基于以上分析,本次软件模拟分析工况选取如下:工况Ⅰ(天然状态下),工况Ⅱ(暴雨+天然状态),工况Ⅲ(地震+天然状态)。51 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算5.4计算方法与参数选取5.4.1计算公式选取通过前期的实地考察及对周边住户的走访了解,陈家湾滑坡坡面及边界处的变形迹象主要为拉裂缝发育,滑坡后缘裂缝较为发育,局部甚至有下挫的现象。滑坡前方冲沟处可见上次大雨后,滑坡沿着基岩软弱层剪出的现象,岩层错动痕迹明显。结合滑坡上钻孔岩芯分析,知滑坡的滑移面呈折线形,故采用线性搜索法进行计算(见图5-6),安全系数计算公式如下:图5-6折线型法计算说明图n1n1(Rij)Rni1jiFsn1n1(Tij)Tn(5-1)i1jicos()sin()tanjii1ii1i1(5-2)n1jii1i2n1(5-3)jiRNtanlciiiii(5-4)TWsinPcosQcosiiiWiiii(5-5)52 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算NWcosPsinQsiniiiWiiiii(5-6)WVVFiiuid(5-7)PiVWiWid(5-8)isini(5-9)Q.025KWiH(5-10)satW(5-11)其中:i―表示i条块的传递系数;Fs―表示滑坡的稳定性系数;Ti—表示i块滑体下的滑力大小(KN/m)Ri—表示i块滑体的抗滑大小(KN/m);ci—表示i块岩土体粘结强度大小(KPa);Ni—表示i块滑体的反力大小(KN/m);li—表示i块滑动面的长度值(m);i—表示i块滑带土的内摩擦角大小(°);Wi—表示i块滑体的重量与外部荷载之和(KN/m);i—表示i块滑体下地下水流线的平均倾角(º);PWi—表示i块滑体的渗透压力值(KN/m);i-表示i块底面倾角值(°);Vid—表示i块条块地下水位线下的体积(m3);53 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算W—表示水的容重值(KN/m3);i—表示地下水的渗透值;3—表示岩土体的浮容重值(KN/m);Viu—表示i条块地下水位以上的体积(m3);3—表示岩土体的天然容重值(KN/m);Fi—表示i条块所受的地面荷载值(KN);sat—表示岩土体的饱和容重值(KN/m3);Qi—表示i条块所受地震力的大小(KN/m);5.4.2计算参数选取(1)重度选择基于滑坡上钻孔取样的试验结果,确定滑坡模拟计算中土体的重度值如下:3土体的饱和重度γw=20.5KN/m;3土体的天然重度γ=19.4KN/m;3泥岩体饱和重度γw=23.6KN/m;3泥岩的天然重度γ=22.8KN/m;3砂岩的天然重度γ=23.6KN/m;3砂岩体的饱和重度γw=25.2KN/m;(2)土体物理性能参数54 安徽建筑大学硕士学位论文第五章滑坡稳定性计算基于室内试验对陈家湾滑坡钻孔岩芯的分析结果,再根据现场实际情况,最后取值确定如表5-7所示。表5-7计算参数选取3)粘聚力c(kPa)内摩擦角(º)岩土类型土的重度γ(kN/m天然饱和天然饱和天然饱和覆盖层19.820.529.520.019.417.3基岩(泥岩)22.823.632.327.120.118.9基岩(砂岩)23.625.233.529.523.220.45.5稳定性计算分析5.5.1评价标准依据我国现行的滑坡工程防治规范,对于本次滑坡稳定性计算结果的评判标准按表5-8确定;表5-8滑坡稳定状态划分Fs(安全系数)Fs≥Fst1.05≤Fs0.56.1厚层岩体结构下边坡稳定性分析6.1.1数值模拟计算结果与评述本次模拟计算下附基岩岩层厚度K的变化范围从0.5m~2m。通过模拟计算岩层厚度在0.5m~2m范围内变化时,滑坡相应的安全系数,来分析该滑坡的变形破坏机制。表6-2为岩层厚度在0.5m~2m范围内变化时,滑坡相应的安全系数。根据表6-2安全系数计算结果,当岩层厚度在在0.5m~2m范围内变化时,滑坡安全系数均大于1,处于较稳定的状态。由图6-1可以看出,当岩层厚度在0.5m~2m范围内变化时,随着岩层厚度的增加滑坡的安全系数整体上呈增加的趋势,但增加的幅度不大,当岩层厚度增加到2m时安全系数才有了明显的增加。60 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-1岩层厚度k与安全系数关系表6-2厚岩层安全系数计算结果岩层厚度K/m(泥岩)0.50.81.02岩层厚度K/m(砂岩)0.50.81.02安全系数(m)1.1471.1481.1481.1526.1.2变形破坏机制分析图6-2、6-3、6-4、6-5、分别为岩层厚度在0.5m、0.8m、1.0m、2m是滑坡的变形破坏模拟结果图,从图中我们可以看出虽然滑坡的安全系数在随着岩层厚度的增加而增加但滑坡潜在危险滑面始终位于第四层的泥岩层中,且位始终靠近岩层与岩层的接触面附近。因此分析认为当岩层厚度在0.5m-2m范围内增加时,对于该缓倾顺层岩质滑坡来说,其下部软弱层位于第四层泥岩层内,且靠近层与层接触面附近。滑坡发生失稳破坏时,首先是第四层泥岩层内的软弱层发生变形破坏,接着上部岩层与覆盖层沿着该软弱层向前方临空面剪切位移,直致滑坡完全破坏。61 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-20.5m时滑坡变形破坏62 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-30.8m时滑坡变形破坏63 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-41m时滑坡变形破坏64 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-52m时滑坡变形破坏65 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析6.2薄层岩体结构下边坡稳定性分析6.2.1数值模拟计算本次模拟计算,下附基岩岩层厚度K的变化范围从0.05m~0.1m。通过模拟计算岩层厚度在0.05m~0.1m范围内变化时,滑坡相应的安全系数,来分析该滑坡的变形破坏机制。表6-3为岩层厚度在0.05m~0.1m范围内变化时,滑坡相应的安全系数。根据表6-3安全系数计算结果及图6-6的安全系数变化图分析可知,当岩层厚度在0.05m~0.1m范围内变化时,滑坡的安全系数均大于1,滑坡处于较稳定的状态。随着岩层厚度增加滑坡的安全系数呈增加趋势,增加幅度较缓。图6-6岩层厚度k与安全系数关系表6-3薄岩层安全系数计算结果岩层厚度(泥岩)K/m0.050.080.1岩层厚度(砂岩)K/m0.050.080.1安全系数1.1341.1341.1376.2.2变形破坏机制分析66 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析由于本次计算模拟岩层厚度的选择范围为0.05m~0.1m岩层厚度选择偏薄,故其安全系数有所下降。根据上述计算结果分析及图6-7、6-8、6-9滑坡的变形破坏图可以判断出,薄岩层下滑坡的变形破坏与厚岩层情况下边坡的变形破坏类似,首先是由于上部覆盖层与岩层共同的压力,导致下部软弱层受挤压发生变形破坏,上部覆盖层与岩层沿着软弱层向前方临空面滑动,直致最终失稳破坏,变形破坏模式为滑移-拉裂破坏。67 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-70.05m时滑坡变形破坏68 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-80.08m时滑坡变形破坏69 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-90.1m时滑坡变形破坏70 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析6.3厚薄层组合岩体结构下边坡稳定性分析6.3.1数值模拟计算本次模拟计算在砂岩厚度为1m、2m,而泥岩层厚度在0.1m。通过计算这种厚薄互层岩层下滑坡相应的安全系数,来分析该滑坡的稳定性。表6-4为滑坡相应的安全系数计算结果,图6-4为岩层厚度k与安全系数之间的关系。表6-4砂岩2m安全系数计算结果砂岩K/m123泥岩K/m0.10.10.1安全系数1.1411.1401.139图6-10岩层厚度k与安全系数关系上述结果中安全系数均大于1,因此可以判断厚薄互层这一岩层厚度组合下的滑坡整体稳定性较好。随着砂岩岩层厚度增加,安全系数有较小趋势。分析认为对于此种岩性组合的滑坡,两种岩性的岩层厚度差距越大,对滑坡的稳定性越不利。71 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析6.3.2变形破坏机制分析图6-11、6-12、6-13为砂岩岩层厚度为1m、2m、3m时滑坡的变形破坏模拟图,由图中我们可以看出,潜在危险滑面一直位于第四层泥岩层内,且始终靠近岩层与岩层的接触面附近。因此分析认为在此种岩层厚度组合下,对于该缓倾顺层岩质滑坡来说,其下部软弱层位于第四层泥岩层内,且靠近层与层接触面附近。滑坡发生失稳破坏时,首先是第四层泥岩层内的软弱层发生变形破坏,接着上部岩层与覆盖层岩层该软弱层向前方临空面剪切位移,直致滑坡完全破坏,为滑移-拉裂破坏。72 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-11砂岩厚度1m时滑坡变形破坏73 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-12砂岩厚度2m时滑坡变形破坏74 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析图6-13砂岩厚度3m时滑坡变形破坏75 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析6.4滑坡变形破坏趋势分析及防治方案建议6.4.1滑坡变形破坏趋势分析基于对陈家湾滑坡的实地调查,结合对该斜坡的变形破坏机制及因素敏感性的分析研究,认为连续的强降雨极端天气状况是陈家湾滑坡失稳破坏的启动因素。自“9.18”暴雨斜坡滑动破坏之后,该滑坡没有明显的继续变形破坏痕迹。滑坡后缘及周边拉裂缝也没有继续发育扩张。因此可以作如下稳定性分析:陈家湾滑坡在经历了初阶段的滑移变形后,滑坡上部土体结构以及下部基岩岩体结构内部的应力进行了重新的分布,目前处于一种新的稳定状态,若再次遭遇暴雨等极端的恶劣天气条件,新的稳定状态将被打破,岩体内部应力将再次分配,而滑坡的失稳破坏会比上一次造成更为严重的后果。因此,当降雨量较大,地表水无法通过原有的排泄通道排出时,大量的地表水将会渗入滑坡体内部,造成滑坡内部地下水位线升高,从而导致上部滑体的浮托力和水压力增加,使滑坡向前缘发生变形破坏,造成经济财产损失并威胁住户生命安全,所以对该滑坡进行治理势在必行。6.4.2防治目标原则该滑坡位于村民居住区,且居住村民较多,滑坡若再次发生破坏,将带来严重后果。因此为了保护村民的生命及住房不受威胁,对于陈家湾滑坡的防治,以消除滑坡隐患,保障村民生命安全为基本原则。防治原则主要有以下几方面:(1)科学治理,经济有效对于该滑坡的治理要做到科学治理,不能盲目,要依据上述对该滑坡的成因机制分析、稳定性评价、正交试验数据分析结果,采取有针对性的措施,做到治理工程经济有效。(2)防治并举,消除隐患对滑坡的治理应当坚持以防为主,以治理为辅的原则,滑坡的失稳破坏是个复杂的、综合的过程,其成因机制受到众多因素的影响。对于降雨、地震等自然因素,是不可控制的因素,而对于人类生产劳作活动,我们可以加以约束规划。同时,在治理之前要采取有效的监测、预警措施,达到防治的目的。具体措施:由于该滑坡具有危害性大、难以预测性的特点,故采取必要的检测预警措施是分76 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析要有必要的。滑坡灾害的监测应当从发现滑坡灾害点开始,贯穿整个过程,保证监测作用达到预期效果。设置专门负责滑坡动态监测的人员,定期对滑坡变形迹象进行查看,记录,特别是在雨季及强降雨天气,要加强对滑坡的查看,一旦滑坡出现裂缝扩张、塌陷等异常变形情况,要及时通知影响区内的居民,并报告当地政府部门。(4)设计合理、安全可靠的原则对于此类滑坡灾害的工程治理,要与实际结合,以环境保护为原则,确保方案经济、有效。在斜坡治理开展之前,建议相关部门采取下列应对措施:6.4.3防治工程设计参数建议依据上述调查及分析,结合滑坡区地层岩性特征,确定岩土体的设计参数(表6-11)表6-11计算参数选取岩土类型土的重度γ(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角(º)天然饱和天然饱和天然饱和覆盖层19.820.529.520.019.417.3基岩(泥岩)22.823.632.327.120.118.9基岩(砂岩)23.625.233.529.523.220.46.4.4防治工程方案建议由于对正交试验数据分析的结果显示,该滑坡对地下水位线的位置比较敏感,故在治理时要有针对性的采取排水措施,避免遭遇降雨天气时,降水不能及时排走,地表水堆积后渗入滑坡体内部,削弱岩土体的抗剪性能,同时造成地下水位线升高。具体工程措施:在滑坡边界周围以外地区设置一圈截水沟,防止滑坡周围堆积的地表水渗入滑坡体内部;对于滑坡体内部的地下水,可以考虑采用引导排除的方法,通过在滑坡内部设置排水管,增加内部地下水的排泄通道,当地下水位线较高时,能够引导地下水及时排出滑坡内部,达到及时降低地下水位线,减少岩土体在雨水中的浸泡时间,增强滑坡稳定性的目的。由于滑坡上部覆盖层较为松散,完整性差,整体抗剪性能弱,故考虑采用抗滑桩+挡土板增强覆盖层及77 安徽建筑大学硕士学位论文第六章岩层厚度对边坡稳定性的影响分析岩层的抗滑移性能。基于上述治理方案分析结合研究区的工程地质环境,对于陈家湾滑坡的治理提出抗滑桩+挡土板+排水设施结合的治理方案。6.5本章小结通过上述数值模拟及分析可以得出以下结论:(1)对于该缓倾顺层岩质滑坡,其下部软弱层位于第四层软岩(泥岩)层的层间接触面上。岩层厚度的变化并没有影响其变形破坏机制,滑坡的变形破坏都是由软弱层首先发生变形破坏,上部岩层和覆盖层沿着软弱层面向前方临空面剪切位移,直致完全变形破坏,即滑移-拉裂破坏。(2)总体上看,当岩层厚度增加时该滑坡稳定性也随之增加,当岩层厚度在0.05-1m范围内增加时,安全系数的增加较缓,当岩层厚度为巨厚状时其安全系数会有明显的增加。即岩层厚度在薄层,厚层范围内增加时对滑坡的稳定性贡献较低,当岩层厚度在巨厚层范围内增加时,对滑坡稳定性贡献较高。(3)对于此种软硬岩互层的基岩滑坡,两种岩性的岩层厚度相差越大,对滑坡的稳定性越不利。78 安徽建筑大学硕士学位论文第七章结论与展望第七章结论与展望7.1主要结论文章以陈家湾滑坡为工程实例,首先调查分析了陈家湾区的水文地质条件,收集了该滑坡的工程地质资料,接着利用收集的资料,结合现场的变形破坏迹象对陈家湾滑坡的成因机制和变形破坏模式进行了详细分析研究。然后利用数值软件选取模型对陈家湾滑坡进行模拟计算,并设计正交试验,采用极差分析法对该滑坡进行了因素影响性分析。在此基础上,文章又进行了拓展,按岩层厚度分类组合,将此类缓倾顺层岩质滑坡,划分为厚层、薄层、薄厚相组合岩层的岩质滑坡,并利用数值模拟软件对不同层厚的岩质斜坡进行模拟分析。通过上述分析计算,文章主要研究成果如下:(1)在自重这种自然环境条件下,陈家湾滑坡处于较稳定的状态;在(暴雨+自重)这种天气状况下,陈家湾整体稳定性较差,有发生失稳破坏的可能;在(地震+自重)的地质环境条件下,滑坡的稳定性介于工况1与工况2之间。(2)对于陈家湾Ⅰ号斜坡的正交实验数据分析结果得出五个因素对斜坡安全系数影响性的大小顺序为:地震加速度g>地下水位线位置h>土的重度>内摩擦角c>粘聚力。(3)对于该缓倾顺层岩质滑坡,其下部软弱层位于第四层软岩(泥岩)层的层间接触面上。岩层厚度的变化并没有影响其变形破坏机制,滑坡失稳破坏的都是由软弱层首先发生挤压变形,上部岩层和覆盖层沿着软弱层面向前方临空面剪切位移,直致完全变形破坏,即滑移-拉裂破坏。(4)总体上看,当岩层厚度增加时该滑坡的安全系数也随之增加,当岩层厚度在0.05-1m范围内增加时,安全系数的增加较缓,当岩层厚度为巨厚状时其安全系数会有明显的增加。即岩层厚度在薄层,厚层范围内增加时对滑坡的稳定性贡献较低,当岩层厚度在巨厚层范围内增加时,对滑坡稳定性贡献较高。(5)对于此种软硬岩互层的基岩滑坡,两种岩性的岩层厚度相差越大,对滑坡的稳定性越不利。(6)根据对斜坡稳定性的模拟结果及正交实验数据分析结果,提出对于陈家湾滑坡可以采取抗滑桩+挡土板+排水设施结合的整体工程治理方法,运用排水措施进一步提高滑坡稳定系数,并设置抗滑桩+挡土板来有效增加滑坡整体的抗滑移性能。79 安徽建筑大学硕士学位论文第七章结论与展望(7)在对该滑坡的调查与成因机制的分析过程发现,由于人为的因素所造成的滑坡安全问题不容忽视,因此建议采取约束措施预防此类因素造成滑坡灾害的发生。7.2展望文章以陈家湾滑坡为实际依托,对此类岩质边坡的稳定性及成因机制进行了分析,虽然对该类顺层边坡的成因机制有了一些了解,但是对下列问题仍需做进一步研究:1)本文虽然综合考虑了雨水、地震等不同工况下该缓倾顺层岩质滑坡的稳定性,但没有具体说明雨水作用如何影响滑坡的稳定性,因此可进一步利用数值模拟软件,对该滑坡变形破坏机制进行分析、研究,使用模拟软件进行数值分析形象客观的说明雨水对此类斜坡影响机制。2)本文虽然对不同层厚岩体结构下的边坡稳定性进行了模拟分析,但是在模拟时,其他参数是固定不变的,并没有考虑其他因素的综合作用,如边坡的坡角、岩石类型,下一步,可以尝试改变坡角大小、岩石种类等,利用数值软件模拟当地层岩性,岩层产状发生改变时,该类型斜坡的变形破坏机制。3)文章只是针对陈家湾滑坡进行了分析研究,但该地区还有许多同类型的岩质边坡,有的已经发生了失稳破坏,有的还未发生变形破坏,所以,可以系统的研究此类边坡,未发生变形破坏、已经发生了失稳破坏,综合分析此类边坡的变形破坏机制,稳定性因素,通过系统的比较,来研究学习此类岩质边坡的成因机制规律。80 安徽建筑大学硕士学位论文参考文献参考文献[1]周平根.世纪之交的中国地质灾害防治[J].中国地质,1998,(09):29-31.[2]何冬晓,谢世友,孙在斌,等.中国地质灾害发育特点及防治对策[J].中国水运,2006,06(09):75-78.[3]韦达.顺层岩质边坡失稳破坏机理及加固研究[D].重庆交通大学,2016.[4]姚鑫,许冲,戴福初,等.四川汶川Ms8级地震引发的滑坡与地层岩性、坡度的相关性[J].地质通报,2009,28(8):1156-1162.[5]胡泽铭.四川红层地区缓倾角滑坡成因机理研究[D].成都理工大学,2013.[6]张涛,谢忠胜,石胜伟,等.南江县石板沟滑坡特征、成因及演化过程研究[J].长江科学院院报,2013,30(7):33-37.[7]缪海波,殷坤龙,李远耀.近水平地层滑坡平面失稳模型与破坏判据研究[J].水文地质工程地质,2009,36(1):69-74.[8]简文星,童龙云.川东天台乡滑坡滑带特征及其工程意义[J].工程地质学报,2012,20(5):774-780.[9]成永刚,王玉峰.层面倾角对顺层岩质滑坡贡献率研究[J].岩土力学,2011,32(12):3708-3712.[10]蒋青青,胡毅夫,赖伟明.层状岩质边坡遍布节理模型的三维稳定性分析[J].岩土力学,2009,30(3):712-716.[11]陈沅江,潘长良,曹平,等.层状岩质边坡蠕变破坏及其影响因素分析[J].勘察科学技术,2001(6):43-48.[12]陈从新,黄平路,卢增木.岩层倾角影响顺层岩石边坡稳定性的模型试验研究[J].岩土力学,2007,28(3):476-481.[13]林杭,曹平,李江腾,等.层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析[J].岩土力学,2010,31(10):3300-3304.[14]张景德,刘培泰,黄成佳.软弱结构面和裂隙岩体直剪破坏机理研究[J].岩土工程学报,1994,16(6):21-29.[15]张天军,李云鹏.直立顺层边坡的黏弹性稳定分析[J].力学与实践,2003,25(6):0-0.[16]金仁祥,杨良策,任光明,等.三峡库区某公路顺层岩质边坡变形特征分析[J].地质灾害与环境保护,2003,14(2):39-43.[17]李彰明.层状结构岩体边坡滑坡分析[J].化工矿物与加工,1996(5):6-8.[18]卢海峰,陈从新,袁从华,等.巴东组红层软岩缓倾顺层边坡破坏机制分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(s2):3569-3577.[19]范宣梅,许强,张倬元,等.平推式滑坡成因机制研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(s2):3753-3759.[20]赵勇,许模,赵红梅.平推式滑坡后缘启动水头探讨[J].人民长江,2011,42(17):32-36.81 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