金寨縣關塘安置點滑坡成因機制分析及治理方案研究

牟方杰

(安徽省核工業勘查技術總院,安徽 蕪湖 241000)

0 引言

滑坡地質災害對居民安全威脅性較大,具有突發性等特點,人類工程活動對既有邊坡的擾動是造成滑坡地質災害的主要因素之一[1-2]?；轮卫硇枰Y合滑坡的成因機制,選取合適的治理方案以達到治理效果,同時降低工程投資[3-5]。在滑坡成因機制、變形機理研究中常用的方法為:數值模擬方法、物理模型試驗方法,兩種方法均在工程實踐中得到廣泛利用[6-9]。數值模擬方法與物理模型試驗方法相比可以不制作物理材料,可提高計算速度。FLAC是目前較為常用的數值分析軟件,計算效率較高,在工程中應用廣泛。

1 滑坡工程地質情況

金寨縣關塘安置點滑坡后緣出現長約140 m的拉張裂隙,圈椅狀明顯,后緣壁近直立,最大垂直位移達到2 m,擋墻外滑坡前緣鼓脹凸起高度約0.5 m,擋墻的受力集中部位已經破壞變形,向臨空方向傾斜約0.15 m,使滑坡前緣關塘安置點的一棟房屋墻體開裂受損,經過地形測量,滑坡體長約50 m,寬度約200 m,初步判斷滑坡體為土巖質滑坡,滑體產狀為310°～340°∠35°,平面形態呈圓弧型,滑體表層縱斷面呈階狀,上陡下緩,滑動面以上平均松散土層厚3～5 m,巖層1～4 m,整個坡體處于極不穩定狀態,預估滑體體積大于10萬 m3。調查時滑坡正處于繼續變形階段,嚴重威脅安置點人民生命財產全及國道G529行車安全。

治理區地層為第四系殘坡積土層和侏羅系毛坦廠組(J3m)。土層為粉質黏土,局部夾有碎石塊,平均厚度約4 m。毛坦廠組巖性為英安質、流紋質、粗面質火山巖,成分主要為正長石、石英、云母、斜長石、角閃石等。層理產狀40°～45°∠40°～60°

現滑動面出露于地表,推測在滑坡已坍塌區域內存在一軟弱破碎構造帶,物探反演資料推斷其走向呈近東西向,埋深約4～6 m的結論較合理?；婀饣?主滑面局部具有“玻璃化現象”,有沖逆斷層性質的階步明顯,因為該區域地應力早期以韌性剪切、晚期以脆性變形為主,新構造運動又以地殼緩慢上升為主要特征,原先的擠壓為主的應力變為張應力,在斜坡上巖土體具備了下滑的趨勢,不良地質環境作用和不合理的人類活動下易形成滑坡等地質災害。

圖1 滑坡滑動前全貌

圖2 治理區地層分布情況

2 滑坡成因機制分析

原始邊坡坡度約35°,在坡腳較低洼,兩側略高,利于雨水匯集。巖體強風化,結構較為松散,強降雨期間,導致處在飽水狀態。斜坡基巖為毛坦廠組粗面質火山巖,上部全風化的殘坡積層和強風化帶較厚,透水能力較強,結構松散,穩定性較差,在降雨期間土體大量賦水,入滲到結構較差的巖土體內部后,增加了土巖體容重及下滑力,在坡底無支檔的情況下易造成坡體土層順基巖面或層間軟弱帶滑動,形成滑坡地質災害。坡體內部存在傾角較陡的斷層軟弱結構面,這是該滑坡發生的潛在重要因素。工程建設將斜坡開挖擾動后,坡面植被破壞,未能及時將坡面復綠或封閉,與原始坡面相比,雨水入滲量加大。入滲的雨水不能有效排除,從而導致擋墻發生“脹裂”,地面發生隆起。該滑坡地質災害是由上述幾個不利因素綜合造成的,調查與勘查期間及應急削方減載時坡體處于變形階段,幾次強降雨后都造成幾千甚至幾萬方土體滑塌,說明當時滑坡體處于極不穩定狀態。

3 治理方案分析

3.1 應急搶險方案分析

應急階段正值汛期,降水集中,為防止滑坡進一步變形導致規模較大的滑塌,在滑坡體后緣進行削方減載,同時清理坡體上已擾動的土石方,做好應急(臨時)排水、坡體防滲工作。合理安置受災群眾,合理安排堆土場位置,防止次生災害發生。待滑坡體變形趨緩后,由上至下進行刷坡,清理已經松動的浮石及松散土體;進行分臺階削坡,整治規整邊坡;在合理部位砌筑截排水溝,徹底消除該滑坡地質災害。

圖3 應急削坡減載后滑坡現狀

圖4 典型斷面

3.2 治理方案分析

3.2.1 治理方案

邊坡投影面積約12 410 m2,邊坡最大高度40 m,平均寬度約170 m,坡度約25°～55°,主要為巖石邊坡,巖石似層狀,產狀40°～45°∠40°～60°,與坡面呈斜角關系,巖石完整性較好,為了邊坡防治整體效果、安全性及施工方便,對該區邊坡的防治采用設置多級平臺方式整治,以便消除隱患。

截排水溝設置在+170 m平臺內及擋墻外側,+170 m平臺內沿截水溝與西側老水溝相接,長度150 m;擋墻外側排水溝兩端分別引向已建好的安置點和國道排水系統,長度約210 m,為使平臺上積水能快速下泄,設置兩條縱向排水溝與平臺相接,長度分別為82 m、93 m,并在兩端拐彎處及中間排水溝相接處共設置3個集水井,尺寸1.0 m×1.0 m×1.0 m。

圖5 排水溝大樣圖

地表水匯流量Q按下式計算:

Q=16.67ΨqF

(1)

式中:Ψ徑流系數,取0.6,F匯水面積,取0.01 km2;q降水強度,取0.4 mm/min。

計算Q為0.04 m3/s。

截排水溝過流量Q＇計算公式為:

Q＇= WC RI

(2)

C=R1/6/n

(3)

式中:R為水力半徑(m),取0.12 m;I為截水溝坡度,取0.05;n為粗糙系數,取0.013;W為過流面積,取0.15 m2;C為流速系數。

經計算排水溝過流量Q＇為0.07 m3/s,大于Q,設計的截排水溝尺寸應能滿足要求。

3.2.2 治理效果數值模擬研究

根據滑坡治理方案,數值計算模型,對滑坡的位移和應力進行分析。通過分析治理后的變形和位移情況對治理效果進行分析。

當發生以下3種情況時即可認為滑坡已經發生破壞,計算過程無法達到收斂、位移監測數據發生突變、坡體形成貫通的塑性區。

治理前,滑坡將沿著基巖、覆蓋層接觸面形成貫通的塑性區,滑坡計算不收斂,將產生滑動變形。采取治理措施后邊坡表層的位移數據如下圖6所示,其中X方向表示順坡向位移,根據位移監測數據可知,在順坡方向邊坡的最大變形量約為90 mm,采取治理措施后未形成貫通的破壞面,邊坡整體穩定性良好。

圖6 數值計算結果

根據應力變形監測數據可知,應力最大區域為坡腳區域,滑坡的變形首先發生在坡腳區域,主要是坡腳前緣臨空條件良好,有助于滑坡向臨空方向的變形。

4 結語

本文以金寨縣關塘安置點滑坡治理為例,通過現場調查對金寨縣關塘安置點滑坡成因機制進行分析,并提出了相應治理措施,得到如下結論:

(1)根據現場調查研究金寨縣關塘安置點滑坡的成因機制,認為松散的滑體土、破碎斷裂帶、人類工程活動切坡等因素綜合作用下,導致滑坡在降水條件下發生失穩滑動破壞。

(2)為了減少滑坡破壞對下方安置點的影響,在滑坡體后緣進行削方減載,同時清理坡體上已擾動的土石方,做好應急(臨時)排水、坡體防滲工作。合理安置受災群眾,合理安排堆土場位置,防止次生災害發生。待滑坡體變形趨緩后,由上至下進行刷坡,清理已經松動的浮石及松散土體;進行分臺階削坡,

(3)結合應急處置措施,綜合考慮選取了削坡方式進行治理,通過建立數值計算模型,經過數值分析計算可知,處理后的滑坡整體穩定性良好,可滿足規范要求。