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大型滑坡变形稳定性与降雨关系研究

关于本文的内容介绍
 摘要:大型灾害性滑坡预测问题是岩土力学的重要的应用性研究课题。对下铺子滑坡进行了详细的地质调查分析,在分析了降雨资料的基础上,利用变形监测资料,对受降雨影响下滑坡体稳定性进行分析,并分析降雨入渗时间、临界降雨量和降雨总量与滑坡体变形的关系,变形增量与降雨量的关系,其结果可以为选择滑坡治理措施提供依据,也为类似的滑坡地质灾害的治理积累经验。
  关键词:滑坡;变形; 稳定性; 降雨
  中图分类号:P642.22文献标志码:A
  山体滑坡是常见的地质灾害之一, 大型滑坡不仅造成一定范围内的人员伤亡、财产损失, 还会对附近道路交通、河流造成严重威胁。下铺子滑坡位于锦屏水电站坝址下游雅砻江河段左岸盐源县枇杷园一带, 为一大型古滑坡群中、 前部次级滑坡的复活。 其分布范围从雅砻江河水面至左岸上部台地, 相对高差约350 m,顺河向长度约750 m。滑坡区前缘及下部有水电站进场公路和左岸桥头附近的民用建筑等设施(见图1)。据估算,滑坡体积约2 700万m3,规模巨大。该滑坡体主滑方向近EW向。
  因滑坡所在地区域长时间降雨影响,滑坡变形出现加剧现象,在后缘出现了贯通张裂缝,下铺子部分民房土墙和地板出现明显开裂、墙体倾斜;滑坡前缘在上游公路K0+150 m~K0+400 m段变形较为典型,公路路面已出现明显的挤压弧形裂缝,开裂范围长度约300 m。
  研究滑坡变形稳定性与降雨的关系,可以为选择滑坡治理措施提供依据,也为类似的滑坡地质灾害的治理积累经验。
  1滑坡体地质条件
  滑坡区出露的地层主要有震旦系上统灯影组白云岩、泥盆系中统灰岩、三叠系上统白果湾群砂岩夹页岩、第四系覆盖层,以及华力西期侵入岩,滑坡区断裂构造基本以近SN向及EW向为主。
  滑坡体按地形、覆盖层底界面形态及变形特点,分为2个区,自上而下分为A1区和A2区,A1区位于中上部,高程自1 370 m以上至后缘。坡体表面为灰岩及部份白云岩块石、碎石夹粘土组成,局部为大孤石,坡体表面结构较松散,局部有架空现象;坡体内部物质组成和地表物质组成相对应,并存在一层厚为1.6~5.98 m的灰黑色的有机质碎石土层,于中下游侧分布较为连续。覆盖厚度一般为41.5~97.55 m,最厚达121.54 m。该区平面分布面积19.5万m2,估算方量1 650万m3。
  A2区,位于下部,即高程1370 m以下至前缘河床。坡体表面为灰岩及部份白云岩块石、碎石夹粘土组成,靠坡体前缘公路一带仍发育灰黑色的有机质碎石土层,坡体表明结构较松散;坡体内部物质组成和地表物质组成相对应,也存在一层厚0~3.8 m的灰黑色的有机质碎石土层,在A2区前缘公路一带出露。勘察结果表明,A2区覆盖厚度为18.8~86.15 m。该区平面分布面积14.5万m2,估算方量1 100万m3。典型剖面如图2。
  图2典型地质剖面
  滑坡体物质组成以孤石、大块石及碎石夹粘土为主,不同分区及分区的部同部位物质成分有所差异。结合分区,对其物质组成描述如下:
  后部:表层为灰色灰岩碎块夹粘土,厚80~150 m。块石成分为泥盆系中统(D1-22) 灰色灰岩、生物灰岩夹硅质结核灰岩具似层状结构,空隙间充填灰岩风化形成的黄色粘土。底部为灰色卵砾石层,卵砾石成分以砂岩为主,因取样少,其成分代表性可能较差。下伏基岩为三叠系白果湾群(T3bg)砂岩夹炭质页岩。该层堆积体形成上辅子台地的基础,台地后缘为30°左右的斜坡,斜坡基岩露头为三叠系白果湾群(T3bg)灰黑色及灰黄色砂岩夹炭质页岩,表层普遍分布有泥盆系灰岩及其残积黄粘土,灰岩产状紊乱,呈崩滑堆积特点。因此判断A区后部上辅子一带灰岩为早期推覆体沿斜坡产生整体大规模崩滑形成的堆积物。
  中部具二元结构:表层为灰色灰岩块石、大块石及孤石夹碎石及少量粘土,具崩塌成因,厚10~45 m。中部为灰黑色粘土夹碎石层,该层厚度1.6~6 m,其顶面及底面为灰色、浅灰色碎石夹粘土。该土层主要分布于A区中部,对应于早期冲沟呈舌状分布。下部为灰色灰岩块石、大块石及孤石夹碎石及少量粘土,厚20~60 m。下伏基岩为灰绿色闪长岩。
  前部:表层为崩坡积大块石、 块石夹粘土, 块石岩性为灰岩, 靠近B区为白云岩。地表局部见灰黑色粘土夹碎石呈片状分布。中部(埋深10~25 m) 分布一层灰黑色粘土夹碎石层, 厚度0~3.8 m,对应于A1区相应含有机质碎石土层,靠近A2区前缘的钻孔中未发出该软弱土层,对应的部位为II级阶地及其以下。下部为块石、大块石夹黄色粘土,底部为粒径较均匀的灰黄色粘土夹碎石、块石,根据平硐揭示,该土层较密实、干燥、具一定的泥质胶结,无滑动痕迹,其结构近基岩面较紧密,向上逐渐松散。下伏基岩:Fx5断层以南为震旦系白云岩,Fx5断层以北为震旦系板岩及侵入闪长岩。
  2滑坡区降雨特征
  滑坡所在区域属川西高原气候区,主要受高空西风环流和西南季风影响,干、湿分明。每年的11月到次年的4月为旱季,日照多,湿度小,日温差大,降水很少,只占全年的5%左右;5月到10月为雨季,气候湿润,日照少,湿度较大,日温差较小,降雨集中,且暴雨较多,雨量占全年的95%左右。
  雅砻江流域洪水主要由暴雨形成。每年夏季为季风强盛时期,由西南季风将印度洋和孟加拉湾的水气输送进流域,西太平洋副高北移,冷空气受阻形成大范围的暴(大)雨。暴雨一般出现在6~9月。一次降雨过程为3天左右。
  据二滩打倮气象站实测资料统计,本区多年平均降水量为1077.4 mm,多年平均降水日数为116.5天,多年年均相对湿度75%,多年平均气温为18.6 ℃。
  2011年雨季,滑坡体区域总降雨量为958 mm(5~10月),其中7~8月降雨量占全部降雨量的78%。最长连续降雨6天(6月29日~7月4日),该时间段内降雨139 mm,为年度最大连续降雨过程。最大日降雨53 mm(8月23日),降雨特征值及分布情况见表1。 从上述分析结果不难看出,2剖面沿夹层面(含有机质碎石土)滑动为A区控制失稳模式(安全系数最小),且边坡受降雨的影响很大,汛期比枯期的安全系数明显减小。降雨是影响边坡的稳定因素之一。
  4滑坡体变形与降雨的关系
  4.1降雨入渗时间与变形关系
  滑坡属典型降雨型滑坡已定性,坡体明显变形始于雨季,公路路面出现裂缝是在10年9月,9月后降雨不大,10月累计降雨量为46.4 mm。因此滑坡体在10年底到11年7月初之前是处于缓慢蠕变阶段。监测成果反映,11年1月22号开始观测到6月中旬,坡体最大累计变形不到30 mm。
  以坡体出现宏观变形的2010年开始进行推断,10年5月开始进入雨季,9月发现明显变形,其中10年5~8月累计降雨量为703 mm,雨水逐步渗入并软化滑带历时5个月。
  11年坡体出现变形加速是在7月初,5~6月累计降雨量363 mm,雨水下渗并促使变形加速的时间约2个月。
  可见降雨影响时间在逐步缩短,如果将10年定为滑坡体从蠕变阶段进入蠕滑阶段的话,那么滑坡体于10年产生的较大变形,正是滑带土在雨水作用下,抗剪强度综合指标c和逐渐降低的结果。
  从滑坡地质勘察试验结果看,滑带土在自然状态和饱和状态下,粘聚力c 值降低60%,内摩擦角降低10%。坡体出现宏观变形后,滑带土已进入塑性变形阶段,抗剪强度是否达到残余强度还不是十分肯定,从土力学理论讲,土体在塑性变形停止后,综合抗剪强度可以部分恢复,但重塑土比原状土强度必然一次比一次降低,直至降到残余强度。
  11年7月滑坡体出现变形加速,降雨影响滑坡体变形的滞后时间比07年明显缩短一倍多。滑坡体变形启动后,集中降雨后约5天变形即加速。进入8月降雨影响变形的滞后时间更短。较大变形速率(大于20 mm/天)一般维持在10天左右,从变形速率过程线上看,此过程为一个快速上升、快速下降,分析应该是滑带土从饱和到排水的一个过程。
  4.2临界降雨量与变形关系
  促使变形加速的降雨过程有3次,如图3所示。
  1) 第一次发生在6月29日至7月4日,连续降雨6天,降雨量119 mm,此次降雨过程最大日降雨量为6月29日的52 mm。过程中滑坡体变形量净增加了67 mm。
  图32011年单日降雨量及变形速率与时间关系
  2) 第二次发生在7月31日至8月19日,20天时间内降雨天气占了15天,这次降雨过程累计降雨175 mm,期间最长连续降雨6天,6天累计降雨81 mm,最大日降雨量为8月14日的43 mm。变形速率特征为8月4日~12日的加速,到8月21日的再加速,期间滑坡体变形增量净加了320 mm。
  3) 第三次则发生在8月22日至8月26日,连续降雨过程5天,累计降雨76 mm,最大日降雨量为8月23日的53 mm。期间滑坡体变形量净增加了298 mm。
  分析10年降雨与变形速率的关系,从过程线中可以看出,触发变形速率加速的降雨量在70 mm左右,当降雨量在70 mm以上,滑坡体变形速率增加1.5~7.5倍。
  9月底以后,触发变形加速的降雨量还有小于50 mm的情况,这一现象预示,当雨季滑坡体处于快速变形过程中,由于变形体已经是饱水状态,因此促使变形加速的临界降雨量在逐步减小。
  4.3降雨总量与变形关系
  从10年降雨量资料看,暴雨(50~100 mm)天气有两次,为6月23日和8月23日,接近50 mm雨量天气有4次,为5月底一次,6月中上旬两次,8月中旬一次。6月以前的大(暴)雨并未促使滑坡加速。从而判断,单纯的大(暴)雨过程不是触发变形加速的主要原因。滑坡第二次加速的最大日降雨量虽小于30 mm,但连续降雨过程持续了6天,总雨量却达101 mm,变形速率增加了6.3倍。当然,如果是处于总降雨量大于101 mm,且连续降雨期间又出现了大(暴)雨过程,则变形加速度加大,过程线近似于垂直。
  4.4变形增量与降雨量关系分析
  以11年6月底~10月初的监测资料为分析样本, 变形增量为某时段变形量之差减去该时段平均变形量, 如6月13日~7月6日累计变形量从29 mm到135 mm, 该时段平均变形速率为0.21 mm/天,则该时段变形增量为y=135-(0.21×23+29)≈102 mm。对应此时段的累计降雨量为139 mm。对变形增量和降雨量之间的关系进行统计分析(见图4)。
  降雨量/mm
  图4变形增量与降雨量关系曲线
  数据统计结果反映,受一次降雨过程影响,当变形增量接近20 mm时,降雨量与变形增量之间有较好的对应关系,随降雨量的增加变形增量也随之增加。
  5结论与建议
  下铺子滑坡规模大,其稳定性对雅砻江河道安全非常重要,通过本文研究得到以下结论与建议:
  1) 基于极限平衡的边坡稳定性分析沿含有机质碎石土夹层面滑动为滑坡主要失稳模式。滑坡体受降雨的影响很大,汛期比枯期的安全系数明显减小,已接近极限状态。
  2) 监测数据表明,降雨起始影响时间在逐步缩短,滑坡体已从蠕变阶段进入蠕滑阶段。
  3) 触发滑坡变形速率加速的临界降雨量在70 mm左右,当降雨量在70 mm以上,滑坡体变形速率增加1.5~7.5倍。总降雨量大于101 mm,且连续降雨期间又出现了大(暴)雨过程,则变形加速度加大。
  4) 数据统计表明,变形增量与降雨量的呈指数关系变化。
  5) 由于滑坡体的变形稳定性与降雨密切,滑坡表面和内部的截、排水可以有效提高滑坡的稳定性。
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  (责任编辑:李丽,姚多喜) 相关文章

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