滑坡变形（精选9篇）
滑坡变形 篇1
山区和丘陵地带广泛分布着松散堆积层滑坡, 其中以土—岩界面滑坡最为常见, 如三峡库区96.63%和陕西南部山区92.3%的堆积层滑坡[1,2]、著名的长江鸡扒子滑坡、甘肃洒乐山滑坡[3]。这些滑坡灾害严重威胁人类生命财产安全和制约着工程建设的顺利实施。作为松散堆积层滑坡中较为常见的一种类型, 相关学者进行了土—岩界面滑坡的变形规律、影响因素和形成机理研究[4,5]。
陕西南部地处秦巴山区, 松散堆积层广泛分布, 以滑坡为主的地质灾害十分发育, 这其中又以土—岩界面滑坡类型最为常见, 因此, 研究该类型滑坡的变形破坏特点及其防护对策具有重要的理论和实践意义。本文主要依托陕西南部某土—岩界面滑坡进行相关问题的分析研究。
1 研究区地质概况
1.1 地形地貌
研究区地处陕西省西南部, 总体地形为西高东低, 地貌单元主要为河流二级阶地和一级阶地, 后者地势较低, 人类工程活动破坏频繁。坡面横向形态起伏较大, 沟溪发育。
1.2 地层岩性
区内地层属南秦岭地层区的岚皋~竹溪地层分区~高滩~兵房街地层小区。主要出露下古生界志留系和新生界第四系地层。
1.3 地质构造
研究区属于扬子板块北部边缘北大巴山构造系, 褶皱、断裂较为发育。距研究区约1.8km有断层通过, 受其影响岩体中节理、裂隙发育, 较破碎。
1.4 新构造运动及地震
研究区在喜山期为断块升降构造变形阶段, 至今仍有地震活动记载, 主要以微弱震为主。根据有关资料, 研究区历史地震一般震级1~1.6级, 地震水平动峰值加速度为0.05g, 对应的地震基本烈度为VI度。
1.5水文地质特征
根经勘察查明滑坡体地下水类型主要为赋存于第四系松散岩类含碎石粉质粘土中的孔隙水和下伏基岩的基岩裂隙水。水补给来源较为丰富充足, 由于局部滑塌堵塞公路边沟, 导致沟内流水外溢向坡下直接渗流、补充于坡表土体裂隙中。
2 滑坡要素
该滑坡位于坡脚地带, 后缘为一陡坎, 侧缘错断公路。滑坡剪出口位于坡脚已建的挡墙上部。后缘高程455.0m, 滑坡前缘高程427.0m, 相对高差28.0m。滑坡平面形态上窄下宽, 后部呈弧形, 状似“大拇指”。纵向上, 呈阶梯状形态, 总体坡度20~30°。以公路为界, 上部坡度较缓, 下部较陡 (图1) , 横向上呈下凹的弧形。其长约62m, 南北宽18~26m, 滑坡体厚度3.2~5m, 上部较薄, 下部较厚, 总方量约5.9×103m3 (图1) 。
根据坡面地形地貌特征, 确定滑坡主滑方向约为61°。勘察揭示该滑坡为一土—岩界面滑坡, 滑面呈弧形, 上陡下缓, 中部呈近直线状, 上部为含碎石粉质粘土与基岩接触面, 下部为含碎石粉质粘土层内滑动面。滑坡滑体组成物质为含碎石粉质粘土。滑带土位于含碎石粉质粘土底部, 基岩面以上, 厚度约1.2m, 其颜色为灰褐色, 富水, 为凝灰质砾岩全风化残积物, 含水量较高, 较为松散, 有明显挤压变形迹象。滑床主要由强风化~中风化凝灰质砾岩组成, 其倾向坡内, 有利于坡体整体的稳定性。
3 滑坡成因及变形分析
3.1 成因分析
该滑坡是古滑坡体上因降雨诱发的局部新的滑动。滑体土具较弱的膨胀性能, 裂隙发育, 在大气影响深度范围内, 由于气候的干湿交替变化, 裂面多张开, 导水构造和储水构造发育。同时由于滑坡后缘公路边沟堵塞导致滞水外溢缓慢渗流, 加之大气降水以及坡面上农作物长期灌溉, 使得浅层土体裂隙中地表、地下水来源丰富, 长期对下部土体进行浸泡、软化, 使其含水量增加, 裂隙水压力和土体重度增大, 抗剪强度逐步衰减。坡体内部的土岩界面作为强度和地下水运移、径流的分界面, 会对滑坡的形成起到控制作用, 在土岩界面处其强度最低、但又具有较大的动水压力, 从而使上部土体沿下部相对坚硬的滑床面向边坡下部蠕滑变形, 形成滑坡。
3.2 变形特点
滑坡变形表现为如下四个方面; (1) 公路持续沉陷并向下部滑移, 公路内侧的挡墙倾斜; (2) 滑坡体上的树木发生倾斜; (3) 滑坡体上部表层土体有滑塌现象; (4) 公路下部地形较陡处向下蠕动变形。
4 结论
以陕西南部山区土岩界面滑坡为研究对象, 采用野外调查和地质分析的方法进行了滑坡变形特点与成因分析, 得出结论如下: (1) 该滑坡为一典型的土—岩界面滑坡, 滑面上部为土—岩分界面, 下部为含碎石粉质粘土层内错动带; (2) 该滑坡的形成受地形地貌、地层岩性、地下水及人类工程活动共同的影响; (3) 土—岩界面为此类堆积层滑坡的强度分界面, 同时也是主控滑动面, 滑坡沿此界面发生滑动。
摘要：以陕西南部山区土—岩界面滑坡为研究对象, 采用野外调查和地质分析的方法, 总结出该滑坡变形特点及其成因, 得出结论如下: (1) 该滑坡为土—岩界面滑坡, 滑面上部为土岩界面, 下部为含碎石粉质粘土层内错动带; (2) 滑坡的形成是受地形地貌、地层岩性、地下水及人类工程活动多种因素的影响; (3) 土—岩界面为此类堆积层滑坡主控滑动面。
关键词：土—岩界面,滑坡,变形,成因
参考文献
[1]何晖.微型桩加固浅层堆积层膨胀土滑坡机理与应用研究[D].西安:西安科技大学, 2013.
[2]朱大鹏.三峡库区典型堆积层滑坡复活机理及变形预测研究[D].武汉:中国地质大学, 2010.
[3]黄润秋.20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J].岩石力学与工程学报, 2007 (3) :433-454.
[4]阳吉宝.基岩面形状时堆积层滑坡复活的影响[J].灾害学, 1995 (2) :38-42.
[5]吴火珍, 冯美果, 焦玉勇等.降雨条件下堆积层滑坡体滑动机制分析[J].岩土力学, 2010 (S1) :324-329.
滑坡变形 篇2
论文关键词：滑坡治理方案优化动态设计
1工程概况
该滑坡位于一大型古滑坡群，滑坡体沿线路宽约300m，南北长约400m。该段线路原设计为缓和曲线，总体走向为SW60。，路基从滑坡的中前部以路堑形式通过，其路基中心最大挖方深度大于10m。在边坡的开挖过程中，先是滑坡体西部局部坍塌变形，经2005年4月29日大雨，在滑坡体左侧距线路中心线130m处的二级平台以下，发生地面开裂，裂缝宽40CITI，在K28+120～K28+250段原卸载平台上出现了多条垂直线路的纵向裂缝，线路施工被迫停工。经过8月份的雨季后，滑坡体位移迅速加大，原裂缝进一步加深、加宽，最宽处达45m左右，深达8m，滑坡体整体下滑。中前部K28+222~K28+258段左右坍塌变形严重，挤压变形厉害，浅层滑坡剪出口局部已经形成，滑动擦痕明显。
2工程地质特征
该滑坡的后缘陡峭，滑坡中间部位有一级滑坡阶地和基岩姥坎，可分为前、后两级滑坡体。从滑坡侧界和滑坡前缘地形地貌等特征综合确定主滑动方向为NW26。左右。滑坡区影响线路里程为K28+018~K28+300段，滑坡体纵向长度约350m，平行路线最大宽度达282m。
根据滑坡勘察资料分析，该古滑坡分为浅层、中层、深层(潜在滑坡)三层滑动。通过野外调查和地质钻探查明，滑体物质主要为滑坡堆积层(块碎石土、角砾和粘土)，滑体前部物质比较杂乱，块碎石、孤石含量较高，块石直径多为1m～3m。滑体中、后部块碎石、角砾含量较低，块石直径多为20cm-30cm，粘土含量增多，滑床主要由微风化凝灰质粉砂岩构成。该滑坡浅、中层滑带主要依附于粘土层与表层块碎石层接触带形成，粘土层中不同深度处有滑动擦痕及光滑镜面存在，均为滑坡曾发生过滑动的佐证。
3滑坡形成的原因及机理分析
根据滑坡工程勘察资料和现场调查情况分析，该滑坡发生的主要原因有以下几点：
1)K28+018K28+300段线路以路堑形式从滑坡的前缘部位通过，最大挖方深度大于10m，在古滑坡体的前缘部位形成了危险临空面，并揭露了老滑坡的滑动面，直接在边坡上暴露形成新的剪出口，导致老滑坡的复活；2)滑坡区后缘弧型延展的基岩陡壁和滑坡体构成庞大的汇水区域，地表水沿裂缝和基岩裂隙下渗至粘土层滑动带，大大降低了滑坡体的抗剪能力；3)古滑坡体物质杂乱，物质结构松散、空隙较大，同时由于取土破坏了地表结恂，急剧降落的暴雨容易下渗，坡体内的水不能及时排除，导致滑带土处于完全饱水状态，抗剪强度骤然降低。各种因素综合作用导致了在老滑坡复活的同时，形成了更深层的滑动面。
4稳定性计算4、1滑动面C，值的确定(见表1)
4．2滑坡推力计算
滑坡推力按GB50021—2001岩土工程勘察规范4．2．6-1传递系数法进行计算，计算结果见表2。
滑坡体后部取在安全系数K=1．15时计算的滑坡推力F=1245kN／m为设计推力，桩前抗力取313kN／m；前部滑体取在安全系数K=1．25时计算的滑坡推力F：1271kN／m为设计推力，桩前抗力取369kN／m，以此组数据进行滑坡的治理工程设计。
4．3滑坡体稳定性计算
由计算结果可知，该滑坡体后部的稳定性系数在目前状态下K=1．05；前部滑体在工程状态下(K：0．92，1．02，1．04)，滑体处于极限平衡状态。该部滑体的前部滑体、后部滑体无论在自然状态下还是工程状态下都不满足《公路路基设计规范》对高速公路的滑坡稳定系数K的取值范围为1．20～1．30的要求，必须进行治理。
5治理设计过程和方案优化
5．1滑坡治理设计过程
该滑坡曾在2004年12月进行了勘察，并根据勘察结果完成了施工图设计。经过2005年8月的强降雨后，滑坡体开始发生明显位移，坡体、坡面破坏严重，尤其是滑坡体在K28+120-K28十250段原卸载平台上出现了多条垂直线路的纵向裂缝，坡面沉降量多达8m。原先的施工图设计(仅做抗滑桩和坡面截水沟)已不能满足现在滑坡治理的要求，有必要对此滑坡重新进行分析评价和优化设计。
治理工程第二次施工图设计于2005年11月底完成，当设计人员现场确认时，发现雨后的滑坡体西部又出现新的滑塌体，且在滑塌体下部有大量的地下水渗出。经现场重新勘察确定，由于粘土层的隔水作用，该滑坡的浅层滑体完全处于饱水状态，从而增大了下滑力。根据这一新的发现设计人员立刻对原来的设计进行了修改，在挖方边坡上设置仰斜排水孔，并在坡体上增加了两条用以排除地下水的渗水盲沟，使设计更加完善。
5．2滑坡治理方案比选
综合分析滑坡工程地质条件及工程现状，提出以下两个治理工程方案：
方案一：在保持原设计线路的线型、路基高程的前提下，采取上、下两级支挡，中间进行刷方减载的方案，进行滑坡治理。具体方案是：1)在滑坡中后部离滑塌区边界外布置一排普通钢筋混凝土抗滑桩，即上排抗滑桩；2)滑体的中下部位布置一排抗滑桩，即下排抗滑桩；3)截、排地表水、地下水。
方案二：调整原设计线路，将原设计路基高程提高3m，以减少滑坡前缘的挖方量，增加阻滑段，提高滑坡体的稳定性。由于滑坡体易滑动，且滑动面位于路基高程以下，路基提高3m，还需对滑坡进行治理。拟采用的治理方案是：1)在滑坡中后部离滑塌区边界外布置一排普通钢筋混凝土抗滑桩，即上排抗滑桩；2)滑体的中下部位布置一排抗滑桩，即下排抗滑桩；3)对滑动坡体进行坡面整修；4)截、排地表水、地下水。
综合分析各治理方案及工程现状，经比较，推荐方案一为滑坡治理工程设计方案。
6坡体变形监测结果
在滑坡上设置水平变形观测网和深部位移监测(观测孔)，对滑坡体进行实时动态监测，以便及时掌握滑坡的变形趋势和为评价滑坡治理的效果提供依据。早期的变形结果显示，滑体西部的位移在降雨时有明显变化，经分析为滑坡的浅层滑体蠕动，根据这一现象，对滑坡西部增加了两道树枝状简易渗水盲沟。竣工后的监测结果显示，滑坡体稳定无异常。
7结语
滑坡失稳后变形过程分析 篇3
关键词：滑坡,变形,弹簧滑块模型,活动强度
0 引言
计算滑落体运动过程的能量转化是预测滑坡活动强度的关键,同时由于实际岩土体材料的复杂性和非均质性使得滑落体运动过程分析具有一定的困难。近几十年来,为了预测滑坡活动强度,国内外许多专家作了大量的研究和实践工作,提出了多种预测方法。例如,潘家铮(1980年)在《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》一书中,提出用条分法计算滑坡速度并给出了计算公式[1];刘忠玉等(2000年)基于对高速滑坡发生机理的认识及其运动特征和堆积特征的分析,建立了预测高速滑坡运动轨迹的块体运动模型[2];汪洋等(2004年)认为滑体中某一条块受到前后条块的作用力矢量为零,然后根据牛顿运动学公式建立滑体动力学平衡方程求解每一块体在各个运动阶段的加速度[3];现行方法往往因忽略的因素过多,使得应用受到一定的限制。
本文考虑到滑落体滑动过程的速度和变形的不均匀性、变形能的积累与释放以及滑体与滑床的摩擦等,建立了滑落体运动的弹簧滑块模型,该模型通过数值方法可以计算滑落体滑动全过程的变形,同时可以计算滑落体每一条块在滑动全过程的速度和变形以及滑落体的滑动时间和最大运动距离。本模型具有简单实用的优点,计算结果对于边坡工程防治有重要的指导意义。
1 滑落体运动的弹簧滑块模型
建立如图1所示的坐标系统,oy为竖直方向,x轴正向为水平方向且与滑落体运动方向相同,假设滑床各段几何形状已知且只考虑平面问题。假定滑落体在滑动过程中条块侧边始终保持竖直,条块底部始终与滑床紧密接触,且任意时刻每一条块的面积相等,只是宽度bi和高度hi发生变化。将滑体分为n块,其中时刻任一滑块的受力情况如图2所示。
如图1所示的弹簧滑块模型是高次超静定的,为了求解滑块运动速度,本文采用不平衡推力法的假定,即认为在滑落体滑动期间,条间力的方向与上一条滑块底面相平行。根据弹簧滑块模型,t时刻第i个和第i+1个滑块之间水平条间力Hi,t与第i个滑块的变形即宽度的改变量Si(以压缩为正)的关系为:
其中,ki为弹簧系数;Hi,0为滑落体突滑瞬间条块间的水平作用力;Pi,t为条块间的不平衡推力。
t=0时刻第i个条块积累的变形能可以表示为:
t=0时刻第i个条块的宽度改变量为:
其中,E0为滑体的弹性模量,一般取变形模量。
则等效弹簧在具有Si的长度改变量时,弹簧所积蓄的变形能为:
弹簧的弹性系数ki不随时间变化,根据弹簧滑块模型的变形能等效假定,有Eh=Et,则弹簧的弹性系数ki可以表示为:
2 滑块运动过程分析
当时间间隔Δt很小时,可认为在(t,t+Δt)时段内加速度不变,则滑块在t+Δt时刻的速度为:
由于滑体在滑动过程中介质是连续的,滑体相邻质点的加速度应当也是连续变化的。因此,本文假定相邻条块间界面上的质点加速度条块宽度方向线性变化。
其中,a
则第i个滑块在Δt时间内两个侧面上质点运动的距离可以表示为:
则第i个滑块在t+Δt时刻的宽度为:
bi,t+Δt=di,t+Δt-di-1,t+Δt+bi,0 (11)
假定每一条块的总面积不变,即bi,0hi,0=bi,thi,t条块在滑动过程中要发生弹性变形,则第i个滑块在t+Δt时刻的高度为:
根据式(11)确定条块的变形以后,代入式(1)就可求得在t+Δt时刻的条间力Pi,t+Δt。对于第i个滑块,由质点运动学可得:
在平行于滑床方向,有:
miai,t=Pi,tcos(αi-1,t-αi,t)-Pi+1,t+Wisinαi,t-Ti,t (13)
在垂直于滑床方向,有:
Ni,t+Ubi-Wicosαi,t-Pi,tsin(αi-1,t-αi,t)=0 (14)
Ti,t=fiNi,t (15)
其中,fi为滑床的动摩擦系数。
3 算例
对于如图3所示的滑落体,整个滑落体被分为十个条块,其具体计算参数如下:γ=9.8 kN/m3,φ=22.4°,c=22 kPa,E0=15 MPa,vi,0=0,f=0.4,bi,0=3.36 m,Δt=0.02 s。滑体被分为十个条块,每个条块的宽度均为3.36 m。
计算结果表明:滑落体滑动的最大速度发生在后缘,最大速度为7.25 m/s,整个滑动过程历时58.94 s,最大滑动距离为41.722 m。由如图3所示的滑坡滑动过程可知,该滑落体前缘首先启动然后整个滑体逐渐加速,经过一段时间后滑体后缘开始减速,滑体前缘还在运动,当滑体前缘停止运动时整个滑体停止运动。
4 结语
本文考虑到滑落体滑动过程的速度和变形的不均匀性、变形能的积累与释放以及滑体与滑床的摩擦等,建立了滑落体运动的弹簧滑块模型,该模型通过数值方法可以计算滑落体滑动全过程的变形,同时可以计算滑落体每一条块在滑动全过程的速度和变形以及滑落体的滑动时间和最大运动距离。
参考文献
[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京:水利出版社,1980:120-132.
[2]刘忠玉,马崇武,苗天德,等.高速滑坡运程预测的块体运动模型[J].岩石力学与工程学报,2000,19(6):742-746.
[3]汪洋,刘波,汪为.滑坡速度计算的改进条分法[J].安全与环境工程,2004,11(3):68-70.
滑坡变形 篇4
GPS技术具有全天候、自动化、选点灵活、可同时测定点的三维位置与速率等优点,因而为滑坡监测提供了一种新的`有效的数据采集手段.主要介绍了GPS用于滑坡变形监测的方法,并通过三峡库区卡子湾滑坡体的变形监测介绍了GPS滑坡监测的整个过程,包括监测网的技术设计、外业观测、数据处理、变形分析等内容.监测结果表明,采用GPS静态定位技术达到mm级的精度,完全可以满足高精度滑坡监测的要求.
作 者：郭永成 刘辉 何春桂 张安兵 GUO Yong-cheng LIU Hui HE Chun-gui ZHANG An-bing 作者单位：郭永成,GUO Yong-cheng(武安市国土资源局,河北,武安,056300)
刘辉,何春桂,张安兵,LIU Hui,HE Chun-gui,ZHANG An-bing(河北工程大学,资源学院,河北,邯郸,056038)
滑坡变形 篇5
该滑坡为直线坡, 长约510m, 整体坡度一般为20~30°;岸坡底标高171-175m, 坡顶标高一般在190-195m之间, 坡高10-20m。笔者通过地质勘查资料, 分析仁沱滑坡变形机理及影响因素, 评估其稳定状态, 并通过图解法和公式法[1]预测滑坡的影响范围, 为防护提供参考依据。
1 塌岸变形机理及主要影响因素
1.1 变形机理分析
按该地区库岸结构特征, 结合滑坡变形特征分析, 仁沱滑坡库岸塌岸可分为侵蚀剥蚀性塌岸和滑移式塌岸[2], 滑坡现场及钻芯取样试验见图1和图2。侵蚀剥蚀性塌岸分布西侧, 横向宽50m, 纵向长约21.5m, 坡度一般<25°, 主要由人工杂填土、粉质粘土组成, 其变形强度较小, 坡面上仅有零星的填土坍塌;滑移式塌岸分布于滑坡前缘, 横向宽约460m, 纵向长约22m-35m, 坡度一般≥25°, 主要由人工杂填土、粉质粘土、含卵石粉质粘土组成。该段变形较强烈, 特别在强变形区内沿江街道道路面被破坏, 路面产生了多条延伸16~57m的拉裂缝, 裂缝走向北东~南西, 近东西向, 张开5~50mm;并伴有房屋位移和拉裂。
滑坡变形的范围主要在滑坡的中前缘, 中后缘未发现有变形迹象, 另据钻孔和探井揭露的地层, 其滑坡深部土体未发现有滑移面、擦痕等滑动特征, 受江水涨落影响, 杂填土严重坍塌, 同时地表水入渗, 土体饱和, 引起滑坡土体表层局部滑移。根据滑坡地形地貌、地质结构及滑坡变形特征, 目前在中前部出现的变形主要为塌岸所致, 而中后部基本无变形迹象, 因此说明该滑坡总体处于基本稳定状态。滑坡的稳定性在久雨或是在三峡库区由正常运行蓄水位175m骤降至145m的防洪限制水位时, 受库水浮托力和地下水渗透压力的影响, 加上水库蓄水运行时的库岸再造作用, 可能激发和加剧滑坡中前缘塌岸破坏, 从而引起中前部滑移的可能。
1.2 主要影响因素
影响该塌岸的因素很多, 主要有:地形地貌条件、地质构造、库岸类型、库岸岩土结构及其物理力学性质、库岸地下水的作用、库水的运行状况、暴雨和地表水的作用、人类工程活动等[3]。仁沱滑坡的变形受地形地貌、岩土结构和物质组成等因素控制;而綦江水位涨落及不断冲刷前缘的土层, 是引起滑坡前缘变形的主要原因。
2 塌岸预测方法
2.1 图解法
在系统分析库岸地质环境条件基础上, 选取不同类型岩土的现代河流枯水位—洪水位作用区间, 作出实测或图切地形地质剖面, 确定相应岩土层河谷岸坡稳定坡角[4], 以此坡角类推水库蓄水后相应水位作用带不同岩土层最终稳定坡角, 以获得库岸再造的最终范围, 如图3所示。
S——塌岸宽度 (m) ;
A——水位变幅 (m) ;
Hp——设计低水位以下波浪影响深度 (m) , 取1.1m;
Hb——设计高水位以上波浪爬高 (m) ;
Hs——设计高水位以上坡高 (m) ;
α——水位变动带稳定坡角 (°) , 取11°;
β——水上稳定坡角 (°) ;取24°;
γ——原始岸坡坡角 (°) ;
h1——粘性土斜坡上部垂直陡坎 (m) 。
2.2 公式计算法
塌岸影响宽度预测计算方法见式 (1) 。
式中S为最终塌岸宽度 (m)
N为与土有关的系数, 粉质粘土取0.8
A为水位变化幅度
hp为波浪影响深度
hb为浪爬高度
hs为高水位以上岸坡高度
γ为原岸坡角。
3 塌岸影响范围预测结果
3.1 预测剖面拟定及库岸稳定坡角取值
在滑坡范围内, 自西向东等间距选取10个断面, 编号为1-1', …, 10-10', 作为该塌岸影响范围的预测剖面。
库岸稳定坡角取值原则为:采用地质调查与图解相结合的方法, 取得天然河道平均枯水位以下、常年洪水位以上及水位变动带三带岩土层的自然坡角, 并以其作为该岩土层在可类比库水位条件下的稳定坡角。经调查统计, 该滑坡库岸粉质粘土层的水上稳定坡角为23°, 水位波动带稳定坡角为10°, 水下稳定坡角12°。
3.2 预测结果
由公式法和图解法得塌岸影响范围基本相近, 预测结果取大值, 其塌岸影响宽度及高程见表1。
根据上述预测库岸最终塌岸范围, 勘查区在183.21m回水位以上塌岸宽度为22.56~61.14m, 塌岸高程为190.91~197.23m。
据以上计算分析结果, 滑坡前缘岸坡在目前状态下总体处于基本稳定状态, 在遇到特大暴雨情况或库水位降下有可能引起滑移式塌岸失稳, 其岸坡整体滑移破坏宽度为21.53~37.37m。
4 结论
通过对江津仁沱滑坡变形机理和诱发因素的分析, 以及影响范围的预测研究, 表明:
(1) 该滑坡为潜在滑坡, 处于基本稳定-稳定状态。但滑坡前缘存在滑移型塌岸, 在特大暴雨和库水位降情况下有可能局部失稳或大范围失稳。岸坡塌岸破坏模式以滑移式为主, 局部为侵蚀剥蚀。
(2) 滑坡前缘岸坡在目前状态下总体处于基本稳定状态, 在遇到特大暴雨情况或库水位降下有可能引起滑移式塌岸失稳, 其岸坡整体滑移破坏宽度为22~38m。建议采用支挡工程防护为主, 辅以排水措施进行综合治理[5]。
参考文献
[1]刘传正.地质灾害勘查指南[M].北京:地质出版社, 2000.
[2]陈祖煜.土质边坡稳定分析:原理.方法.程序[M].北京:中国水利水电出版社, 2003.
[3]祝辉, 唐红梅, 李明, 等.重庆-贵州高速公路向家坡滑坡稳定性分析及防治对策研究[J].岩石力学与工程学报, 2006, 25 (增1) :2687-2693
[4]吕国军.万州晒网坝滑坡变形机理及稳定性规律跟踪研究[J].重庆交通大学学报 (自然科学版) , 2013, 32 (2) :297-301.
滑坡变形 篇6
古滑坡位于四川省美姑县拉马阿觉乡瓦尼村,美姑河右岸,省道307从复活体中前部横向穿过。复活体上建有四川美姑河水电开发有限公司营地与220 kV联合开关站,居住有部分瓦尼村村民,另外有农民的耕地。拉马古滑坡沿河宽3.0 km～3.6 km,向后缘先变窄,又变宽,纵向长6.0 km～6.5 km,前缘直达美姑河岸,后缘一直到后侧仙女峰的基岩陡壁。变形破坏主要发生在局部复活体西部中下部和东部中上部,长约355 m,宽约360 m的变形破坏区,平面上呈方形。
2滑坡形成条件
2.1 地形地貌
滑坡复活区属侵蚀构造单斜低中山地貌,地势为阶梯状斜坡,平均坡度仅10°～12°。总体上是南部(滑坡后缘)高,北部(滑坡前缘)低,相对高差为100 m。表面残留不同类型的滑坡堆积物,滑坡孤丘、滑坡裂隙分布于整个滑坡。地表冲沟也很发育,沟内常年有水。
2.2 地层岩性
滑坡体表面残留不同类型的滑坡体堆积物,根据勘探资料显示,河床部位除表面3.0 m左右为漂卵石外,下部均为滑坡堆积体的块碎石土夹数层紫红色、灰白色黏土。向上堆积物有变厚的趋势,且内部的块碎石块体变大。堆积物中块碎石的主要成分为三迭系下统或中统紫红色砂岩、粉砂岩、灰黄色泥灰岩和灰白色灰岩。
滑坡区出露基岩为三叠系下统铜街子组(Tt)杂色细砂岩、粉砂岩及泥岩不等厚互层,铁铝质或钙质填充,裂隙较发育,其中细砂岩为基岩裂隙水含水层,其透水性中等;泥岩为隔水层,透水性差,也是滑坡的滑床。岩层走向近东西向,倾向北西,倾角为8°～15°(见图1)。
2.3 地质构造与地震
滑坡区在区域构造上处于四川西南部川滇南北向构造带与四川盆地“新华夏系沉降带”的交接部,位于南北向普雄河断裂带、美姑河断裂带和刹水坝—马颈子断裂带之间的相对稳定块体内,块体内无大的断裂构造发育,新构造运动活动不明显,不具备发生强烈地震背景,附近周边历史上也无强烈地震活动记载,综上所述,工程区属基本稳定区。
2.4 气象与水文条件
滑坡区属川西高原气候区之中高山暖温带,气候具雨热同季、干湿季节分明。该区虽降雨量偏小,季节性强,降雨主要集中在5月～9月,在雨季为地下水补给提供了较充足来源,地下水类型为松散岩类孔隙水以及碎屑岩类裂隙水两类,水化学类型为重碳酸钙型水。滑坡体上冲沟发育,常年性水冲沟有1条,沟水在雨季量明显增加,其余冲沟均为季节性冲沟。
根据野外调查,古滑体前部有出露泉点多处,滑坡前缘剪出口土岩接触面上,呈线状分布一泉群。在营地内也有泉眼出露,因为滑坡在变形滑动过程中在侧缘形成剪切裂缝,中部形成陡坎,为泉水出露提供了条件,说明滑坡体内部含有丰富的地下水。
滑坡体前部为美姑河,流向自西向东。美姑河水流湍急,水网密集,滑坡区位于美姑河中段右侧,由于河谷在滑坡前缘呈不对称的V字形,滑坡前缘受河流冲刷严重。
3古滑坡前部局部复活体变形特征
根据地表测绘成果,结合勘察资料,根据滑坡体的变形迹象与变形程度将滑坡体分成东区和西区两个区。
1)西侧:
变形主要集中在307省道以下的滑坡前缘,有数条近东西走向弧形裂缝,下错明显。特别是今年对岸的茨菠罗沟因暴雨引发泥石流造成美姑河河道堵塞,美姑河右岸岸坡被冲毁长600余米,滑坡西侧滑体处在该段被冲刷严重的部位,受今年洪水和泥石流冲刷的影响,导致滑坡西侧裂缝不断向上发展,变形加剧,西侧前缘滑体已局部垮塌。滑坡西侧地形上以西侧冲沟为中心呈圈椅状,公路旁树木以及西侧冲沟旁树木明显倾斜,地下水出露泉点较多,水量较大。
2)东侧:
由于前缘受今年雨季美姑河洪水冲刷影响,只有少量弧形拉张裂缝,自307省道公路以下至滑坡前缘无明显变形现象。而307省道公路以上至公司营地内变形明显,而且变形不断加剧,裂缝增多,裂缝长度、宽度增大。有多条裂缝自一期营地向东经过东侧围墙一直延伸至二期营地,方向为近东西向,并经过二期营地外侧围墙,向外延伸,且滑坡东区后缘裂缝已经逐步贯通,后缘以后地表下挫明显,形成反坡。
4古滑坡体前部局部复活的机理分析
4.1 滑体内部物质及水的组成特性为滑坡体局部复活创造了良好的物质基础
滑坡滑床为泥岩隔水层,透水性差,其中细砂岩为基岩裂隙水含水层,其透水性中等,水被滞留在滑坡体的上部。滑带土为以灰褐色为主的粉质黏土或含角砾粉质黏土,角砾含量不超过30%,且表面光滑,岩质成分多为紫红色、红褐色泥岩、砂质泥岩多,在地下水长期的物理化学作用下,呈可塑状或软塑状。而滑床泥岩化学成分为SiO2,FeO,Al2O3,CaO与MgO等。而水的化学类型主要为重碳酸钙型水,水中富含游离的CO2,pH值在8.1～8.5之间变化,属弱碱性环境。此类岩石将与地下水发生一系列的物理、化学反应(如钙华的析出—溶蚀反应、铁离子的氧化—还原反应、溶胶—凝胶反应),此类岩石在弱碱性的环境下,水华溶胶过程占优势,削弱了岩石的胶结作用,使岩石强度降低。而游离二氧化碳的存在,使岩石中碳酸盐的结晶析出速度加快,有利于基岩的泥化,使滑带土软弱层进一步的加厚、软化。再者地形倾向与岩层倾向一致,为滑体复活提供了主动力。只有滑带土软弱层的存在,尚不足引起滑坡,而是合适的地形式滑坡形成的重要条件。地形倾向与岩层倾向一致,为滑体复活提供了主动力。而美姑河下切尔形成的巨大临空面为滑坡变形提供了空间。
4.2 美姑河连年的冲刷和水的作用是古滑坡前部局部复活的重要诱发因子
滑坡前缘美姑河是常年性河流,枯季流量小,水位低,对滑坡影响小。到主汛期河水暴涨,水位涨幅大,流速急、弯曲较多,对复活体前缘的冲刷侵蚀强烈。河流的下切和侧蚀冲刷,既增加了斜坡的高度,又削弱了坡脚的支撑力,改变了坡脚的应力状态,造成坡脚应力集中而发生破坏。特别是复活体西面迎面而上,受河流冲刷最严重,复活体前部产生拉裂、下挫,导致滑坡西区牵引式变形破坏形势。特别是今年对岸的茨菠罗沟因暴雨引发泥石流造成美姑河河道堵塞,河道向滑坡一侧迁移,使河道冲刷更严重,复活体前部垮塌严重(特别是西侧)。
而复活体东区受河道冲刷轻微,前部变形不明显。由于西区上部多处有泉眼出露,泉水和农民灌溉用水直接排于地表。在二期营地内发现大面积的汇水,已经形成大范围的湿地。由于东侧常年受到水的浸泡,水慢慢渗入到滑体内部,加上水的化学作用,逐渐降低了滑带土的抗剪强度,使滑坡体中后部产生了拉裂变形,形成了东区后推式蠕滑变形模式。
加上雨季的到来,雨水与地表水顺着地表,特别是顺着已经产生的裂缝渗入滑坡体内部,降低了滑带土体的力学性质,加上水在坡体内产生水压力(静水压力和动水压力),托浮力,加剧了东区与西区滑体的变形。
4.3 人为因素对古滑坡体前部局部的变形产生了不利影响
滑坡上瓦尼村随着人口增加、生活烧柴及牲畜放养,对上部植被破坏日益明显,导致上部地表水渗透加剧,对下部滑体稳定造成不利影响。营地及开关站大规模建设,相对密实地表土层被开挖掉,下部松散土层露出地表,破坏了原有地表的排水系统,使地表水更容易渗入到滑体中降低滑带土抗剪强度,加大不稳定因素;在营地及开关站内兴修了多幢2层～3层楼房及开关站相应设施,产生了一定荷载,起到了助滑作用。
5结语
拉马古滑坡中前部复活体规模巨大,调查分析和计算表明,现在处于累进性蠕滑变形阶段。建议滑坡体前缘采取柔性结构防护,防止美姑河对前岸的进一步冲刷,同时起到压坡角作用,中部应采取支挡结构,并辅以地表、地下排水以及裂缝夯填封闭的综合治理措施。很多工程项目,城镇乡村在进行选址时出现了一些问题,给我们留下了深刻的教训,教育我们要按自然规律办事,对地质灾害给予充分的认识。
摘要：在分析拉马古滑坡变形特征的基础上,对古滑坡体前部局部复活成因进行了深入的研究,研究表明,古滑坡体前部局部复活的最重要原因是美姑河连年对滑坡前缘的冲刷与坡体上丰富的水系对滑坡体的诱发作用,其次滑坡体物质组成为滑坡体复活创造了基础。
关键词：古滑坡复活,变形特征,成因机理
参考文献
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[4]王桂林,张永兴,文海家,等.大河坝古滑坡复活变形特征及成因分析[J].重庆建筑大学学报,2002,25(5):96-97.
滑坡变形 篇7
地震引起的山体失稳,是造成坡体急剧滑坡的主要因素之一,对坡体周围的人员财产安全构成了严重的威胁。雅安地震后,四川省雅安市内吴家山滑坡区老滑坡体出现滑坡复活现象,利用已安置好的GPS监测系统对该地段进行变形监测,分析地震对该滑坡区的影响情况; 并采用数值模拟的方法,分析该地区的地震滑坡作用。目前利用数值模拟方法分析地震作用下山体的稳定性与变形规律方面的研究取得了很大的进步[1~3]。本文通过FLAC3D数值模拟雅安地震对吴家山滑坡区的影响,分析岩土层的变形规律,并结合实际GPS监测结果,探讨坡体对地震的响应程度和变形规律。
1 工程背景
1. 1 工程概况
该研究滑坡山体位于四川省雅安市吴家山滑坡区,南距雅安城区约9km。全区以山地为主,绝大多数山体属于中低山,海拔低于3500m。山脉总体由东北向西南发展,从地质构造看主要是芦山褶断带形成的山岭,这些山岭的岩层大多西部较老、东部较新。主要山岭有天风背斜山、罗绳背斜山、蒙顶背斜山[4]。
吴家山滑坡区地处蒙顶背斜山西北翼,靠近背斜轴部。该区域属于老滑坡体,曾发生过多起山体滑坡灾害,但经过长年的发展,老滑坡体已趋于稳定。根据相关部门的勘探报告和现场原位钻孔试验结果,可知该地区堆积着平均厚度为9. 8 ~ 29m厚的由老滑坡形成的土体,土体由块石、碎块石土组成,块碎石占50% ~ 60% 左右,结构松散,局部有架空现象。向下为基岩,主要是砂岩、泥岩不等厚互层,岩体较完整,稳定性高[5]。
北京时间2013 年4 月20 日8 时02 分四川省雅安市芦山县(北纬30. 3°,东经103. 0°) 发生7. 0级地震,震源深度13km。地震发生的地点离吴家山滑坡区比较近,原来已趋于稳定的山体受到雅安地震的影响,产生了滑移现象,威胁到了周边环境和人员的安全。
1. 2 GPS实地监测
自2013 年1 月29 日开始在该地区安装GPS设备进行变形监测,布设3 个GPS测量站,分别标记为200、201 和202,如图1 所示。其中点200 为基准站,位于滑坡区外地质稳定的一所中学教学楼楼顶上; 点201、202 为滑坡监测点,位于老滑坡体中下部的滑坡变形特征明显处。由于监测点东西两侧有较高山体遮挡,对数据质量有所影响,但GPS解算结果水平精度在5mm内、竖直精度在10mm内,可满足监测精度要求。从监测数据中提取发生雅安地震时间前后的位移数据,发现南北方向的位移较小,故只分析东西向和竖直向位移,如图2、3所示。从图中可以看出,4 月20 日震后201、202两个监测点均发生明显位移,位移方向一致(向西滑动,竖直沉降),两个监测点的位移大小不同,但都能反映出雅安地震对该地区造成的影响。对于201 监测点,震后的竖直沉降达到了13. 86mm,向西滑动11. 87mm,监测数据反映4 月24 日201 监测点竖直向位移明显波动,可能是当日卫星分布不佳或受大气电离层变化影响,且GPS解算在竖直向上精度要低于水平精度,故属个别特例,不影响位移趋势判断; 对于202 监测点,震后位移比201 位移变化大,竖直沉降达到了43. 72mm,向西滑动26. 65mm,符合当地震后位移变化趋势。
2 滑坡稳定性
极限平衡法利用假定虚拟状态去分析滑坡稳定性,由于忽略了土体本身的应力应变关系,无法精确地描述山体的稳定状态,但该方法在多年实践中积累了丰富的经验,所得结果偏于安全,满足工程要求。不同人为假定状态下计算坡体抗滑力与下滑力之比,求出安全稳定性系数,可以初步判定山体的稳定性。目前常用的极限平衡分析法有Bishop法、Janbu法和Spencer法等[6]。
吴家山滑坡主体以沿东西走向的滑移和竖直沉降为主,南北方向的位移较小,可不必单独进行剖面建模,只对东西走向进行主剖面建模分析,如图4 所示。选取东西走向1000m作为模型横坐标、竖直高度230m作为模型竖坐标建立模型。山体模型由碎石块土和粉砂质泥岩两个不同的岩土体构成,两种岩土层的参数如表1 所示。
运用Bishop法、Janbu法和Spencer法这三种极限平衡分析理论分别计算该山体在天然状态下和在地震作用下的稳定系数。此次遭受地震属于7 级地震强度,地震加速度为0. 15g,故在模型施加地震作用可简化为在模型边界上施加0. 15g的振动加速度。计算结果汇总如表2 所示。从计算结果可以得出,在自然状态下三种极限平衡分析方法得到的稳定系数均大于1,即该山体基本处于稳定状态,没有发生滑动现象,稳定性较好。当施加振动荷载后,Bishop法、Janbu法和Spencer法计算得到的稳定系数均小于1,表明在0. 15g加速度振动作用下山体不稳定,可能产生了滑坡现象。通过利用GPS监测方法对该山体滑坡区进行连续性监测得到的数据,综合考虑GPS的精度影响表明,自然状态下该山体基本处于稳定状态,无滑坡现象产生; 遭受到地震之后山体稳定性降低,表面产生了位移变形,与上述稳定性分析结果相吻合。
3 FLAC3D数值模拟
3. 1 建立模型
FLAC3D是由美国Itasca Consulting Group Inc.公司开发的三维显式有限差分程序,目前广泛应用于岩土工程、隧道工程、道路与铁道工程等领域的科学研究和工程计算[7~8]。
根据吴家山滑坡区坡体的地形、地质资料建立模型,取坡体东西向作为X坐标,南北向为Y坐标,竖直方向为Z坐标。模型选取时要涵盖受影响坡体的全部区域,为了消除边界设置的影响,扩大模型的几何范围,尽可能降低边界效应。由于实际坡体南北向的位移较小,为了节省程序运算时间,约束模型的Y方向位移,只分析X方向和Z方向的变形情况。对模型进行边界设置: 模型四周边界约束Y方向的位移; 底面采用固定边界; 地表为自由面。计算模型如图5 所示。
3. 2 本构模型和岩土参数
根据坡体实际情况,本构模型采用摩尔—库伦模型( Mohr-Coulomb Model),坡体参数如表3 所示。上述条件设置完成后进行静力平衡计算,模拟坡体的自然状态。
3. 3 地震波的选取
目前工程研究上获得地震波波动形式主要有以下四种:
(1)规则的机械简谐波;
(2)规范要求的地震波;
(3)运用Matlab等软件合成的人工地震波;
(4)基于地震实测数据的地震波。
根据此次雅安地震的分级情况,借鉴以往相类似的地震案例,运用工程地震学原理与方法,选取符合要求的类似地震波形。地震波加速度时程波形如图6 所示。
地震波加速度时程分析发现,整个地震波释放时间内,0 ~ 9s内的地震动所释放的能量占整个地震动释放能量的绝大部分,是降低边坡稳定性、造成边坡失稳变形的主要时段。为了节省运算时间,本次数值模拟过程只采取0 ~ 9. 0s时段内的地震动加速度时程进行动力分析。
3. 4 动力边界及阻尼参数
振动荷载作用下,模型应采取FLAC3D提供的自由场边界和静态(黏性) 边界以减少模型边界上地震波的反射,提高模拟实际效果。地震波施加于模型的过程,模型底部滑床的弹性模量远大于滑体弹性模型(20000MPa > 1100MPa),模型底部无需施加静态边界条件,可以直接在模型底部施加加速度荷载; 同时应施加自由场边界条件。
本模型采用FLAC3D提供的局部阻尼形式,它在振动循环中通过在节点或结构单元节点上增加或减小质量的方法达到收敛,由于增加的单元质量和减小的相等,故总体来说系统保持质量守恒。经过工程对比和模型试算,局部阻尼值取0. 314。
3. 5 数值模拟分析
静力平衡运算得到模型整体位移等值线图如图7、图8 所示。自然状态下坡体水平位移以向坡外方向为主(即- X方向),同时产生一定的沉降,竖直沉降位移大于水平方向位移。等值图中可看出两个土层以接触面为分割面,呈现不同的位移变化: 接触面上方土层(滑体) 位移变化大于下方土层(滑床) 位移变化。水平位移由滑体向滑床逐渐减小; 沉降量从模型顶部向坡脚逐渐减小,总体来说变形不大,坡体处于稳定阶段。
施加地震加速度时程得到模型位移等值线图如图9、图10 所示。从图中可以看出施加地震加速度时程后坡体发生明显变形,且竖直沉降量比较大,可以初步判断该坡体已处于失稳状态。滑体层区域的位移大于下部滑床层,说明了滑体层比滑床层对地震动更敏感,对地震的响应度更高,符合该地区实际情况。
3. 6 监测点分析
结合实际地表GPS监测点位置,在模型自由面上选取监测点1、监测点2 (如图5 所示) 监测变形情况。监测点1、监测点2 随地震加速度时程的位移变化情况如图11 ~ 图13 所示。随着地震波的施加,监测点1、监测点2 变形逐渐增大,竖向位移变化大于水平位移变化,两者的位移趋势符合地震位移规律。地震波的两个峰值出现期间,监测点变形速率趋缓,沉降变形甚至出现了反弹; 随后变形继续增加。从图中得知在地震加速度最大的时候(约2. 8s),监测点变形速率急剧增大,位移变化较快,之后水平位移速率慢慢地趋于平缓,而竖直位移变化仍然较大,且速率没有放缓的趋势,可以判断该地区坡体已处于滑坡失稳状态。
监测点1 的最大水平位移为8. 74mm,最大竖向沉降约为174. 7mm; 监测点2 的最大水平位移为12. 38mm,最大竖向沉降约为179. 5mm。模拟结果均比实际监测结果大,可能造成此误差的原因为:
(1) GPS监测数据的局限性。GPS实测数据只是相对于基准点的相对位移变化,不是绝对位移变化量。且GPS监测受卫星分布、大气电离层变化等影响较大,虽然精度满足监测要求,但是数值模拟结果精确度太高,与现实监测结果肯定存在差别。
(2) 监测数据的滞后性。GPS监测数据结果一天采集一次,而地震发生的时间集中而短促,往往只有几十秒,所以在这段时间地震模拟和数据采集的时间滞后可能由于外界各种因素影响坡体的变形。自然界中的坡体变形受许多因素的综合影响,而数值模拟仅考虑地震作用下的变形情况,两者之间必然存在误差。
(3) 数值模拟结果,选取的模型参数不可能完完全全与实际情况一致,结果只是提供参考借鉴作用。本次模型结果的变形情况虽然大于实际监测变形,但是地震作用下的变形情况与实际情况相符,可以用来判断该地区坡体的失稳状态和变形趋势。
4 结论
通过以上分析可以得到以下结论:
(1) GPS监测表明吴家山滑坡监测区在雅安地震发生之前变形较小,基本处于稳定状态,遭遇雅安地震之后变形增大,坡体稳定性遭到破坏,发生滑坡现象,与理论分析和数值模拟结果相一致。GPS解算结果水平精度在5mm内, 竖直精度在10mm内,可满足监测精度要求。
(2) 稳定性分析表明,在自然状态下,运用Bishop法、Janbu法和Spencer法三种极限平衡理论计算得到的稳定系数均大于1,坡体稳定; 在遭遇地震期间稳定系数下降得非常快,均小于1,表明坡体可能发生失稳。
(3) 土层分界处的变形情况不一致,上部土体由块石、碎块石土组成,块碎石占50% ~ 60% 左右,结构松散; 下部为基岩,岩体完整。所以上部土体的东西向、竖直向位移均大于下部岩体位移;老滑坡体对地震动响应更加敏感。
(4) 数值模拟结果揭示了地震作用下坡体的变形趋势,施加地震加速度时程的过程中,监测点的位移随之增大,变形速率随着加速度增大而增快,加速度激增至峰值后监测点变形明显加快,然后变形速率有所下降,水平位移趋于平缓,竖直位移仍有继续增大的趋势,该滑坡体已失稳,发生滑坡现象。
摘要：雅安地震引发吴家山地区老滑坡体发生失稳现象,安置GPS监测系统对该地区进行了变形监测。在区域地质条件基础上,运用极限平衡法分析坡体稳定性;利用FLAC3D三维显式有限差分程序建立模型,输入地震波分析地震作用下坡体的变形情况,并结合实际GPS监测结果,探讨变形规律。稳定性分析表明地震作用导致边坡稳定性大幅下降,引起了此次边坡变形失稳;同一地震作用下不同土层的动响应程度不同,老滑坡体对地震作用更加敏感;数值模拟结果揭示了地震作用下坡体的变形情况,与实际监测结果进行了对比分析,对研究坡体变形有借鉴意义。
滑坡变形 篇8
广西百色水利枢纽云南库区剥隘镇四、七、九片区古滑坡整体于2008年11月～12月在水库蓄水、强降雨等作用下出现变形复活, 滑坡前缘临库一带出现较大规模的塌岸、道路桥梁开裂、房屋变形拉裂、水厂蓄水池漏水、公路挡墙裂缝发育等变形现象, 引起当地居民恐慌。右江公司于2008年11月17日建立并启动了滑坡变形体临时变形监测网, 由长江三峡勘测研究院有限公司 (武汉) 和中水珠江规划勘测设计有限公司合作, 开始对滑坡变形实施动态监控, 并对测量成果进行汇总分析, 实时准确提供滑坡变形情况, 及时预测滑坡变形趋势, 为右江公司在滑坡应急抢险中的决策提供可靠的监测资料 (图1) 。
对滑坡的治理, 陆续进行了一系列抢险措施, 包括水厂、九片区、四片区的抗滑桩支档;七号沟的土石方回填加固;七片区的格构锚防护;地表排水系统的施工;20万m3的甲村前缘压脚工程。另外还有目前正在施工的1号、2号地下排水洞以及将要实施的70万m3的甲村滑坡压脚工程。剥隘滑坡的前期变形监测在应急抢险过程中起了很重要的作用, 为勘测、设计和施工方案实施有一定的指导意义。为了提高监测精度和质量, 为了检验治理工程效果, 防止地质灾害对当地人民群众的生命财产的危害, 在原有监测方案的基础上提出一个长期安全监测的技术方案。
2 剥隘镇滑坡变形监测网的设计与实施
在全面分析了现在监测项目和条件的基础上, 建立了剥隘镇滑坡变形监测网, 进一步加强剥隘镇四、七、九片区滑坡整体的安全监测, 并及时向右江公司、工程监理单位提供变形数据及分析结果, 同时可为滑坡治理的工程设计及施工提供了精确的测量数据。剥隘镇滑坡变形监测网包括了5个方面的内容。
2.1 滑坡地表变形监测
2008年5月份以前的监时监测网布置了29个临时监测点, 为了检验治理工程效果, 提高监测精度, 按照新的技术要求, 新的地表变形监测网重新设计, 在滑坡范围内共布置18个永久点, 埋设观测墩埋 (如图1所示) , 按15d一次进行周期监测。采用Leica TCA2003型测量机器人观测滑坡表层水平位移和垂直位移, 水平位移观测位移量中误差为±5mm, 垂直位移观测位移量中误差为±3mm。5月底和6月初进行了初始值观测 (TP16、TP17、TP18初始值的观测在6月底) 。并对观测的数据位移量按周期进行了统计表表
mm
mm
注:滑坡体平面位移方向往甲村河方向为正方向, 反之为负;垂直位移方向以下沉为正, 上升为负。
2.2 滑坡深部变形监测
在监测区布设深部变形监测钻孔, 目前安装和观测6个孔 (如图1) , 按15d一次的周期进行监测, 采用CX-03E钻孔测斜仪进行观测, 深层水平位移观测位移量中误差为±4mm/15m。自2009年2月以来经过了近一年半的监测, 深部位移监测孔观测的基本情况见表3, 深部位移监测孔孔深-位移曲线图见图2 (以IN06为例、其它监测孔由于篇幅关系略去) 。
2.3 应力计、锚力计测量
如图3所示, 在水厂、九片区、四片区抗滑桩布置应力计和锚力计, 进行周期观测 (每月2次) , 采用南瑞NDA1411振弦式指示仪进行观测。应力、锚力观测值曲线见图4。
2.4 水文气象观测
水文气象观测项目包括右江水库库水位和剥隘降雨量, 由右江公司水文测报系统每天进行观测记录, 每月及季度剥隘降雨量见表4, 1月1日至7月1日降雨量总计530mm。
2.5 钻孔地下水位观测
剥隘镇滑坡变形监测网设计并建立有10个地下水位长期观测孔, 有ZK19、ZK28、ZK33、ZK37、ZK40、ZK44、ZK51、ZK55、ZK56、ZK65, 平面布置图见图1, 每月观测二次以统计钻孔地下水位的变化情况。
3 监测预警值的确定
变形监测预警值的确定是变形监测技术设计的重要内容, 根据滑坡的变形情况, 设计人员参考有关资料, 针对性地制定了以下预警值, 作为剥隘滑坡监测和预报应急预案依据
3.1 地表位移监测
(1) Ⅰ级预警 (红色) 。3个月的地表监测累计位移量超过50mm或单次监测位移增加量超过30mm。
(2) Ⅱ级预警 (橙色) 。3个月的地表监测累计位移量超过40mm或单次监测位移增加量超过20mm。
3.2 深部位移监测
(1) Ⅰ级预警 (红色) 。单月监测累计位移量超过100mm或单次监测位移增加量超过50mm。
(2) Ⅱ级预警 (橙色) 。单月监测累计位移量超过60mm或单次监测位移增加量超过30mm。
3.3 钢筋应力计
(1) Ⅰ级预警 (红色) 。钢筋应力监测测量值 (绝对值) 超过100MPa。
(2) Ⅱ级预警 (橙色) 。钢筋应力监测测量值 (绝对值) 超过50MPa。
3.4 锚索锚力计
(1) Ⅰ级预警 (红色) 。1 000kN级预应力锚索 (除四片区Z41号桩外) 锚力计测量值超过980kN, 2 000kN级预应力锚索 (四片区Z41号桩) 锚力计测量值超过1 500kN。
(2) Ⅱ级预警 (橙色) 。1 000kN级预应力锚索 (除四片区Z41号桩外) 锚力计测量值超过950kN, 2 000kN级预应力锚索 (四片区Z41号桩) 锚力计测量值超过1 200kN。
4 结语
剥隘镇滑坡变形监测网通过地表变形监测对滑坡表面的变化进行监测, 通过安装钻孔倾斜仪对滑坡内部变化进行监测, 另外在抗滑桩上安装应力计和锚力计对抗滑桩的受力情况进行监测, 整个监测网形成了立体的变形监测系统。由于滑坡的变形, 和地表水和地下水的关系很大观测剥隘滑坡范围里降雨量情况, 右江库水位的升降情况, 同时对滑坡内的10个钻孔的地下水位进行观测, 整个监测网同时形成了完整的变形监测系统, 对掌握剥隘滑坡的动向和变形趋势, 对滑坡地质灾害的应急抢险工作起到了非常重要的作用。
从各项观测值变化情况来看, 观测数据远离设计预警值, 前期滑坡治理措施已经发挥着重要的稳定作用, 滑坡目前尚处在一个相对稳定的状态。随着滑坡治理项目的完善和投入使用, 剥隘滑坡的稳定性将得到进一步的提高。实践证明, 剥隘镇滑坡变形监测网为治理工作提供了正确可靠的变形数据, 这对保护当地人民群众的生命财产, 起着非常重要的作用。
摘要：针对广西百色水利枢纽云南岸区剥隘镇四、七、九片区古滑坡整体情况进行分析, 从滑坡地表变形监测、滑坡深部变形监测、应力计、锚力计测量、水文气象监测、钻孔地下水位监测等方面探讨了剥隘镇滑坡变形监测网的设计与实施, 通过治理项目的完善和投入使用, 为治理工作提供正确可靠的变形数据。
关键词：剥隘滑坡,地表变形监测,深部变形监测,降雨量
参考文献
[1]地质调查项目管理方法与标准规范全集编委会.DZ/T 0227-2004.滑坡、崩塌监测测量规范[S].北京:中国科学技术出版社, 2008.
[2]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 2006.
[3]王姣, 高桂青.枫渡水电站滑坡体变形观测资料分析[J].南昌工程学院学报, 2007, 26 (3) :59~62.
滑坡变形 篇9
关键词：多传感器系统,误差协方差,估值融合方法,滑坡动态变形监测
0 引言
由于地质条件复杂、滑坡类型多样等原因, 影响滑坡稳定性的主要因素也不尽相同, 尤其是水利枢纽附近的巨型滑坡体, 其灾害性更为巨大, 一旦塌滑, 引起的涌浪、堰塞湖将对人民财产造成巨大的威胁。为了对其进行较全面的研究与分析, 往往在滑坡体上布置不同种类、不同数量的传感器 (如GPS监测点、测斜孔、多点位移计等) , 对滑坡体进行实时动态变形监测, 以掌握滑坡体演化过程的综合信息[1,2]。
滑坡监测点的平面位移与垂直位移特征能较为直观地反映出滑坡体的工作性态, 即滑坡体的工程特性 (如稳定性) 依时性变化, 因此正确分析滑坡体的动态位移特征, 是检测其是否安全的重要手段之一。但对于不同的监测数据, 采集时采取不同的传感器, 分类进行滑坡体单一动态特征分析, 需要人为筛选出“关键点”的监测数据进行评价与分析, 这样就存在很大的人为性和不确定性;同时采用多个传感器采集的数据进行分析, 难以将各个评价指标协同起来, 往往出现结果不一致, 很难准确地判断出滑坡体的状态[3]。因此, 如何将各传感器数据进行有效融合, 需要进一步地研究。
国内已有不少专家将数据融合理论运用于水工建筑物及库区滑坡的位移、变形监测以及整体工作性态评判[4,5,6,7,8], 但是以往研究多集中于对监测数据的整合, 并未考虑传感器自身的因素, 引起融合结果的不精确。本文将估值理论用于滑坡监测数据的技术处理, 一方面可以减小来自传感器采集数据的误差;另一方面有利于筛选出“关键点”, 有利于滑坡体的整体性态评价。工程实例表明, 该方法能有效地反映滑坡体的工程性态的依时性变化。
1 多传感器数据融合
1.1 融合原理及层次
数据融合 (Data Fusion) , 是指对来自多个传感器的数据进行多级别、多方面、多层次的处理, 从而产生新的有意义的信息。基本原理也就像人脑综合处理信息一样, 充分利用多个传感器资源, 通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用, 把多个传感器在时间和空间上的冗余或互补信息依据某种准则进行组合, 以获取被观测对象的一致性解释或描述。
1.2 估值融合技术
数据融合的主要方法有以下几种:经典推理和统计方法、贝叶斯推理技术、Dempster-Shafer技术、模糊集理论、估值理论、嫡法、品质因数 (FOM) 技术等。本文采用基于估值理论的最小误差均方差准则的融合算法[10]。
式中:σ为数据的方差;xi为相同条件下的第i次测值;x軃为各测值的平均值。
考虑m个传感器对一维目标直接进行观测的情况下, 其观测方程为
式中:n为信号长度;m为传感器个数;zi (k) 为传感器i在第k时刻的观测值;x (k) 为待估计的目标状态;vi (k) 为传感器i在第k时刻的观测噪声。
记x= (x (1) , x (2) , …, x (n) ) T为待估计的目标状态向量, z= (zi (1) , zi (2) , …, zi (n) ) T为第i个传感器的观测向量, vi= (vi (1) , vi (2) , …, vi (n) ) T为第i个传感器的观测噪声向量。则观测方程 (2) 可用向量的形式写为:
假设每个传感器的观测噪声都是0均值加性高斯白噪声, 且各个传感器的观测噪声相互独立。其相应的统计特性为:
在缺乏其他信息并只能从观测值确定x时, 其最优估计值x赞应为各观测值的线性加权平均, 对于任意多个传感器进行观测的情况, 即:
在误差均方差最小意义下寻求最优估计, 问题转化为求x的一个无偏估计使得估计的误差均方差为最小估计误差:
估计的无偏性要求E (x軃) =E[x-k1 (x+v1) -k2 (x+v2) -…km (x+vm) ]=0, 所以必有:
由于vi独立, 可得估计的误差均方差为:
在误差均方差最小意义下, 要得到目标信号的最优估计, 只要适当地选择ki使得最小即可。求解可得:
Ai表示把A的第i列换成b所得的矩阵。计算相应行列式的值可得:
从而得到最优估计:
其中, 权系数ki由式 (10) 给出。观测值的误差方差越大, 其在最优估计中的权系数越小;反之, 观测值的误差方差越小, 其在最优估计中的权系数就越大。估计误差方差为:
由式 (12) 可知, 对于每一个i, 都有:
式中:s为包含所有传感器的传感器集合的一个子集合。上式的意义是, 在均方差最小意义下, m个传感器融合估计的效果优于利用任一单个传感器进行估计的效果。
2 工程实例
2.1 工程概况
西南某电站工程区位于凉山州木里县雅砻江河段内, 坝址区山势陡峭、水流湍急、河道狭窄, 电站附近一滑坡体规模巨大, 若出现边坡失稳现象, 将造成水库淤积与河道堵塞, 并会危及大坝及其它枢纽建筑的安全。滑坡体主要由崩坡积碎块石夹粉质粘土层、滑坡堆积碎块石夹粉质粘土层及块石层组成。其中滑坡堆积层主要由砂质板岩、变质砂岩、含炭质板岩、大理岩的碎石、块石、岩屑和粉质粘土组成, 呈灰黑、褐黄、灰色。块石呈棱角状, 粒径几厘米至十几米不等, 部分岩体结构保持较好, 具层状结构, 岩层层理多清晰可辨。块石多呈架空状堆积, 碎块石呈全~弱风化, 结构不均, 稍密~中密, 泥质胶结, 部分为钙质胶结, 一般胶结较好。据平洞揭示, 该层有多个软弱夹层, 由粉质粘土夹砾石、岩屑、碎屑组成, 局部可见滑动擦痕, 滑坡堆积层层厚在40m以上, 滑坡体坡度约为35°。滑坡体前缘有多处泉水点出露, 均为孔隙性下降泉, 水量0.5~2L/s。据钻孔揭露, 地下水位埋深变起伏较大, 水位埋深为3.86~68.30m。近年来, 该滑坡各点位移呈现加速增大趋势, 由此反映, 该滑坡似存在整体下滑趋势。
2.2 动态监测网布置
为了掌握该巨型滑坡综合性态, 在滑坡体上布置了6个传感器进行观测, 分别是H08~H13。监测开始于2006年7月, 截止2010年2月, 共采集约2294组数据。以基准点II01、II02、II03进行控制, 多传感器动态监测网见图1。
2.3 基于估值融合理论的数据分析
为保证方差的准确性, 采用现场试验法:将GPS传感器放置于稳定的水平基岩上, 选取多个基准点, 分别读取其测量值, 完成测量后, 根据记录数据, 利用式 (1) 求取其各传感器的误差方差σi2 (i=08, 09, …, 13) , 其误差方差结果见表1。
利用式 (10) 可求出k08=0.1445、k11=0.2019、k10=0.1445、k09=0.2239、k12=0.1692、k13=0.1160。
根据近年来滑坡的动态实测数据, 以月为周期建立各个监测点的时间序列, 以掌握滑坡体演化过程的信息以及滑坡体的工程特性依时性变化特征和变化趋势。由于原始数据过为庞大, 仅仅列出部分数据以供参考。表2为各测点的部分水平位移监测值与融合值;表3为各测点的部分垂向位移监测值与融合值。
由表2和表3可知, 近年来无论是水平位移还是垂向位移该滑坡体总体上具有随时间的推移而增大的趋势。H09与H12在水平位移和垂向位移均远大于其它监测点, 分别达到1203.8 mm、1238.7 mm和817.2 mm、652.5 mm, 且其变化速度也是最大的, 应加强对这两个点的监测。另外一个值得注意的是H13点的位移变化量:2006年7月至2007年7月间, 水平位移增大到62.9 mm, 垂向位移增大到32.9 mm;2008年2月间又突然减小至31.8 mm和4.3 mm;2008年7月间增至105.4 mm和66.5 mm;此后迅速减小, 根据大量的原始动态监测数据, 发现其呈现出反复无规律的变化。另外, 其它各点也有反复变化的现象, 如H10等。
由以上反映出, 同一时期各个传感器对滑坡体的性态表现出不一致的现象, 这一方面可能与采集数据的传感器的敏感性有关;另一方面也可能与自然条件有关, 如降雨等;此外, 测量人员的不当操作也可能引起误差, 即由于传感器的多样性以及观测手段、方法受各种因素的影响, 采集到的数据具有模糊性、不确定性和随机性[11]。
为了减小以上所述误差, 以得到滑坡体的整体性态, 利用式 (11) 进行数据融合, 2006年7月至2010年2月间各点融合值见表2和表3。不难看出, 融合值呈现随时间的推移而增大的趋势, 这与大多数监测点反映出的趋势是一致的。由式 (12) 计算融合后的误差方差为, 表明融合后的数据较为理想, 与只使用某一个监测点的数据相比, 经过估值融合方法处理后可以获得滑坡体整体性态更准确的信息。同时, 融合后的数据消除了部分传感器采集数据的冗余性 (如H13等) 。冗余性容易导致数据的矛盾性, 而数据适当融合可以在总体上降低数据的不确定性和矛盾性, 这是因为每个传感器的误差方差是不相关的, 融合处理后可明显抑制误差, 如表2和3所示, 融合后的数据明显抑制了数据误差, 消除了其间的矛盾性。其次, 融合后的数据始终处于各传感器采集的数据之间, 且接近误差方差较小的测值, 这是由于传感器采集的数据存在互补性。互补性可以补偿单一传感器的不准确性和测量范围的局限性。由此可见, 融合后的数据比其他各组成部分的子集具有更优越的性能, 即融合后的效果更加理想。最后, 我们不难发现融合后的值与H11点的监测值相差甚小, 这就找到了滑坡预报模型的“关键点”。
融合后的位移数据较为理想, 消除了融合前监测数据的矛盾性和不准确性, 获得了被测对象的一致性描述和解释。该滑坡的整体位移随时间的增大而增大, 且年均下滑速度也呈现上涨趋势。自监测之日起至今, 由位移信息反映出该滑坡形变经历了以下四个不同的时期:2006年7月至2007年9月的缓慢变形期;2007年9月至2008年9月的匀速变形期;2008年9月至2009年8月的加速变形期;2009年8月至2010年2月的急剧变形期, 这符合滑坡的工程特性依时性变化规律。另外, 通过图2和图3可以发现, 两个不同时期的“交接”位置, 大多发生在8月与9月间, 这最主要是因为该时期当地的降雨量比较大, 由此反映出降雨入渗是引起该滑坡发生位移变形的主要因素, 亦符合滑坡的一般自然规律。综上所述, 反映出估值融合方法在滑坡体动态变形监测分析中具有有效性和可行性。
3 结论
(1) 从理论上证明了在误差均方差最小意义下多传感器数据融合的效果优于利用任一单个传感器进行估计的效果。修正了传统方法不考虑传感器自身因素的局限性, 合理利用估值融合方法的互补性, 消除了部分传感器采集数据的模糊性、不确定性和随机性。获得了滑坡体工程地质特性的一致性描述和解释。
(2) 将估值融合方法应用于滑坡体动态变形监测的数据分析, 采用数据级融合方法, 融合了2006年7月~2010年2月的水平位移和垂直位移数据, 综合判断滑坡体的依时性工程特性。该滑坡体先后经历了缓慢变形期、匀速变形期、加速变形期和急剧变形期, 表明该滑坡体具有阶段性变化的特点, 且两个不同时期的“交接”位置, 大多发生在降雨量比较大的时期, 由此反映出降雨入渗是引起该滑坡发生位移变形的主要因素, 符合滑坡体变形特征的自然规律。