滑坡堆积

滑坡堆积（共7篇）

滑坡堆积 篇1

边坡变形破坏是一种常见的地质灾害,给人类工程活动带来十分严重的危害[1,2]。滑坡过程中,由于岩土力学参数具有不确定性,不均匀性,物质组成与地质环境的不同,常导致变形破坏形式、成因机制也不同,使得边坡变形破坏问题复杂多变、难以精确分析。同时,边坡失稳是典型的不连续动力学问题,滑坡过程中不仅存在块体的滑动,还包含块体的旋转、相对运移变形[3,4]。在对边坡进行研究时,需要考虑其介质特性随运动过程的变化,而常用的连续数值模拟方法如有限单元法、有限差分法等无法表述滑坡的运动特点,不能求解滑坡的大变形和大位移。颗粒离散元方法是针对节理破碎岩体提出的一种能考虑大变形、大位移的离散元法,具有潜在的高效率、不限制实际发生的位移量等优点,在评价边坡稳定,研究滑坡变化过程方面有重要应用前景,特别是具有滑坡征兆及现象的实例,其意义更为明显[5,6]。

争岗滑坡堆积体是一个具有明显滑坡征兆的边坡实例,目前处于雨季蠕滑,旱季稳定的临界期。通过地质勘查及数值模拟手段,对堆积体滑坡的破坏机制与滑坡可能特征进行了探讨,可为边坡的治理措施确定提供依据。

1 滑坡堆积体基本特征及失稳模式

1. 1 堆积体分布特征

如图1,争岗滑坡堆积体位于云南省澜沧江古水水电站下游右岸争岗山梁下游侧,分布在右岸哑贡沟与右7号沟之间,由于争岗沟溯源侵蚀形成了以争岗沟为界的两个相对独立区域( I、II区) ,其中I区方量( 800 ~ 1 000) ×104m3; Ⅱ区方量( 1 500 ~ 2 000) ×104m3。地貌上呈圈椅状,在高程2 915 m及高程2 706 m形成两级后缘张陷带并在高 程2 800 m和2 500 m形成两级相对平缓的台地,地形坡度10° ~ 20°,高程2 250 m以下,地形完整性差, 溯源冲沟发育,岸坡较陡,地形坡度一般为40°,高程2 100 m以下基岩出露。

1. 2 堆积体组成特征

争岗滑坡堆积体物质组成与成因复杂。表层物质多为后期改造堆积而成,出露的主要为有机质土、块碎石土及砂砾石土等,其下为滑坡体。按结构可大致分为上下两大部分,即上部松散块碎石土堆积体、下部滑坡 破碎岩体。堆 积体下部 ( 2 300 ~ 2 500) m高程部位堆积体最厚达110 m,争岗沟由于雨水冲刷厚度较浅,仅15 m左右。在堆积体底部分布一层厚度在( 20 ~ 200) cm之间的滑带土( 图2) ,并贯穿整个堆积体,是边坡的控制性滑面。

1. 3 水文地质条件

争岗滑坡堆积体范围内地下水的补给来源主要为大气降水,排向澜沧江。地下水类型主要有基岩裂隙水和包气带内的上层滞水。上层滞水主要受大气降水补给,其运移途径均较短,地表出露泉水的流量和钻孔中的水位随季节变化大,2008年( 10月底 ~ 11月初) 由于降雨量大,随后泉水的流量明显增大, 降雨量变小和降雨停止后,泉水流量明显减小。此外,由于勘探平硐的施工揭穿相对隔水层,导致泉水流量的减小和钻孔地下水位的下降。根据钻孔水位统计资料,2008年暴雨后争岗滑坡堆积体自上而下在滑体内形成( 1 ~ 9) m不等滞水层,滞水层靠近底滑面,减小了上覆滑体的抗滑力。

1. 4 失稳模式地质判别

争岗滑坡堆积体是一个多期次、复合型滑坡,早期古滑坡是由于岩体发生强烈弯曲倾倒变形并导致压裂-剪切而形成的一次较大规模的基岩滑坡。I、II区堆积体在后期改造过程中又经历了两次局部滑动,2008年( 10月20日 ~ 11月5日) 期间,古水水电站坝址区连续降雨,其中当月总降雨量达151 mm,日最大降雨量达到78 mm。持续性强降雨造成滑坡堆积体产生了新的扩展变形,裂缝明显加宽,前缘剪出口局部出现渗水现象,前缘垮塌与坡面裂隙发育( 图3) ,因此降雨是造成边坡蠕滑的主要因素。

2 滑坡灾害分析

由于争岗滑坡堆积体存在滑坡风险,利用颗粒离散元方法,采取合理的岩土力学参数和几何模型, 可分析其稳定控制因素与滑坡灾害之间的联系,了解其变形破坏机理并为加固治理措施的确定提供依据。

颗粒离散元PFC2D滑坡模型中,由颗粒和墙体两者组成模型,墙体主要用于限定滑坡边界条件,其岩土力学参数可由滑带土宏观抗剪强度标定得到; 岩土介质通过具有刚度的圆形颗粒组成,对每个颗粒设置半径、密度、摩擦系数、接触形式等,在重力作用下达到平衡后,在外力作用下导致颗粒间的接触状态产生破坏诱导滑坡的产生,滑坡过程中,对每个颗粒应用牛顿第 二定律,在接触位 置用力-位移定律[7]。

2. 1 滑动面

对于滑坡,可以用简单的滑坡滑动( 图4) 解释其力学机制。在自重状态下,滑块安全系数可写为

式( 1) 中,μs为滑面摩擦系数; c L为滑面黏结力; an、as为滑面法向与切向地震系数。

一般影响滑面黏结力因素较多,在颗粒离散元中采用刚性墙模拟滑面时难以考虑。因此考虑提高摩擦系数等效考虑黏结力的影响。

令μ's= μs+ c L / mgcosδ则式( 1) 可化为

当Fs小于1. 0时,滑块将以一定的加速度滑动。其滑动加速度为

式( 2) 中: s为下滑加速度。

如果考虑法向与切向地震作用,则滑块下滑加速度为:

显然,如果采用不考虑滑面黏结力的wall模拟边界,首先需要合理确定等效滑动摩擦系数的值。然后采用组合在一起的颗粒模拟岩土介质。如果滑块体的强度低,在滑坡过程中滑坡体会产生解体破碎,颗粒运动速度相互阻碍,相互约束,从而使得滑坡过程既有沿着滑面的滑动,又会在滑坡体内部产生相对破坏,形成局部崩塌。同时,如果滑面倾角变化,根据式( 4) 计算的运动加速度不一致,则在滑坡体上即可出现拉裂隙的分布,该过程目前只能采用数值试验进行。

2. 2 滑体性质

通过堆积体天然状态下不同含水率直剪试验, 可得摩尔库伦准则强度参数随含水量变化关系如图2、图3所示,当含水量小于15% 时,随着含水量的增加黏聚力和摩擦角均线性减小。当含水量大于15% 时,内摩擦角可基本保持29. 8°左右不变。该参数由于采用了挠动样,破坏了原有的黏结强度,因此实际采用的强度进行了适当提高。同时由于滑坡堆积体渗透率高,暴雨期在滑带土附近形成( 1 ~ 9) m水头,其影响仅限于局部。因此滑体性质可仅考虑天然含水量。降雨主要影响滑动剪切带性状,对上部滑体影响忽略不计。

在此基础上,如图7所示,建立的双轴试验模型宽高比1∶2,共包含2 746个半径在( 1 ~ 2) m的圆盘。滑体通过不同尺寸的颗粒黏结在一起模拟,其宏观力学特性取决于接触介质性质。通过一系列的双轴试验,得到岩土介质的宏观特性,利用优化方法选择与宏观试验最贴近的细观参数,作为滑体细观力学特性的介质参数。根据现有研究资料,颗粒刚度与黏结材料的杨氏模量可分别由式 ( 5) 估算得到[8]。

式 ( 5) 估算式( 5) 中,kn为颗粒法向刚度; R为颗粒半径; t为圆盘厚度; R( A)、R( B)为两个接触颗粒的半径;接触部位的等效弹性模量;不同颗粒接触的等效刚度[7,8]。

泊松比则与颗粒形态、剪切与法向接触刚度比有关,峰值强度与颗粒的摩擦系数、黏结强度有关, 需要多次尝试以使数值试验曲线与室内试验曲线相吻合。

针对争岗滑坡堆积体,在现场及室内试验基础上确定介质宏观力学特性参数分别如下: 杨氏模量E = 0. 43 GPa,泊松比μ = 0. 30 ,单轴抗压强度UCS = 1. 50 MPa,内摩擦角为33°,特别是杨氏模量位于纯土与岩石之间。

3 滑坡过程与机理探讨

采用与双轴试验相同的颗粒构成建立如图8所示地质力学模型,其所取剖面位置如图1中虚线所示,其中垂直河谷方向长度取为1 420 m,垂直向取700 m,颗粒半径取( 1 ~ 2) m,孔隙率0. 10,共生成颗粒4 367个,采用表1所示宏细观岩土力学参数进行分析,并分别计算三种黏结强度( 弱胶结,中等胶结, 强胶结) 下滑坡过程,其中争岗滑坡体属于弱黏结强度滑坡,该参数下双轴压缩试验如图7( b) 所示。

3. 1 滑坡过程探讨

争岗滑坡堆积体是以颗粒接触为主的松散介质,在长久的地质作用过程中,土颗粒具有一定的胶结能力而整体呈现出弹塑性介质特性; 但在滑坡过程中胶结能力逐步丧失,堆积体应力应变呈现非线性硬化变形特性。因此控制堆积体滑坡过程的参数有堆积体黏结力,残余摩擦系数,滑面摩擦系数。数值模拟中通过在与滑面接触颗粒上施加平均5 m水头压力模拟降雨。其中弱胶结条件下不同阶段滑坡如图9所示。可以预测,争岗滑坡堆积体滑坡启动时,根据图4所示滑块模型,当滑面倾角不同时滑面加速度不同,因此当滑面不同部位的倾角不同时滑体受力不同,倾角越大,下滑力越大,则滑坡表面更容易出现拉裂隙。争岗滑坡堆积体的底滑面倾角大致可分为4阶段,自上而下的倾角分别为33°、21°、19°、48°。当滑坡 启动时,滑坡体在 高程 ( 2 400 ~ 2 500) m部位及( 2 150 ~ 2 200) m部位产生拉裂隙,这与现场观察到的现象是相符的。其原因在于( 2 400 ~ 2 500) m高程内滑坡体底滑面从26°突变为41°,( 2 150 ~ 2 200 ) m高程滑坡体底滑面自19°转变为48°,导致滑坡体内拉应力突增造成的。随滑坡的发展,( 2 150 ~ 2 200) m高程以下滑坡体将会以崩塌的形式快速滑入河谷,而该高程以上岩体则 仍沿着滑 面继续滑 移,同时 ( 2 150 ~ 2 500) m高程范围内将会出现更多拉裂隙出现。

3. 2 滑坡速度

只有当滑体为刚性体时,滑坡才会以滑块模式滑动。但争岗堆积体主要由土石颗粒接触而成,滑坡启动后,颗粒间的胶结能力降低,因此局部的颗粒滑坡速度一方面受滑动面倾角的影响,一方面受前后颗粒的挤压碰撞作用,从而导致颗粒的滑坡速度成不规则的变化。如图8中质点6,其高程位于2 600 m滑坡体表面,在滑坡启动后一定时间内,其运动随着边坡整体下滑而不断增加; 当滑坡体前缘达到河谷后,由于前缘滑坡体速度骤降( 图10) ,对后继颗粒产生阻碍作用,滑坡速度逐渐下降。颗粒的迁移位移同样逐渐逼近于定值( 图11) 。争岗滑坡堆积体底滑面综合抗剪切摩擦系数近似取内摩擦角正切值0. 50,得到质点6最大峰值速度3. 5 m/s。在滑坡半小时后其位移已经达到稳定状态,这表明争岗滑坡堆积体的滑坡应属于低速滑坡( 10 m/s以下) ,当坡体到达近河谷部位时再以局部崩塌的形式进入河谷。

3. 3 滑坡堆积

如图12 ~ 图14所示,滑坡体在滑面的摩擦力下降原因下导致滑坡,下降过程中的动力过程又会造成滑坡堆积体解体,变成较为松散的介质。滑坡体在河谷部位形成堆积,稳定后的形状取决于滑坡体的强度特性。在低黏结力情况下,滑坡堆积体颗粒在300 s左右即完全失去黏结力,其运动的稳定状态取决于内摩擦角。中等黏结力下,堆积体在滑坡启动中的介质破碎率逐渐增加,最后稳定在60% 左右,在河谷堆积体形成了块度不等的堆积体,与低黏结力堆积体情况相比,其堆积外轮廓不规整; 在高黏结力下,堆积体沿着滑面滑动,岩体破碎率维持在25% ,只在坡表出现拉裂隙,近河谷部位出现程度较高的破坏,滑坡堆积轮廓基本与原边坡相同。

3. 4 堆积体强度的影响

在堆积体不同部位设置了20个监测点( 图8) , 并选取了其中10个进行对比发现( 图13) ,堆积体介质强度与颗粒的滑动速率密切相关,除少部分颗粒受岩体的挤压碰撞规律不突出外,多数颗粒均表明,黏结强度越高则颗粒的最终稳定时滑动的距离越小,相反黏结强度越低,稳定时运移的距离越大。位于堆积体后缘的颗粒,强度越高则滑动速度越快, 相反,位于滑体前缘的颗粒规律不明显,与处于中等强度时变形速率相比,低黏结强度时最大,强黏结强度最小,这表明前缘部位由于滑面陡,更容易产生局部垮塌,形成块体自由滚落造成的。

在运动过程中,原来水平位置相近的颗粒也产生了不等的相对变形,中等强度下堆积体后缘部位点( 2,3) 最终相对变形为13. 7 m,中部点( 10,11) 点相对变形为118 m,前缘点( 18,19) 为33. 2 m。而在低黏结强度时分别变为164 m,133. 5 m,18. 8 m,强黏结力时变为4. 8 m,15. 8 m,7. 3 m。后缘部位高海拔的变形快于滑面部位,前缘部位由于崩塌作用则可能上部位移高于底部,也可能底部质点在旋转作用下升至地表。

3. 5 滑面摩擦系数的影响

滑面摩擦的突降是造成滑坡的控制因素,在中等强度下,滑坡速度随滑面摩擦系数的降低而加快 ( 图15) 。尤其在大量的水涌入滑坡体,在底滑面附近形成动水压力的情况下,滑面摩擦系数降至接近零,此时会产生遽发式滑坡,但由于争岗堆积体的高渗透性,这种情况不容易发生。因为在水体影响滑面一定程度时滑坡已经开始启动,此时滑体将以缓慢的蠕滑开始运动,此时必然伴随着裂隙发育、泉水突涌现象。随着水体开始渗出,滑面附近的强度开始逐步增强,边坡将会再次进入新的稳定状态。

3. 6 稳定性探讨

当滑面摩擦系数为0. 60时,除位于近河谷部位颗粒因局部崩塌产生大变形外,其他颗粒位移量较小,可认为处于稳定状态,当滑面摩擦系数降低到0. 50时各区变形开始急剧增大,前缘崩塌,坡体滑移,后缘因大变形出现裂隙,边坡进入滑坡临界状态。根据争岗滑坡堆积体现状判断,滑带综合抗剪切摩擦系数在0. 50左右,而由于三维边坡效应,二维边坡计算中只有摩擦系数大于三维边坡时才可得到相同的稳定性系数。因此二维模型中滑面摩擦系数0. 60可近似与三维边坡的滑面安全系数相对应, 这也正是当前堆积体所处的状态。

为了保持滑坡堆积体的稳定性,综合其滑坡机制,滑坡参数,失稳因素,其关键是控制降雨入渗。阻断堆积体上层滞水的补给源,减少大气降雨等继续渗入滑体,坡表适当部位采用土工膜覆盖以阻隔大气降水下渗是最为有利的手段。同时,在不同部位多设置排水孔、排水沟,以有利于滑带土附近水体的渗流也可有效降低滑带土上的水压力,保障边坡稳定。

4 结论

通过对争岗堆积体的变形特征及失稳模式判断,采用颗粒离散元方法进行了滑坡体滑坡稳定性分析,探讨了岩土性质对滑坡的影响,并与现场地质调查进行了对比,探讨了相应的治理措施。得到结论如下:

( 1) 从冰水堆积体不同含水量直剪试验看,争岗滑坡堆积体的抗剪切强度与含水量密切相关,呈幂指数下降趋势。其滑坡的原因为降雨入渗在底滑面附近形成高水头,导致滑面抗剪切强度降低,在降雨一段时间后水体渗出,滑面强度增加,边坡再次进入暂态稳定;

( 2) 对争岗滑坡堆积体,暴雨影响可能会引起滑坡泥石流现象,滑面性质是控制滑坡过程的主要因素,为维持边坡的稳定性,阻断堆积体上层滞水的补给源,减少大气降雨等继续渗入滑体,坡表适当部位采用土工膜覆盖以阻隔大气降水下渗是最为有利的手段。

摘要：基于云南省古水水电站争岗滑坡堆积体地质调查,根据现状对滑坡体稳定性进行了初步判断,同时利用颗粒离散元方法进行宏观细观参数标定,建立了滑坡细观分析模型;在此基础上预测了滑坡过程、滑坡速度、滑坡堆积、冲出距离与滑面摩擦系数的内在关系,并根据堆积体天然含水量试验进行了滑坡灾害分析,将计算结果与现场勘查的拉裂隙分布进行了对比研究。在此基础上对滑坡体的稳定性及失稳破坏机理进行了探讨,提出了滑坡堆积体治理的基本思路。

关键词：滑坡堆积体,稳定性,参数反演,滑坡灾害,颗粒离散元

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滑坡堆积 篇2

关键词：堆积体；三维数值模拟； 稳定性

中图分类号：文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2013）03-0000-00

崩塌、滑坡发生后形成的堆积体变形及稳定性问题一直是工程地质领域研究的重点问题之一，滑坡形成的堆积体结构松散，强度低，在受到扰动后容易失稳，对水电站的水库正常运营会造成很大的影响，尤其是大型堆积体如果发生破坏，很可能会堵塞河道，后果不堪设想。迄今为止，研究者们已提出了如极限平衡分析法、块体理论法[1]、数值方法[2-3]等计算条件相对简单的传统方法，也提出了人工神经网络理论[4]、模糊数学理论[5]、灰色系统理论[6]、可靠性理论[7]等基于未确知性理论的计算方法。

本文采用FLAC3D数值模拟的方法对某水电站坝址区右岸古滑坡Ⅱ区堆积体进行稳定性分析， 由于FLAC3D采用的是显式差分法求解微分方程，不形成刚度矩阵，每一步计算仅需要很小的内存。在求解过程中通过叠加每一时步的小变形获得大变形求解，从而仅占用计算机很少的内存就可以模拟大变形，并且在模拟材料的塑性破坏和塑性流动方面具有优势。但是由于FLAC前处理功能较弱，建立复杂的三维模型非常困难，故本文选用ANSYS进行堆积体前期建模，并划分计算网格，再导入FLAC3D程序中计算，充分利用了两种软件的优点，优化分析过程。

2计算原理

21有限差分原理

有限差分法就是在利用数值计算方法求解偏微分方程时，用有限差分近似公式代替每一处导数，从而将求解偏微分方程的问题转化成求解代数方程的问题。

FLAC有限差分公式：由高斯散度定理有

∫snids=∫Afxi （1）

式中：∫s为封闭曲面上沿边界的积分； ni为曲面s的单位法向量；f为标量、向量或张量； xi为位置向量； ds为增量弧长；∫A为对表面积A积分。

定义f在面A上的梯度平均值为：

=1A∫AfxidA （2）

式中：<>表示求平均值。

将（2）代入（1）后得到

=1A∫sni fds （3）

对一个三角形子单元

=1A∑sniΔs （4）

式中：s为三角形某一条边的边长，等式右边的求和在三角形三条边上加总。取为相应边上的平均值[8]。

应力应变：用每一边速度矢量均值ui代替（4）式中的f，ui取各条边两端点的结点（即差分网格的角点）a和b的速度平均值，则

=12A∑N[（uai+ubi）niΔs]≈uixj （5）

同理可以求出的值。由几何方程就可以求出其应变率

eij=12uixj+ujxi （6）

由材料的本构方程和相应的边界条件，就可以求得应力增量。对各向同性的材料，有

σij=λδijθ+3μeij （7）

式中：λ，μ为拉梅常数；θ为体积应变，当时i=j，δij为1，否则，δij为零。

这样通过上述各式的迭代求解，就可以得出每一迭代时步对应的单元的应力应变值[9]。

22强度折减法

本文通过强度折减法来计算堆积体的稳定系数。强度折减法的原理是通过对岩土体的强度指标C和Φ值不断地折减，反复计算，直到塑性区贯通整个坡体，即边坡达到了临界的破坏状态，此时的折减系数就作为坡体的稳定系数Fs。

Cf=CFtrial （8）

Φf=tan-1（tanΦFtrial） （9）

式中：Cf为折减后的粘结力；Φf为折减后的摩擦角；Ftrial为折减系数。

3堆积体基本特征

古滑坡堆积体位于贵州某水电站选坝河段，分为四个区域，其中Ⅱ区岩土体结构最为复杂，控制底界以上物质主要以崩坡积块碎石土组成，故以Ⅱ区作为本文研究对象。堆积体所在河段河谷为不对称的“V”型河谷，总体为顺向坡，呈明显圈椅状地貌，顺河长600～700 m，横河宽约730 m，前缘临河，后缘高程为740～790 m。顺河方向上呈上升台阶状，上游侧地势低于下游侧40～70 m。总体上地形坡度约25°。后缘紧靠灰岩陡壁，区域内发育两条浅冲沟。覆盖层物质组成为崩坡积碎块石土为主。下伏基岩主要为J1夹层以下的二叠系下统栖霞组（P1q）中厚层夹薄层含炭质灰岩。

图1Ⅱ区地质分区平面示意图及13条剖面线位置

J1夹层为该区早期层状岩体失稳破坏的控制底界，夹层以上层状座滑体已经完全剥蚀搬运走，目前该区上部覆盖物质来源应为后缘陡壁后期崩塌堆积形成。平面示意图和地质横剖面示意图分别见图1和图2。

图2Ⅱ区典型地质横剖面示意图

4Flac3D数值模拟

41几何模型

模型边坡的主滑方向为S14°E，走向N76°E。模型以主滑方向的反方向为X轴正方向，竖直向上为Y轴正方向，走向NE方向为Z轴正方向。竖直方向坐标采用实际高程坐标，建立直角坐标系，如图3 所示。根据现场提供的地质资料，Ⅱ区堆积体模型选取了13个剖面，分别是Z=0，Z=57，Z=128，Z=215，Z=272，Z=325，Z=380，Z=438，Z=501，Z=561，Z=627，Z=697，Z=786（剖面线位置见图1），左边界略包括了Ⅰ区部分岩体。模型边坡底面高程190 m，坡顶高程850 m，沿走向方向长度为786 m，沿倾向方向长度为1400 m。模型在X轴上的范围是-200～1200 m，在Y轴上的范围是190～850 m，在Z轴上的范围是0～786 m。

图3Ⅱ区堆积体三维模型网格图

图4z=750 m剖面静水压力云图

模型分为5个部分，如图3，对应图上颜色，1，5部分为基岩，2为j1夹层，3为Ⅰ区座滑层状岩体，4为Ⅱ区表面堆积体，其中1，3，4，5部分选用solid45单元类型，夹层选用shell99单元类型。Ⅱ区堆积体模型共有15569个单元，4969个节点。计算模型边界约束形式为：侧边界只对水平方向进行约束，底边界在水平和竖直方向都进行约束，模型的上部边界取为自由面。FLAC程序中，节点速度是主要变量，所以选取模型的边界条件是通过约束模型边界的节点速度实现的，即模型底部边界的水平、竖直方向的速度约束和四周边界水平方向的速度约束。在程序中表达为边界上xvel，yvel设置0. 根据实际地勘报告，计算采用的各层物理力学参数如表1所示。

表1岩、土体物理力学指标

地层岩性密度ρ（g/cm3）天然饱和泊松比抗剪断（岩/岩）（°）c′/MPa饱和（°）饱和c′弹性模量/GPa

基岩26526802445110//200

座滑层状岩体230232022330401//05

堆积体19522002626572024232001

j1泥岩夹层195230025167003//035

地下水面的生成：由于在FLAC3D中直接生成符合勘察资料的地下水面比较困难，所以本文中建立模型时充分利用FLAC3D中的单元界面能自动依附于指定范围内模型表面生成的特性，生成水面。正常河水位为383 m，水库正常蓄水位为400 m。根据勘察报告，本文采用地下水位从坡脚处高程400 m开始，以5°向上倾斜，来近似模拟实际地下水位形态，如图4。沿着水位线，对三维模型采用切割命令，得到地下水面及其下部的几何实体，并剖分网格，导入FLAC3D，并以之为辅助单元，生成与地下水面空间形态一致的单元界面。采用FISH语言[10]遍历界面单元节点，生成水面，同时生成静水压力。

42计算结果分析

421主应力场规律分析

计算表明，坡体的最大主应力及最小主应力基本为层状分布，并在坡脚高程约400～460 m处出现应力集中，坡体大主应力σ1最大值为18139 MPa，小主应力值σ3最大值为10585 MPa。具体应力分布见图5及图6。

图5坡体大主应力σ1分布图

图6坡体小主应力σ3分布图

从剖面Z=650 m的应力分布图（如图7）可以看出，剖面附近的最大主应力（压应力），基本顺着坡面方向，并一直延伸到坡脚。而往边坡内部，最大主应力方向与水平轴的夹角逐步变大，直至铅直；由于岩层分界面的存在，使得其附近区域的最大主应力方向要比其他区域最大主应力方向变化大而且迅速，但并未影响主应力分布的总体走势。这些都表明边坡深部土体主要受铅垂方向的压应力作用，体现为受压屈服。

图7Z=650 m剖面主应力分布图

图8坡体塑性区分布图

422塑性区分布规律分析

从图8来看，坡体的屈服区域较集中，范围较小。坡体后缘（高程约780～850 m）分布有小块拉张塑性区，坡脚处（高程约380～450 m）分布零散的剪切塑性区。堆积体发生张拉剪切破坏的可能性很小，即使发生，也仅是局部区域，不会对堆积体整体稳定性造成重大影响。从剖面塑性区分布图（图9，图10）来看，仅仅在坡体的后缘和坡脚处出现了零星的塑性区，这表明堆积体处于正常的工作状态。

图9Z=210 m剖面塑性区分布图

图10Z=750 m剖面塑性区分布图

坡脚处的剪切塑性区位于表面堆积体内，厚度大约5～10 m。需要强调的是，计算结果显示的是以Mohr-Coulomb屈服准则为依据的塑性区分布情况。该屈服准则则认为材料进入屈服即破坏。

423剪应力（剪应变增量）规律分析

判断堆积体的（潜在）滑动面（带），可根据其剪应力（应变增量）来判断；剪应力较为集中或剪应变增量较大（绝对值）的部位，则为其（潜在）滑动面（带）。变形破坏也都沿此处发生；剪应力分布较为分散（均匀）或者剪应变增量较小或基本上没发生变化的部位，一般不会有潜在滑动面产生，因此，这些部位也不会发生较大的变形和破坏。应力集中带主要出现在3个范围内，坡体上下游侧坡脚处和j1夹层附近，它们是堆积体最有可能发生破坏的部位，见图11。J1夹层附近出现剪应变增量增高带，说明坡体有可能的破坏模式是沿着以j1夹层附近为滑面进行滑动，但由于计算得到的堆积体整体稳定系数Fs为110，所以发生整体性滑动的可能性不大；坡体上下游侧坡脚处的两个剪应变增量增高带，说明坡体可能沿土层内部局部滑弧滑动。Z=730剪应变增量剖面见图12。

图11整体剪应变增量展示图

图12Z=730 m剪应变增量剖面展示图

424位移场规律分析

坡体变形主要限于堆积体中、下部（600 m高程以下）区域。竖直方向位移总体表现为下沉，最大下沉区与水平方向最大位移区一致，局部沉降最大量值为51368 cm，其他下沉部位量值为0～1 cm（如图13）。

图13坡体竖直方向位移云图

出现局部最大沉降的区域有两处，第一处位于Ⅱ区下游侧，高程（Y坐标）范围大约位于420～425 m之间，走向方向（Z坐标）范围大约处于130～150 m之间，表面积小于100 m2；第二处位于Ⅱ区上游侧，高程（Y坐标）范围大约位于410～415 m之间，走向方向范围（Z坐标）范围大约处于760～770 m之间，表面积小于50 m2。水平方向局部最大位移量值为13.483 cm，出现区域与竖直方向局部最大沉降区一致，坡体其他部位的水平方向位移量值大都处于0～2 cm之间（如图14）。坡体最大变形区位置与塑性区位置相吻合。endprint

图14 坡体水平方向位移云图

5结语

1） 根据强度折减法，得到的堆积体整体稳定系数Fs为110，所以发生整体性滑动的可能性不大。文章对滑坡主应力，塑性区，剪应力和位移四个方面的计算结果进行了详细分析，并且四个方面的计算结果都相互吻合相互印证。

2） 可以直观地在模型上看出在蓄水条件下，上下游坡脚处的碎石土堆积层是Ⅱ区的主要不稳区域，具体在两个位置：①下游侧坡脚处，高程（Y坐标）范围大约位于420～425 m之间，走向方向（Z坐标）范围大约处于130～150 m之间，②上游侧坡脚处，高程（Y坐标）范围大约位于410～415 m之间，走向方向范围（Z坐标）范围大约处于760～770 m之间，对后期堆积体的加固治理方案提供了直观详细的位置。

3） 本文在模拟蓄水条件下的地下水位时利用了FLAC3D中的单元界面能自动依附于指定范围内模型表面生成的特性，通过建立辅助单元生成水面并同时生成静水压力，思路清晰明了，适用于比较复杂的坡体模型。

4） 利用FLAC3D软件对堆积体进行稳定性分析具有方便，经济，直观的优势，但是由于建立的模型不可能完全模拟出现实堆积体的所有特性，选取的计算参数也不可能完全与实际相符，所以需要结合其他技术手段综合评价，才能得出更为全面正确的结果。

参考文献：

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[10]陈育民， 徐鼎平. FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2008.

冰水堆积体滑坡治理工程措施研究 篇3

在西部高山高纬度地区,有着独特的地质环境和地质条件,多呈现的是高原峡谷地貌,山高谷深,形成的很多滑坡及不稳定斜坡。这些斜坡的覆盖层多为冰水堆积体或冰水堆积体的崩坡积物。在雨季,各类地质灾害频频发生,造成极为严重的经济损失和社会影响。由于地形、地貌、地层条件及气候的复杂性和多变性,地质灾害也表现出与其他地方不同寻常的特殊性、复杂性。因此,其治理工程措施也会出现一定差异,而采用常规的覆盖层滑坡治理工程措施在治理冰水堆积体滑坡时,会出现不少问题,导致治理工程失效,造成严重的经济损失及重大的安全隐患。为此,对冰水堆积体滑坡的治理工程措施研究有着重要的现实意义。

2 工程实例

以得荣县红岩子高边坡治理工程为例,对治理冰水堆积体滑坡出现的问题进行分析,提出对该类冰水堆积体滑坡的治理工程措施建议。

2.1坡体概况

得荣县红岩子高边坡坡体长约110m,宽约70 m,面积0.008km2。上覆地层为冰水堆积物(见图1)。红岩子高边坡主要是由于冰水堆积体垮塌而成,厚度约15m,物质成分与上部地层基本一致,为浅灰黄色粉质砂土夹碎块石、角砾组成。后缘高边坡出露基岩为灰白色灰岩,表层风化,风化层厚约:1.0 m～3.0m,岩壁整体完整性和稳定性一般,局部有松动的碎块石存在,松动的碎块石在外界动力地质条件作用下极易掉落;陡壁下松散堆积体主要成分为粉质砂土夹碎块石,碎块石成分以大理岩、绿片岩为主,大理岩裂缝内可见方解石晶体充填,碎块石块径一般5cm-10cm,大者可达40cm,含量约占40%;粉质砂土呈硬塑～半固结状,主要为粉质黏土夹中粗砂组成,遇水后易崩解,天然状态下比较稳定。下部基岩为片岩,板岩,风化层厚度1m～3m。受中格-潘拥断层及区域构造作用影响,基岩边坡内发育有6组主要构造裂隙,这六组裂隙相互切割,使得边坡内基岩结构异常破碎,岩体块度一般在5cm～10cm,其完整性较差,由于上部坡度较陡,最大坡度近于直立,受降雨、风化作用等影响,坡上经常掉块,砸毁车辆和砸伤人畜的事件时有发生[1]。

2.2采用的工程措施及出现的变形情况

得荣县红岩子高边坡治理后出现的变形情况:

1)2007年5月,第一次治理工程初步完成,采用的工程措施为“素喷混凝土+锚杆挂网喷锚护坡”;此措施对冰水堆积体而言,治理效果较差。在2007年8月,治理工程因为局部垮塌破坏而失效,形成近100m2的坍塌区和近100m2的牵引区,坍塌的岩土堆积体近200m3,触发因素是多年未遇的连续降雨,形成原因是素喷混凝土与堆积体结合不紧密,造成喷层面板牵动浅层岩土体坍塌,锚杆挂网喷锚又因为锚杆数量不足及长度较短,其提供的锚固力不足以让坡体达到稳定状态。

2)第二次治理工程是在第一次治理工程措施上进行了一些补强,在垮塌区增加了锚杆挂网喷锚。但是还是没能阻止坡体其他部位的变形,2008年下半年在已竣锚杆护坡工程南部土质滑坡上方又发现了多条裂缝,并有变形加剧的迹象,存在锚杆护坡工程产生整体滑塌破坏的可能。

3)2009年下半年,展开第三次工程治理,工程措施为“削坡清方+格构锚索+地表排水+棚洞”;其中,格构锚索分7排共45根锚索,棚洞的施工在坡面工程结束后进行。在削坡后的格构锚索施工过程中,局部垮塌现象无法避免,特别是在雨季,掉块的现象不断发生。不但影响施工安全,而且长此以往,会导致锚索框架格构梁变形、局部锚索失效等问题[2]。

4)2010年,根据在削坡施工揭露的地质情况及已经出现的垮塌问题,决定在第三次治理工程措施基础上,增加部分锚固措施,即在各片锚索格构区间隔处增加锚杆格构或喷锚挂网。锚杆分为9m和12m间隔布置,间距为2.5m×2.5m[2],总共增加锚杆133根。

3 冰水堆积体滑坡治理问题分析

通过得荣县红岩子高边坡的治理过程可以看出,对于冰水堆积体滑坡,其治理是有别于其他堆积体滑坡的,而常规的工程措施在运用时会出现一些问题:

1)冰水堆积体滑坡的冰水堆积物是冰川表面、底部和两侧的冰水将碎屑物质(冰碛物)进行再搬运而再堆积,即融化后的冰水将冰碛物冲刷、淘洗,按颗粒的大小,堆积成层而形成[3]。其本身在自然状态下稳定性较好,但是在经过人工扰动后或有较大的降雨入渗时,其自稳能力极差。

2)冰水堆积体滑坡的治理如单独采用素喷砼或喷锚支护等工程措施时,会出现喷层与堆积体分离,锚杆锚固段无法达到基岩,锚固力不够等问题。从地质条件上分析,在巨厚、松散、含砾石甚至大孤石的地层中,而且其下伏基岩风化强烈,完整性很差的情况下,锚杆工程很难找到稳固的锚固段[4]。

3)冰水堆积体滑坡的治理如单独采用预应力锚索格构工程时,能提高滑坡的整体稳定性,但是无法防治坡体的局部垮塌。从岩性上分析,冰水堆积体岩性多为碎块石土,在工程扰动或降雨入渗软化后,自稳能力下降。在重力作用下,从局部掉块逐渐发展成为垮塌。

4)采用“预应力锚索格构工程+棚洞”的工程措施看似解决了坡体局部垮塌的问题。其实是只解决了威胁对象的安全问题,但是没有考虑到坡面锚索工程本身的安全性,长期的垮塌会导致局部锚索格构的失效。原因是锚索格构下的岩土体逐渐垮塌,格构梁就顺势下沉,不仅会造成格构梁的拉裂破坏,而且锚索的预应力会衰减,最终锚索失效,从而坡体整体稳定性会下降。

5)削坡清方工程措施减小了坡体自重,而且清除坡上浮土,减小了局部掉块的隐患,但同时也对坡体扰动太大,造成局部的自稳能力下降。特别是采用机械削坡工作方式,虽然提高了工作效率,但是对坡体的扰动增大。坡体覆盖层本身就松散,且裂缝及大孤石较多,在削坡时不可避免会造成超削和削坡过陡等问题。

6)由于冰水堆积体覆盖较厚,本身空隙较大,而且下伏基岩风化严重,裂隙发育,完整性很差。在锚索施工时,灌浆效果会受到一定影响。裂隙分布会增大灌浆量。而且浆液的性状会直接影响灌浆效果。

4 冰水堆积体滑坡治理建议

1)冰水堆积体滑坡在进行削坡施工时,不能只采用机械削坡的方式,建议采用机械削坡与人工削坡相结合的工作方式,尽量按要求清削,避免对坡体不必要的工程扰动。

2)冰水堆积体滑坡的治理不能采用单一的工程措施,需采用综合治理工程措施,既要保证整体稳定性,又要防止局部垮塌。

3)对于覆盖层较厚,以及基岩较破碎的滑坡,在进行锚索施工时,需采用扩大孔深,增大孔径,加长锚固段等方式使锚固力满足设计要求。

4)在锚索灌浆时,应根据实际情况,提高灌浆压力,适当增大浆液粘稠度,可采用一些添加剂改善浆液性状,从而提高灌浆质量。

5)锚杆格构及锚喷支护措施要求其锚固力达到能使其本身自稳的要求。这样不仅防止局部垮塌造成锚索格构失效,也控制了工程措施自身失稳牵引破坏坡体的可能。

6)选择合理的成孔顺序,灌浆顺序,这样会提高成孔成功率及保证灌浆的质量。以及合理安排各工程措施的施工先后顺序。

5 结论

通过对冰水堆积体滑坡治理工程措施的分析,得出以下结论:

1)在治理冰水堆积体滑坡时,需采用多种工程措施相结合,综合治理的方式。

2)经实践证明,预应力锚索格构在防止滑坡整体滑动上是可以采用的有效手段。而在防止局部垮塌时,锚杆格构及锚喷也是可行的。

3)由冰水堆积体特性可知,冰水堆积体滑坡局部垮塌的可能性较大。

4)冰水堆积体滑坡治理时,不仅要考虑坡体特性,与滑坡周围所处的地质环境及人类活动相结合,更要考虑在运行时工程措施的安全性,方能达到彻底防治的效果。

参考文献

[1]四川省广汉地质工程勘察院.得荣县红岩子高边坡补充勘查报告[R].成都:四川广汉地质工程勘察院,2009.

[2]成都理工学院东方岩土工程勘察公司,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室.四川省得荣县红岩子高边坡应急补充治理工程(坡面工程部分)施工图设计报告[R].成都:成都理工学院,2009.

[3]吕大伟.冰水堆积物特性及其路用性状研究[D].长沙:中南大学,2009.

[4]尼玛卓玛.川藏公路沿线古冰碛区大型滑坡治理[J].中国公路,2005(16):97-99.

滑坡堆积 篇4

滑坡是最常见的地质灾害之一, 在滑坡治理工程中, 如何准确而又快速经济地确定滑坡体的几何形态及规模尤为重要。物探作为一种现代化的勘察技术, 在地质灾害勘察中发挥了重要作用。三峡工程地质灾害的治理中, 存在大量的堆积层滑坡, 利用高密度电法确定堆积层滑坡具有突出的优越性。本文利用高密度电法对云阳县新县城某滑坡进行勘察, 并与钻探结果进行了对比, 表明高密度电法对堆积层滑坡的勘察效果明显。

1 滑坡区的工程地质条件

该滑坡位于长江一级支流彭溪河右岸, 地处四川盆地东部边缘、大巴山前缘和鄂西山地的接壤地带, 地貌上属浅切割低山。其地形地貌特征受区域地质构造和岩性的控制, 高程140~550 m, 相对高差50~350 m, 地形上为起伏不平的浑园状、条状浅切宽谷低山丘陵, 受沟谷侵蚀切割, 低山丘体显得破碎。坡形上, 平缓岩层组成的岸坡呈台阶状, 陡壁 (45°~85°) 与平台 (多<10°) 相向, 地形坡度17°~21°。

滑坡区地层主要为侏罗系中统上沙溪庙组三段 (J2s3) 及第四系松散堆积层。滑体的物质组成岩性主要为块碎石土和粘土夹碎石, 厚度不等, 最厚可达30余米;滑床的岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩互层。

由于崩滑堆积物分布于斜坡地带, 受大气降雨、滑坡体上的塘水、基岩裂隙水、排水沟的生活生产废水补给, 补给条件较好, 沿内部孔隙或基岩面、基岩裂隙径流, 于冲沟低洼处排泄或沿基岩裂隙下渗。

2 野外工作概况

高密度电阻率法利用程控电极转换器, 自动控制供电电极和测量电极。布极可一次完成, 并同时完成纵向、横向二维勘探, 具备电剖面法和电测深法两种方法的综合探测能力。

本次勘察在H1测区共布置2条纵剖面, 即A1-A1'和A2-A2'。物探剖面位置如图1所示, 剖面编号与地质剖面编号一致。所有物探剖面及物探点位置均用全站仪施测。高密度电阻率法电极间距为5 m, 最大供电极距AB为300 m, 隔离系数18, 使用电极60个。装置同时采用对称四极和温纳装置, 供电电压180 V, 使用仪器为国产WDJD-2多功能激电仪, 处理软件为RES2DINV高密度电阻率数据反演软件。为了减少地形条件对电测深曲线的影响, 放极方向尽可能平行地形等高线。

3 物探成果

3.1 物性参数

滑体的物质组成岩性主要为块碎石土和粘土夹碎石;基岩岩性分别为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩互层。各岩土体物性电阻率值为:粘土夹碎石10~25Ω·m;块碎石土20~120Ω·m;中风化砂岩100~180Ω·m;中风化泥质粉砂岩 (粉砂质泥岩) 30~60Ω·m;中风化泥岩30~50Ω·m;强风化泥岩、泥质粉砂岩及砂泥岩互层20~40Ω·m;强风化砂岩30~80Ω·m。堆积体与基岩在物性上 (电阻率值) 存在一定的物性差异, 具备物探工作基础。

3.2 成果解释

A1-A1'和A2-A2'剖面解释成果如图2和图3所示。可以看出, H1滑体大致可分为三层。第一层为块碎石土, 电阻率值分别为20~120Ω·m, 厚度数米至10 m左右;第二层为粘土夹碎石, 电阻率值10~25Ω·m, 分层厚度为数米至30 m左右。第三层为基岩, 电阻率值30~60Ω·m。滑床为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩互层, 基岩风化强度不很明显。A1-A1'剖面堆积层厚度为5~28 m左右;A2-A2'剖面堆积层厚度为9~35 m左右, 覆盖层厚度变化较大, 滑坡中强风化基岩厚度在10~20 m左右。

根据解释成果, H1区滑坡外形呈“长舌状”, 沿近南北向展布, 后缘最高高程500 m, 前缘最低高程144 m, 相对高差356 m。该滑坡整体地势北高南低, 呈上缓中陡下缓, 滑体坡度5°~38°, 纵向上呈台阶状。滑体呈中间厚、两侧薄的特征, 推断该滑坡体的组成物质成分主要为块碎石土、粘土夹碎石, 滑动面为覆盖层与强风化基岩的接触面, 基岩主要为砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砂泥岩互层。现场工作阶段在滑坡的后缘、中部斜坡及西侧均可见块石、碎石。

4 钻探验证

该滑坡详细勘察阶段在滑坡上进行工程钻探, 钻孔布置见图1, 钻探揭示堆积体厚度如表1所示。

由表1可知, 物探解释成果与钻探揭示堆积体厚度基本吻合, 仅个别点由于地形的影响, 对层位的判断与钻探成果出入较大, 说明高密度电法对堆积体滑坡滑体厚度、滑带位置及滑坡规模的勘察是有效的。

5 结语

1) 基于堆积体滑坡滑体与滑床物性差异, 运用高密度电法对堆积体滑坡滑体厚度、滑面深度、滑坡范围的探测是有效的, 成果直观, 精度较高。

2) 由于堆积层滑坡滑体物质的复杂性和边界条件的不确定性, 在实际工作中对复杂的堆积体滑坡, 建议采用多种物探手段进行综合勘探, 以提高解释成果的精度和准确性。

摘要：在云阳县新县城某滑坡勘察中, 利用高密度电法, 确定了滑坡体的几何形态、滑坡体的规模, 通过钻孔验证, 结果 较为满意, 为滑坡的治理提供了可靠的资料, 表明高密度电法在堆积层滑坡中具有良好的应用效果。

关键词：高密度电法,滑坡,勘察,堆积层

参考文献

[1]刘云祯.工程物探新技术[M].北京:地质出版社, 2006.

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滑坡堆积 篇5

目前该滑坡堆积体处于暂时稳定状态,但在雨季,尤其是持续降雨或暴雨季节,很有可能发生大规模滑动,一旦灾害发生,将导致数万方土、石推入岷江,造成堵江,严重危及附近居民的人身财产安全和铜钟水电站的安全。

1滑坡堆积体基本特征与地质环境

1.1 滑坡堆积体基本特征

白水寨村滑坡堆积体处于白水寨古滑坡的前缘,从左边界白水寨冲沟沟口至上游右边界约为560 m,顺坡长约为600 m,堆积体平均厚度约为65 m,前后缘相对高差约165 m,总体积约为2.2×108 m3。堆积体沿NW向延伸。堆积体的前缘为泥石流堆积平台,该平台就是白水寨村所在地。

1.2 滑坡堆积体地质环境特征

1)地形地貌:

由河边1 459 m～1 465 m至老茂汶公路1 478 m～1 483 m高程,坡高约18 m～19 m,自然坡度15°～40°;由老茂汶公路1 478 m～1 483 m至1 488 m～1 513 m高程,坡高约10 m～30 m,自然坡度50°～70°,在1 488 m～1 513 m高程以上为白水寨平台,自然坡度15°～35°。堆积体左侧为白水寨冲沟,沟深约为5 m～10 m,沟坡陡峭,约为50°～60°(见图1)。

2)地质条件:

堆积体在区域上处于川西北高原东南部,四川盆地西北部高山峡谷地带,区内山势巍峨,海拔1 200 m～5 000 m,地势北西高,南东低,相对高差800 m～2 000 m,属深切中～高山区,岷江在区内由北东向南西延伸,地形地貌明显受龙门山后山断裂(茂汶断裂带)控制,区内河谷深切,两岸沟谷发育,河床堆积层深厚,沿河谷两岸崩塌体及滑坡成群。

3)物质组成:

堆积体主要以块碎石土为主,块碎石以灰岩为主。根据组成物质及其性状,堆积体地质剖面主要分为两大层:上层以灰岩、千枚岩块碎石土为主,局部有架空现象,总体中～强透水性,厚度大于39 m;下层为灰岩、千枚岩碎石土夹块石,结构较紧密,总体具中等透水性,厚度大于21 m。

2滑坡堆积体成因和变形因素

2.1 堆积体成因

1)在暴雨或地震等极端条件下,岷江左岸山体发生规模巨大的滑坡,滑体滑入江中,将岷江左岸Ⅱ级阶地推移。随着岷江河谷的下切,并在岷江水流巨大的推力作用下,堆积体前缘被浸蚀,形成现今地貌下覆堆积层的基本雏形。

2)在滑坡堆积体下覆堆积层基本形成后,左侧白水寨冲沟继而发生规模巨大的泥石流,部分泥石流物质上覆于堆积体前缘,形成规模巨大的堆积平台;另一部分直抵岷江右岸,并堆积于右岸,从而形成左右两岸均存在泥石流堆积物的地貌雏形。

3)在随后的地质年代内,堆积体前缘在泥石流堆积物的重力作用下逐渐密实,稳定性也逐步提高;同时上覆泥石流堆积体的颗粒之间进行充分的胶结,进一步对滑坡堆积体变形起到阻滑作用。经过多年的局部改造和人类建设形成了现在的一陡二缓的地形地貌。

2.2 滑坡堆积体变形影响因素

目前白水寨村滑坡堆积体变形主要集中于堆积体前缘与白水寨平台相接部位,根据现场调查,虽然尚未发现整体变形失稳迹象,但在相接部位的村镇民房中明显可以看到地面局部隆起现象,隆起高度可达10 cm之多。地表产生裂缝及房屋出现倾倒、拉裂变形的主要原因有地形地貌、堆积体物质组成等内在因素,也有农田常年漫灌、强降雨、房屋建筑基础与地基的协调等外在因素。

1)白水寨村后部堆积体自然坡度约30°,为扩大前部平台的耕种面积,在村寨修建时爬高、后靠,人为开挖坡脚造成了许多台坎,为堆积体变形失稳提供了有利的临空条件。2)松散的斜坡物质组成。近坡表主要是以灰岩为主的块碎石土,块石直径最大可达2 m以上,块碎石含量高达60%～70%。这些崩滑堆积物是上部坡体长时间、多批次改造后形成的,后缘岩体在卸荷、风化等渐进性因素作用下不断产生小规模、多次的崩滑,致使许多体积较大的块石堆积于坡脚。这类块碎石土形成时间相对较短,自身级配差,压密效果不好,因而遇到触发因素极易产生变形。3)水对碎石土的潜蚀作用。根据现场调查,在坡体的农田中均分布有大小不一的土洞,当农田进行灌溉时,水流从土洞中下渗流走,并在堆积体前缘的公路边出露,这个现象说明农田的灌溉用水改变了堆积体的地下水文条件,并形成新的地下水流通道,促使堆积体变形,这也是导致堆积体变形的主要原因。

3堆积体稳定性评价

虽然目前尚未发现堆积体整体有失稳迹象,但是不排除在暴雨、地震等不利条件下出现局部的变形或滑动,进而同样威胁到居民和下游电站的安全,为此根据各勘探剖面在滑坡中的位置及其代表性,搜索白水寨村堆积体最危险滑面,并计算其稳定性系数。

3.1 稳定性计算

根据滑坡工程地质特征和极限平衡原理,对滑坡主滑方向的剖面进行稳定性计算。边坡稳定性系数采用下式计算:

$k=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n(}c{}_{i}l{}_i+G{}_i\cos \alpha {}_i\text{t}\text{g}\text{ϕ}{}_i)}{{\displaystyle \sum _{i=1}^n(}G{}_i\sin \alpha {}_i)}$。

其中,k为边坡的稳定性系数;ci,ϕi分别为第i个土条的粘聚力和内摩擦角,(°);Gi为第i个土条的土体自重,kN/m;li为第i个土条底滑面的长度,m;αi为第i个土条底部的坡角,(°)。

3.2 计算工况及计算剖面

根据堆积体在实际的条件下可能遇到的各种工况,进行稳定性计算。选择计算工况如下:

工况1(天然状态):仅考虑边坡岩土体的自重作用,计算时采用天然状态下的c,φ值,地下水位以上采用坡体的天然容重,地下水位以下采用坡体的饱水容重。

工况2(地震工况):在工况1的基础上,考虑地震的影响(地震烈度为8度)。

工况3(暴雨工况):在工况1的基础上,考虑持续降雨的情况(滑体饱水状态)。

3.3 岩土体参数

考虑到该地质灾害可能会造成的影响,故本次计算选取的物理力学参数主要通过三种途径确定:1)根据有关地勘报告的推荐及类比其他工程经验;2)根据现场取样的室内试验统计资料;3)根据与实际情况基本吻合的已有滑坡进行反演。

试验用碎石土样取自滑坡堆积体两层有代表性的地段,取样后及时进行装袋密封。在试验室内进行天然、饱水等状态下的物理力学性质测试。综合上述三种确定方法,得出滑坡稳定性计算的岩土物理力学参数(见表1)。

3.4 稳定性结果分析

从稳定性计算结果可知:滑坡堆积体最危险滑面在天然状态下,稳定系数为1.287,处于稳定状态;在暴雨状态下,稳定系数为1.035,处于临界蠕滑状态;在地震状态下,稳定系数为0.808,表明其已经出现滑动破坏。

4防治措施

从白水寨村堆积体的变形原因分析中可以看出,堆积体的变形是内部和外部因素共同作用的结果,因此在堆积体的治理过程中,应对不同的诱发因素进行同步治理。

1)加强滑坡堆积体的变形观测。在条件许可的情况下,在滑坡堆积体的上、中、下部各采用一个垂直观测孔,观测其后期的变化趋势。2)改变坡表农田的灌溉方式,如由现在随意灌溉改为定点喷水灌溉,同时减少农田的灌溉用水量。3)在农田的前缘侧或在地下的潜蚀通道处修建盲沟,截住农田用水以及雨水下渗进入坡体,避免进一步潜蚀地下的土层。

5结语

1)白水寨滑坡堆积体的形成首先是山体的滑坡形成现今滑坡地貌的下覆堆积层,随后在泥石流的冲击作用下,泥石流物质上覆于滑坡堆积体,形成现今地貌的基本雏形。2)白水寨村滑坡堆积体局部出现变形破坏并导致坡体上的建筑物出现变形,其形成的内在因素是陡缓相间的地形、松散的滑坡堆积碎块石土及中间低、四周环向白水寨村有利于形成推挤的微地貌等。3)白水寨村滑坡堆积体局部坡体变形是推移式的,通过研究分析可以判断白水寨村滑坡堆积体局部变形处于初期—蠕动挤压阶段。4)白水寨村滑坡堆积体稳定性较差,在天然状态下基本稳定;在持续暴雨的工况下,处于临界状态;在地震的工况下,则会出现整体滑动。5)农田灌溉是导致滑坡堆积体变形的主要原因,为避免水流入坡体内,加剧坡体的变形,建议减少坡表农田的灌溉用水量,同时修建截排水系统。

摘要：结合详细的现场调查,在白水寨村滑坡堆积体的成因机制研究的基础上,分析了其变形的原因,得出堆积体后缘农田的灌溉是导致堆积体变形的主要原因,最后针对白水寨村滑坡堆积体的防治措施提出相应的建议。

关键词：堆积体,成因机制,变形,稳定性分析

参考文献

[1]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理(第二版)[M].北京:地质出版社,1994.

[2]沈军辉,王兰生,赵其华,等.二郎山榛子林滑坡形成演化机制及整治对策[J].成都理工学院学报,2000,27(2):184-188.

[3]杨伟,朱继良,唐小平.芦家沟滑坡的成因机制及稳定性研究[J].地质灾害与环境保护,2005,16(1):23-27.

滑坡堆积 篇6

某国道经秦岭山区时，从一古滑坡坡脚通过，古滑坡被扰动复活，严重威胁公路交通安全。该滑坡是一个在漫长地质历史上多次滑动的古滑坡，位于黑河左侧侵蚀岸山体上的覆盖层。

滑坡体的主要构成物质由全新统黄土状土、碎石土和人工填土粉土等组成。滑坡体高程601 m～684 m，高差83 m;滑坡长约137 m，前缘宽约110 m，后缘宽约88 m，平面面积约1.0×104m2，总体积约为20×104m3，属于中型堆积层滑坡。

滑坡体中上部为坡度较缓的坡地，已被开发成多级梯田，中下部坡度较陡，植被覆盖良好，纵坡度总体约28°～36°。滑坡地形陡峻、西高东低，滑坡两侧冲沟发育，国道从滑坡体前缘上通过。黑河由北向南从滑坡前缘流过，沟谷切割深度大，呈深窄的“U”形断面。

2 滑坡形成的影响因素分析

2.1 地形地貌

滑坡处于秦岭北部浅山区，位于秦岭褶皱带厚畛子至沙梁子次级向斜区域，受本区新构造活动的继承性活动与间歇性抬升作用，形成秦岭山地的阶梯状地貌(包括夷平面、剥蚀台地和河流阶地等)。秦岭自早更新世时期开始，频繁发生间歇性垂直差异运动，形成了山体和盆地及第五级阶地，河谷深切250 m以上;中更新世时期，盆地与山体的区域性抬升占主导地位，黑河形成三～四级阶地，阶地高出河床30 m～130 m。因此，在新构造运动的抬升和沟谷下切作用下，本区形成了高陡的斜坡地形，为滑坡向临空的河谷方向变形和滑动创造了有利的地形条件。

2.2 滑坡体的岩土结构

滑坡体主要为第四系松散堆积物，由坡积黄土状土、残坡积碎石土等组成。这些变动过的岩土体松散、强度低、稳定性较差，碎石土透水性较好。

2.3 降雨

该区属暖温带半湿润气候，多年气象观测资料显示:该区年降水量650 mm～800 mm,65%集中在7月份～9月份。1979年在40多天连阴雨条件下老滑体发生下错，形成明显的滑坡后壁，并在南侧冲沟内不断发生滑塌，变形破坏活动频繁。降雨渗入坡体，使坡体松散堆积物强度降低，在孔隙水压力和向坡外方向的渗透力作用下，诱发坡体发生变形和滑动。

3 滑坡的形成机制分析

3.1 滑坡的形成期次

该滑坡是老滑坡局部活动产生的。根据现场调查、勘探及滑坡地层的先后顺序，确定该滑坡的形成分为三个期次:

一期滑坡沿基岩面滑动，规模较大，高差大，后壁及滑床清晰，主滑方向指向河道，在沟底形成大量滑坡堆积层。

二期滑坡在一期滑坡基础上继续滑动，产生的松散堆积物覆盖在一期滑坡堆积层上部的坡积土之上。

三期滑坡是由人类活动扰动致使老滑坡局部活动形成的。修筑国道公路开挖坡脚后，老滑体在40多天连阴雨条件下发生下错，形成明显的新滑坡后壁，特别是南侧冲沟内不断发生滑塌，变形破坏活动频繁。由于一期、二期滑坡滑动时间久远，基本没有变形活动迹象，因此把三期滑坡作为研究的重点。

3.2 影响滑坡稳定性的主控因素及诱发因素

在一期、二期滑坡形成过程中，自重应力及不利的基岩结构面起到了控制性的作用，是主控因素;地震、降雨的作用是促使斜坡失稳的诱发因素。

在三期滑坡形成过程中，自重应力及坡体本身地层结构对滑坡的复活起到了控制性的作用，是主控因素;坡脚开挖和降雨是诱发因素。

3.3 滑坡的变形破坏模式

从滑坡坡体地形地貌特征、地层岩性、结构、变形破坏特征和变形破坏标志来综合分析，其变形破坏模式为:下部推挤变形—中部“顺层”滑动—上部拉裂下错，为推移式滑动机制[1]。

4 滑坡的稳定性分析与治理方案

4.1 滑坡的稳定性分析

1)定性分析。

滑坡依基岩山脉而下，体积庞大，坡体高差大，坡度较陡，前临河谷，滑动时大部分势能已得到释放。滑体自山顶顺势而下，在河谷及山体斜坡底部冲击堆积，滑坡堆积体已经固结硬化，坡体上未再出现滑动变形的特征。坡体两侧冲沟比较发育，在坡体前部形成了比较厚的冲洪积地层，大大增强了坡体抗滑段的规模。综合分析以上因素，可判断老滑坡堆积体目前处于稳定状态，在不合理开挖以及遇到连阴雨或暴雨等因素影响下，老滑坡可能出现局部失稳。

2)定量评价。

为全面评价滑坡的稳定性，分别对滑体的浅层、深层多个滑动面进行稳定性计算。滑坡的稳定性计算参数，根据试验指标、工程类比法和反演法综合确定。滑体重度及滑带土的抗剪强度指标见表1，稳定性计算结果见表2。

根据该滑坡特征，采用折线状滑动面法，计算剖面由1—1工程地质剖面概化而来，稳定系数=抗滑力/下滑力。考虑以下几种工况:a．天然状态;b．滑动面处于饱水状态;c．考虑地震因素影响，按地震烈度7度设防。

从表2结果可看出，根据文献[2]的稳定评价方法，确定该滑坡在天然状态下处于稳定状态，在饱水状态下处于变形—滑动状态，考虑地震因素影响下处于暂时稳定—变形状态。这一结果与现场调查结果比较吻合。因此，滑坡需要进行必要的治理。

4.2 滑坡治理工程方案

公路通过滑坡的滑舌部，根据查明的滑坡体的性质，以卸载减重，前部增强抗力为主，结合疏干措施配合为原则，建议对坡体进行削坡处理后，采用抗滑桩+挡土墙的措施。

1)削坡。

滑体中部(突出部分)的坡体进行部分削坡处理，先自上而下对坡体减重，再整平碾压加固。

2)抗滑桩+挡土墙。

抗滑桩位置选取在公路坡脚位置。抗滑桩穿透滑面嵌入弱风化基岩。挡土墙修建于桩与桩之间，并与桩呈刚性接触。

3)排水。

由于水在滑坡形成和再次滑动中起着极其重要的作用，因此除支挡之外，配合地表排水，修筑截排水沟，使地表水排出滑体。

5 结语

1)该滑坡是一个发育在老滑坡堆积体上的滑坡。因修筑公路开挖坡脚诱发老滑坡复活，滑坡下部推挤变形、中部“顺层”滑动、上部拉裂下错，综合分析认为该滑坡为典型的推移式堆积层滑坡。

2)滑坡复活后，蠕动变形比较强烈，天然状态下滑坡处于稳定状态;在滑动面饱水状态下处于变形—滑动状态;考虑7级烈度地震情况下，滑坡处于暂时稳定—变形状态。一旦出现持续降雨、地震或者坡脚开挖等等人类工程活动影响，可能会造成坡体滑动。

3)滑坡对工程危害较大，滑坡的治理措施可采用削坡减载+抗滑桩+挡土墙的综合措施治理，并对整个坡体变形地段做好截排水工作。

参考文献

[1]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,1994:134-136.

[2]DZ/T0219-2006,滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].

滑坡堆积 篇7

滑坡是地壳表层岩体的一种地灾现象, 是一种多发性的地质灾害, 给城市规划、交通建设、水利、矿山开采等造成巨大损失, 据有关数据, 每年自然灾害给我国造成的直接损失高达千亿元, 其中滑坡等占20%左右[1], 滑坡灾害的防治问题亟待解决。

目前, 国内外一些学者对位移矢量角参数在堆积层滑坡预测预报中的应用进行了相关的研究, 并取得了一定的研究成果, 其中的代表性研究方法主要有数理统计分析法和有限元分析法。例如, 贺可强等[2]对边坡塑性滑移阶段的位移矢量角及其与滑坡稳定性的关系进行了系统的分析, 运用数理统计的趋势位移分析原理构建边坡位移矢量角和位移速率参数统计预测预报判据;阳吉宝等[3]运用灰色理论, 针对堆积层滑坡变形破坏的特点, 对滑坡位移观测数据进行了处理, 得出相关灰色位移矢量角。土体扩容对边坡稳定性的影响方面研究, 国外学者Mazarin[4]利用有限元的思想, 经过研究发现边坡失稳区域边缘左侧节点的竖直位移在体力增加到最终值时突然增大, 而位于破坏区右侧的节点, 则表现出很小的变化, 竖直位移突然增大说明边坡垂直位移矢量角在边坡失稳时将要发生突变;国外学者Kim[5]利用有限元对边坡进行分析中也发现边坡在临界失稳时其位移速率矢量场发生突变, 其垂直位移矢量角有明显偏转。

1 边坡位移矢量角的定义及其与边坡稳定性的关系

边坡位移矢量角, 是边坡位移矢量与水平面的夹角, 即为垂直位移矢量角。对滑坡原始位移监测资料中的垂直和水平位移进行二次再生处理, 抽象出原始资料的规律性, 便于总结边坡运动运移规律。令x (0) , y (0) 分别为水平和竖直位移序列, x (1) , y (1) 为它们的累加序列[3,6]:

即可得到所设置观测点的位移矢量角数据序列。

位移矢量角是一个矢量, 具有方向和大小两个数量值, 两个数量值构成了位移矢量场。边坡位移矢量场是边坡运行运移状态的直接数值反映, 同时也反映了边坡的稳定状态。边坡的不同稳定演变阶段所具有的位移矢量角表现着不同的变化特征, 因此, 可以利用位移矢量角的变化规律来研究边坡的稳定性的演化规律[2]。

2 堆积层滑坡位移矢量角变化规律数值分析

1) 屈服准则。Drucker-Prager准则[7]是目前岩土工程领域中常用的屈服准则, 同时也是岩土工程问题的解决中所应用的大型有限元软件所采纳的, 其表达式为:

进行边坡稳定性分析计算时, 采用强度折减法, 选取初始折减系数F, 折减后粘聚力及摩擦角为, 其中, c, Ф分别为边坡土体的初始粘聚力和摩擦角, c', Ф'分别为折减后的粘聚力和摩擦角[8]。

2) 滑坡数值模型的建立。根据地质调查所确定的某滑坡的某典型剖面, 进行平面非线性有限元分析, 将坡体作为变形体, 按照土的变形特性, 计算土坡内的应力分布。滑坡体后缘取至公路切坡导致的剪出口处, 底部深度延至滑体高度的3倍左右, 以满足计算精度要求。坐标系为:垂直向上为y轴的正向, 水平指向河床为x轴的正向, 原点为滑坡体后缘起点, 按照平面应变建立模型。边界条件:在滑体前后缘的垂直边界上为水平约束, 底部约束条件为双向固定约束。计算模型采用四边形节点 (Plane82) 单元, 有限元划分有2 547个单元, 节点总数为7 880, 网格划分情况如图1所示。

3) 滑坡位移矢量角变化规律分析。按照强度折减法的思想, 对土的原始强度指标进行一系列的折减, 将折减后的c, Ф值代入程序进行有限元计算, 得到边坡的位移、应力的数值解。经多次迭代运算, 当c=1.5×108Pa, Ф=20°时, 程序恰好不收敛, 边坡达到了临界状态。

假设此时的折减系数是1.0, 根据现场实际情况, 在滑坡的前部、中前部、中部、中后部及滑坡后部各设置了两个观测点;根据模拟计算结果, 得出各节点位移矢量角如表1所示。

从各节点位移矢量角来看, 数据比较符合牵引式滑坡的特征, 前端位移矢量角较小, 说明前端位移以水平位移占优, 位于边坡顶端的290节点甚至出现负角, 说明该边坡顶端滑动出现上扬现象, 这是在剪出口位置才可能发生的情况, 而事实上290节点正位于剪出口位置。这说明了模型参数设置合理, 得到的数据比较可信, 可以作为分析计算的依据。从表1可以看出, 边坡中前部位移矢量角均较小, 边坡已经开始出现险情, 治理迫在眉睫。

由于各个折减系数下的模拟计算是重复进行的, 所以其他折减系数下的边坡位移矢量角仅给出计算结果。根据D-P准则, 对c, 值进行折减, 折减系数即为折减系数F。以折减系数为1.0为基点, 折减计算出其他几个折减系数下对应的c, 值, 见表2。

将表2中各c, Ф值代入模型进行模拟计算, 给出在各折减系数下的所设各观测点的位移矢量角 (见表3) 。

总体上看, 位移矢量角是随折减系数的变化而改变的, 图2给出了边坡模型前缘的位移矢量角随边坡稳定性演化的曲线图, 随着边坡折减系数的降低, 位移矢量角也在减小, 在边坡折减系数低于1.0时, 位移矢量角急剧减小。当折减系数达到0.95时, 程序计算已经不收敛了, 节点290的值已经为0, 说明边坡已经破坏, 而节点25的位移矢量角也急剧减小, 并当折减系数为0.9时也不收敛了。根据前面所述理论, 边坡位移矢量角的减小, 说明土体有向临空方向运动的趋势, 在前缘表现为隆起、剪出[9]。

边坡中部、后部观测点的位移矢量角随折减系数变化曲线图如图3, 图4所示。

从总体趋势来看, 随着时间的推移, c, 值也逐渐降低, 位移矢量角也在逐渐降低, 即位移矢量角是随折减系数的降低而降低的, 与边坡前缘相比, 边坡前中前缘、中部以及中后缘的位移矢量角的变化突发性依次减小。从数值上看, 当c, 值降低到某个程度时, 即折减系数低于1.0时, 位移矢量角开始急剧减小, 当折减系数调整为0.93时, 位移矢量角数值急转直下, 当折减系数调整为0.90时, 程序计算时绝大数节点不收敛。

3 结语

通过上述分析研究, 可以得出以下结论:1) 基于边坡位移矢量场的原理, 结合数学建模进行数值分析, 通过对边坡位移矢量场动态变化的分析和研究, 能够对堆积层滑坡的稳定性进行评价。2) 在弹塑性力学分析方法基础上, 运用边坡的位移信息分析研究堆积层滑坡不同部位的位移矢量角的变化趋势, 以位移矢量角的形式反映边坡稳定性的变化规律, 在对滑坡治理方案进行优化设计上有数理支持价值。

参考文献

[1]黄润秋, 许强.工程地质广义系统科学分析原理及其应用[M].北京:地质出版社, 1997.

[2]贺可强, 阳吉宝, 王思敬.堆积层边坡表层位移矢量角及其在稳定性预测中的作用与意义[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22 (12) :1976-1983.

[3]阳吉宝, 钟正雄.位移矢量角在堆积层滑坡时间预报中的应用[J].山地研究, 1995, 13 (1) :49-54.

[4]Mazarin M T, Nour M A.Significance of soil dilatancy in slope stability analysis[J].Journal of Geotechnical and Geo-environmental Engineering, ASCE, 2000, 126 (1) :76-79.

[5]Kim J.Limit analysis of soil slope subjected to pore water pressures[J].Journal of Geotechnical and Geo-environmental Engineering, ASCE, 1999, 125 (1) :49-57.

[6]贺可强, 阳吉宝.堆积层边坡位移矢量角的形成作用机制及其与稳定性演化关系的研究[J].岩石力学与工程学报, 2002, 21 (2) :185-192.

[7]王勖成, 邵敏.有限单元法基本原理与数值方法[M].第2版.北京:清华大学出版社, 2002.