大型复杂滑坡论文

2024-11-30

大型复杂滑坡论文（精选4篇）

大型复杂滑坡论文篇1

摘要：以一个复杂大型滑坡作为研究对象,通过对该滑坡形成的地质环境、影响滑坡的敏感因素、破坏方式及其稳定性验算的分析研究和对设计过程的叙述,说明了滑坡治理过程中动态设计的重要性和必要性。

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300 m,南北长约400 m。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10 m。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130 m处的二级平台以下,发生地面开裂,裂缝宽40 cm,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45 m左右,深达8 m,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陡坎,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350 m,平行路线最大宽度达282 m。

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1 m～3 m。滑体中、后部块碎石、角砾含量较低,块石直径多为20 cm～30 cm,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+018～K28+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10 m,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构,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,ϕ值的确定(见表1)

4.2 滑坡推力计算

滑坡推力按GB 50021-2001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。

kN/m

滑坡体后部取在安全系数K=1.15时计算的滑坡推力F=1 245 kN/m为设计推力,桩前抗力取313 kN/m;前部滑体取在安全系数K=1.25时计算的滑坡推力F=1 271 kN/m为设计推力,桩前抗力取369 kN/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+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8 m。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3 m,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3 m,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

根据经验,通过古滑坡体的路段,均使古滑坡产生了不同规模的复活,对公路建设造成了一定的影响,因而对路线所经地区,必须坚持工程地质选线原则,对大型地质灾害应尽量绕避,如果路线必须穿越时,应根据具体灾害特征,选择对灾害影响最小的位置通过。滑坡防治工程应建立在尽可能多的地质资料基础上,充分了解滑坡发生的水文地质和工程地质条件,分析论证其发生机理,进行经济合理、安全可靠的防治工程设计。水对滑坡的发生有极为重要的作用,通常有“无水不滑”的说法,有效的排水措施对滑坡的治理往往会有事半功倍的效果。鉴于滑坡体本身的复杂性,必须采取动态设计的原则,即随施工开挖过程中地质信息反馈,及时修改设计。在施工过程中及施工完成后一定阶段内,应对滑坡体进行变形监测,以便及时掌握滑坡的变形情况,根据变形结果优化设计,同时可以检验滑坡的治理效果。

参考文献

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[6]曹雄,付昱凯,李同录.西林市林家崔滑坡稳定性评价及治理方案论证[J].山西建筑,2005,31(23):83-84.

大型复杂滑坡论文篇2

关键词：大型复杂滑坡,坡体结构,变形机理,分析

0 引言

向家坡滑坡产生于渝黔高速公路K13+500~K14+000段左侧山坡,位处重庆南岸区4km以东著名的南山西坡地段。修建的高速公路以路堑形式通过。

1998年4月至5月施工开挖时发生大面积边坡坍塌,专项勘察后结论指出:变形主要是开挖诱发堆积层浅层滑坡及人工路堑边坡的失稳坍塌,遂采取了放坡减载、截排水及坡面锚固的工程措施,同时在变形严重地段设置了55根抗滑桩(即第一排抗滑桩,桩长7~14m)和混凝土抗滑挡墙;1998年12月至1999年4月间,修建抗滑桩的12#~54#桩发生了不等量位移, 桩前后坡体产生了多道长大裂缝,局部坡体下滑,再次进行了勘察与地质评价。勘察后认为:变形是一老滑坡的局部复活,并于1999年9月进行了滑坡整治加固设计,主要措施为:在距第一排抗滑桩山侧8m处增设17根抗滑桩(即第二排抗滑桩,桩长11~16m),在路基边增设修建了48根抗滑桩(即第三排抗滑桩,桩长20~22m),桩间设C15片石混凝土挡土墙,进一步放缓边坡坡率,同时在边坡上采用预应力锚索墩加固;2000年12月底滑坡又一次变形,部分新、老抗滑桩位移,第三排部分抗滑桩桩顶以下3~5m处桩身断裂,坡面锚固工程拉裂失效,为保安全,采取在坡脚抗滑桩前填土反压,加固已断裂抗滑桩,并在已建第三排抗滑桩桩间增补一排锚索抗滑桩(共15根,桩长15m),同时在第一排桩河侧坡体上增设12根抗滑桩(即第四排抗滑桩,桩长17~26m),修复锚固工程,坡前增设仰斜式排水孔;2004年7月底,滑坡再次变形,部分锚索抗滑桩外倾,锚索拔出,尤其第一排抗滑桩变形更加严重。滑坡一旦失稳,将会对下方的高速公路安全运营造成严重威胁,后果不堪设想,因此决定再次对滑坡进行勘察设计,详见图1。

从以上简述可以看出,向家坡滑坡经多次治理已陷入被动局面,成为一个难题。可见对于变形复杂的滑坡,应正确分析其所处的工程地质条件、坡体结构和变形机理,采取有针对性的工程措施,才能彻底根治滑坡灾害,若盲目修建抗滑工程,治标不治本,只能欲速不达。因此从实际调查入手,分析研究滑坡变形的真正原因和变形机理是关键。

1 滑坡产生的工程地质条件

1.1 地形地貌

滑坡区域地形东高西低,地貌形态受地质构造和岩性控制,呈起伏变化不大的阶梯状斜坡地貌,地面高程290~490m,相对高差近200m,自然坡率为25~35°,为构造剥蚀堆积形成,坡面植被生态良好。

1.2 地层岩性

滑坡区地层为下侏罗统珍珠冲组(J1Z),岩性以泥岩为主夹砂岩,北侧及东侧出露三叠系上统须家河组(T3X)厚层砂岩。

上覆第四系崩坡积土层(Qdl+el4),成份主要为碎石土,含大量砂岩碎块石,结构松散,厚度约10m。

下侏罗统珍珠冲组泥岩局部夹薄层砂岩,质软,网状裂隙发育,泥化严重,强风化层厚7.0~25m,多呈土状,泥岩较细腻具滑感,结构面极其发育,裂隙中充填灰白色粘土,遇水易软化,易崩解,力学强度低。

三叠系上统须家河组厚层砂岩质地坚硬,节理发育,岩层产状NE15~30°/NW70~80°。主要分布于路线左侧斜坡的后部陡坡一带和路线右侧的岸坡一带。

1.3 地质构造

滑坡位于南温泉背斜西翼陡缓坡交界处的斜坡地带,南温泉背斜走向为NE-NNE向,其西翼陡,东翼缓,为单斜构造,岩层产状较陡,泥岩中下部岩层产状近直立,产状NE10~20°/NW70~80°,上部岩层产状NE20°/NW40~50°,地层局部倒转,岩层中网状节理裂隙发育。砂岩中发育的主要节理有:NW65~80°/SW50~80°、NW50~65°/NE40~50°、NW80°/NE25°、NE20~30°/NW80°。

1.4 水文地质条件

滑坡区地下水主要赋存于第四系松散堆积层,接受大气降水补给。滑坡后部地层为强风化砂岩,透水性强,下伏基岩岩面较陡,大气降水在土体内迳流,大部分补给下伏基岩强风化岩石的裂隙,转化为地下水,沿结构面、裂隙带向临空方向渗流排泄。为进一步掌握滑坡地下水的分布状况,勘察中采用了高密度电法进行物理勘探,通过对层析成像剖面的数据采集和数据处理形成二维层析成像文件(见图2)。该图宏观地反映出滑坡地段的地层布局及坡体内部地下水和过度潮湿带的分布。

结合钻探资料,可以清楚地剖释:滑坡后部为高阻的砂岩区域,滑坡主体地段为电阻率相对较低的泥岩或砂泥岩过渡带,滑坡前部为地下水富积区域,在施工揭露与盲洞修建中验证了地下水的分布状况。

2 滑坡多层结构分析

通过对变形和滑坡工程地质条件的深入分析,判识出滑坡的坡体结构是由堆积层滑坡和切层岩石滑坡叠合而成,切层岩石滑坡受构造控制又孕育着浅、中、深三层滑坡(见图3),滑坡具有复合式和多层性两大特征,也正是因为滑坡的这两大特征使得滑坡的治理尤显复杂。

堆积层滑坡主要是残积物和崩坡积物沿泥岩顶面形成,滑体物质主要为粘土、碎石、砂岩块石、泥岩风化物及泥质粉砂岩,结构松散,滑体厚度10m左右,滑坡出口在第二级边坡平台上下。该层滑坡多次滑动,出口处滑动擦痕指向为NW70~80°,倾角22°。

切层岩石滑坡产生于泥岩当中,三层滑带的形成均与地质构造密切相关,总体上受控于顺坡缓倾构造面,产状为NNE/NW30°左右。浅层滑坡厚约10m, 剪出口在路基以上;中层滑坡厚约20m,剪出口在路基面以下;深层滑坡厚25~30m,目前尚未形成。活动变形的滑坡主要是浅层和中层,该两层滑坡形成的地质基础是岩层倾倒变形,深层滑坡可能的依附面是泥岩的强弱风化界面。

分析得知,产生多层滑坡的地质基础是构造作用,在单斜构造区,岩层产状NE10~30°/NW70~80°,砂岩中发育NNE/NW30°的缓倾结构面应是在背斜形成后,坡体在应力释放过程中岩体松弛期产生的结构面,该组结构面可能会出现多组,坡体一旦开挖,形成临空面,其应力释放基本沿此结构面方向,因此坡体中发育的该组结构面是控制滑坡滑动的主要依附面[1]。事实上,泥岩的剥蚀面基本与此一致。

修建高速公路开挖路堑深切斜坡,坡体应力失衡而进一步松弛,扩大了后山由地表水转化的地下水沿泥岩顶面、泥岩强风化裂隙带和构造裂隙面的补给程度。随着临空面深度的增加,坡体松弛范围也逐渐加深,地下水进而下渗,在固有结构面、裂隙带(岩层弯折面处)向临空面排泄,扩大了水—岩作用,加之岩土本身的崩解性、膨胀性和水敏性,遇水后强度更低,从而成为软弱结构面或带,一旦条件成熟,滑体即沿之滑动,形成滑坡。从这个角度分析,坡体内形成几个软弱带就会产生几层滑坡,结合地质条件分析,该滑坡应具有多层性。

施工跟踪时,在坡脚以上二级平台处新建抗滑桩的开挖中,发现自地表至桩深10m以上的岩层有不同程度的反倾,产状NE10~35°/SE35~50°。桩身10~20m岩层产状不连续,较为紊乱,岩石破碎,且裂隙发育,甚至产状不清。在桩深20m以下, 岩体结构面非常发育,岩层产状NE 5~30°/NW65~80°,与当地正常岩层基本一致。地层产状自上而下的这种变化是一个较为特殊的地质现象,也就是局部倒转,这一发现为多层滑坡结构的科学分析提供了重要的地质依据。

在勘察分析多层滑坡时,漏判滑动面是成功治理滑坡的一大隐患。

3 滑坡的变形机理分析

向家坡滑坡的变形表现为平面扩展性、纵深发展性,立体交复,相互影响,具有典型的链式效应。滑坡的多次治理工程就是这种变形效应的具体反映,下面就对该滑坡的变形机理进行深入分析。

3.1 堆积层滑坡的变形

高速公路原路基设计是按一般路堑边坡设计处理的,因是岩质边坡,且坡面上岩层反倾,设计刷方坡率为1∶0.3~1∶0.5,但没有充分考虑到泥岩的崩解性、易软化性及节理裂隙发育等多种因素的影响而使边坡不能维持较陡的坡率,故而在开挖中发生了大面积边坡坍塌。边坡前部的坍塌与开挖致使斜坡上的堆积物产生沿泥岩顶面的堆积层滑坡,严重影响了施工进度与安全,在勘察后采取了放坡减载、修建第一排抗滑桩、坡面上施工锚杆锚索及截排水的工程措施。

1998年12月至1999年6月抗滑桩的一系列位移和变形裂缝的产生归纳起来主要是修建的第一排抗滑桩产生了倾倒,由此而引起的一系列裂缝展布。变形的主要原因是抗滑桩桩长设计较短,部分桩的锚固段仍处于滑体当中,或者嵌入滑床内深度较小,抗滑桩支挡力度不够;施工方面,设计的排水沟未进行防渗铺砌,另外从外观看抗滑桩施工也存在一定的质量问题。由于截排水工程的失效及支挡工程的薄弱,堆积层滑坡的变形并未得到彻底的控制,在某种程度上,抗滑桩的倾倒变形使桩前坡体受到一定的推挤作用,成为桩前坡体(泥岩浅层滑坡)变形的主动附加力。

3.2 泥岩浅层滑坡的变形

1999年8月经对该段公路边坡的工程地质条件进行了重新勘察,分析评价后,认为该段边坡为一大型老滑坡,滑坡变形为老滑坡的复活变形,滑体主要为堆积层,局部带动了泥岩的强风化层,也就是说堆积层与泥岩强风化层均发生了滑动变形,滑坡的依附面至少位于泥岩强风化层的底界,这一认识在当时解释了该阶段滑坡变形的原因,其对滑坡的认识深度已经突破了滑坡仅为堆积层滑坡的单一类型局限。基于上述认识,在第一排抗滑桩山侧修建了第二排抗滑桩,并在路基坡脚处修建第三排抗滑桩,同时进一步放缓边坡,并采用预应力锚索框架梁加固。实际上,本次滑坡的变形是泥岩浅层滑坡发生了变形,在滑坡的分析中并没有深入认识到构造因素对滑坡的根本性作用。

随着施工的进行,2000年12月滑坡再次发生变形,部分新、老抗滑桩位移;第三排坡脚抗滑桩中有34根桩顶以下3~5m处桩身断裂,14根明显位移,且位移增速较快,坡面部分锚索格子梁及垫墩被拉裂破坏,部分锚索失效。这些变形说明所建抗滑支挡工程与锚固工程力度不够,同时也说明了滑坡的推力比设计上考虑的要大。滑坡推力的增大主要是三个方面的原因,一是滑体厚度增大,二是滑面倾角较大,三是滑面强度指标变小,影响这三个方面的根本原因就是对滑坡结构认识的准确度。为控制滑坡变形,设计单位采取了桩前反压,桩间增设锚索抗滑桩,将第三排普通桩加强为锚索桩,在第一排抗滑桩河侧边坡上增设了第四排抗滑桩,增设了排水工程等措施,维持了滑坡治理的正常进行,暂时稳定了滑坡,采取的工程措施发挥了阶段性作用,保证了高速公路的建成通车。但是,如前所述,影响滑坡变形的因素并没有完全消除,可以看出,以上的治理工程主要是针对堆积层滑坡和泥岩浅层滑坡的治理工程,对于中层滑坡的治理并没有考虑,因此治理工程留下了滑坡再一次发生的隐患。

3.3 泥岩中层滑坡的变形

工程竣工后历经3年,于2004年7月底,滑坡又一次发生了变形,主要反映在坡脚第三排抗滑桩桩前路基部分地段向上鼓起,部分抗滑桩向外明显倾斜,设在滑坡中的锚索被拔出,锚头脱落,尤其是修建的第一排抗滑桩变形非常严重,混凝土挡墙上出现了长大的裂缝,说明滑坡并未完全稳定,再一次向深处发展,引起了泥岩中层滑坡变形。中层滑坡的出口在路基下方3~5m,该层滑坡一旦失稳,会造成原治理工程全部失效,对公路的安全运营带来严重的威胁,其损失难以估计。故对此滑坡的整治引起了运营部门、建设部门和重庆交委的极大关注,于2004年7月第四次对滑坡进行了勘察设计和治理施工。

3.4 泥岩深层滑坡的认识

对深层滑坡的考虑要客观正确地对待,首先必需认识到深层滑坡有产生的地质条件,其依附发育的部位就是泥岩强风化层底界,坡前抗滑桩桩坑地层揭露,其埋深较大,基本位于路基面以下约20m,该处岩层基本上陡角度顺倾,但一方面考虑到滑坡前部路基不再开挖,深层滑坡的发生不存在临空条件,且前部路基较宽,能对深层滑坡形成被动抗力;另一方面,在对滑坡治理中实施有效的截排水工程,消除地下水向深层滑面补给的条件,这样深层滑坡的稳定性不会降低,因此在治理中要作为一个潜在的因素给予适当的考虑。

综上分析可以看出,滑坡的治理是被动的,对滑坡的勘察认识也是由浅到深的。从滑坡的发展变形来看,滑坡的稳定性主要受人工开挖边坡和地下水活动的影响[2],而且主要是地下水的影响。滑坡的产生主要是依附于顺坡缓倾构造面,其倾角为35°左右,当修建公路切坡切断上层滑动面时,坡体因侧向卸荷使岩体松弛而进水,产生沿进水地段的顺坡构造面而滑动,因切坡由上而下进行,故先形成上层滑动而后形成中层滑动,深层滑坡至今尚未形成滑动。向家坡滑坡的变形发展过程实际上就是各层滑坡自上而下的复活变形过程,也是地下水逐步下渗、逐步作用的过程。

4 治理滑坡的工程对策

通过对地质环境、构造条件、地下水作用、滑坡变形情况及发展过程的系统分析与研究,首先认识到该滑坡是一个多类型、多层的大型复杂结构滑坡,当地的地质构造作用控制滑坡的产生与发展,滑坡产生的主要原因是地下水在不同深度处的作用。在总结前几次治理失败的经验和教训后,根据滑坡特征和变形机理提出了根治滑坡的工程对策。

在坡脚抗滑桩顶一级平台处设置一排预应力锚索抗滑桩,即第五排抗滑桩,共26根,同时支挡泥岩浅层滑坡和中层滑坡,抗滑桩桩长38~47m,桩身截面2.4m×3.4m~2.5m×3.7m,每根抗滑桩上设预应力锚索4束,每束锚索由8根Φs15.2钢绞线组成,锚索钻孔孔径为150mm,锚索长度均伸入深层滑带以下一定深度;在抗滑桩上部二、三级坡面重设预应力锚索框架工程,协同锚索抗滑桩共同抵抗较大的滑坡推力,同时防止堆积层滑坡从半坡上剪出,锚索锚固段深入中层滑面以下,并要求进入深层滑面以下一定深度;在滑坡后部修建一条截水盲洞,同时辅以渗管,将滑坡体内及滑床附近的地下水汇入盲洞,排出滑坡体,以此截断地下水对滑带的供给作用(见图3);实施了抗滑桩工程后,地下水的排泄路径受到一定阻塞,结果会在桩后形成积水,地下水位抬升,形成水压力,这对滑坡的稳定极为不利,同时考虑到滑坡的多次治理在坡体内修建有多排抗滑桩和预应力锚索工程,在滑坡前部修建垂直山坡的泄水盲洞因施工作业面受限不具备施工条件,因此选择在滑坡前缘增设仰斜式排水孔,以形成孔群排除桩后积水,降低桩后地下水位,消除水压力。同时要求高质量修复原有的地表水排导系统,使雨季的大气降水能顺畅排出,避免直接渗入滑坡体。

5 滑坡治理后的稳定性评价

由于滑坡结构复杂,在治理过程中,建立了地表及深部位移动态监测网,一方面用于掌握滑坡的变形动态,反馈信息,指导施工;另一方面用于检验和评价治理工程的整治效果[3]。

经两年的监测反映,大部分地表位移监测点随时间变化的趋势基本一致,A4点较为典型地反映了该滑坡由变形到稳定的整个过程,取得的监测成果比较符合实际情况(见图4)。

由图4可以看出,滑坡的变形自施工以来表现为五个阶段,第一阶段为05年3月份观测开始至6月初的加速变形期,最大累计位移量近70mm,此阶段第一批抗滑桩开挖;第二阶段为6月初至8月15日的变形平缓期,其位移量变化不大,期间第一批抗滑桩基本浇注完成;第三阶段为8月15日至9月25日的变形又一加速期,此阶段最大累计位移近40mm,此阶段第二批抗滑桩开挖;第四阶段为9月25日至12月初的阶状变形期,该阶段支挡、锚固工程相继结束,排水工程逐步开始实施,滑坡位移呈阶状调整;第五阶段为变形稳定期,此阶段各类工程基本完成,滑坡变形趋于稳定。

影响该滑坡稳定的一个重要因素就是地下水的作用,由图5可以看出,目前滑坡的地下水位趋于稳定,说明滑坡的截排水工程发挥了作用,控制了向滑体供水的程度,促进了滑坡滑带处强度指标提高的时效效应,从而进一步提高了滑坡的稳定性,由此可见滑坡的彻底治理是成功的。

6 结语

向家坡滑坡是一个大型复杂结构的复合式滑坡,屡治不愈有着多方面的原因,但最根本的原因是在滑坡勘察分析和滑面判识中认识不足,尤其在构造作用对滑坡的根本性影响方面认识不深,同时又弱化了地下水作用。对滑坡结构的分析不到位,导致滑坡产生链式变形效应,从而使治理工程多次失效,因此在对多层滑坡进行有效治理和技术分析研究时,准确科学地分析滑坡结构和变形机理是重要前提。

参考文献

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[2]王恭先,徐竣岭,刘光代.滑坡学与滑坡防治技术[M〗.北京:中国铁道出版社,2007.

大型复杂滑坡论文篇3

关键词：水库滑坡稳定性,降雨,蓄水,数值模拟

随着我国西部大开发政策的贯彻,在西南一些水能集中的地区,我国已修建、正在修建或拟修建一批大型水利水电工程。这些地区由于晚近期及现代构造活动强烈,自然地质作用发育,河谷深切,滑坡地质环境多数较为复杂恶劣,其稳定性将会对工程修建的可行性决策起到重要的控制作用,并在很大程度上影响工程修建及投资运营效益。因此,对大中型水电站库岸滑坡稳定性分析是岩土工程的一个热点。

库水位的变动,大气降雨使得水库滑坡内地下水位发生变化,可能会引起滑坡岩土体的变形、崩塌、滑动失稳,是发生滑坡的重要触发因素和动力来源。自然界绝大多数滑坡都是在降雨过程中发生的。国内外近年来对降雨诱发滑坡机制的研究逐渐增多,主要考虑降雨持续时间、降雨强度、水文地质条件、岩土体的渗透性、地形地貌等方面。如Sun Y、吴宏伟和陈守义等[1,2]研究雨水入渗对非饱和土坡稳定性影响,荣冠、张伟、周创兵[3]研究降雨入渗条件下边坡岩体饱和非饱和渗流,编写了非饱和渗流程序,模拟降雨过程中渗流场的变化情况;刘海宁、刘俊新、Alonso、刘新喜和王思敬等[4,5,6,7]研究了降雨持时、降雨强度、岩土体的特性、水分特征曲线和土的渗透性,基质吸力等因素对边坡稳定性的影响,这些研究主要考虑了自然情况下降雨入渗对边坡稳定性的影响。但是,在水电站运营过程中,库水位的变动是个持续的过程,在长时间降雨的雨季,库水位也会有所变化,此时地下水位的变化是降雨和库水位变动共同作用的结果。因此,在分析降雨对水库边坡稳定性的影响时,也需要考虑水库水位变动的影响。

现主要考虑降雨强度,降雨历时两个影响因素,从土体在饱和—非饱和渗流理论出发,采用岩土工程软件Geo-Studio中的SLOPE/W模块和SEEP/W模块进行耦合分析计算,探讨在不同蓄水期,不同降雨强度对水库滑坡稳定性的影响。

1计算理论

计算采用有限元渗流分析与刚体极限平衡中的摩根斯坦-普赖斯法计算滑坡体稳定性相结合的方法。对于蓄水和降雨作用,系运用有限元方法对滑坡体内部渗流进行瞬态计算,求出不同时刻坡体内渗流场以及压力水头;再利用此计算结果将渗流力施加在滑坡体上,运用极限平衡方法中的摩根斯坦-普赖斯法对滑坡体进行稳定性计算,得到稳定性系数。

1.1饱和——非饱和渗流基本理论

降雨条件下水库边坡的土水运移问题可以考虑为二维饱和—非饱和渗流问题,其基本方程为:

$\frac{\partial}{\partial x} (k_{x} \frac{\partial h}{\partial x}) + \frac{\partial}{\partial y} (k_{y} \frac{\partial h}{\partial y}) + Q = m_{w} γ_{w} \frac{\partial h}{\partial t} (2)$

边界条件为:

式(2)中:h为水头,h=u/γw+z; u为孔隙水压力,γw为水的重度,z为位置水头;s为饱和度;直角坐标轴x,y为渗透主方向;kx ,ky分别为沿主方向的渗透系数;S1为已知水头边界,S2为已知流量边界,S3为逸出段边界;H0为已知水头;q为边界流量;cos(n →,x), cos(n →,y)等为边界面外法线方向的方向余弦;t为时间。

1.2入渗规律和边界条件的确定

降雨过程中,滑坡体的入渗率初始是比较大的,其与时间的平方成反比,随时间的推移而降低至常值,如图1中acf曲线所示。降雨的入渗过程可以分为积水前和积水后两个阶段,其中前一阶段为自由入渗,后一阶段为有压入渗,两阶段的分界点称为积水点。如图1所示,直线be段表示在降雨持续时间内,降雨强度R(t)=R0为定值,0～t1时间段,入渗率i(t)大于降雨强度R0,此时符合第二类边界条件(S2);t1时刻以后,入渗率i(t)小于降雨强度,此时符合第一类边界条件(S1)。在积水前,坡体中的实际入渗率i(t)如图中bd线段表示,在积水后,坡体中的实际入渗率i(t)如图中df曲线表示,所以图中曲线bdf表示的是降雨入渗的实际过程。如果降雨强度一直小于入渗率,则符合第一类边界条件(S2)。

通过SEEP/W模块,运用有限元方法对坡体内部渗流进行瞬态计算,求解出在不同蓄水期,不同降雨强度的滑坡体中渗流场以及压力水头,在此基础上,运用极限平衡方法中的摩根斯坦-普赖斯法对滑坡进行稳定性分析,计算方程如式(3)。

$\begin{array}{l} F = \\ \frac{\sum {c^{´} β R + [Ν - u_{w} β \frac{\tan φ^{b}}{\tan φ^{´}} - u_{a} β (1 - \frac{\tan φ^{b}}{\tan φ^{´}})] R t a n φ^{´}}}{\sum W x - \sum Ν f + \sum k W e \pm \sum D d \pm \sum A a} (3) \end{array}$

式(3)中:c’为黏聚力强度,φ为摩擦强度,φb为吸力强度,ua为孔隙气压力,uw为孔隙水压力,β为条块底面长度。

2滑坡工程地质概况

滑坡位于澜沧江支流黑河右岸,距黑河汇入澜沧江处约2.5 km处,沿河流长度约400 m,河流走向60°,方量约6×106 m3,属于特大型古滑坡,坡体上有村庄和大片的梯田,表面冲沟发育,工程危害大。滑坡形态明显,地貌较清楚(见图2),下游侧以纸厂沟为界,沟内基岩出露。滑体中有多级滑坡平台,具多次活动迹象,地形平缓,平均小于20°。滑坡的主滑方向为N25°W,主滑方向长度为800 m。滑坡前缘高程670 m,后缘高程830m。滑坡体物质为块石和碎石堆积物夹粘土组成,块石成分主要为粉砂岩,下伏基岩为T2m1粉砂质泥岩、粉砂岩。

3降雨对滑坡稳定性影响分析

3.1计算模型及边界条件

根据滑坡工程地质概况,将滑坡划分为三层,分别为滑坡体、滑带和基岩。滑坡体为碎块石土层。该滑坡天然状态下水位为670 m,正常蓄水位为812 m,水位变化较大,降雨时,库水位上升速度较快,可视为骤升工况。为分析在不同蓄水期,降雨对滑坡稳定性的影响,按水位变化分为3种工况,假设3种降雨强度,降雨强度不变,历时24 h,见表1。

库水位以上滑坡表面作为降雨入渗边界,当孔隙水压力小于零时为流量边界,反之为水头边界。如果降雨强度大于表层坡体渗透性,坡面形成径流,此时可按给定水头处理,如果降雨强度小于表层坡体渗透性,按流量边界处理,大小为降雨强度,基岩假设为不透水边界。

3.2数据分析

在降雨过程中,库区水位骤升,地下水渗流场是个复杂的变化过程,通过改变坡外水位上升边界条件和坡面降雨入渗边界条件,使用有限元法计算得到在不同蓄水工况和不同降雨强度下,滑坡体内不同时刻的地下水浸润线和渗流速度矢量图。利用此计算结果将渗流力施加在坡体上,运用极限平衡方法中的摩根斯坦-普赖斯法对滑坡体进行稳定性计算,得到不同时刻滑坡体的稳定系数。

3.2.1 地下水位的变化情况

图3,图4和图5显示了在强度1下,不同工况中滑坡体的地下水浸润线位置。可以看出,随着降雨入渗,地下水浸润线逐渐升高,但是随着库水位的升高,地下水浸润线升高幅度逐渐减小。雨水由表层逐渐下渗,渗流速度矢量指向基岩面,到达浸润线下的雨水汇入地下水,沿着基岩面向坡外流去,此时渗流速度矢量顺着基岩面指向滑坡体下部,见图6。在其他两种强度下,浸润线变化规律与此相似,这里就不作赘述。

3.2.2 降雨强度的影响

从图7,图8,图9和图10可以看到,随着降雨时间的增加,滑坡体的稳定性系数逐渐降低,但是不同降雨强度下降的幅度是不一样。在降雨初期,系数降低并不明显,随着时间的增加,与低强度的降雨对稳定性系数的影响相比,高强度的降雨作用下,稳定性系数下降的幅度明显更大。这些说明如果降雨持续时间较短,降雨强度的高低对滑坡稳定性系数变化幅度的影响并不大,只有经过长时间的降雨,降雨强度大小的影响才会明显体现出来。

3.2.3 库水位升高的影响

由图7,图8,图9和图11可知,在相同的降雨条件下,工况1中滑坡稳定性系数下降幅度最大,随着库水位的升高,滑坡稳定性系数下降的幅度明显变小,表明库水位上升有利于滑坡在降雨时的稳定性,降雨对滑坡稳定性的影响减弱,这与库水位上升后,地下水位变化规律相符。

3.2.4 滑坡稳定性综合评价

该滑坡随着库水位的升高,滑坡的稳定性系数先减小,后增大,所以分析降雨时滑坡的稳定性,不能只考虑降雨对滑坡的稳定性的影响,应综合考虑降雨和库水位升高的影响,根据插值法,又分析了在降雨强度为110 mm/d(强度1)时,滑坡安全系数与水位高程之间的关系(见图12),可知在相同降雨条件下,水位从680 m升高到740 m过程中,滑坡稳定性系数逐渐减小,而水位从740 m升高到780 m过程中,滑坡稳定性系数逐渐增大,所以在蓄水到740 m时,滑坡体遇到降雨稳定性最差。

4结论

将有限元渗流分析与刚体极限平衡中的摩根斯坦-普赖斯法相结合,利用SLOPE/W和SEEP/W耦合,分析在不同蓄水期,降雨对澜沧江上某电站库区滑坡稳定性的影响,得出以下结论:

(1)随着库水位升高,在降雨强度和历时相同的情况下,滑坡体中地下水浸润线升高幅度减小;

(2)在降雨历时相同的情况下,降雨强度越大,滑坡稳定性系数下降幅度越大;

(3)如果降雨持续时间较短,降雨强度的高低对滑坡稳定性系数变化幅度的影响并不大,只有经过长时间的降雨,降雨强度高低的影响才会明显体现出来;

(4)随着库水位升高,相同降雨条件下,滑坡稳定性系数下降的幅度明显变小,表明库水位上升有利于滑坡在降雨时的稳定性;

(5)分析水库滑坡在降雨时的稳定性,应综合考虑降雨条件和库水位的影响,可以根据插值法,分析滑坡稳定性系数与库水位高程之间的关系,得出稳定性最差的情况。

参考文献

[1] Sun Y,Nishigaki M,Kchno I.A study on stability analysis of shal-low layer slope due to raining permeation.Unsaturated Soils,1995;(1);315—320

[2]吴宏伟,陈守义,庞宇威.雨水入渗对非饱和上坡稳定性影响的参数研究.岩土力学,1999;20(1):1—14

[3]荣冠,张伟,周创兵.研究降雨入渗条件下边坡岩体饱和非饱和渗流.岩石力学,2005;26(10):1545—1550

[4]刘海宁,王俊梅,王思敬,等.黄河下游堤防非饱和土边坡渗流分析,岩上力学,2006;27(10):1835—1840

[5]刘俊新,刘育田,胡启军,等.非饱和地表径流-渗流和流固体耦合条件下降雨入渗对路堤边坡稳定性研究.岩土力学,2010;31(3):903—910

[6] Alonso E.Gens A,Lioret A,et al.Effect of rain infiltration on thestability of slopes.Unsaturated Soils,1995;1:241—249

大型复杂滑坡论文篇4

1 滑坡概况

研究区段处于四川盆地东部边缘, 大巴山前缘, 鄂西山地的接壤地带, 为山前一面坡, 地面标高介于260~700m之间, 起伏大, 整体趋势为上中缓—下陡。该区中上部地形较缓, 中部为错坎状地形, 下部整体地形较陡。滑坡平面图见图1。研究区属于中亚热带温湿气候, 四季分明, 雨量充沛。多年平均气温16.4℃, 降水具有明显的季节性, 降雨集中在6~8月。研究区地质构造位处龙池坪背斜北西轴部, 未发现断层。滑坡后缘外岩体中可见两组构造裂隙, 对坡体的影响不大。内表层为第四系全新统滑坡堆积 (Q4del) 粉质粘土及碎石、块石, 下伏基岩为三叠系中统巴东组 (T2b) 粉砂质泥岩, 基岩产状为346°∠26°, 与坡体近于一致, 不利于坡体稳定。研究区河流属于长江支流水系, 主要河流有小溪河, 梅溪河等。该区右侧一条季节性冲沟, 冲沟切割深度一般, 呈“V”字形, 纵坡大, 流量受降雨季节控制明显, 具有暴涨暴落的特点。

2 滑坡基本特征

2.1 古滑坡

根据现场勘查结果, 从地貌形态上将该古滑坡划分为一号滑坡、二号滑坡、三号滑坡及四号滑坡。该古滑坡特征明显, 平面形态总体上呈“舌”型。滑坡体所在斜坡地形南东高、北西低, 整体上呈上缓—下陡之势。古滑坡后缘位于斜坡后部陡坎处, 左侧界位于左侧基岩陡壁下方, 右侧界位于右侧一冲沟处, 古滑坡前部坡脚处为小溪河, 为滑坡前缘, 古滑坡特征明显。

2.2 一号滑坡

以中间一条冲沟为界, 其右侧为一号滑坡, 其左侧为二号滑坡。

一号滑坡平面形态总体上呈“长舌”型。滑坡体所在斜坡地形南东高、北西低, 整体上呈上缓—下陡之势。其后缘位于古滑坡后缘处, 左侧界位于其左侧冲沟处, 右侧界位于右侧一冲沟处, 古滑坡前部坡脚处为小溪河。滑坡地表形态呈舒缓波状, 滑坡所在斜坡微地貌非常发育。滑坡地表沟壑纵横, 波状起伏, 陡缓相间, 产生了大量的平台以及小型冲沟区植被发育。根据钻探情况结合地貌特征将该滑坡分为上、中、下三级滑块。高速公路在该处主要以深挖方形式从滑坡中部通过。

2.3 二号滑坡

二号滑坡平面形态总体上呈“长舌”型 (见图2) 。滑坡体所在斜坡地形南东高、北西低, 整体上呈上缓—下陡之势。其后缘位于古滑坡后缘处, 左侧界位于其左侧冲沟处, 右侧界位于右侧错壁上方, 滑坡前部坡脚处为小溪河。滑坡地表形态呈舒缓波状, 微地貌非常发育。民房依平坦地形而建, 主要分布在古滑坡中后部。滑坡区植被发育, 水田旱地兼有。高速公路在该处主要以深挖方形式从滑坡前部通过。

2.4 滑坡结构特征

通过对工程地质勘察资料进行分析, 一号及二号滑坡滑带跟古滑坡滑带基本重合, 滑坡坡体结构跟古滑坡基本类似, 因此下面对滑坡结构特征作统一描述。根据工程地质勘探揭露, 该处滑体主要由第四系全新统滑坡堆积层 (Q4del) 组成, 灰色、黄褐色, 土体结构较为松散, 骨架主要为块、碎石, 由角砾及粉质粘土充填, 局部胶结较好, 土体结构较为致密, 滑体平均厚度约27m。

一、二号滑坡滑带主要位于土石接触带上, 局部位于崩坡积层顶部, 主要成分为粉质粘土, 稍湿, 硬塑, 含少量角砾, 偶见碎石, 角砾次磨圆, 表面光滑, 可见挤压揉搓迹象, 滑带特征较为明显。滑坡老滑动面在平行主滑方向以及垂直主滑方向均呈舒缓波状展布, 后部较缓, 前部较陡。滑坡下伏滑床主要为强风化粉砂质泥岩, 局部为崩坡积块碎石土。强风化粉砂质泥岩岩质较软, 块、碎石由粉质粘土及角砾充填, 结构较为松散, 稍密~中密。综上所述, 根据《公路工程地质勘察规范》 (JTJ 064-98) 、《公路路基设计手册》 (第二版) , 按照物质组成和滑体体积, 一号及二号滑坡为中~深层碎石土滑坡, 规模为大型。

3 滑坡稳定性评价

3.1 计算方案选取

根据现场调查访问, 该古滑坡及一号、二号滑坡近年来未出现整体变形迹象, 处于基本稳定状态。因一号滑坡下级滑块对路线影响较小, 所以对一号滑坡的稳定性评价只针对其上级及中级滑块。计算选取剖面1-1’, 2-2’, 3-3’, 如图1所示。研究区为地震基本烈度Ⅵ度区, 根据《公路工程抗震设计规范》 (JTJ004-89) , 可不考虑地震荷载作用。因此, 按《公路路基设计规范》 (JTG D30—2004) , 稳定性计算按照以下工况和荷载:正常工况:荷载仅考虑坡体自重, 坡体自重按天然重度计算。非正常工况:荷载仅考虑坡体自重, 强降雨条件下, 坡体自重按饱和重度计算。

3.2 计算参数

3.3 计算结果及分析

滑坡稳定性计算结果如表2:

根据《滑坡防治工程勘查规范》 (DZ T0218-2006) 可知, 正常工况下, 稳定性系数Fs≤1.00, 不稳定;1.00<Fs≤1.05, 欠稳定;1.05<Fs≤1.20, 基本稳定;Fs>1.20, 稳定。非正常工况下, Fs≤1.00, 不稳定;1.00<Fs≤1.05, 欠稳定;1.05<Fs≤1.15, 基本稳定;Fs>1.15, 稳定。故滑坡稳定性判别如表3:

4 结论及防治建议

(1) 一号滑坡及二号滑坡发育在古滑坡之上, 路线从滑坡中前部通过。该处路线总体走向为48°, 古滑坡主滑方向为275°, 两者呈大角度相交。

(2) 稳定性评价结果表明, 一号滑坡上级处于基本稳定状态, 下级滑块处于欠稳定状态, 二号滑坡处于基本稳定状态, 滑坡稳定性较好, 且规模巨大, 出现整体失稳的可能性较小。可在滑坡体上设置深孔位移监测, 对该处滑坡进行长期监测, 而路基附近处于欠稳定状态的一号滑坡下级滑块则需要治理。

(3) 在工程地质勘察期间发现该处地表水及地下水较为丰富, 建议在治理设计时完善截排水措施。

参考文献

[1]谢全敏, 刘鹏, 等.滑坡灾害风险评价研究[J].金属矿山, 2004 (3) :35-38.

[2]向喜琼, 黄润秋.地质灾害风险评价与风险管理[J].地质灾害与环境保护, 2004, 11 (1) :38-44.

[3]张倬元, 王士天, 王兰生.工程地质分析原理[M].第3版北京:地质出版社.2009.

[4]郑颖人, 陈祖煜, 王恭先, 等.边坡与滑坡工程治理[M].第2版.北京:人民交通出版社, 2010.

[5]建聪, 尚岳全.强降雨作用下的浅层滑坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报, 2005, 24 (18) :3246-3251.

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