漢源新縣城肖家溝滑坡基本特征及形成演化機(jī)制分析

尚柟吉，周 勇，張?jiān)牛?浩，霍從順

(1.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610061;2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059;3.中兵勘察設(shè)計(jì)研究院，北京 100053)

隨著西部大開發(fā)的進(jìn)行，我國(guó)西南地區(qū)掀起了大規(guī)模水電開發(fā)的熱潮，庫區(qū)縣城也開始了爆發(fā)式的遷建。新縣城的建設(shè)中大規(guī)模的“大挖大填”，嚴(yán)重的破壞了原有的地質(zhì)環(huán)境，由此也誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害［1］，［2］。在前緣施工開挖、后緣堆載等誘發(fā)因素的影響下，2007年12月及2008年12月漢源新縣城肖家溝松散堆積物斜坡先后兩次產(chǎn)生蠕滑，掩埋前緣道路超過100m及箱涵72 m，造成直接經(jīng)濟(jì)損失100余萬元，并直接影響到312戶1092人的搬遷安置工作［3］。本文從滑坡形成的地質(zhì)環(huán)境條件入手，緊密結(jié)合斜坡變形破壞跡象，分析了滑坡的形成機(jī)制，研究結(jié)果對(duì)該地區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)的施工安全及斜坡變形破壞機(jī)制有一定的借鑒意義。

1 地質(zhì)環(huán)境概述

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕低山地貌。原始地勢(shì)較為平緩，坡度12°～20°，地形變化較大，總體南高北低，中間高，兩側(cè)低，西北角和東側(cè)地段地勢(shì)相對(duì)較陡，局部達(dá)30°。場(chǎng)地內(nèi)受施工及滑坡影響，原始地形破壞嚴(yán)重。

1.2 地層巖性

研究區(qū)出露的地層有第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)、滑坡堆積層(Q4del)、第四系全新統(tǒng)崩坡堆積層(Q4col+dl)、三疊系白果灣組(T3b)的泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖及二疊系下統(tǒng)陽新組(P1y)灰?guī)r地層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

滑坡區(qū)屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ級(jí))西緣上揚(yáng)子臺(tái)坳(Ⅱ級(jí))之峨眉山斷拱(Ⅲ級(jí))的滎經(jīng)斷凹(Ⅳ級(jí))。區(qū)內(nèi)斷裂褶皺較發(fā)育，基巖較為破碎。根據(jù)四川省地震局工程地震研究所對(duì)漢源縣城新址所作的場(chǎng)地地震安全性研究成果及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011－2001)(2008年版)，擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g。

1.4 水文地質(zhì)條件

滑坡位于山脊部位，匯水面積小，地表水多以面流的形式匯入兩側(cè)沖溝內(nèi)，滑坡后緣地勢(shì)低洼，為地表水的下滲創(chuàng)造了良好條件。探井開挖表明滑面(巖土界面)附近賦存有少量不連續(xù)分布的地下水滲出。地下水以基巖裂隙水為主，地表水由大氣降水補(bǔ)給，于地勢(shì)較低處排泄，地下水位埋深大。

2 滑坡基本特征

2.1 形態(tài)特征

肖家溝滑坡在平面上呈長(zhǎng)舌形，剖面形態(tài)呈折線形(見圖1、圖2)。滑坡縱向長(zhǎng)約200m，橫向?qū)捈s65～90m，面積約1.8×104m2，厚度5.0～13.4 m，滑坡體積約13.0×104m3。前緣高程約880m，后緣高程約930m，高差約50m，主滑方向32°。

圖1 肖家溝滑坡工程地質(zhì)剖面

滑坡區(qū)位于斜坡中下部，地勢(shì)西南高而東北低，整體坡度約15°，局部坡度較大可達(dá)50°。滑坡南東側(cè)已建擋墻及西側(cè)出露的小山梁略向北側(cè)凸出，與滑坡組成一向內(nèi)凹的負(fù)地形(圖3)。整個(gè)滑坡在縱向上略顯階狀，呈條帶狀小平臺(tái)與斜坡相間狀地形。滑坡后緣見明顯反傾臺(tái)坎，拉張裂縫呈楔形，向下逐漸尖滅，最大長(zhǎng)度約50m，最大張開度約2m，可見最大延深約1.2 m(圖4)。滑坡兩側(cè)以沖溝為界，陡坎高約3～5 m，陡坎外未見明顯變形跡象。滑坡中后部見拉張裂縫帶，裂縫走向約114°，與滑動(dòng)方向近垂直，可見最大長(zhǎng)度約45 m，可見最大張開度約1.5 m，可見最大延深約0.8 m(圖5)。滑坡中前部見明顯鼓脹裂縫帶，裂縫走向約145°，最大長(zhǎng)度約8 m，最大張開度約30cm，可見最大延深約0.4 m(圖6)。滑坡前緣受開挖影響，覆蓋層滑動(dòng)后松散堆積于坡腳。

圖2 滑坡工程地質(zhì)平面圖

2.2 物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

圖3 肖家溝滑坡全貌

據(jù)勘探資料和工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查，肖家溝滑坡為沿巖土界面滑動(dòng)的土質(zhì)滑坡。滑體物質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土夾碎石，碎石含量分布不均:中上部碎石含量較低，并含有大量礫石;中下部碎石含量較高，含有大量塊石。粗顆粒物質(zhì)均呈棱角狀，粒徑一般約2～7cm，可見塊石最大粒徑達(dá)1.5 m，母巖成分為強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化灰?guī)r等，結(jié)構(gòu)松散。充填物質(zhì)多為粉質(zhì)黏土，成硬塑～堅(jiān)硬狀，切面稍具光澤，無搖震反應(yīng)，韌性一般，干強(qiáng)度差。滑坡后緣及中部部分區(qū)域堆積有大量人工填土，主要為粉質(zhì)黏土夾碎、塊石物質(zhì)，結(jié)構(gòu)松散。

圖4 滑坡后緣拉裂縫

滑帶土主要為黏性土，呈褐色，呈軟塑 ～可塑狀態(tài)，含水率較之上部土體有所增加，近飽和，探井開挖后有少量水滲出，滑膩感強(qiáng)，含有約5%的角礫，其粒徑約0.3～1cm。角礫成分為砂巖，伴有搓揉現(xiàn)象。通過TJ2探井揭露，在巖土界面附近見清晰的滑面，具有光澤，并伴有清晰走向一致的擦痕，滑面表層有極薄(約1～3mm)滑坡滑動(dòng)搓揉而成的粘粒物質(zhì)，滑膩感強(qiáng)，呈軟塑狀，取樣過程中上部土體極易沿該面與下層巖土體分離(圖7)。

圖5 滑坡東側(cè)邊界

滑床物質(zhì)主要由三疊系上統(tǒng)白果灣組(T3b)的砂質(zhì)泥巖及二疊系下統(tǒng)陽新組(P1y)灰?guī)r地層組成，滑坡中前部滑床主要為陽新組灰?guī)r地層，白果灣組強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖地層僅在中后部出露。砂質(zhì)泥巖呈強(qiáng)風(fēng)化狀，黃褐色為主，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為:粘土礦物、長(zhǎng)石、石英、巖屑等。該層在滑坡中前部尖滅。灰?guī)r呈強(qiáng)風(fēng)化狀，礦物成分以CaCO3為主，含生物碎屑，層理不明顯，巖石質(zhì)硬，裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，多夾有薄層狀的強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。基巖產(chǎn)狀約 44°∠18°。

圖6 滑坡前部鼓脹裂縫

圖7 TJ2探井揭露的滑帶土

3 滑坡的誘發(fā)因素及形成機(jī)制

3.1 滑坡的誘發(fā)因素

(1)地形地貌:滑坡處于斜坡相對(duì)低洼部位，兩側(cè)沖溝發(fā)育，后緣低洼的溝槽為地下水的入滲提供了有利的地形條件。

(2)地下水:斜坡覆蓋層為黏土夾碎石，自身工程性質(zhì)較差，下伏砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r，為相對(duì)隔水巖組，從而巖土界面處地下水易于富集，導(dǎo)致其覆面巖土體力學(xué)性質(zhì)降低。

(3)人類工程活動(dòng):滑坡所在場(chǎng)地現(xiàn)為規(guī)建區(qū)，人類工程活動(dòng)頻繁。后緣的大量堆載，前緣的大規(guī)模開挖，嚴(yán)重破壞了原有的地質(zhì)環(huán)境。

綜上所述，在有利的地形條件、地下水及人類工程活動(dòng)等因素的綜合作用下，最終導(dǎo)致了滑坡形成，其中人類工程活動(dòng)是主要的誘發(fā)因素。

3.2 滑坡的形成演化機(jī)制

根據(jù)斜坡變形破壞的空間演化規(guī)律［4］，［5］及斜坡變形破壞特征，肖家溝滑坡為人類工程滑動(dòng)誘發(fā)的推移式土質(zhì)滑坡，其形成演化過程可以分為以下三個(gè)階段。

3.2.1 后緣拉裂縫形成階段

隨著前緣的持續(xù)的大規(guī)模開挖，后緣的不斷的堆載，斜坡中前段－抗滑段所能提供的抗滑力不斷減小，后緣所施加的下滑力不斷增加，斜坡的穩(wěn)定性也逐漸降低。當(dāng)穩(wěn)定性降低到一定程度時(shí)，坡體后緣形成拉張應(yīng)力區(qū)，變形由此開始。當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，在滑坡體后緣往往會(huì)形成多級(jí)弧形拉裂縫和下錯(cuò)臺(tái)坎，在地貌上表現(xiàn)為多級(jí)斷壁。2007年12月，滑坡所產(chǎn)生的后緣拉裂帶L1和L2表明當(dāng)時(shí)滑坡正處于第一個(gè)階段。

3.2.2 中段側(cè)翼剪張裂縫產(chǎn)生階段

隨著后緣拉裂下錯(cuò)變形的加劇，后段的滑移變形及所產(chǎn)生的推力將逐漸向前段傳遞。前段滑體被動(dòng)向前滑移時(shí)，在其兩側(cè)邊界將出現(xiàn)剪應(yīng)力集中現(xiàn)象，并由此形成剪切錯(cuò)動(dòng)帶，產(chǎn)生側(cè)翼剪張裂縫。隨著中段滑體不斷向前滑移，側(cè)翼剪張裂縫呈雁行排列的方式不斷向前擴(kuò)展、延伸，直至坡體前部。由于滑坡區(qū)工程擾動(dòng)大，雁形剪裂縫不甚明顯，僅在滑坡左側(cè)發(fā)現(xiàn)兩處雁列式剪裂縫帶L3和L6。

3.2.3 前緣隆脹裂縫形成階段

滑體在由后向前滑移的過程中，將會(huì)受到前部抗滑段的阻擋，并在阻擋部位產(chǎn)生壓應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而在坡體前緣產(chǎn)生隆起帶。隆起的土體在受中后部縱向推擠力的作用產(chǎn)生放射狀的縱向隆脹裂縫，而在橫向上巖土體因彎曲變形而形成橫向隆脹裂縫。滑坡中下部的L4和L5放射狀張裂縫帶的出現(xiàn)表明滑動(dòng)面完全貫通，斜坡已經(jīng)處于臨界狀態(tài)。

現(xiàn)代非線性科學(xué)理論認(rèn)為，當(dāng)斜坡處于臨界狀態(tài)時(shí)，對(duì)外界擾動(dòng)十分敏感，即呈現(xiàn)敏感性［6］。斜坡后緣的進(jìn)一步堆載以及降水的入滲直接導(dǎo)致了滑坡的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

(1)肖家溝滑坡處于斜坡相對(duì)低洼部位，兩側(cè)沖溝發(fā)育，后緣低洼的溝槽為地下水的入滲提供了有利的地形條件。斜坡覆蓋層下伏砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r，為相對(duì)隔水巖組，因此基覆面附近地下水易于富集，導(dǎo)致基覆面巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的降低。

(2)斜坡前緣的大規(guī)模開挖以及后緣的大面積堆載嚴(yán)重破壞了原有的地質(zhì)環(huán)境，人類工程活動(dòng)是滑坡產(chǎn)生的主要誘發(fā)因素。

(3)肖家溝滑坡裂縫的形成具有推移式滑坡典型的裂縫體系分期配套特性，其形成演化過程可劃分為后緣拉裂縫形成、中段側(cè)翼剪張裂縫產(chǎn)生及前緣隆脹裂縫形成三個(gè)階段。

［1］殷躍平.三峽庫區(qū)移民遷建地質(zhì)災(zāi)害研究［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1998，9(增):59 －66

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［3］核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.漢源縣新縣城A組團(tuán)(肖家溝)滑坡應(yīng)急治理工程巖土工程勘察報(bào)告［R］.2009

［4］許強(qiáng)，湯明高，徐開祥，等.滑坡時(shí)空演化規(guī)律及預(yù)警預(yù)報(bào)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(6):1104 －1112

［5］張倬元，王士天，王蘭生，等.工程地質(zhì)分析原理(第3版)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2009

［6］許強(qiáng)，黃潤(rùn)秋，王來貴.外界擾動(dòng)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21(2):280 －284