樂昌峽鵝公帶古滑坡體物理力學參數選取分析

廖品忠

(廣東省水利電力勘測設計研究院, 廣東 廣州 510635)

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樂昌峽鵝公帶古滑坡體物理力學參數選取分析

廖品忠

(廣東省水利電力勘測設計研究院, 廣東 廣州 510635)

鵝公帶古滑坡的穩定與否,是樂昌峽水利樞紐工程建庫重要條件之一,也直接影響到塘角壩址的選擇問題。通過對鵝公帶古滑坡勘察資料的分析,認為鵝公帶的“破碎巖體”是一種復合型座落滑移變形的古老滑坡體；通過對滑體各部位物理力學試驗研究,分析選取合理的力學強度參數,是評價其穩定性和設計治理的關鍵。

古滑坡體;試驗分析; 參數選取

1 工程概況

樂昌峽水利樞紐工程位于廣東省韶關市樂昌境內,水庫庫區為峽谷地貌,山高坡陡,溝谷發育。部分庫岸由于巖層產狀、斷裂、風化以及岸坡陡峻等原因,造成不良地質體較多、規模較大,特別是九峰水口以南庫區,河谷為近南北向順層發育,右岸為順坡,岸坡穩定條件較差,為庫岸穩定性研究的重點。

根據多次地質勘察及專題研究成果資料統計,庫區不良地質地段按變形體的特征和對工程的可能危害程度分為座落坍塌、不良地質段和滑坡3種類型,與工程關系密切的主要是滑坡類變形體,而大型滑坡等變形體多集中在大源～小現間。對工程影響較大的滑坡,為位于壩址上游1.3 km的鵝公帶滑坡體。經初步分析計算,水庫蓄水后在水位驟降條件下,滑坡體存在穩定問題,采取工程處理是必要的。

滑坡體各土體的物理力學指標及抗剪強度特性對于邊坡穩定性評價和處理方案設計至關重要,其變化規律是滑坡體變形破壞的主要原因和安全性評價的基礎。通過現場大型剪切試驗、室內原狀土和重塑土試驗等多種試驗手段,進一步分析確定滑坡體和滑帶特性及其物理力學指標,為在水庫不同運用工況下的穩定分析及合理有效的工程處理措施提供依據。

2 工程地質條件

鵝公帶古滑坡體分布在高程100～295 m之間,衛星影像圖解譯和地表測繪揭示具典型的圈椅狀滑坡后壁,滑體前見滑坡平臺,周邊山脊邊坡較陡,地形完整,上部后緣地勢較陡,多見階梯狀塌陷、開裂,植被見馬刀樹和醉漢林,具多期崩塌特征。中部相對平緩,未見負地形,雨季有泉水出露。下部受洪水沖蝕形成陡壁,全風化土和強風化基巖出露,河床邊坡腳為崩塌堆積。平面上被東西向三條沖溝切割,有“雙溝同源”現象,地形地貌較周圍凌亂,與正常邊坡有明顯區別,巖層產狀與外圍地層有較大差異,風化較深。

在強風化基巖中有兩條呈黏土質砂～粉土質砂狀破碎帶,呈帶狀分布,破碎帶厚1.0～1.5 m不等,鉆孔和地表可見破碎帶有明顯的擠壓錯動現象,黏土包裹角礫,呈堅硬土狀,角礫有磨圓,判定為古滑動帶。

地面產生的裂縫為受強降雨影響產生的淺層開裂和局部塌陷,多沿基巖與風化土界面分段開裂,影響范圍較小,未見整體變形跡象,天然處于穩定狀態,原始地貌見圖1。

古滑坡體西南面沖溝終年有水流,沿古滑坡體前緣和下游周界多處有清泉水出露,在河床邊陡壁坡腳處,沿黏土質砂～黏土質礫滑帶有地下水滲出,水質清澈。地下水主要為大氣降水補給,以孔隙、裂隙水埋藏于全風化巖帶中、下部和強風化帶上部。根據鉆孔綜合水位,平均水力坡降為0.45[1]。

3 巖土的物理力學性質

3.1 室內試驗

分別在滑坡體前緣滑動面(帶)、滑體堆積土體取原狀土樣進行室內試驗,綜合歷次勘察及試驗成果,統計分析如下。

圖1 鵝公帶滑坡體平面示意

1) 滑體土層：根據試驗成果統計,主要物理力學指標平均值,天然含水率W=15.4%,天然密度ρ=2.01 g/cm3,飽和密度ρsat=2.11 g/cm3,干密度ρd=1.74 g/cm3,因滑體含強風化巖塊較多,建議計算時密度適當增加10%～15%,天然孔隙比大值平均值e=0.670,滲透系數大值平均值K=4.73×10-4cm/s,飽和快剪強度Cq=20 kPa,φq=30.4°,飽和快剪強度小值平均值Cq=16 kPa,φq=27.4°[2]。

2) 滑帶土：為含砂黏土～黏土質砂～黏土質礫夾層,位于全風化帶與強風化帶分界上,厚30～100 cm不等,為棕褐、棕黃色礫質黏土,呈硬塑～堅硬狀,取樣顆分成果細粒土約占41.2%(其中膠粒含量占12.3%)、砂粒占36.1%、礫石占22.7%,礦物成份由水云母和石英組成,基質水云母、絹云母受擠壓而稍呈定向排列,構成頁理,土體中出現一些巖石碎塊稍具碾磨化特點,可能為動力破碎產物。礫石礫徑2～3 cm不等,次棱角狀,具一定磨圓度?；麦w前緣黏土質砂～黏土質礫破碎帶中的礫石,礫徑1～3 cm不等,次棱角狀,具一定磨圓度,這些表明夾層發生過錯動,為滑動面(帶)。

進行室內飽和固結反復直剪試驗,其峰值強度平均值C=25.0 kPa,φ=30.1°；殘余強度平均值C=19.0 kPa,φ=25.5°[2]。

3) 成果分析：試驗成果統計見表1～5,滑帶土為含砂細粒土,靠近滑帶的滑體土也為含砂細粒土,而淺層滑體土屬于粗粒土,為黏土質砂或黏土質礫。應指出的是,滑帶土和滑體土的變異性較大,黏粒分布不均,粗顆粒含量較高,天然含水率較低,天然密度較大,不適合采用均值來評價其特性。但在天然狀態下具有較好的力學特性,滲透性較好,壓縮性不大,抗剪強度較高,古滑坡體處于穩定狀態。

表1 土體顆粒組成

表2 土體物理特性指標

表3 土的力學參數成果

表4 滑帶土抗剪強度試驗成果

表5 滑帶土殘余強度試驗成果

殘余強度是客觀存在的,由于土的粗顆粒含量較高,與剪切中的峰值強度對比,黏聚力會基本喪失,摩擦力相對穩定,相比一般黏性土,殘余強度與峰值強度的比例較高。

滑帶土的抗剪強度受多種因素影響,試驗成果的統計分析可以給出其指標隨變量而改變的趨勢,取值應綜合考慮影響因素[3]。

3.2 現場剪切試驗

試驗目的是為確定古滑坡體滑帶土在剪切位移條件下的再生強度和強度隨剪切位移的衰減規律,進而提出合理的滑帶土的抗剪強度指標。試驗成果詳見表6～7,統計分析表明：

1) 滑帶土呈現較明顯的硬化型應力-應變關系,遇水后黏聚力有增加趨勢,但隨著浸水時間延長和含水率增加,該增值又將下降。

2) 上覆固結壓力對于剪應力的發揮過程有明顯作用,固結壓力越大,剪應力達到完全發揮所需的剪切位移就越大。

3) 含粗粒黏性土的剪切性狀與一般細粒土不同,剪應力隨剪切位移降低的趨勢不明顯,且基本沒有軟化現象。

4) 滑帶土的抗剪強度總體較高,天然狀態下對坡體穩定有利。

5) 滑帶土中的粗顆粒對于抗剪強度有明顯貢獻,而細顆粒與水的作用較強,遇水后土體黏性增加,隨著浸水時間的增長趨于穩定?；瑤林械[粒的存在可以提高土體的局部強度,但不能作為提高土體整體強度的可靠依據,基于土體的非均質性,應結合現場試驗和室內平行試驗成果,綜合評價其強度指標[4]。

6) 現場大型剪切試驗成果表明,大剪切位移下抗剪強度指標介于再生強度與土體殘余強度之間,對于評價不同工況下滑坡體整體穩定,以及正確認識室內和現場試驗條件下抗剪強度指標值具有很好的啟示作用。

7) 室內原狀土剪切試驗獲得的峰值強度與現場試驗再生強度有較好的吻合(表4與表7)。

表6 天然含水率與初始密度量

表7 滑帶土抗剪強度參數

3.3 主要影響因素

3.3.1 土體物理狀態的影響

1) 邊坡土體具密度高、含水量低的特點,土體的飽和度多在70%左右,土體的黏聚力一般會隨著含水率的增加而線性增加,摩擦角會隨著含水率的增加而有所降低。隨著土體的塑性指數增加,黏聚力有增加趨勢,摩擦角呈下降趨勢。

2) 擊實土樣的初始含水率對黏聚力的影響也較明顯,含水率增加時黏聚力有較大增幅,但對摩擦角影響不大。

表8 密度和含水率對抗剪強度指標的影響

3.3.2 土體中粗粒含量的影響

滑帶土粗粒含量較高,但又不屬于粗粒土,當d>0.075 mm所占比例在25%以上時,隨著含量的增加黏聚力有明顯下降趨勢,而內摩擦角則限定在一定范圍內,即其抗剪強度指標隨著粗粒含量的增加有所增加,但不是線性的單調上升,選用抗剪強度指標時應予以考慮[5]。

3.4 巖土物理力學指標建議值

土體強度指標及變化規律是重要的評價依據,其影響因素是多方面的,同時考慮巖土體的變形和滲透,鵝公帶古滑坡體強度參數的選取,考慮試驗資料和古滑坡體現狀及類似工程經驗,經綜合分析提出建議值。

表9 鵝公帶古滑坡體強度參數建議值

4 結語

靠近樂昌峽水利樞紐建筑物的古滑坡按《水利水電工程邊坡設計規范》SL 386—2007定為4級邊坡。鵝公帶古滑體是嚴重風化破碎松散體,天然狀態是穩定的。水庫蓄水后邊界條件改變,容重減小,降低了阻滑力；水庫蓄水,使地下水位壅高,水位驟降時,坡體內地下水產生較大滲透壓力,地下水也惡化了滑面的力學強度,這些是使古滑坡穩定性變差的主要因素[6]。

對于鵝公帶古滑坡這樣的地質條件復雜的土質高邊坡,正確選取各土體物理力學參數,是進行穩定性分析的關鍵,也是滑坡體勘察評價的基礎工作。通過現場及室內不同試驗成果統計分析,查明了其土體物理力學指標變化規律及其影響因素,綜合分析提出了合理的強度指標建議值,為滑坡體的穩定性評價和治理設計提供了可靠保證,同時,對于揭示土體剪切強度特性具有實際意義,對同類工程的滑坡體勘察、穩定評價具有積極的參考、指導作用。

[1] 王匯明，王著杰.樂昌峽水利樞紐工程初步設計報告(工程地質)[R].廣州：廣東省水利電力勘測設計研究院,2009.

[2] 王著杰,雷遠見.樂昌峽水利樞紐工程庫岸鵝公帶古滑坡體穩定性分析及其治理[J].廣東水利水電,2012(1)：84-87，95.

[3] 廖珊珊,張玉成,楊光華.邊坡穩定性影響因素的探討[J].廣東水利水電,2011(7)：31-34．

[4] 陳曉平，黃井武.樂昌峽古滑坡體穩定性影響研究[R].廣州：暨南大學,2010．

[5] 田斌,戴會超,王世梅.滑帶土結構強度特征及其參數取值研究[J].巖石力學與工程學報,2004,23(17):2 887-2 892.

[6] 黃智敏,付波,鐘勇明，等.樂昌峽水庫鵝公帶滑坡體滑坡涌浪影響研究[J].水資源與水工程學報,2013,24(5)：215-218．

(本文責任編輯 王瑞蘭)

P642.22

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1008-0112(2016)03-0001-04