青川縣某不穩(wěn)定斜坡變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性分析

周金龍

（中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610066）

0 引言

5·12汶川特大地震引發(fā)了一系列地質(zhì)災(zāi)害[1-3]，總數(shù)達(dá)萬余處，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重威脅。

某不穩(wěn)定斜坡位于四川省青川縣，該不穩(wěn)定斜坡直接威脅不穩(wěn)定斜坡前緣居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全與公路安全。因此，在綜合分析的基礎(chǔ)上，對該不穩(wěn)定斜坡的變形破壞機(jī)制與穩(wěn)定性進(jìn)行了分析和評價(jià)。

1 不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)背景

不穩(wěn)定斜坡區(qū)屬于侵蝕構(gòu)造中低山地貌，山巒、溝谷較發(fā)育，地勢陡峻，地形變化大。

該區(qū)位于龍門山系北東部，區(qū)內(nèi)出露的地層主要有第四系全新統(tǒng)崩坡積碎石土層（Q4col+dl）、寒武系邱家河組硅質(zhì)、碳質(zhì)板巖層（∈q）及震旦系元吉組白云巖與千枚巖層（Zy）。

2 不穩(wěn)定斜坡工程地質(zhì)特征

2.1 不穩(wěn)定斜坡基本特征

不穩(wěn)定斜坡前緣以溝為界，高程1190m；斜坡東南側(cè)和西北側(cè)均有千枚巖基巖出露，為不穩(wěn)定斜坡的側(cè)緣邊界；后緣以耕地為界，高程1340m。不穩(wěn)定斜坡相對高差約150m，坡度28°~32°，平面分布形態(tài)大致呈不規(guī)則的長條形，分布面積為4.48×104m2，堆積物厚度7~20m，體積為57×104m3。坡體上分布梯田陡坎，高0.5~1.5m，坡體前部主要為居民房屋和一條公路（圖1、圖2）。

圖1 不穩(wěn)定斜坡

圖2 不穩(wěn)定斜坡剖面圖

2.2 變形破壞特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，地震后，坡體上多處分布滑塌和裂隙。其中滑塌規(guī)模較大的有1處，裂隙發(fā)育規(guī)模較大的有兩處。

滑塌位于斜坡上部，分布高程為1355~1380m，橫向?qū)挾?m，體積約300m3，崩滑方向?yàn)镹75°E（圖3、圖4）?；w的物質(zhì)組成為灰黃色塊碎石土，塊石原巖成分為千枚巖和白云質(zhì)灰?guī)r，含量約60%~70%，塊徑20~50cm，個(gè)別大塊石直徑可達(dá)1m，滑塌體未造成人員傷亡。

圖3 滑塌體滑動方向

圖4 滑塌體形態(tài)特征

一處裂隙分布在公路上方130m位置，高程1230左右的坡體中，裂縫走向N35°~40°W，長度3~10m，縫寬4~40cm，下錯(cuò)5~30cm。（圖5、圖6）。另一處裂隙位于陡崖腳下方一帶坡體中，裂縫走向N15°W，長8~9m，縫寬5~10cm，下錯(cuò)最大距離約50cm（圖7、圖8）。

圖5 斜坡中部公路上方裂縫張開

圖6 斜坡中部公路上方裂縫延伸情況

圖7 裂隙變形情況

圖8 裂隙下錯(cuò)情況

3 不穩(wěn)定斜坡的變形破壞機(jī)制分析

3.1 影響因素分析

3.1.1 地形地貌

該不穩(wěn)定斜坡相對高差約150m，相對高差較大，坡體上分布陡坎，具有良好的地形地貌和勢能條件，為不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)提供了基礎(chǔ)。

3.1.2 巖性和坡體結(jié)構(gòu)

不穩(wěn)定斜坡的組成物質(zhì)為塊碎石土，塊碎石含量較高，約60%~70%，塊徑20~50cm，個(gè)別大塊石直徑可達(dá)1m，結(jié)構(gòu)松散~稍密，具有良好的滲透性，為不穩(wěn)定性斜坡失穩(wěn)提供了物質(zhì)條件。

3.1.3 水的影響

青川縣地處四川北部邊緣山區(qū)，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候類型，年降雨量1021.7mm，降雨主要集中在7—9月，一般出現(xiàn)在8月上旬和中旬的年最大日降雨量為80~100mm（圖9）。

圖9 青川縣歷年月平均降雨量

特別是5·12汶川特大地震后，青川縣出現(xiàn)了兩次特大暴雨。7月14—17日，持續(xù)三天的暴雨天氣，累計(jì)降雨量最大達(dá)418.2mm。8月27—28日，青川部分地區(qū)突降暴雨，最大降雨量超過200mm。降雨滲透進(jìn)入土體，增加了土體自重的同時(shí)又降低了抗剪強(qiáng)度，加速降低了不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性。

3.1.4 地震

不穩(wěn)定斜坡區(qū)位于龍門山系北東部，新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，地震活動頻繁。特別是5·12汶川特大地震后，又不斷有余震發(fā)生，不穩(wěn)定斜坡的土體變得更加松散，斜坡變形加強(qiáng)。

3.2 變形破壞過程及特征分析

經(jīng)分析，該不穩(wěn)定斜坡的變形過程分為3個(gè)階段。

（1）該不穩(wěn)定斜坡在5·12汶川特大地震前，當(dāng)?shù)鼐用裨谄麦w上修筑梯田陡坎用來耕種，使坡體表面變得松散，同時(shí)，在梯田陡坎在天然狀態(tài)下也會有緩慢變形。

（2）5·12汶川特大地震及地震引發(fā)的降雨，使坡體出現(xiàn)擴(kuò)容或拉裂，局部坡體出現(xiàn)滑移-拉裂式變形破壞[4]。

（3）地震引起坡體頂部的山體發(fā)生大規(guī)模的崩塌落石并堆積于坡體后緣，對不穩(wěn)定斜坡具有加載作用，使坡體出現(xiàn)推移式滑移-拉裂式變形破壞。

4 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析

為了定量地評價(jià)不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定狀況，選取圖2作為計(jì)算模型進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并確定兩條潛在滑面，滑面1為局部坡體失穩(wěn)情況，滑面2為坡體整體失穩(wěn)情況（圖10）。

圖10 穩(wěn)定性計(jì)算模型

計(jì)算參數(shù)的選取是根據(jù)《土工試驗(yàn)報(bào)告》實(shí)驗(yàn)值，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)類比法及不穩(wěn)定斜坡的變形狀況，綜合確定不穩(wěn)定斜坡的物理力學(xué)參數(shù)（表1）。

表1 潛在滑動帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[5-6]，計(jì)算中主要考慮以下三種工況下的坡體穩(wěn)定性問題。

（1）工況Ⅰ：自重（天然）。

（2）工況Ⅱ：自重（天然）＋暴雨。

（3）工況Ⅲ：自重（天然）＋地震。

采用傳遞系數(shù)法對不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性進(jìn)行了定量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果

通過對兩個(gè)潛在滑面的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，該不穩(wěn)定斜坡整體上在天然及地震工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；而公路上方的局部坡體在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況及地震工況下為基本穩(wěn)定。

5 結(jié)語

（1）該滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）該潛在不穩(wěn)定斜坡表部有滑塌現(xiàn)象，表明該斜坡整體雖然穩(wěn)定，但局部處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震等不利工況下可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

（3）局部失穩(wěn)給居民或公路造成威脅的部位應(yīng)進(jìn)行邊坡治理。