某滑坡的成因机制及处理措施的探讨

吉茂林

(江西省水利规划设计院,江西 南昌 330029)

1 概况

南昌市前湖电排站排水渠位于南昌市红谷滩新区,2003年 12月开工,2004年 2月施工过程中,先后发生了 3次滑坡,主要采取开挖减载、增设平台、草皮及金属网护坡措施,治理 2005年 5月竣工。

2005年 5月 16日前后几天,南昌市连续降雨,在 5月 16日傍晚,前湖电排站排水渠水位电排下降约 1m(高程 19m降至 18m)左右,在排水渠桩号 0+280～0+400m之间发生了滑坡,滑动方向呈左旋转式,右侧滑动距离大,左侧滑动距离较小。滑坡造成了排水渠堵塞,电排站排涝区域严重积水,影响了该区域居民的正常生活,及该区域单位工厂的正常工作。

2 滑坡的主要特征

2.1 地形地貌

工程区处于赣江西岸冲积平原与丘陵接壤带,地势东低西高,东侧为冲积平原,地势平坦,属赣江堆积阶地,该段排水渠沿冲积平原与丘陵接壤带呈近南北向展布,渠底高程约15.3m,顶高约 20.3m。滑坡体处一相对低缓冲沟区,北侧山坡近南北走向,滑坡区为人工边坡,坡高最大 34m,为中边坡,分级坡角为 23°～34°总体边坡坡角为是 17°,为斜坡。滑坡体呈横长形展布,最大滑距 5～6m,滑动方向呈左旋转式,右侧滑动距离大,左侧滑动距离较小,滑坡体长约 75m,前缘宽约 110m,后缘曲度较平缓,面积约 6 150m2,最大厚度为 10m,平均厚度约 7m,为中层滑坡,滑坡体方量为 4.3×104m3,为小型滑坡。

滑坡体表面有 9条裂缝(L 1～L 9),裂缝特征见表 1,分布见附图 1。由裂缝特征可判断,该滑坡为牵引式滑坡。

2.2 地层岩性

岩性为紫红色泥质粉砂岩夹泥岩,分布于卧龙山一带,部分被第四系松散地层掩盖。泥质粉砂岩夹泥岩,紫红色,粉砂质、泥质结构,层状构造,岩层产状为 N3°E/S E∠12°,倾向排水渠。在滑坡区具全～弱风化状。岩体中夹有多层顺层软弱泥化夹层,少量切层软弱泥化夹层,厚度 10～80 cm,夹层中的泥质物一般呈可塑状～软塑状,夹原岩碎屑及小砾,粒径 0.2～3 cm,呈棱角状。岩体饱和抗压强度为10Mp a,软化系数为 0.32,耐崩解指数为 83.9%,属易崩解易软化软岩。

图1 裂缝分布图

2.2.2 第四系中更新统冲积层(alQ2)

岩性为紫红色砾质粘土,呈可塑状,砾石粒径一般 0.3～5 cm,最大 9 cm,磨圆度较好,呈次圆状,分选不好,胶结较差。分布于丘陵表面及斜坡地带,出露高程 25～50m,属Ⅲ级基座阶地,阶面呈斜坡,东低西高。

2.3 地质构造

本区位于扬子准地台之丰城～乐平凹断束构造单元之中,据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)的界定,测区地震动峰值加速度为 0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35 s。区域稳定性较好。

该区未见较大规模的断层,层间错动较为常见,层间错动多为泥化夹层,厚度不一,一般厚度 10～50 cm,最大厚度80 cm。一般为可塑状～软塑状,夹少量砾石,成份为泥质粉砂岩,呈棱角状、次棱角状。粒径一般 0.2～3cm,最大 5 cm。

2.4 水文地质条件

本区地下水类型主要为基岩性潜水裂隙水和孔隙性潜水。孔隙性潜水:主要分布在第四系松散堆积层之中,接受大气降水补给,排向沟谷及低洼地,径流不畅通。基岩裂隙性潜水:埋藏于基岩风化裂隙、构造裂隙、断层破碎带、软弱夹层和层面裂隙之中,由大气降水及孔隙性潜水补给,排泄于沟谷及排水渠,径流较为畅通。勘察期间地下水埋深一般为 2.1～15.5m。

滑坡区右侧基岩裸露,岩体裂隙发育,具强～中等透水性;中部及左侧表层为砾质粘土及全风化基岩具弱～微透水性,其下较大范围岩体基本呈中等透水性。在滑坡区排水渠渠底至水位变动带边坡,发育多层泥质夹层,具强透水性,局部有较多小孔洞。

表1 滑坡体裂缝特征表

2.5 滑坡体岩土物理力学性质

第四系中更新统紫红色砾质粘土,砾石含量 20%～60%,粘粒含量 12.9%～31.2%。湿密度为 1.97g/cm3,在含水率为 24.8%时,其饱和快剪试验凝聚力 C=10.6 KPa,摩擦角 φ=25.4°,具中～高压缩性。

泥质粉砂岩夹泥岩的饱和密度为 2.46g/cm3,抗剪断强度凝聚力 C=3.26 MP a,似内摩擦角 φ=43.7°。

软弱泥化夹层,第一组试验,含水率为 43.5%,排水反复直剪强度试验结果为:凝聚力 C d=20 KPa,摩擦角 φ d=12.0°。第二组试验含水率为 32.3%,排水反复直剪试验结果为:凝聚力 C d=20 KPa,摩擦角 φ d=12.0°;残余强度凝聚力 C'r=16 KPa,摩擦角 φ'r=10.5°。颗分资料粘粒含量最高为 31.4%。滑动面的试算建议值为:C=0～23 KPa,φ=10°～ 13°。

3 滑坡形成机制及稳定分析

3.1 滑坡形成机制

滑坡区为人工边坡,坡高最大 28m,为中边坡,分级坡角为 23°～34°总体边坡坡角为是 17°,为斜坡,坡体为岩土混合边坡,泥质粉砂岩夹泥岩透水性较弱,岩层倾向坡外。泥质粉砂岩夹泥岩岩性不均一,存在软弱夹层,少量切层软弱泥化夹层,厚度 10～80 cm,呈可塑状～软塑状,夹少量砾石,粒径 0.2～3 cm,呈棱角状,成分为泥质粉砂岩。在滑坡体右上侧勘探时,钻孔多次回水中断,裂隙中充填有多层与周围岩体不一样的砂粒,说明滑坡右侧岩体风化较严重,基岩内地下水的径流较大,对边坡的稳定构成潜在的威胁。

滑坡体处一相对低缓冲沟区,有较多的地表水汇流补给地下水,地下径流来源较丰富,是滑坡体产生的外部因素。岩层层面及泥化夹层多呈缓倾角倾向坡外,其与顺坡走向陡倾角裂隙,组成不利的组合面,滑坡区排水渠渠底至水位变动带边坡,发育多层泥质夹层,具强透水性,局部有较多小孔洞力学性质很差,是滑坡体产生滑动的根本原因。滑坡区右侧基岩裸露,风化较严重,裂隙发育,具强～中等透水性;左侧及中部区域表层分布厚层砾质粘土,为弱～微透水性,下部基岩风化较差,裂隙较发育,其下较大范围岩体基本呈中等透水性;右侧岩体软弱泥化夹层力学性质及其它地质条件比左侧差,是形成左旋式滑坡的基本原因。

2005年 5月 16日前后几天连续降雨,排水渠处于高水位状态,滑坡区岩体地下水丰富,地下水位高,且受上部弱～微透水层压盖,增大静水压力,地下水坡降加大。岩体在较长时间饱和状态下,泥化夹层力学性状极差。在 5月 16日傍晚,排水渠水位电排下降约 1m(高程 19m降至 18m)左右,由于排水渠边坡排水不畅,大量地下水来不及通畅排泄,形成一定的水压力,结合岩土体重力作用,由于滑坡两侧裂隙发育的不同,滑坡右侧壁首先形成,临排水渠前部边坡顺软弱泥化夹层左旋滑落,大致沿 L7裂缝范围的前部岩体最大滑落约 2.4m,最大滑距 5～6m;其后部岩体失去前部支撑后亦沿软弱面下滑,形成牵引式滑坡。滑坡体形成机理见附图2。

图2 滑坡体形成机理图

3.2 滑坡稳定分析

3.2.1 滑动面参数的试算

该滑坡体为牵引式滑坡,以首先开始滑动的滑动面(滑动面 1)作为研究对象,通过复原地形对滑动面参数进行试算,试算安全系数 F s=0.95、1、1.05。因为南昌市地震烈度为Ⅳ度,所以不考虑地震的影响。

采用力的代数叠加法来计算,取单宽剖面,按平面问题处理,复原地形对滑动面参数试算分析结果见下附图 3。

图3 敏感性分析

3.2.2 滑坡体现状稳定性计算

滑动面计算参数根据试验、类比、试算等方法综合确定为 C=3 KPa,φ=10.5°,以首先开始滑动的滑动面(滑动面1)作为研究对象,采用力的代数叠加法来计算该滑坡的稳定性。取单宽剖面,按平面问题处理。

计算结果为:滑坡体的安全系数 F s=1.236,滑坡体现状处于稳定状态。

4 对策及措施

滑坡体原岩结构基本没变,目前处于相对稳定平衡状态。由于该滑坡体属牵引式,对滑坡体下部进行大量清除将形成较大临空面,使滑体侧壁及后壁岩土体失去支撑,有可能形成新的滑动体,或潜在的滑动因素,故不宜对滑坡体坡脚作大量清挖。由于该边坡为人工边坡,总体边坡坡角为17°的斜坡,坡度较缓,且为小型滑坡,以前设计坡角没有任何护脚措施,所以建议在滑坡体前缘分段适当清挖整理,设置重力式挡土墙。

滑坡体两侧岩土体在滑坡体形成时,局部可能存在一些牵引影响,且现边坡多为基岩裸露,节理裂隙发育,地表水极易渗入,泥质粉砂岩夹泥岩岩性不均一,存在软弱夹层,在多雨的江西,软弱夹层性质较差,在下部排水不畅时形成静水、动水压力,将产生新的滑坡或潜在滑动体,建议处理滑坡体时挡土墙适当往两侧延伸。

由于南昌市年降雨量较大,主要集中在 5、6、7、8月份。泥质粉砂岩夹泥岩遇水易崩解风化,在岩体裸露的边坡表层也将形成一层弱透水性的全风化层,形成和新滑坡体产生前一样的地质结构,所以从长远角度看,建议对滑坡体所在位置的其他段人工边坡进行稳定计算,采取必要的措施。

5 结语

1)该类型的边坡具有一般边坡的特点:所在地区的降雨量情况;边坡倾向与岩层倾向的关系;边坡的地质结构;岩体的本身的特征;边坡坡脚的水文地质特点。

2)该边坡所独有的特点:边坡坡脚水流的动态变化,使边坡内地下水位也长期发生动态变化。使边坡长期处于动态的地下水压力的作用下,加之泥质粉砂岩夹泥岩所含大量亲水矿物,在地下水的动态变化中从岩体中流失,所以滑动带物质的力学性质在纵向上是不相同的。泥质粉砂岩夹泥岩岩性不均一,存在软弱夹层,在多雨的江西,软弱夹层性质较差,所以在该边坡的设计上应该适当加大安全系数的储备。

[1]岩土工程勘察规范.G B 50021-2001205～208.

[2]中小型水利水电工程地质勘察规范 S L 55-200559～69.

[3]工程地质手册(第三版)中国建筑工业出版社 2006.01585～600.

[4]林宗元.简明岩土工程勘察设计手册.上册中国建筑出版社2004.02846～862.

[5]顾晓鲁,钱鸿缙,等.地基与基础(第二版)中国建筑工业出版社2004.04750～766.

[6]郭见扬,谭周地,等.中小型水利水电工程地质(第二版)水利电力出版社 1995.0651～57.

[7]徐志英.岩石力学(第三版)水利电力出版社 ,191～205.