湘西朱雀洞滑坡成因机制分析

马德青,胡惠华,赵金举

(1.湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410008;2.河北省煤田地质局水文队,河北 邯郸056201)

朱雀洞滑坡为常德至吉首高速公路上的一大型滑坡。该滑坡位于丹青河V型谷左岸宽缓坡面上的白垩系薄～中厚层状红层中,属红层缓倾顺层大型滑坡。坡体为砂岩夹泥岩。滑坡周界受断层控制,上、下游两侧分别以F1、F2断层为界,前缘的丹青河水位受降水影响极大。

1 滑坡基本特征

该滑坡周界平面上呈圈椅状。滑坡长度448m,平均宽度约450m,平均厚度15m,最大厚度约25m,滑体体积约2.6×107m3,主滑方向N45°W。

1.1 滑坡周界

滑坡周界主要受F1、F2断层控制。上游(常德端)边界受控于倾角陡立的F1,高2m～10m的边界陡坎可见断层面及基岩出露。下游(吉首端)边界受控于 F2,并沿断层走向向坡下延展,受K197+200右侧桩板墙阻挡后沿走向近北西的节理向常德方向转折,然后沿走向近东西的节理穿过路基向河边延展。边界陡坎在路基以上高约1m～5m,见断层角砾,路基边界主要为裂缝区。滑坡后缘受一组倾向近北西的陡立节理控制。上述三组结构面在后缘相交成弧形,后缘边界陡坎高约2m～4m。滑体前缘位于坡脚即丹青河边,部分滑坡舌冲入河中。

1.2 滑动面(带)及滑床

滑带土为泥岩中的软弱结构面或泥化夹层,呈软塑土状。滑动面(带)产状由基岩层面控制。纵断面上表现为后陡前缓,后缘地段倾角21°～24°,前缘倾角 15°～ 17°, 靠上游局部倾角 10°。横断面上表现为Ⅰ区深、Ⅱ区浅,滑面形状受控于岩层层面,同时受顺坡向陡倾节理影响,局部呈阶坎状。滑面上发育擦痕,其滑移方向与主滑方向一致。滑动面的埋深呈后浅前深。后部埋深0m～11m,K197+000左侧上部滑床出露;前部滑面埋深13m～20m。滑面的主滑方向受岩层倾向控制,约为N45°W。下部滑床主要为较完整的弱、微风化砂岩。

1.3 滑体

主要由白垩系下统(K1)砂岩、泥岩和第四系全新统(Qh)的松散残积碎石土组成,滑体厚度10m～20m,体积约2.6×107m3。

1.4 剪出口及滑坡舌

剪出口位于滑前的丹青河岸边。据调查,上游剪出口(Ⅰ区前缘)的标高124m～125m,略低于河床。由于该段为滑动源,最大滑距达80m以上。该段滑坡舌冲入丹青河,阻塞了河道。在河岸可见岩层反翘现象。下游剪出口(Ⅱ区前缘)相对较高,标高126m～128m。该段滑坡舌的滑移量较小,滑入丹青河一般2m～10m,见岩层滑移弯曲迹象。K196+880处的剪出口相对更高一些,剪出的滑体为松散覆盖层。在已滑路基右侧见有次级滑坡。

1.5 滑坡裂缝

受高速滑移影响,滑体前部滑体已经散体化。上游端滑坡边界附近的裂缝走向主要近南北向、呈拉张性、宽20cm～70cm。后缘附近裂缝走向近北东向,主要呈拉张性,坡面上出现一系列顺坡向台坎,宽20cm～100cm。下游端裂缝走向近东西向,上部主要为拉张性、宽5cm～20cm,下部呈剪切性,更靠近吉首端边界的前缘见剪裂。鼓丘上分布一系列走向近北东向的鼓张裂缝,宽 10cm～100cm,在裂缝之间形成陷落坑,同时分布少量北西向的鼓张裂缝,靠近常德端分布有雁列式、走向近东西的羽状鼓张裂缝。

1.6 地下水

滑体的地下水位主要位于滑动面之上,且随降雨而变化很大。地下水的软化作用使坡体强度降低;另外,随着地下水位的升高,岩层面及纵向裂隙中的地下水对滑体产生较大的浮托力及侧压力。

2 滑坡成因与机制分析

2.1 滑坡主要成因分析

岩性结构特征:坡体的岩土特征是该滑坡产生的基本原因。坡体主要为浸水易变软的软质岩;且为顺向坡,岩层产状较平缓,易产生滑移;层间存在软弱夹层或泥化夹层、层间错动带,这些为滑坡形成的先天条件。

水文地质条件:滑坡区位于斜坡地带,地表汇水面积较大,大气降水是本区地下水、地表水的主要来源。

地表水:主要为斜坡脚下的丹青河,其次为坡面蓄水。丹青河水位受大气降水影响大,雨期水位骤涨、水势凶猛、流速湍急。勘察期间河流最高水位131 m、最低126 m。

地下水:比较平缓的阶梯状坡地为大气降水的入渗提供良好的地形条件,降水沿覆盖层及裸露的基岩裂隙入渗后转化为地下水,主要为潜水。基岩裂隙水主要储存于节理裂隙及层内,顺泥化夹层或透水红砂岩层向坡脚径流,终以下降泉形式排泄。降水使丹青河水位骤涨,其顶托作用致使坡体地下水排泄不畅,并在坡脚处产生很大的短期承压性。监测表明,雨后坡体的地下水位迅速升高,随着河水位的下落,坡体地下水位下降较快。长时间的大量降雨及洪水的侧蚀是滑坡产生的直接诱因。降雨对滑坡有三个方面的影响,即坡体强度降低、地下水扬压力升高、滑坡后缘静水压力增大。汛期的滑体内地下水位迅速升高,造成动水压力和空隙水压力增大,为发生滑坡提供了充分条件。

若用历史上丹青河最高洪水位131m代表滑前的最高地下水位,那么,当时的地下水位比枯水季上升约8m,平均水力坡度达到28%。由于受河水顶托的影响,坡体地下水排泄不畅,即沿不透水层面产生较大的静水压力和浮托力。随着地表水大量渗人补给,滑体地下水位继续升高,滑坡稳定性最终降到临界状态,板状的红砂岩层在静水压力和浮托力作用下极易发生弯曲变形(图1、图2)。计算表明,地下水位每升高0.1m,朱雀洞滑坡稳定性系数将降低 0.08～0.10,推力将提高160kN/m左右。可见地下水对缓倾岩层滑坡的发生起着决定性的作用。

临空面:软质岩浸水易软化,软化后抗冲刷能力降低。该坡体常德端弯道处坡脚的岩层在河流长期浸泡、淘蚀作用下局部失稳坍塌、岩层面临空出露,从而为滑坡的形成了提供了良好的空间条件。

2.2 形成机制

滑坡的变形破裂特征:根据变形特征,该滑坡可分为Ⅰ区(上游侧强烈滑动区)、Ⅱ区(下游侧滑动区)及Ⅲ区(上部二次滑动区)三个分区。

Ⅰ区:滑坡前缘宽约215m,一般宽约170m。前缘高程为丹青河床以下附近,后缘高程约208m。滑坡地形总体呈圈弧状,后缘陡坎高度达9m左右,后缘斜坡坡度为19°,滑坡区总体坡度14°。堆积区中在160m一带存在一N42°E走向的相对隆起带,地形反倾强烈。隆起带上部地形相对较缓,总体坡度12°;下部相对较陡,坡度达 26°。滑距达近100m。前缘河床一带岩层近水平,表明该处滑带位于河床下部附近。

Ⅱ区:斜坡总体坡度 16°,主滑方向为N45°～50°W。174m～181m 一带存在一总体走向为N50°E的明显隆起带,可见多个鼓包。受Ⅰ区强烈下错的牵动,该隆起带向上游偏转为N10°E。隆起带一带总体坡度12°,局部反倾。隆起带上部斜坡相对较陡,坡度为17°;下部的174m高程以下,坡度为17°～23°,主要呈拉裂滑塌特征。Ⅱ区上游侧与Ⅰ区之间为一相对凸出的山梁,可见岩层强烈揉皱弯曲特征,见明显的Ⅰ区滑块拖动Ⅱ区滑块而形成的羽状拖拉裂隙。上游侧下部未发生明显的剪切错动,但近河床一带可见冒水现象,表明上游侧斜坡也具有较明显的弯曲变形现象。滑坡前缘离现河床高约1m处普遍发育渗水,局部线状流水,表明该段滑床位于现今河床一带或高于河床约1m处。下游侧一带滑床出露,滑床下部岩体明显反倾,倾角达50°左右;上部岩层反倾或近于平行,下游侧缘可见明显的拖拉现象。滑坡下游侧缘滑带较浅,可见因滑坡下滑造成的侧向挤压鼓胀隆起现象,且发育走向N72°W的剪张裂缝,可见弯曲隆起现象;Ⅱ区滑坡内部近下游侧边界一带可见弯曲牵动形成的脊状隆起。

Ⅲ区:在Ⅰ区、Ⅱ区滑动基础上,于 8月 3～4日山体中、上部又发生一次规模较大的滑动,滑向N45°～50°W。该次滑坡前缘位于公路一带,高程191m～194m,后缘位于255m一带。该滑坡常德端边界受F1控制,吉首端受F2控制,平面呈近三角形。坡面总体坡度为17°;前缘坡度12°。

滑坡变形总体上呈后缘拉裂破坏,发育走向N50～75°E的横向拉裂,前缘在公路一带为弯曲隆起。南侧侧滑面上发育两组擦痕,倾伏角为35°～40°及55°～60°,陡于断层,表明可能具有切层错动。

形成演化机制分析:上述特征显示,朱雀洞滑坡的变形破裂机制为滑移弯曲型。滑坡主要是中～薄层状钙泥质砂岩夹泥岩构成的顺坡缓倾层状结构斜坡,在河谷演化卸荷及重力作用下,沿层面特别是泥质夹层发生蠕滑弯曲变形,并在连续暴雨及前缘上涨的河水冲蚀等诱发下,使已具有一定变形、已处于潜在不稳定的斜坡的蠕滑弯曲变形加剧,最终在弯曲隆起部位发生剪断溃决而形成高速滑坡。

这种顺坡缓倾层状结构的斜坡,有利于沿层面特别是泥质夹层发生滑移变形。由于层面倾角略大于斜坡面,层面及泥质夹层未在坡面切露,因此在边坡下部一定部位发生弯曲隆起,并形成剖面剪裂。随着滑移弯曲的发展,弯曲隆起进一步加剧,最终剖面剪裂贯通而剪出破坏,形成高速滑坡。

丰富的地下水及前缘河水的冲蚀对滑坡的形成起了主要作用。滑前的连续暴雨,坡体地下水极为丰富,大大地降低了滑带土的力学强度,并在坡体中形成了较大的地下水压力。河水暴涨、流速加快,使位处凹岸的斜坡,尤其是上游侧Ⅰ区近河床一带的弯曲隆起部位,在河水强烈冲蚀作用下弯曲变形加剧,致使剖面剪裂贯通、弯曲体所积聚的弹性应变能突然释放而成高速滑坡。滑前坡脚剪出口一带的喷水现象及滑后前缘的出水现象,均说明了降雨及地下水对滑坡形成的重要诱发作用。

由于Ⅰ区正处于凹岸处,受河水的冲蚀作用最为强烈,其滑移剪出面相对较深,弯曲岩层释放的弹性能相对较大,故滑距达80m～100m;而Ⅱ区处于较顺直的河岸处,且剪出面相对较浅,弯曲岩层释放的弹性能相对较小,故滑距仅为 20m～30m。Ⅰ区的强烈下滑对Ⅱ区具有一定的侧向牵引作用,表现为Ⅱ区的隆起带向上游方向明显的偏转。顺层边坡滑移弯曲破坏过程见图3。

因此,滑坡的总体破坏形式是:首先Ⅰ区滑坡在河水的淘蚀作用下,在断面上逐渐向后缘发生强烈牵引式破坏;Ⅰ区的强烈下滑对Ⅱ区具有一定的侧向牵引作用,迫使Ⅱ区滑动;Ⅲ区滑坡,由于Ⅰ、Ⅱ区滑动、下部临空而形成推移式滑坡。

综上论述,该滑坡整体破坏模式为顺层滑移—弯曲—侧迫式滑坡。

4 结论

1)长大缓倾的红层顺向坡在河谷演化卸荷及重力作用下,沿层面发生滑移弯曲变形。

2)在高强度暴雨下,地下水对坡体稳定的影响包括降雨入渗使坡体自重增大、软弱夹层饱水后抗剪强度降低等。在持续入渗、坡内形成连续地下水位的情况下,渗流产生的动水压力也起作用。但在如此平缓的地层内产生这么大规模的滑坡,地下水的顶托、水垫效应与裂隙水的“楔裂”、“撕开”作用是主导的。事实表明,超强度的降雨触发了朱雀洞大型滑坡的发生。地下水起顶托、楔裂、促动作用。水是诱发该滑坡的主要因素。鉴于该区汇水面广、暴雨多、地下水丰富,因此在该滑坡的治理中,采用地表截水排水,坡体平洞排水的措施。

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