乐昌峡鹅公带古滑坡体物理力学参数选取分析

廖品忠

(广东省水利电力勘测设计研究院, 广东 广州 510635)



乐昌峡鹅公带古滑坡体物理力学参数选取分析

廖品忠

(广东省水利电力勘测设计研究院, 广东 广州 510635)

鹅公带古滑坡的稳定与否,是乐昌峡水利枢纽工程建库重要条件之一,也直接影响到塘角坝址的选择问题。通过对鹅公带古滑坡勘察资料的分析,认为鹅公带的“破碎岩体”是一种复合型座落滑移变形的古老滑坡体；通过对滑体各部位物理力学试验研究,分析选取合理的力学强度参数,是评价其稳定性和设计治理的关键。

古滑坡体;试验分析; 参数选取

1 工程概况

乐昌峡水利枢纽工程位于广东省韶关市乐昌境内,水库库区为峡谷地貌,山高坡陡,沟谷发育。部分库岸由于岩层产状、断裂、风化以及岸坡陡峻等原因,造成不良地质体较多、规模较大,特别是九峰水口以南库区,河谷为近南北向顺层发育,右岸为顺坡,岸坡稳定条件较差,为库岸稳定性研究的重点。

根据多次地质勘察及专题研究成果资料统计,库区不良地质地段按变形体的特征和对工程的可能危害程度分为座落坍塌、不良地质段和滑坡3种类型,与工程关系密切的主要是滑坡类变形体,而大型滑坡等变形体多集中在大源～小现间。对工程影响较大的滑坡,为位于坝址上游1.3 km的鹅公带滑坡体。经初步分析计算,水库蓄水后在水位骤降条件下,滑坡体存在稳定问题,采取工程处理是必要的。

滑坡体各土体的物理力学指标及抗剪强度特性对于边坡稳定性评价和处理方案设计至关重要,其变化规律是滑坡体变形破坏的主要原因和安全性评价的基础。通过现场大型剪切试验、室内原状土和重塑土试验等多种试验手段,进一步分析确定滑坡体和滑带特性及其物理力学指标,为在水库不同运用工况下的稳定分析及合理有效的工程处理措施提供依据。

2 工程地质条件

鹅公带古滑坡体分布在高程100～295 m之间,卫星影像图解译和地表测绘揭示具典型的圈椅状滑坡后壁,滑体前见滑坡平台,周边山脊边坡较陡,地形完整,上部后缘地势较陡,多见阶梯状塌陷、开裂,植被见马刀树和醉汉林,具多期崩塌特征。中部相对平缓,未见负地形,雨季有泉水出露。下部受洪水冲蚀形成陡壁,全风化土和强风化基岩出露,河床边坡脚为崩塌堆积。平面上被东西向三条冲沟切割,有“双沟同源”现象,地形地貌较周围凌乱,与正常边坡有明显区别,岩层产状与外围地层有较大差异,风化较深。

在强风化基岩中有两条呈黏土质砂～粉土质砂状破碎带,呈带状分布,破碎带厚1.0～1.5 m不等,钻孔和地表可见破碎带有明显的挤压错动现象,黏土包裹角砾,呈坚硬土状,角砾有磨圆,判定为古滑动带。

地面产生的裂缝为受强降雨影响产生的浅层开裂和局部塌陷,多沿基岩与风化土界面分段开裂,影响范围较小,未见整体变形迹象,天然处于稳定状态,原始地貌见图1。

古滑坡体西南面冲沟终年有水流,沿古滑坡体前缘和下游周界多处有清泉水出露,在河床边陡壁坡脚处,沿黏土质砂～黏土质砾滑带有地下水渗出,水质清澈。地下水主要为大气降水补给,以孔隙、裂隙水埋藏于全风化岩带中、下部和强风化带上部。根据钻孔综合水位,平均水力坡降为0.45[1]。

3 岩土的物理力学性质

3.1 室内试验

分别在滑坡体前缘滑动面(带)、滑体堆积土体取原状土样进行室内试验,综合历次勘察及试验成果,统计分析如下。

图1 鹅公带滑坡体平面示意

1) 滑体土层：根据试验成果统计,主要物理力学指标平均值,天然含水率W=15.4%,天然密度ρ=2.01 g/cm3,饱和密度ρsat=2.11 g/cm3,干密度ρd=1.74 g/cm3,因滑体含强风化岩块较多,建议计算时密度适当增加10%～15%,天然孔隙比大值平均值e=0.670,渗透系数大值平均值K=4.73×10-4cm/s,饱和快剪强度Cq=20 kPa,φq=30.4°,饱和快剪强度小值平均值Cq=16 kPa,φq=27.4°[2]。

2) 滑带土：为含砂黏土～黏土质砂～黏土质砾夹层,位于全风化带与强风化带分界上,厚30～100 cm不等,为棕褐、棕黄色砾质黏土,呈硬塑～坚硬状,取样颗分成果细粒土约占41.2%(其中胶粒含量占12.3%)、砂粒占36.1%、砾石占22.7%,矿物成份由水云母和石英组成,基质水云母、绢云母受挤压而稍呈定向排列,构成页理,土体中出现一些岩石碎块稍具碾磨化特点,可能为动力破碎产物。砾石砾径2～3 cm不等,次棱角状,具一定磨圆度。滑坡体前缘黏土质砂～黏土质砾破碎带中的砾石,砾径1～3 cm不等,次棱角状,具一定磨圆度,这些表明夹层发生过错动,为滑动面(带)。

进行室内饱和固结反复直剪试验,其峰值强度平均值C=25.0 kPa,φ=30.1°；残余强度平均值C=19.0 kPa,φ=25.5°[2]。

3) 成果分析：试验成果统计见表1～5,滑带土为含砂细粒土,靠近滑带的滑体土也为含砂细粒土,而浅层滑体土属于粗粒土,为黏土质砂或黏土质砾。应指出的是,滑带土和滑体土的变异性较大,黏粒分布不均,粗颗粒含量较高,天然含水率较低,天然密度较大,不适合采用均值来评价其特性。但在天然状态下具有较好的力学特性,渗透性较好,压缩性不大,抗剪强度较高,古滑坡体处于稳定状态。

表1 土体颗粒组成

表2 土体物理特性指标

表3 土的力学参数成果

表4 滑带土抗剪强度试验成果

表5 滑带土残余强度试验成果

残余强度是客观存在的,由于土的粗颗粒含量较高,与剪切中的峰值强度对比,黏聚力会基本丧失,摩擦力相对稳定,相比一般黏性土,残余强度与峰值强度的比例较高。

滑带土的抗剪强度受多种因素影响,试验成果的统计分析可以给出其指标随变量而改变的趋势,取值应综合考虑影响因素[3]。

3.2 现场剪切试验

试验目的是为确定古滑坡体滑带土在剪切位移条件下的再生强度和强度随剪切位移的衰减规律,进而提出合理的滑带土的抗剪强度指标。试验成果详见表6～7,统计分析表明：

1) 滑带土呈现较明显的硬化型应力-应变关系,遇水后黏聚力有增加趋势,但随着浸水时间延长和含水率增加,该增值又将下降。

2) 上覆固结压力对于剪应力的发挥过程有明显作用,固结压力越大,剪应力达到完全发挥所需的剪切位移就越大。

3) 含粗粒黏性土的剪切性状与一般细粒土不同,剪应力随剪切位移降低的趋势不明显,且基本没有软化现象。

4) 滑带土的抗剪强度总体较高,天然状态下对坡体稳定有利。

5) 滑带土中的粗颗粒对于抗剪强度有明显贡献,而细颗粒与水的作用较强,遇水后土体黏性增加,随着浸水时间的增长趋于稳定。滑带土中砾粒的存在可以提高土体的局部强度,但不能作为提高土体整体强度的可靠依据,基于土体的非均质性,应结合现场试验和室内平行试验成果,综合评价其强度指标[4]。

6) 现场大型剪切试验成果表明,大剪切位移下抗剪强度指标介于再生强度与土体残余强度之间,对于评价不同工况下滑坡体整体稳定,以及正确认识室内和现场试验条件下抗剪强度指标值具有很好的启示作用。

7) 室内原状土剪切试验获得的峰值强度与现场试验再生强度有较好的吻合(表4与表7)。

表6 天然含水率与初始密度量

表7 滑带土抗剪强度参数

3.3 主要影响因素

3.3.1 土体物理状态的影响

1) 边坡土体具密度高、含水量低的特点,土体的饱和度多在70%左右,土体的黏聚力一般会随着含水率的增加而线性增加,摩擦角会随着含水率的增加而有所降低。随着土体的塑性指数增加,黏聚力有增加趋势,摩擦角呈下降趋势。

2) 击实土样的初始含水率对黏聚力的影响也较明显,含水率增加时黏聚力有较大增幅,但对摩擦角影响不大。

表8 密度和含水率对抗剪强度指标的影响

3.3.2 土体中粗粒含量的影响

滑带土粗粒含量较高,但又不属于粗粒土,当d>0.075 mm所占比例在25%以上时,随着含量的增加黏聚力有明显下降趋势,而内摩擦角则限定在一定范围内,即其抗剪强度指标随着粗粒含量的增加有所增加,但不是线性的单调上升,选用抗剪强度指标时应予以考虑[5]。

3.4 岩土物理力学指标建议值

土体强度指标及变化规律是重要的评价依据,其影响因素是多方面的,同时考虑岩土体的变形和渗透,鹅公带古滑坡体强度参数的选取,考虑试验资料和古滑坡体现状及类似工程经验,经综合分析提出建议值。

表9 鹅公带古滑坡体强度参数建议值

4 结语

靠近乐昌峡水利枢纽建筑物的古滑坡按《水利水电工程边坡设计规范》SL 386—2007定为4级边坡。鹅公带古滑体是严重风化破碎松散体,天然状态是稳定的。水库蓄水后边界条件改变,容重减小,降低了阻滑力；水库蓄水,使地下水位壅高,水位骤降时,坡体内地下水产生较大渗透压力,地下水也恶化了滑面的力学强度,这些是使古滑坡稳定性变差的主要因素[6]。

对于鹅公带古滑坡这样的地质条件复杂的土质高边坡,正确选取各土体物理力学参数,是进行稳定性分析的关键,也是滑坡体勘察评价的基础工作。通过现场及室内不同试验成果统计分析,查明了其土体物理力学指标变化规律及其影响因素,综合分析提出了合理的强度指标建议值,为滑坡体的稳定性评价和治理设计提供了可靠保证,同时,对于揭示土体剪切强度特性具有实际意义,对同类工程的滑坡体勘察、稳定评价具有积极的参考、指导作用。

[1] 王汇明，王著杰.乐昌峡水利枢纽工程初步设计报告(工程地质)[R].广州：广东省水利电力勘测设计研究院,2009.

[2] 王著杰,雷远见.乐昌峡水利枢纽工程库岸鹅公带古滑坡体稳定性分析及其治理[J].广东水利水电,2012(1)：84-87，95.

[3] 廖珊珊,张玉成,杨光华.边坡稳定性影响因素的探讨[J].广东水利水电,2011(7)：31-34．

[4] 陈晓平，黄井武.乐昌峡古滑坡体稳定性影响研究[R].广州：暨南大学,2010．

[5] 田斌,戴会超,王世梅.滑带土结构强度特征及其参数取值研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(17):2 887-2 892.

[6] 黄智敏,付波,钟勇明，等.乐昌峡水库鹅公带滑坡体滑坡涌浪影响研究[J].水资源与水工程学报,2013,24(5)：215-218．

(本文责任编辑 王瑞兰)

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