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云南盈江县象塘滑坡稳定性分析

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 309次

  1,张令泽1

1云南省地质环境监测院,云南 昆明 650216

  要:盈江县象塘滑坡处于地形陡峻、构造复杂、花岗岩强风化地带并位于陡坡山地靠山顶位置。滑坡由残坡积层、花岗岩风化层、花岗岩基岩等部分构成。滑坡滑面有较大可能发育于坡积层与花岗岩强风化层界面上。通过slope/w,slope/w与sigma/w耦合分析,确定了滑坡最可能滑动面分布及对应稳定性。滑坡在无降雨条件下稳定性处于临界状态,容易在触发因素作用下发生滑动。

关键词:花岗岩风化层;极限平衡法;有限元耦合分析;滑坡稳定性

 

1 象塘滑坡平面位置图

Fig.1 The location of Xiangtang landslide

 


1    环境地质条件

1.1地形地貌

象塘滑坡位于盈江县象塘村槟榔江东岸浅切割中山地貌区,该地区降雨充沛,流水侵蚀较深,地形切割深度300-800米,山坡坡度多在30-50°范围内,沟谷多为“v”形冲沟,水系结构以树状结构为主,滑坡位于槟榔江支流源区,位置为山体中上部,海拔16001700米之间,距离最近山峰高差50-150米。滑坡局部地形坡度20-30°,相邻有冲沟分布,常年有流水冲刷,水土侵蚀较强。

1.2 工程地质条件

滑坡所处区域地层基岩为花岗岩,地表风化层厚度大,区域的主控断层为新城—芒章断层,距离滑坡4km,南北展布,压扭性,有强烈挤压破碎带,宽数十米至百余米,碎裂岩、糜棱岩普遍;岩石揉皱,混合岩化强烈。滑坡距离西侧压性南北向断层1km,距离南面压扭性北东向断层约1.5km,两断层有数米宽的破碎带,滑坡下伏岩体受断层活动影响,岩石较为破碎。

滑坡属降雨丰沛区域,年降雨量1600mm,雨季从5月持续至10月。研究区植被茂密,含蓄水分能力强,表层地下水赋存介质以土层孔隙及岩体风化裂隙为主。潜水面较浅,平均深3.38m, 地下水主要接受大气降雨补给,整体从地势高处向地势低处运移,在冲沟切割作用下会在沟底渗出汇入地表水排泄,运移速率较慢(含水层径流模数为3.06-8.08L/s·km2 ),地下水水位对降雨反应较慢,使得降雨影响岩土体有一定滞后性。综上分析,地下水对斜坡岩土体的作用持续时间较长,是影响岩土体稳定的重要因素。滑坡所处区域工程地质条件较差,在震动、地下水作用下岩土稳定性易遭受破坏。

1.3 地层岩性分析

经实地调查与钻探勘察,查明了滑坡所在斜坡的岩土体构造及其工程地质特征,滑坡代表性主纵剖面-岩土结构如图2所示。

①坡积层粉砂质粘土 ②坡积层粘土含砾、砂

③全-强风化花岗岩 ④中风化花岗岩

 

 

滑坡各地层岩性如下:①主要成分为第四系全新统残坡积层(Qel+dl)粘土,体较松散,含植物根系,局部夹碎块石,厚度变化比较大,稍湿,欠固结,压缩性高,强度低。②该层主要由第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)组成,岩性主要为含砂、砾粘土,颜色灰黄或褐色,稍湿,可塑,含角砾在3%以上,角砾粒径多在0.52cm。主要分布于不稳定斜坡表层,厚度315m不等,起伏较大。③岩性为全-强风化的花岗岩,散粒状-碎裂状结构,全风化层似土状稍密,强风化层网状节理裂隙十分发育,厚度在48m。④主要岩性为中风化花岗岩:颜色为灰色、灰黑色,岩心呈短柱状及块状、较碎裂状,RQD30%左右,岩

质坚硬,锤

2 滑坡主剖面A-A’岩土结构图

Fig.2 The rock-soil structure of the main profile A-A’

 

 

敲声清脆,有反弹。

2    滑坡形态特征

2.1坡面形态特征

该滑坡为老滑坡,其坡面具有较为明显的滑坡形态特征。滑坡平面呈舌状,长轴方向219°,水平长约67m,滑坡水平宽约27-36m,滑坡后缘处高程1675m,前缘高程1640m,前后缘高差34m,滑坡整体坡度约25°-30°。该滑坡坡面地形为阶状,其中轴纵剖面显示该斜坡是一个3阶的阶状坡面。 第一阶地形为滑坡后缘,由滑体活动形成了滑坡后壁,平面呈弧形,弧顶突出方向39°,弧长约50m。滑坡后缘陡坎高约5-8m,坡度50-80°不等,植被覆盖一般,岩土体出露较多,其顶部为村旁道路的路肩(图1 )。第二阶坡面水平长度为15.4m,垂直落差约坡度4.6m,坡面整体坡度21°;第三阶坡面水平长29m,垂直落差9.6m,整体坡度约20°。滑坡前缘可见滑坡舌结构,地形隆起高约60-80cm,前缘处有一陡坎,陡坎高1m-2m。至调查时,各阶坡面上可见拉张裂缝痕迹,宽约0.5-2cm,延伸长度0.5-2米不等。

2.2滑坡边界特征

该滑坡周界较为清晰,如图1所示。滑坡西侧边界为滑坡西面茶山与滑坡的交界线,为负地形转折线。滑坡中下部西侧边界可见陡坎微地形,延伸长度2-6米不等,高30-80cm,陡坎分布整体看较为连续;滑坡的东部边界为一侵蚀冲沟,中下部沟底宽约0.5-1m,沟切割深度2-10m,形态为“V”形,常年流水,沟东侧边坡较为陡峭,西面斜坡属滑坡部分较为平缓,沟中部东侧滑坡面上可见醉汉林分布。

3    滑坡结构面分析

3.1花岗岩风化层结构面及软弱面分析

从岩心样品来看,全风化花岗岩层与含砾砂土或含砾石含砂粘土类似[2],但存在由花岗岩不均匀风化形成的强度不同的岩体集合间的界面形成的机构面;强风化花岗岩层仍保留有明显的结理裂隙构造,因而该层岩土的软弱结构包括风化产生的矿物间微裂隙、风化裂隙及节理裂隙;中风化花岗岩层结构更接近原生岩体,软弱结构主要为节理裂隙。综上所述,风化花岗岩岩体失稳最先发生在各种尺度的裂隙处。

3.2粘土层结构面及软弱面分析

由该滑坡的地形及岩土体结构可知粘土层的结构面主要有两类,一种是强度有明显差别的不同物质聚合体间的界面,如不含砾石或少含砾石与含砾石较多的岩土体之间的界面,含水量不同土体间的界面;另一种是粘土层受外力作用产生的剪切裂隙,如在地震、重力作用、地下水压力等作用下土体失稳变形产生的裂隙。 

3.3滑坡结构面分析

据钻孔资料没能得出滑坡滑动面的确切位置,按照滑动面易产生在岩土力学强度明显不同的岩土体的界线上这一规律,按斜坡地下各地层岩性分析,初步判定滑动面发育于粘土层与花岗岩强风化层的交界层位。从盈江浅表层滑坡普遍分布的情况来看,滑动面也有很大的可能性产生于粘土层内。

4    滑坡稳定性计算方法

4.1评价的可行性

通过比较花岗岩全风化层的物质组成与残坡积土层物质组成的差异,得出结论,全风化花岗岩层的物质组成与含粘土、砾石的砂土类似,两者在不同粒径颗粒物含量上存在差异,但岩土力学试验表明其动力学性质与残坡积土层是相似的。从力学角度看,分析一般土质斜坡稳定性的方法对象塘滑坡是适用的。

4.2滑坡稳定性计算方法

极限平衡法被广泛应用分析土质滑坡的稳定性,在知道滑坡各岩土层力学性质及滑面的确切位置时具有较高的准确性[3]。基于极限平衡法,GeoStudioSlope/w工具能在滑动面不明的条件下推算土质滑坡滑动面的各种可能分布及其对应的安全系数。在已知岩土体力学性质的条件下通过有限元法分析岩土体的位移、体积、内应力等等的变化判断斜坡的稳定性在业界也是主流方法。此方法与信息技术结合产生的例如sigma/wFlac2DFlac3D等技术方案在实践中应用广泛[4]

象塘滑坡的滑动面可能分布的岩土体可视为松散土层,采用GeoStudioSlope/w工具计算最有可能滑动面分布及对应的安全系数。考虑到岩土体内部应力对滑坡稳定性的影响,为提高评价可靠性,另采用sigma/wSlope/w耦合分析进行对比,参考确定最有可能的滑动面位置分布。以上方法适用于地下水径流缓慢,动压可忽略条件下的斜坡。象塘滑坡在旱季满足这一条件。

对滑坡体的有限元剖分及剖分单元的应力分布计算可由sigma/w软件完成,初步选定的剖分方案为2m的三角与四边形混合剖分。借助sigma/wSlope/w耦合分析能更精准地确定构成滑坡的各层岩土体的剖分单元的变形、应力变化情况,能找出滑坡体薄弱部位的分布位置。                                                                                                                                                                                                                       

4.3计算剖面绘制

根据钻探岩心资料,实地调查以及斜坡地形测绘,绘制了A-A', B-B’, C-C’三条剖面结构,A-A'为主剖面,B-B’, C-C’为滑坡两侧靠近边界的剖面,如图3A-A'剖面岩土体的稳定性代表了滑坡整体的运动趋势,B-B’, C-C’剖面岩土体稳定性代表滑坡边缘较软弱部位的运动趋势。

4.4 Slope/w计算滑坡稳定性

Slope/w计算采用的岩土力学参数由岩土测试结果及查阅资料而得,如表1所示。计算结果取最小安全系数及对应的滑动面。

4.5 Sigma/w与Slope/w耦合分析

1)将三个计算剖面进行有限元单元剖分,单元半径取2m

3 计算剖面示意图

Fig.3 The location of profile for calculation

 

2)由sigma/w计算滑坡内应力分布,采用的岩土力学参数

见表1

3)使用Slope/w的有限元分析工具计算滑坡稳定性,初使

内应力状态使用步骤(2)的计算结果。

4.6结果对比分析


Slope/w的计算结果如图4sigma/wSlope/w耦合分析分布结果如图5,对比结果如表2所示。

4 主剖面sigma/w计算结果图                 5 主剖面sigma/wsigma/w耦合计算结果图 

Fig.4 The resultcalculated by slope/w       Fig.5 The result of coupling analysis of slope/w and sigma/w

注:①滑体 ②粘土层(a含粉砂较多,b含砾石粗砂较多) ③全-强风化花岗岩层 ④中风化花岗岩层

 

 

 

 


滑坡稳定性计算参数表

Tab.1 The parameter for calculation of landslide’s stability

层位

重度(kN/m3)

粘聚力(kPa

内摩擦角(°)

泊松比

压缩模量(kPa

粘土层

17.57

28.2

15.65

0.38

5633

全风化层

19.47

25.7

16.35

0.29

4677

强风化层

19.55

26.42

17.3

0.26

4760

中风化层

20.83

28

50

0.16

55936260

 

2 计算结果表

Tab.2 The result of calculation

类别

 

剖面

Slope/w

最小安全系数

耦合法

安全系数

Slope/w

滑面深度

耦合法

滑面深度(m)

Slope/w法最危险单元位置及剩余下滑力

耦合法最危险单元

位置及安全系数

A-A’

0.7537

1.48

Max=12

Max=8

(21,1641)  5636kN

30,1646FoS=0.8512

B-B’

1.009

0.518

Max=17

Max=20

56,1658 -413kN

21,1645FoS=1.063

C-C’

1.1404

0.9162

Max=10

Max=10

30,1642 -2497kN

28,1642FoS=1. 086

 

计算结果表明:在旱季,滑坡两侧边界附近的岩土体稳定较差,从岩土变形迹象也可得到印证,滑坡主体稳定性处于临界状态,坡面蠕动迹象印证了此结果。软件计算推测的滑动面较浅的分布于粘土层内,较深的分布于粘土层与风化花岗岩分界面附近。

5  结论与建议

1) 通过GeoStudio分析,该滑坡整体稳定性接近临界状态,在诱发因素影响下存在较大滑动的风险,这与该滑坡的监测资料是相对应的。通过计算推测了该滑坡的最可能滑动面的分布,这对今后开展治理工作有参考价值。

2GeoStudio系列工具分析风化花岗岩滑坡是适用的,取得了有参考价值的评价结果。极限平衡法和有限元法的计算结果有偏差,但对比滑坡实际情况两种方法都有其实用价值。

3GeoStudio系列工具分析推测的滑动面验证了对前文该滑坡的滑动面存在位置的推测,但关于风化花岗岩斜坡滑动面存在机理的论述还需更多实例进行验证。

 

     

[1] 张红兵.云南省山地地质灾害发育特征及危害[D].云南:昆明理工大学,2004.

2]刘博,李海波,李俊如等.不同风化程度花岗岩动力特性实验研究[J].岩土力学,2011,32(9):2640-2644.

3]龚文俊.西和县西山Ⅲ号滑坡稳定性分析[D].中国地震局兰州地震研究所,2012.

 [4] 张雷,顾文红,文谦等.岩堆体边坡稳定性的三维数值模拟分析[J].地下空间与工程学报,2007,3(6):1104-1108.

 

THE ANALYSIS OF XIANGTANG LANDSLIDE IN YINGJIANGYUNNAN

YANG Fan1ZHANG Lingze1

(1Yunnan Supervision Institute of Geological EnvironmentKunming650216)

AbstractXiangtan landslide is located in a region with precipitous surface, complex geological structure and strong regolith of granites and located nearby the mountaintop of a precipitous mountain. The slope is comprised of residual slope sediments, regolith of granites and bedrock of granite. It is speculated that this landslide’s sliding surface will be situated in the layer of residual slope sediments or between the layer of residual slope sediments and regolith of granite. The position of the most possible sliding surface and the stability of this landslide have been calculated by using slope/w and coupling analysis of slope/w and sigma/w. This landslide’s stability is in critical state under the condition of no rain. It will easily slide affected by the induction factor.

Key WordsRegolith of Granite;Limit Equilibrium Methods;Finite Elements Analysis;Landslide Stability

 

 

 

 

 

 

 

 

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