大型滑坡變形穩(wěn)定性與降雨關系研究

1、大型滑坡變形穩(wěn)定性與降雨關系研究    摘要：大型災害性滑坡預測問題是巖土力學的重要的應用性研究課題。對下鋪子滑坡進行了詳細的地質調查分析，在分析了降雨資料的基礎上，利用變形監(jiān)測資料，對受降雨影響下滑坡體穩(wěn)定性進行分析，并分析降雨入滲時間、臨界降雨量和降雨總量與滑坡體變形的關系，變形增量與降雨量的關系，其結果可以為選擇滑坡治理措施提供依據(jù)，也為類似的滑坡地質災害的治理積累經驗。 關鍵詞：滑坡；變形； 穩(wěn)定性； 降雨 中圖分類號：P642.22文獻標志碼：A 山體滑坡是常見的地質災害之一， 大型滑坡不僅造成一定范圍內的人員傷亡、財產損失， 還會對附近道路交

2、通、河流造成嚴重威脅。下鋪子滑坡位于錦屏水電站壩址下游雅礱江河段左岸鹽源縣枇杷園一帶， 為一大型古滑坡群中、 前部次級滑坡的復活。 其分布范圍從雅礱江河水面至左岸上部臺地， 相對高差約350 m，順河向長度約750 m?；聟^(qū)前緣及下部有水電站進場公路和左岸橋頭附近的民用建筑等設施（見圖1）。據(jù)估算，滑坡體積約2 700萬m3，規(guī)模巨大。該滑坡體主滑方向近EW向。 因滑坡所在地區(qū)域長時間降雨影響，滑坡變形出現(xiàn)加劇現(xiàn)象，在后緣出現(xiàn)了貫通張裂縫，下鋪子部分民房土墻和地板出現(xiàn)明顯開裂、墻體傾斜；滑坡前緣在上游公路K0+150 mK0+400 m段變形較為典型，公路路面已出現(xiàn)明顯的擠壓弧形裂縫，開裂范

3、圍長度約300 m。 研究滑坡變形穩(wěn)定性與降雨的關系，可以為選擇滑坡治理措施提供依據(jù)，也為類似的滑坡地質災害的治理積累經驗。 1滑坡體地質條件 滑坡區(qū)出露的地層主要有震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖、泥盆系中統(tǒng)灰?guī)r、三疊系上統(tǒng)白果灣群砂巖夾頁巖、第四系覆蓋層，以及華力西期侵入巖，滑坡區(qū)斷裂構造基本以近SN向及EW向為主。 滑坡體按地形、覆蓋層底界面形態(tài)及變形特點，分為2個區(qū)，自上而下分為A1區(qū)和A2區(qū)，A1區(qū)位于中上部，高程自1 370 m以上至后緣。坡體表面為灰?guī)r及部份白云巖塊石、碎石夾粘土組成，局部為大孤石，坡體表面結構較松散，局部有架空現(xiàn)象；坡體內部物質組成和地表物質組成相對應，并存在一層厚為1.

4、65.98 m的灰黑色的有機質碎石土層，于中下游側分布較為連續(xù)。覆蓋厚度一般為41.597.55 m，最厚達121.54 m。該區(qū)平面分布面積19.5萬m2，估算方量1 650萬m3。 A2區(qū)，位于下部，即高程1370 m以下至前緣河床。坡體表面為灰?guī)r及部份白云巖塊石、碎石夾粘土組成，靠坡體前緣公路一帶仍發(fā)育灰黑色的有機質碎石土層，坡體表明結構較松散；坡體內部物質組成和地表物質組成相對應，也存在一層厚03.8 m的灰黑色的有機質碎石土層，在A2區(qū)前緣公路一帶出露?？辈旖Y果表明，A2區(qū)覆蓋厚度為18.886.15 m。該區(qū)平面分布面積14.5萬m2，估算方量1 100萬m3。典型剖面如圖2。 圖

5、2典型地質剖面 滑坡體物質組成以孤石、大塊石及碎石夾粘土為主，不同分區(qū)及分區(qū)的部同部位物質成分有所差異。結合分區(qū)，對其物質組成描述如下： 后部：表層為灰色灰?guī)r碎塊夾粘土，厚80150 m。塊石成分為泥盆系中統(tǒng)（D1-22） 灰色灰?guī)r、生物灰?guī)r夾硅質結核灰?guī)r具似層狀結構，空隙間充填灰?guī)r風化形成的黃色粘土。底部為灰色卵礫石層，卵礫石成分以砂巖為主，因取樣少，其成分代表性可能較差。下伏基巖為三疊系白果灣群（T3bg）砂巖夾炭質頁巖。該層堆積體形成上輔子臺地的基礎，臺地后緣為30°左右的斜坡，斜坡基巖露頭為三疊系白果灣群（T3bg）灰黑色及灰黃色砂巖夾炭質頁巖，表層普遍分布有泥盆系灰?guī)r及其殘

6、積黃粘土，灰?guī)r產狀紊亂，呈崩滑堆積特點。因此判斷A區(qū)后部上輔子一帶灰?guī)r為早期推覆體沿斜坡產生整體大規(guī)模崩滑形成的堆積物。 中部具二元結構：表層為灰色灰?guī)r塊石、大塊石及孤石夾碎石及少量粘土，具崩塌成因，厚1045 m。中部為灰黑色粘土夾碎石層，該層厚度1.66 m，其頂面及底面為灰色、淺灰色碎石夾粘土。該土層主要分布于A區(qū)中部，對應于早期沖溝呈舌狀分布。下部為灰色灰?guī)r塊石、大塊石及孤石夾碎石及少量粘土，厚2060 m。下伏基巖為灰綠色閃長巖。 前部：表層為崩坡積大塊石、 塊石夾粘土， 塊石巖性為灰?guī)r， 靠近B區(qū)為白云巖。地表局部見灰黑色粘土夾碎石呈片狀分布。中部（埋深1025 m） 分布一層灰黑

7、色粘土夾碎石層， 厚度03.8 m，對應于A1區(qū)相應含有機質碎石土層，靠近A2區(qū)前緣的鉆孔中未發(fā)出該軟弱土層，對應的部位為II級階地及其以下。下部為塊石、大塊石夾黃色粘土，底部為粒徑較均勻的灰黃色粘土夾碎石、塊石，根據(jù)平硐揭示，該土層較密實、干燥、具一定的泥質膠結，無滑動痕跡，其結構近基巖面較緊密，向上逐漸松散。下伏基巖：Fx5斷層以南為震旦系白云巖，F(xiàn)x5斷層以北為震旦系板巖及侵入閃長巖。 2滑坡區(qū)降雨特征 滑坡所在區(qū)域屬川西高原氣候區(qū)，主要受高空西風環(huán)流和西南季風影響，干、濕分明。每年的11月到次年的4月為旱季，日照多，濕度小，日溫差大，降水很少，只占全年的5%左右；5月到10月為雨季，氣

8、候濕潤，日照少，濕度較大，日溫差較小，降雨集中，且暴雨較多，雨量占全年的95%左右。 雅礱江流域洪水主要由暴雨形成。每年夏季為季風強盛時期，由西南季風將印度洋和孟加拉灣的水氣輸送進流域，西太平洋副高北移，冷空氣受阻形成大范圍的暴（大）雨。暴雨一般出現(xiàn)在69月。一次降雨過程為3天左右。 據(jù)二灘打倮氣象站實測資料統(tǒng)計，本區(qū)多年平均降水量為1077.4 mm，多年平均降水日數(shù)為116.5天，多年年均相對濕度75%，多年平均氣溫為18.6 。 2011年雨季，滑坡體區(qū)域總降雨量為958 mm（510月），其中78月降雨量占全部降雨量的78%。最長連續(xù)降雨6天（6月29日7月4日），該時間段內降雨139

9、 mm，為年度最大連續(xù)降雨過程。最大日降雨53 mm（8月23日），降雨特征值及分布情況見表1。 從上述分析結果不難看出，2剖面沿夾層面（含有機質碎石土）滑動為A區(qū)控制失穩(wěn)模式（安全系數(shù)最?。疫吰率芙涤甑挠绊懞艽?，汛期比枯期的安全系數(shù)明顯減小。降雨是影響邊坡的穩(wěn)定因素之一。 4滑坡體變形與降雨的關系 4.1降雨入滲時間與變形關系 滑坡屬典型降雨型滑坡已定性，坡體明顯變形始于雨季，公路路面出現(xiàn)裂縫是在10年9月，9月后降雨不大，10月累計降雨量為46.4 mm。因此滑坡體在10年底到11年7月初之前是處于緩慢蠕變階段。監(jiān)測成果反映，11年1月22號開始觀測到6月中旬，坡體最大累計變形不到30

10、 mm。 以坡體出現(xiàn)宏觀變形的2010年開始進行推斷，10年5月開始進入雨季，9月發(fā)現(xiàn)明顯變形，其中10年58月累計降雨量為703 mm，雨水逐步滲入并軟化滑帶歷時5個月。 11年坡體出現(xiàn)變形加速是在7月初，56月累計降雨量363 mm，雨水下滲并促使變形加速的時間約2個月。 可見降雨影響時間在逐步縮短，如果將10年定為滑坡體從蠕變階段進入蠕滑階段的話，那么滑坡體于10年產生的較大變形，正是滑帶土在雨水作用下，抗剪強度綜合指標c和逐漸降低的結果。 從滑坡地質勘察試驗結果看，滑帶土在自然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下，粘聚力c 值降低60%，內摩擦角降低10%。坡體出現(xiàn)宏觀變形后，滑帶土已進入塑性變形階段，抗

11、剪強度是否達到殘余強度還不是十分肯定，從土力學理論講，土體在塑性變形停止后，綜合抗剪強度可以部分恢復，但重塑土比原狀土強度必然一次比一次降低，直至降到殘余強度。 11年7月滑坡體出現(xiàn)變形加速，降雨影響滑坡體變形的滯后時間比07年明顯縮短一倍多?；麦w變形啟動后，集中降雨后約5天變形即加速。進入8月降雨影響變形的滯后時間更短。較大變形速率（大于20 mm/天）一般維持在10天左右，從變形速率過程線上看，此過程為一個快速上升、快速下降，分析應該是滑帶土從飽和到排水的一個過程。 4.2臨界降雨量與變形關系 促使變形加速的降雨過程有3次，如圖3所示。 1） 第一次發(fā)生在6月29日至7月4日，連續(xù)降雨6

12、天，降雨量119 mm，此次降雨過程最大日降雨量為6月29日的52 mm。過程中滑坡體變形量凈增加了67 mm。 圖32011年單日降雨量及變形速率與時間關系 2） 第二次發(fā)生在7月31日至8月19日，20天時間內降雨天氣占了15天，這次降雨過程累計降雨175 mm，期間最長連續(xù)降雨6天，6天累計降雨81 mm，最大日降雨量為8月14日的43 mm。變形速率特征為8月4日12日的加速，到8月21日的再加速，期間滑坡體變形增量凈加了320 mm。 3） 第三次則發(fā)生在8月22日至8月26日，連續(xù)降雨過程5天，累計降雨76 mm，最大日降雨量為8月23日的53 mm。期間滑坡體變形量凈增加了298

13、 mm。 分析10年降雨與變形速率的關系，從過程線中可以看出，觸發(fā)變形速率加速的降雨量在70 mm左右，當降雨量在70 mm以上，滑坡體變形速率增加1.57.5倍。 9月底以后，觸發(fā)變形加速的降雨量還有小于50 mm的情況，這一現(xiàn)象預示，當雨季滑坡體處于快速變形過程中，由于變形體已經是飽水狀態(tài)，因此促使變形加速的臨界降雨量在逐步減小。 4.3降雨總量與變形關系 從10年降雨量資料看，暴雨（50100 mm）天氣有兩次，為6月23日和8月23日，接近50 mm雨量天氣有4次，為5月底一次，6月中上旬兩次，8月中旬一次。6月以前的大（暴）雨并未促使滑坡加速。從而判斷，單純的大（暴）雨過程不是觸發(fā)變

14、形加速的主要原因?；碌诙渭铀俚淖畲笕战涤炅侩m小于30 mm，但連續(xù)降雨過程持續(xù)了6天，總雨量卻達101 mm，變形速率增加了6.3倍。當然，如果是處于總降雨量大于101 mm，且連續(xù)降雨期間又出現(xiàn)了大（暴）雨過程，則變形加速度加大，過程線近似于垂直。 4.4變形增量與降雨量關系分析 以11年6月底10月初的監(jiān)測資料為分析樣本， 變形增量為某時段變形量之差減去該時段平均變形量， 如6月13日7月6日累計變形量從29 mm到135 mm， 該時段平均變形速率為0.21 mm/天，則該時段變形增量為y=135-（0.21×23+29）102 mm。對應此時段的累計降雨量為139 mm。

15、對變形增量和降雨量之間的關系進行統(tǒng)計分析（見圖4）。 降雨量/mm 圖4變形增量與降雨量關系曲線 數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果反映，受一次降雨過程影響，當變形增量接近20 mm時，降雨量與變形增量之間有較好的對應關系，隨降雨量的增加變形增量也隨之增加。 5結論與建議 下鋪子滑坡規(guī)模大，其穩(wěn)定性對雅礱江河道安全非常重要，通過本文研究得到以下結論與建議： 1） 基于極限平衡的邊坡穩(wěn)定性分析沿含有機質碎石土夾層面滑動為滑坡主要失穩(wěn)模式?；麦w受降雨的影響很大，汛期比枯期的安全系數(shù)明顯減小，已接近極限狀態(tài)。 2） 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，降雨起始影響時間在逐步縮短，滑坡體已從蠕變階段進入蠕滑階段。 3） 觸發(fā)滑坡變形速率加速的臨界降雨量在70 mm左右，當降雨量在70 mm以上，滑坡體變形速率增加1.57.5倍?？偨涤炅看笥?01 mm，且連續(xù)降雨期間又出現(xiàn)了大（暴）雨過程，則變形加速度加大。 4） 數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，變形增量與降雨量的呈指數(shù)關系變化。 5） 由于滑坡體的變形穩(wěn)定性與降雨密切，滑坡表面和內部的截、排水可以有效提高滑坡的穩(wěn)定性。 參考文獻： 1周雪峰.降雨誘發(fā)滑坡變形機理分析J.勘察科學技術，2011（04）：40-45. 2邊加敏，王保田.含水量對