岳家山-西瓜坪地區(qū)滑坡破壞機理與運動特性研究

岳家山-西瓜坪地區(qū)滑坡破壞機理與運動特性研究

“5.12”四川地震發(fā)生時，石亭河流域岳家山-木平河段發(fā)生了大量的滑坡、崩塌和泥石流災害。這座山遭到嚴重破壞。尤其是石亭河右支支流的巨大山坡，幾乎完全堵塞了溝口的位置。溝口右側約350m高的山整體崩潰，滑移者前突然沖向對岸，溝口處形成約80m的斜面。山坡上覆蓋著道路、學校和許多房屋，導致70多人死亡和嚴重的經(jīng)濟財產(chǎn)損失。該滑坡發(fā)生部位距龍門山前山斷裂垂直距離不足1km,為高烈度區(qū)巨(大)型滑坡的典型代表,由于其特殊的地質背景及動力環(huán)境,破壞、失穩(wěn)機理及破壞后的運動與傳統(tǒng)的重力作用下的滑坡和中等烈度區(qū)滑坡有明顯區(qū)別:滑坡大規(guī)模震動破裂、滑體的高速或遠程運動、高方量的堵江和泥石流隱患等。鑒此,本文研究與探討了這些典型滑坡破壞機理與運動特性,為同類災害預測提供了參考。巖石學和地質特征(1)地理位置與地形地貌。什邡市位于四川盆地西北部、龍門山區(qū)鄉(xiāng)四川盆地過渡地段,岳家山位于什邡北部的紅白鎮(zhèn)境內(nèi),石亭江為什邡境內(nèi)主干河流、長江支流。流域內(nèi)以山地為主,屬龍門山脈,山體雄厚,構造切割強烈,地形起伏變化較大,地貌形態(tài)復雜,滑坡發(fā)生部位原為一橫向緩傾坡內(nèi)岸坡,傾向石亭江下游,坡頂海拔高程約1400m,溝口處原公路高程約,岸坡坡度約31°,總體較平直,岸坡表面發(fā)育少量沖溝。斜坡東南側為石亭江干流岸坡,坡度較陡,約41°,發(fā)育一條深切沖溝,切割深度約30～40m,溝內(nèi)無常年流水。地震期間,干河溝溝口兩側岸坡均發(fā)生了不同程度的崩塌和滑坡,并在隨后形成的泥石流共同作用下,岳家山分礦至干河溝溝口形成了長約2km的泥石流、崩塌及滑坡堆積物共同組成的天然巨大堆石壩體。其中,溝口部位堆積體體積約1140×104m3,原岸坡山體沿337°方向發(fā)生滑動,水平相對位移約230m及垂直位移140m,滑坡整體下座至溝谷中形成寬約700m的堆積壩體。(2)地層巖性。圖1為研究區(qū)域地質圖。出露的地層為:(1)澂江晉寧期閃長巖;(2)澂江晉寧期花崗閃長巖;(3)燈影組;(4)泥盆系上統(tǒng);(5)二疊系下統(tǒng);(6)二疊系上統(tǒng);(7)三疊系下統(tǒng);(8)河流;(9)斷層;(10)滑坡邊界。(3)構造背景。“5.12”汶川地震主要發(fā)震斷裂為映秀-北川斷裂帶,分布于什邡、彭州境內(nèi),破裂帶總體產(chǎn)狀N50°E/NE∠72°,次級斷裂發(fā)育,斷面扭曲,產(chǎn)狀變化較大,周邊巖體多破碎,斷裂帶多見高碳化巖屑及泥質。紅白-茶坪段為“5.12”地震誘發(fā)大型滑坡發(fā)育最密集區(qū)段,據(jù)統(tǒng)計,汶川地震誘發(fā)的大型滑坡半數(shù)位于該區(qū)段內(nèi)。山坡基本特征基性巖巖型沖淤水巖由震后航拍影像(圖2)可看出,滑坡邊界及堆積特征明顯?；潞缶壈l(fā)育一條陡立巖壁,走向與滑坡滑動方向近似垂直,兩側邊界清晰,各出露一條陡立光壁?；律嫌我栽袥_溝為界,沖溝走向311°,下游邊界貼近原岸坡山脊,揭露陡壁走向3°?；潞缶壉诟叨?坡腳處已被崩塌堆積體覆蓋,高約70m,長約260m,坡壁總體走向55°～60°,坡度約72°,坡壁不平直,呈波狀起伏,壁面可見明顯層面出露。巖性以灰白色中層狀灰?guī)r和細砂巖為主,砂巖內(nèi)偶夾薄層紫紅色泥巖,層面緩傾坡內(nèi),產(chǎn)狀N37°E/SE∠20°,主要發(fā)育兩組陡傾角結構面:一組與層面近直交,產(chǎn)狀EW/N∠72°;一組傾坡外,產(chǎn)狀N65°E/NW∠80°。往上游側方向,巖壁壁面發(fā)生偏轉,陡壁曲折延伸約140m,高40m,走向變化125°,偏轉后的壁面與上游原有沖溝相交共同組成了滑坡的上游邊界。該段巖壁揭露巖層產(chǎn)狀隨高程降低產(chǎn)狀變化極大(圖3(a))。原有山壁與滑坡體共同形成沖溝平緩開闊,坡度變化不明顯,平均寬度約,溝內(nèi)物質松散。由圖可看出,滑坡與上游邊界巖土體間無明顯的擠壓與摩擦痕跡,巖土體的破壞以崩落剝蝕為主?；孪掠芜吔缳N近原有山脊,出露一條與山脊走向近平行的巖壁,高約20m,與山體石亭江側發(fā)育的沖溝在坡體中上部相交,出露的巖體結構差異明顯,上部巖體較完整,出露弱風化灰黑色、灰白色中層狀灰?guī)r,巖層產(chǎn)狀與后壁巖層產(chǎn)狀基本一致,為N37°E∠SE22°,中下部巖體受表生及構造改造作用影響強烈,巖體總體呈灰黃色,揉皺褶曲明顯,多破碎,產(chǎn)狀與上部有明顯區(qū)別(圖3(b))。由圖可看出,該處巖壁與滑坡邊緣間溝谷較窄,與該段巖壁鄰接的滑體仍保留原有地貌形態(tài),植被基本未破壞,但其邊緣部位受擠壓、摩擦的跡象明顯。可認為,滑坡在此部位與側壁巖土體間曾發(fā)生劇烈的摩擦和錯動。崩落巖坡面及地貌滑體物質縱向分布于寬約800m的河谷內(nèi),形成巨大的鼓丘狀堰塞壩,最深厚達100m,靠近上游則略淺,約達30m。依據(jù)滑體物質組成性狀的不同分為3個區(qū)。(1)Ⅰ區(qū)。位于滑體后部靠近后緣光壁1230m高程以上,是地震時及震后崩落的大量塊石及碎石的堆積區(qū),沿河寬約120m,坡度上陡下緩。上部坡度約51°～55°,崩落物質粒徑小,大多在10～30cm,約占60%,間夾少量碎石顆粒及巖屑;下部坡度較緩,約35°～40°,以較大粒徑的塊石為主,礫徑通?？蛇_0.5～1.5m,最大直徑4m。崩落巖體以灰?guī)r為主,偶見少量砂巖間夾薄層泥巖。(2)Ⅱ區(qū)。位于1155m高程以上,是滑坡發(fā)生后斜坡后緣保存相對完好部分,一定程度上保持了原有坡體的地質結構特征。該區(qū)地貌形態(tài)上向前緣呈現(xiàn)洼地-臺坎-臺坎的3級結構特征:(1)滑坡洼地。在滑坡高速運動過程中前部不斷雍積而后部拉裂陷落形成的。洼地后緣與崩積倒石錐鄰接,前緣則形成多級臺坎。洼地約230m×100m,地勢平緩,表面植被保存完好但均傾向滑坡后緣(圖4),樹木傾角平均45°～60°。洼地邊緣多處有張拉裂縫縱橫發(fā)育,規(guī)模最大平行主滑方向延伸發(fā)育寬約10～100cm,長達10m。(2)Ⅱ-Ⅰ級臺坎。約位于1150m高程部位,可見寬約15m,橫河方向延伸約150m,平臺高約5m,多條深大裂縫錯亂分布,裂縫最大寬約3～5m。(3)Ⅱ-Ⅱ級臺坎。約位于1146m高程部位,平臺(8～20)m×200m×10m(寬×長×高)拉裂縫發(fā)育,多平直,平均寬30cm,可見深度30cm,走向240°,與滑動方向近垂直。拉裂縫最大寬約1m,深4m。平臺前緣的臺坎保留較完整,出露與后壁相似的巖體結構。(3)Ⅲ區(qū)。位于坡體前緣,堆覆于干河溝溝谷上方,是滑坡前部的主體,地表完全破壞,傾倒折斷的樹木、塊石和膠結巨巖混雜分布,巖性以灰?guī)r為主,多呈灰白、青黑色,塊石粒徑通常較大(圖5),巖塊溶蝕及膠結現(xiàn)象明顯,局部出露未完全解體的巖塊仍保持原岸坡的結構和層序。坡體前部的巖塊不完全解體部分,可見沿層面的彎曲隆起和架空(圖6)。滑動形成機制分析滑坡工程地質特征干河口滑坡的產(chǎn)生,除坡度較陡、易于滑動和最直接的地震動力作用影響外,原始岸坡結構均為滑坡破壞和破壞后運動的直接影響。通過對溝口對岸出露巖體和滑坡上下有邊界的調(diào)查可推測,在滑坡發(fā)生前岸坡內(nèi)存在一系列橫向貫穿坡體的褶皺構造,導致其力學強度低于該地區(qū)其他岸坡。圖7為滑坡工程地質剖面圖。由圖可看出:原始岸坡1260m高程以上主要為一套三疊系下統(tǒng)砂巖、細砂巖夾薄層紫灰色泥巖,巖層產(chǎn)狀約為N40°E/SE∠22°～44°,巖層緩傾坡內(nèi)。1260m高程以下中下部則出露二疊系中-薄層狀灰?guī)r、白云巖,巖體受構造改造作用強烈,褶皺發(fā)育,巖層產(chǎn)狀凌亂,巖體完整性較差。綜上所述,該岸坡整體為一上部較完整,下部則較破碎脆弱的結構,見圖8。動的牽引作用滑體中后部雖經(jīng)歷了劇烈運動,但總體仍保留了原岸坡的地貌和結構?；w后部由于斜坡主體突然運動的牽引作用產(chǎn)生滑坡洼地和臺坎,但主體結構基本保留,前緣上游側的滑體運動過程中由于驟然停止而導致巖體推擠產(chǎn)生翹曲隆起?；w前部的巖土體由于前部受阻而向兩翼解體,靠近下游側的前緣主體由于厚度較大,在前方運動受阻和原有的側向約束消失情況下,向石亭江方向散落形成堆積壩體?；瑒有纬蓹C制分析岸坡地震反應條件(1)地形條件。坡體處于溝谷交匯部位,多面臨空,易受動力作用影響。同時,溝谷寬度不大,對岸岸坡山體雄厚陡峻,限制了滑坡向前運動的空間,但東北側卻具備極好的臨空條件。(2)構造地質作用條件。岸坡即為“5.12”地震地面運動最劇烈區(qū)段之一,且中央斷裂及其分支基本平行于干河口延伸,距離不足1km,滑坡發(fā)生部位的岸坡又位于前山斷裂的上盤。這些條件共同決定了岸坡部位所受的地震動力作用必然十分劇烈。(3)巖性及坡體結構條件。原始岸坡巖體以灰?guī)r為主,巖性堅硬,上部巖體完整性較好,但中下部由于靠近中央斷裂分支,受構造改造影響強烈,褶皺發(fā)育,巖體完整性差。地震發(fā)生時,山體的震動導致下部脆弱的基底潰裂解體,進一步導致山體拉裂而形成滑坡。下岸坡中下部巖相組織依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,結合工程地質相關理論分析可知,滑坡形成可分為如下階段:(1)構造改造河流下切階段。受構造運動影響,坡體基巖受斷層運動的擠壓、牽引作用逐漸彎曲并形成多組構造裂隙。在河流侵蝕作用下河谷下切逐漸形成當前岸坡,在卸荷及表生改造共同作用下岸坡中下部巖層中結構面十分發(fā)育。(2)坡體震裂、陡傾拉裂形成。地震引起了劇烈的地面運動,坡體受地震影響產(chǎn)生反復的張拉和剪切。岸坡中下部巖體由于巖體破碎完整性較差,內(nèi)部裂隙在地震力作用下不斷擴張直至互相貫通,而坡體后緣部位則在地表波動引起的反復拉-剪應力作用下產(chǎn)生陡立的張拉裂縫。(3)滑面貫通、滑體啟動階段。岸坡后緣拉裂縫逐漸向深部貫通,岸坡中下部的巖體首先發(fā)生潰裂解體。同時在地震力作用下,坡體上部與下部加速度的差異導致剪切作用,促進了坡體內(nèi)部的節(jié)理逐漸與后緣拉裂的貫通形成滑面,隨岸坡鎖固段的突然剪斷,山體在慣性下突然啟動。(4)滑動堆積階段?；卵杆贈_過河谷,前部的坡體迅速沖抵對岸坡腳,受山體阻擋,迅速停止運動并堆積于此處,但兩翼滑體表層的松散巖土體由于具備臨空條件而迅速向兩翼解體、堆積直至形成當前的地貌形態(tài)。b.構造運動破壞了岸坡的整體性,降低了其力學性能a.滑坡位于高烈度地區(qū),汶川地震引起的劇烈地面運動是導致滑