雙層結(jié)構(gòu)型邊坡蠕滑拉裂型大型滑坡成因分析

雙層結(jié)構(gòu)型邊坡蠕滑拉裂型大型滑坡成因分析

1大型切層巖質(zhì)滑坡區(qū)由于薄弱傾斜和獨(dú)特的傾斜結(jié)構(gòu)，吳江黃崖傾斜變形破壞較大（如吳江的黃崖斜面）。由于邊坡穩(wěn)定，對(duì)建筑物和人民的生命財(cái)產(chǎn)有很大的威脅。在青海省尖扎縣境內(nèi)黃河左岸尖扎盆地東側(cè)周界與德恒隆起帶交接部位的邊緣斜坡上發(fā)育一大型切層巖質(zhì)滑坡?；聟^(qū)出露的地層主要為前震旦系尕讓群片麻巖、片巖夾少量下古生代加里東期的花崗巖、第三系臨夏組紫紅色礫砂巖及砂礫巖夾灰綠色、灰白色泥巖。由于在該地段坡體中下部有一區(qū)域性F1斷裂發(fā)育，受該斷裂的影響，區(qū)內(nèi)普遍有高為300～400m前震旦系堅(jiān)硬變質(zhì)巖形成的高陡斜坡直接覆蓋于巖性較軟的第三系紅層泥巖之上。這種特殊的坡體結(jié)構(gòu)，使該區(qū)前震旦系高陡斜坡的物理地質(zhì)現(xiàn)象較發(fā)育。目前，對(duì)該類斜坡的研究多以地質(zhì)定性分析為主。本文在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬方法再現(xiàn)該類斜坡演變的全過(guò)程。2斜向變形破壞過(guò)程分析2.1下下軟質(zhì)斜坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，前震旦系尕讓群片麻巖、片巖(Anz-Gn)片理的產(chǎn)狀總體傾向山內(nèi)，產(chǎn)狀為120°～130°∠50°～65°，片理的走向與岸坡近一致，呈逆向坡；而下部第三系上新統(tǒng)臨夏組(N2L)泥巖巖層的傾角較平緩，產(chǎn)狀總體為40°～60°∠5°～28°。該斜坡的物質(zhì)成分客觀上具有上硬下軟的雙層結(jié)構(gòu)特征：上部為高度達(dá)300～400m的片麻巖、片巖夾花崗巖組成的硬層，該層巖體較堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高；下部分別為F1斷裂帶及第三系泥巖構(gòu)成的軟層，該層尤其是第三系泥巖強(qiáng)度較低，遇水易軟化，是該斜坡的軟弱基座，這為斜坡發(fā)育為一大型滑坡(圖1)提供了基本的結(jié)構(gòu)條件。結(jié)合斜坡所處的環(huán)境條件及坡體結(jié)構(gòu)，斜坡變形破壞可分為以下4個(gè)階段。(1)第三系泥巖后坡體深裂裂裂規(guī)律由于地殼強(qiáng)烈抬升，河谷下切，在高陡斜坡形成過(guò)程中，當(dāng)河谷下切至下覆第三系泥巖后，河谷大面積卸荷，不僅使上覆的硬質(zhì)變質(zhì)巖因卸荷回彈，結(jié)構(gòu)松弛，也使下部的斷裂帶與第三系泥巖的結(jié)構(gòu)發(fā)生松弛變形，而且也使坡體內(nèi)發(fā)育的陡傾面拉裂，尤其是在坡緣拉應(yīng)力分布帶，常形成一系列陡傾拉裂縫。(2)地表變形以變形為先導(dǎo)從巖體力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，該滑坡發(fā)育在一個(gè)下部有軟弱基座，上部為較堅(jiān)硬巖層組成的雙層結(jié)構(gòu)斜坡中。下部紅層泥巖強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力差。因此，在上覆高300～400m岸坡的重力作用下，下伏軟層必然產(chǎn)生壓縮，同時(shí)，由于斜坡應(yīng)力場(chǎng)的重分布，在斜坡坡腳地帶又是應(yīng)力集中程度較高的部位，而該部位又長(zhǎng)期處于黃河水位變幅影響帶內(nèi)，水的浸泡和風(fēng)化作用使第三系泥巖變得更加軟弱。在上述因素作用下，下部斷裂帶和泥巖層易發(fā)生壓縮和塑性變形，甚至向臨空面附近發(fā)生塑流擠出，為上覆巖層的變形提供了臨空條件。因此，該類斜坡的變形多以軟弱基座的壓縮變形為先導(dǎo)。隨著下伏第三系泥巖的壓縮和塑性變形，不僅導(dǎo)致上覆坡體發(fā)生拉裂變形，而且使淺表部已發(fā)生卸荷松弛陡傾的片麻巖必然象懸臂板梁一樣，在自重產(chǎn)生的彎矩作用下發(fā)生彎曲變形，且彎曲變形逐漸由下部向坡體后部擴(kuò)展，發(fā)生彎曲變形的片理面間還要發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，并在坡體后緣又發(fā)生拉裂變形，拉裂縫逐漸由表部向深部擴(kuò)展(圖2)。(3)不同板梁結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性板梁彎曲到一定程度后根部必然發(fā)生折斷、壓碎，而在滑坡區(qū)巖體內(nèi)本身發(fā)育有傾向坡外的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀分別為258°～285°∠13°～40°與280°～305°∠50°～85°，尤其是前者緩傾結(jié)構(gòu)面的發(fā)育，當(dāng)巖層彎曲到一定程度，折斷面跟蹤該組結(jié)構(gòu)面使坡體發(fā)生累進(jìn)性破壞，最終沿各個(gè)板梁折斷面形成一連續(xù)控制性弱面。(4)坡體應(yīng)力場(chǎng)最大剪應(yīng)力帶的控制坡體中片麻巖的彎曲變形在各個(gè)折斷面形成一連續(xù)的弱面后，上部的片麻巖及下部的斷裂帶、第三系紅層巖體的變形折斷變?yōu)槭芷麦w應(yīng)力場(chǎng)最大剪應(yīng)力帶控制。隨著坡體前緣向臨空面的蠕滑以及坡體后緣拉裂縫繼續(xù)向深部擴(kuò)展，當(dāng)坡體內(nèi)最大剪應(yīng)力超過(guò)其底部弱面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，即發(fā)生蠕滑拉裂型滑坡(圖3)。2.2坡體變形場(chǎng)及演化為了驗(yàn)證上述分析，選取代表性剖面，考慮自重場(chǎng)作用下，采用UDEC(universaldistinctelementcode)程序按摩爾-庫(kù)侖力學(xué)模型進(jìn)行該斜坡演變過(guò)程的數(shù)值分析，計(jì)算選取的介質(zhì)參數(shù)如表1。根據(jù)選取的剖面及主要介質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行斜坡演變過(guò)程的數(shù)值分析結(jié)果表明，當(dāng)?shù)?000時(shí)步時(shí)，累計(jì)位移矢量在斜坡后緣一帶較大，且位移方向以垂直向下為主，在坡體的左下部位移量很??；在坡體的中后部斷裂帶之上，位移方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，基本與斷裂帶近垂直，愈向坡面，位移量愈大；靠近斷裂帶上盤附近的部分巖體、斷裂帶及其下部的第三系紅層巖體總體向臨空坡外位移，尤其是第三系紅層巖體的位移基本以順層或與層面呈小角度向坡外滑移；而在坡腳附近，因河谷中心一線為固定邊界，較深部紅層巖體向坡腳臨空面處位移(圖4)。上述巖體位移場(chǎng)反映了較軟的斷裂帶及下部第三系紅層在上部厚度較大的變質(zhì)巖自重作用下的壓縮及向臨空面方向的塑性變形特征。隨著迭代時(shí)步的增加，坡體的變形加劇，不僅坡體中下部的斷裂帶及第三系紅層泥巖發(fā)生壓縮變形及向臨空面方向的擠出變形外，而且斷裂帶以及斷裂帶上部較堅(jiān)硬的片麻巖也發(fā)生向坡下的傾倒變形，坡體的累計(jì)位移矢量、速率矢量也增大，坡體的變形總體向前緣坡腳臨空面位移，且主要集中于淺表面地帶，后緣地帶還形成小的錯(cuò)坎，前緣地帶坡岸明顯向?qū)Π锻怀龅牡匦翁卣?。隨著坡體變形的繼續(xù)，最大、最小主應(yīng)力從坡腳開始在坡體內(nèi)部逐漸向后緣地帶形成顯著的最大、最小主應(yīng)力集中帶(圖5,6)，即坡體的演變過(guò)程在坡體一定深度形成了一最大剪應(yīng)力集中帶，當(dāng)其應(yīng)力超過(guò)巖體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，則可導(dǎo)致坡體發(fā)生累進(jìn)性破壞。圖7是坡體在110700時(shí)步下的變形及速率矢量圖，可見(jiàn)，由于下部軟弱巖層的壓縮變形甚至塑流擠出，導(dǎo)致了上部巖體顯著的彎曲變形。上部較硬的巖層變形到一定程度，在最大彎曲部位折斷；當(dāng)一系列折斷點(diǎn)形成較連續(xù)或連續(xù)的弱面時(shí)，坡體最終受最大剪應(yīng)力控制而發(fā)生蠕滑拉裂型滑坡，而且前緣剪出口是位于距離河床底部一定高程的第三系紅層中。上述模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的坡體變形破壞特征完全一致。3硬層結(jié)構(gòu)坡厚層序地層變形破壞機(jī)理通過(guò)上述分析，可以得到如下認(rèn)識(shí)：(1)斜坡所在地段客觀上具有上硬下軟的雙層結(jié)構(gòu)特征。上部高度達(dá)300～400m的片麻巖、片巖夾花崗巖組成的硬層又構(gòu)成為逆向坡；下部為強(qiáng)度