畢業(yè)設計（論文）-強震條件下反傾層狀結構滑坡形成機理研究

成都理工大學畢業(yè)設計（論文）PAGEPAGE9強震條件下反傾層狀結構滑坡形成機理研究作者姓名：葉小衛(wèi)學號：200603040234專業(yè)：勘查技術與工程（工程地質）指導教師：趙建軍【摘要】汶川地震使龍門山地區(qū)發(fā)生了大量的崩塌、滑坡等地質災害。這些由強震誘發(fā)的滑坡與一般滑坡不同，具有體積大，海拔高（具高程效應）等特點。為了研究坡體發(fā)生破壞時的地震加速度情況，本文以石亭江流域金河磷礦處的滑坡為研究對象，在野外調查及收集前人資料的基礎上，研究了滑坡區(qū)工程地質條件、巖體結構特征，分析了滑坡的變形破壞模式及形成機理，確定滑坡破壞模式為拉裂-剪斷型。通過反演分析，確定在地震加速度高程放大效應下，地震水平加速度為2.97g，地震垂直加速度為1.47g大于重力加速度，判斷該滑坡在地震條件下以拋射運動方式發(fā)生破壞。最后對強震區(qū)同類滑坡提出防治措施與建議。關鍵詞：汶川地震滑坡高程效應拉裂-剪斷型地震加速度

ResearchontheFormationMechanismofthecounter-inclinedLaminatedstructureLandslideunderStrongEarthquakeName:YexiaoweiStudentNo:200603040234Major:ExplorationTechniqueandEngineeringSupervisor:ZhaojianjunAbstract:Wenchuanearthquakesparkedmuchlandslideandcollapseinthelongmenshanarea.Thelandslidescausedbyearthquakeisdifferentfromgenerallandslide,havingthecharacteristicoflargesize,thehighaltitude(withaltitudeeffects).Inordertostudytheseismicaccelerationwhentheslopecollapse,thispaperstudiedtheslopeattheTingJiangbasinJinHephosphaterock.Accordingtothefieldinvestigationandpredecessors’information,westudiedtheengineeringgeologicalconditionsofthelandslideandthestructurecharacteristics,thedeformationandfailureofthelandslidemodeandtheformationmechanism,wedeterminedthatthelandslidefailuremodeisRip–cut.Throughinversionanalysis,weconfirmedthatseismiclevelaccelerationis2.97ganditsverticalaccelerationis1.47g(beinglargerthangravityacceleration)onthecaseofseismicaccelerationelevationamplificationeffect.Thelandslidecollapseinthemodeoftrajectoryinearthquakecondition.Atlast,webroughtforwardThecontrolmeasuresandsuggestionforthecongenericlandslideinthemacroseismicaKeywords:WenchuanEarthquakeLandslideHeighteffectTension-crackingtypeSeismicacceleration目錄第1章前言 11.1選題依據及研究意義 11.2國內外研究現狀 21.3研究內容及思路 41.3.1研究內容 41.3.2研究思路 4第2章研究區(qū)域自然地理及地質條件 62.1自然地理條件 62.1.1地理位置及交通 62.1.2氣象水文 72.2研究區(qū)工程地質條件 82.2.1地形地貌 82.2.2地層巖性 92.2.3地質構造 102.2.4水文地質條件 122.2.5不良地質現象 142.2.6地震 162.2.7人類工程活動 16第3章滑坡基本特征 173.1地質結構特征 173.1.1滑坡區(qū)地質條件 173.1.2坡體結構特征 173.2滑坡形態(tài)特征 193.2.1滑坡后緣特征 203.2.2滑坡邊界特征 203.3.3滑坡堆積區(qū)特征 213.3巖體結構特征 243.3.1巖體結構 243.3.2巖體結構組合分析 26第4章滑坡變形破壞模式及形成機制分析 284.1強震條件下斜坡變形破壞模式 284.2金河磷礦滑坡形成過程分析 294.3影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素 31第5章地震作用下滑坡運動過程力學模型計算分析 335.1簡化滑塊模型 335.2滑塊參數選取 335.3滑塊運動過程計算分析 355.3.1高程放大效應 355.3.2計算極限狀態(tài)下地震加速度 365.3.3計算放大后的地震加速度 375.3.4滑坡力學模型計算分析 385.4小結： 38第6章強震區(qū)同類邊坡防治措施與建議 396.1邊坡防治原則 396.2地震邊坡防治建議 39結論 41致謝 42參考文獻 43第1章前言1.1選題依據及研究意義地震是觸發(fā)邊坡失穩(wěn)的重要原因之一。大量的震害調查結果表明,地震誘發(fā)的邊坡滑動是主要的地震地質災害類型之一。在山區(qū)和丘陵地帶,地震誘發(fā)的滑坡往往具有分布廣、數量多和危害大的特點。例如,1994年發(fā)生在美國Northridge的6.5級地,觸發(fā)了面積超過104km2的11000處滑坡,經濟損失高達300億美元;1973年發(fā)生于四川省爐霍境內7.9級地震觸發(fā)了各種規(guī)?；?37處,滑坡面積達90km2,死亡人數2175人。2008年發(fā)生于汶川的8.0級地震，造成了滑坡3500多處，破壞道路，阻斷交通，堵塞河流，形成堰塞湖，砸毀房屋，造成大量人員傷亡和經濟損失。我國是一個多山地、多地震的地理地質條件不可避免地帶來了大量和地震作用有關的邊坡問題。地震是其觸發(fā)(誘發(fā))的因素之一。為了有效地減少人員傷亡和經濟損失,減輕地震地質災害對社會和經濟的影響,對地震誘發(fā)滑坡的機理進行分析研究,具有重大的現實意義。巖土邊坡在地震條件下的破壞問題日趨突出。反傾層狀結構滑坡是指邊坡走向與巖層走向近于平行，而傾向相反的層狀邊坡以滑坡變性破壞方式失穩(wěn)[1]。反傾層狀結構巖體邊坡在露天礦邊坡頂幫、水利水電邊坡、公路鐵路邊坡中是常見的邊坡結構類型。對于反傾邊坡，主要的危險不是在坡腳而是在坡頂。金河磷礦屬龍門山地區(qū)，龍門山脈走向北東—南西，山峰林立，溝谷縱橫，坡陡谷深，地勢較高，5.12汶川地震，龍門山脈山區(qū)地帶發(fā)生大量的崩塌、滑坡和泥石流等地質災害，對沿線的公路、鐵路、露天采礦區(qū)和水電站等設施造成很大危害。本文以金河磷礦滑坡為例，研究其在地震作用下反傾層狀結構巖體的破壞模式及形成機理。該斜坡位于金河磷礦附近，位于石亭江左岸溝谷上游處，為反傾層狀結構斜坡，在5.12汶川地震強大慣性力的作用下，斜坡頂整塊巖體瞬間拋出，發(fā)生巨大聲響。大量的滑坡實例分析表明,層狀反傾邊坡滑動并無明顯的圓弧滑坡特征,實際上滑坡多為受結構控制的結構體滑坡。研究層狀巖體結構反傾邊坡的巖移機理已成為邊坡設計和邊坡穩(wěn)定性評價的重要課題。了解該類滑坡的破壞模式與形成機理，并對在地震作用下滑坡的運動過程力學模型計算分析，對該類滑坡的防治提供理論依據。1.2國內外研究現狀1．地震滑坡研究現狀在國內地震滑坡研究方面,胡廣韜站在動力學的角度[2],提出了高速滑坡啟程劇動機理。毛彥龍等從理論上對地震滑坡的形成機理———坡體波動振蕩的累進破壞效應、啟動效應及啟程加速效應進行了詳細的分析和探討[3]。除了對地震滑坡的內在動力學方面的研究,地震學家、地質工程學家從地震與滑坡災害的統(tǒng)計分析入手,對許多倍受關注的問題,如地震震級、地震烈度及地震其它參數與地震滑坡的關系、地震引起的滑坡分布、地震滑坡與地質條件等等,做了大量的研究工作,并取得了可喜的成果。黃潤秋等[4]對汶川地震產生的滑坡地質災害形成機制分析，對地震條件下產生的地質災害有了一定研究。國外對于地震滑坡研究仍處于探索階段,沒有進行綜合性研究,其中分析地質、地形、水文等條件與地震滑坡活動程度和敏感性較少,在地震預報中忽略了地震可能誘發(fā)滑坡的時空預測問題的研究。目前美國和日本采用多種遙感和地理信息系統(tǒng)的手段進行地震滑坡的解譯和分析,并著手建立于地震滑坡信息系統(tǒng)。1996年1月在歐洲議會大廈召開了歐洲地質災害會議,第一主題就是討論如何聯合歐洲各國地學力量共同開展地震滑坡研究[5-7]。最近美國地質調查局也組織進行地震引發(fā)地面破壞分析與減災的綜合性研究。日本也因1995年神戶大地震,成立了專門的地震滑坡研究會,協(xié)同全日本力量深化這一領域的研究。美國聯邦地質調查局Keefer教授對滑坡與地震參數定量關系統(tǒng)計建立在40次大地震滑坡資料基礎上開拓的重要研究。系統(tǒng)開展地震滑坡分類和區(qū)域規(guī)律的研究,將地震滑坡劃分成3大類14亞類,提出了誘發(fā)滑坡最小震級和震級與滑坡定量的關系,加強了有關地震誘發(fā)滑坡機制的研究,著重于地面震動強度與邊坡失穩(wěn)關系分析,以及涉及到影響滑坡活動等有關地震參數的研究。2．反傾層狀滑坡研究現狀以往研究主要針對順傾滑坡，而對反傾滑坡的巖移機理和滑坡模式研究較少。研究層狀巖體結構反傾滑坡的巖移機理并提出合理的計算分析方法已成為邊坡穩(wěn)定性評價的重要課題。20世紀70年代，Goodman和Bray[8]首次把極限平衡法用于反傾巖質邊坡穩(wěn)定性評價，目前反傾巖質邊坡的研究歷史已有30多年，但是在整個的研究歷史中，除韓貝傳[9]（1999）進行影響因素理論分析、陳祖煜[10]（1995）進行反傾條件統(tǒng)計分析外，很少有人對反傾邊坡的影響因素及發(fā)生條件進行過詳細的研究，而重點則主要放在了安全評價方法的研究上。近年來，國內外通過工程實踐、數值分析和室內物理模型試驗等方法對反傾巖石邊坡破壞模式、巖移機理等進行了研究并取得了一些成果，但這些成果具有很大的局限性。在工程領域當中，邊坡設計和穩(wěn)定性評價一般是基于各向同性介質理論，采用極限應力法確定近似圓弧滑面，以此作為邊坡穩(wěn)定性計算和設計參數選擇的依據；但對于反傾邊坡，主要的危險不是在坡腳而是在坡頂，用極限平衡法來研究這類邊坡的穩(wěn)定性是不合適的。在數值計算方面，人們通過有限元法、離散單元法等數值計算方法，對反傾邊坡的變形破壞機理進行了研究，同時還研究了結構面間距及力學參數對變形的影響。但是由于邊坡穩(wěn)定受多方面因素影響，而各因素具有不確定性(模糊性、隨機性、信息不完全性和未確定性)和復雜性，故無論是傳統(tǒng)的確定性分析方法還是不確定性分析方法，其用于邊坡穩(wěn)定性評價的準確性與實際情況仍有差距[11]。在模型試驗方面，由于模型試驗耗時長、費用高昂，人們很少將模型試驗應用于反傾邊坡的研究,目前，國內外僅就層狀反傾邊坡在開挖過程中的位移、應力變化和變形破壞規(guī)律方面進行了研究[12]，而對反傾巖質邊坡破壞的影響因素及破壞機理還沒有系統(tǒng)的成果，在實際應用中更具有很大的局限性。因此，進一步研究反傾巖石邊坡破壞的發(fā)生機理和運動機制仍然是當前邊坡工程研究的重點課題。1.3研究內容及思路1.3.1研究內容本文主要是對滑坡在工程地質條件研究的基礎上，對其進行形成機制及破壞模式分析。前期主要是對滑坡進行了野外實地調查，在結合現有資料的基礎上收集了與論文相關的現場資料，諸如地震發(fā)生前后坡體結構特征，變形破壞現象，堆積體的組成特點等。在室內工作階段，參照相關文獻及資料對滑坡在強震作用下的變形破壞模式及形成機制研究并對滑坡在地震條件下的運動過程計算分析，最后結合工程本身特點給出了該類滑坡的防治措施建議。本文研究的內容主要包括以下幾方面:(l)在現場調研和資料收集的基礎上，對研究區(qū)內工程地質條件進行分析；(2)對滑坡的形態(tài)、坡體結構和巖體結構特征進行分析；(3)分析在強震作用下滑坡破壞模式、形成機理及影響邊坡穩(wěn)定性的因素；(4)運用影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素、對地震時反傾層狀結構滑坡運動過程計算分析，分析地震加速度的高程放大效應對滑坡運動過程的的影響；(5)提出強震區(qū)同類地震邊坡的防治措施和建議。1.3.2研究思路本文是以金河磷礦滑坡為研究對象。研究思路為對該滑坡進行工程地質勘察及破壞模式、形成機制的分析，提出該類滑坡相應的防治和施工建議。根據研究內容，本文所采用的研究思路及技術路線見圖1-1?，F場調查及資料收集現場調查及資料收集自然地理條件工程地質條件地理位置及交通氣象水文地形地貌地層巖性地質構造水文地質條件不良地質現象地震人類工程活動滑坡形態(tài)特征地質結構特征巖體結構特征變形破壞模式及形成機理變形破壞模式分析形成過程分析影響滑坡穩(wěn)定性因素分析地震條件下滑坡運動過程計算分析簡化滑塊模型參數選取滑塊運動過程計算分析強震區(qū)同類邊坡防治與建議圖1-1本文研究思路及技術路線圖

第2章研究區(qū)域自然地理及地質條件2.1自然地理條件2.1.1地理位置及交通什邡市位于四川盆地西北部，德陽市西南部，成都市西北部之間，距成都市60公里、德陽市20公里。南距成都市50km余，以其資源豐富、環(huán)境優(yōu)越，素有“川西明珠”的美譽。全市幅員864平方公里，轄20鎮(zhèn)，2004年總人口43萬人（圖2-1）。金河磷礦距紅白鎮(zhèn)7.5公里，距什邡市44.6公里。金河磷礦滑坡位于采礦區(qū)左上方50米左右。圖2-1金河磷礦滑坡交通位置圖2.1.2氣象水文一、氣象條件什邡屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，特點為夏雨冬陰，云霧多，日照少，年溫差不太大的暖溫環(huán)境，年平均氣溫在13°—17°之間。由于它位于龍門山麓，平壩和山區(qū)屬于兩種不同的氣候帶類型，平壩區(qū)為盆西氣候帶類型，氣候溫和、雨量充沛、日照偏少，四季分明，常年年平均氣溫為15.9℃高低相差約15℃—

16℃之間。山區(qū)屬溫濕森林氣候帶，特點是冬季長，夏季短。全年年平均氣溫在14.9℃以下，溫度低于10℃的全年有140天，夏季涼爽，溫度在22℃以上者全年僅有10天左右，全年的平均氣溫14.9℃以下。二、水文圖2-2研究區(qū)水系圖研究區(qū)主要河流為石亭江，位于成都平原西北部，石亭江流域處于龍門山中段,地質構造復雜,褶皺斷裂發(fā)育,巖石破碎,地質環(huán)境穩(wěn)定性差,地質災害頻繁。崩塌體及泥石流發(fā)生段若干,每至山洪暴發(fā),必然引起地質災害和水土流失。石亭江在市境內有87公里，高景關以上稱洛水，以下稱石亭江，長29.5公里。河的源頭為九頂山東側的二道金河（洛水）和頭道金河（章水），江水流至金堂趙鎮(zhèn)入沱江，再由滬州匯入長江。鴨子河在市境內23.5公里，源于什邡、彭州交界山區(qū)。從彭州流入什邡再至廣漢。小石河、馬牧河、斑鳩河都在市境內匯入鴨子河（圖2-2）。2.2研究區(qū)工程地質條件2.2.1地形地貌什邡自南向北海拔逐漸升高，由平原地貌進入高山溝谷切割的龍門山山前中高山地貌單元。山體雄厚，坡度一般大于35°，高差200～1000m。區(qū)域內河谷深切成“U”形谷。河流整體成“S”形彎曲，河谷寬度30～100m，河床高程820-850米石石亭江圖2-3金河磷礦滑坡地形地貌圖2.2.2地層巖性研究區(qū)地層屬龍門山分區(qū)，主要出露第四系堆積物以及三疊系上統(tǒng)須家河組（T3X1）、三疊系中統(tǒng)天井山組（T2t）、三疊系中統(tǒng)嘉陵江+雷口坡組（T2j+l）、三疊系下統(tǒng)飛仙關+銅街子組（T1f+t）、二疊系上統(tǒng)（P2）、泥盆系上統(tǒng)唐王寨組（D3tn），區(qū)內各層巖性由新至老分述如下：研究區(qū)地表覆蓋的松散堆積物主要有第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el）、崩坡積層（Q4col+dl）粉質粘土、碎石、塊石土，沖洪積層（Q第四系殘坡積層（Q4dl+el黃褐色、灰色、深灰色，主要成份為碎塊石土，堆積物結構松散～中密，石質主要為砂巖、灰?guī)r、白云巖等，呈棱角狀，碎石粒徑一般為20～200mm，含量約占65%～80%；偶見塊徑較大的塊石，其余為角礫，及粉質粘土充填。主要分布在斜坡坡腳、陡坡、陡崖下及其河谷地帶，土層厚度一般5～20m。第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Q4col+dl黃褐色，灰色，深灰色，主要成份為塊石、碎石土，呈散體狀，石質成分主要以石灰?guī)r、白云巖、砂巖為主，呈棱角狀，不規(guī)則排列。塊石含量約占50%～60%，塊徑一般為200～800mm，最大達4～7m左右，其間由角礫、粉質粘土充填，主要分布在陡坡、陡崖下。土層厚度一般4～15m。第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）：主要分布在雎水河及其支流的兩側，多以漂石、卵石為主，在其支流、其小沖溝及河流上游兩側多以卵石、圓礫為主。河谷中階地上部多有粉質粘土、粉土及砂土，下部為漂石、卵石、圓礫層及少量砂層。三疊系上統(tǒng)須家河組（T3x1）：灰、灰黃色砂巖、粉砂巖、泥巖、碳質頁巖及煤層的旋回層；底部有厚度約0.5m的硅質細砂巖，局部有透鏡狀的小構造巖。三疊系中統(tǒng)天井山組（T2t）：上部灰白、深灰色夾灰綠色及粉紅色中－厚層狀石灰?guī)r、夾燧石結核；中部夾生物碎屑灰?guī)r；下部假白云質灰?guī)r和灰質白云巖。三疊系中統(tǒng)嘉陵江+雷口坡組（T2j+l）：淺灰、灰黃色薄-厚層狀白云巖，夾灰?guī)r和白云質灰?guī)r及少量泥質灰?guī)r，局部地區(qū)見角礫巖數層，下部含膏鹽。三疊系下統(tǒng)飛仙關+銅街子組（T1f+t上部為紫紅色、紫灰色頁巖、灰質泥巖和粉砂巖，偶夾白云巖；中部為暗紫紅色泥巖，與紫紅、黃綠色泥質灰?guī)r，間夾鮞狀灰?guī)r；下部粉砂巖與灰色中層白云質灰?guī)r互層，夾灰?guī)r、靦狀灰?guī)r。二疊系上統(tǒng)P2：深灰、灰黑色中厚層狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾燧石條帶，中下部常夾黑色炭質頁巖、粘土、煤層和煤線。上部煤層和黑色炭質頁巖及油頁巖透鏡體，含黃鐵礦星散體。泥盆系上統(tǒng)唐王寨群D3tn：下部白云巖夾白云質灰?guī)r,上部淺灰色薄-厚層狀白云巖夾灰白色較純灰?guī)r，局部具有鮞狀或假鮞狀結構。2.2.3地質構造研究區(qū)屬龍門山脈九頂山系，呈NE-SW走向。什邡處于龍門山地槽邊緣拗陷帶中南段之什邡——綿竹復式褶皺帶，由于遠古地殼的強烈運動，給什邡留下了如二迭系石灰?guī)r山體從數十公里以外漂來的飛來峰和深逾千米的大峽谷等地質奇觀；鑄成了高峻山岳和奇特的地形地貌的巧合，形成奇特壯美的天象景觀，古地質作用造化了雄奇的險峰，峰林、斷崖、峽谷及冰川遺貌。龍門山經轎壁山入什邡境內，海拔全在4000米以上，山行至南天門與彭州北部山區(qū)交界，一分支出脊折向東南經4500多米的長年峰再往東至亮卡，南折即鎣華山。鎣華山西北全是崇山峻嶺，屬高山草甸區(qū)，東南重巒疊嶂，蜿蜒沒入平壩。龍門山推覆褶斷帶主要由邊緣斷裂（前山斷裂或稱灌縣-江油斷裂）、中央斷裂（或稱映秀-北川斷裂）、后山斷裂等三條NE向斷裂束及一系列褶皺推覆構造組成[14]。（1）中央斷裂-隆起帶（九頂山中間隆起）：構成中央斷裂-隆起帶（九頂山中間隆起）構造主體的是龍門山主中央斷裂帶。斷裂帶西南始于瀘定附近，向北東延伸經鹽井、映秀、太平、北川、南壩、茶壩插入陜西境內與勉縣-陽平關斷裂相交，斜貫整個龍門山，長達500余km。斷裂帶由北川-茶壩-林庵寺斷裂、北川--映秀斷裂、鹽井-五龍斷裂組成，總體走向N35--35°E，傾向NW，傾角60°左右，由數條次級逆斷層組成疊瓦式構造帶。其構造變動主要表現為，元古代九頂山雜巖體、下震旦統(tǒng)和上古生界~中、下三疊統(tǒng)向南東逆沖于上三疊統(tǒng)須家河組（T3x）之上，并在其東南側發(fā)育了一系列飛來峰構造；沿斷裂帶主要發(fā)育有斷層角礫巖、碎裂巖等代表脆性變形的斷層巖類，局部可見碳酸鹽糜棱巖，表現出脆--韌性過渡的特征。映秀--北川逆斷裂是龍門山中央隆起帶與南東側中低山區(qū)的分界線，控制著區(qū)域地貌的分布。具已有的研究資料推斷，該斷裂歷史平均垂向滑動速率約為1mm/a。龍門山主中央斷裂帶以北川-太平場一段最為強烈。（2）后龍門山褶皺帶：斷裂帶西南端在瀘定冷磧附近與南北向的大渡河斷裂相交，向北東經隴東、魚子溪、耿達、草坡、汶川、茂汶、平武、青川插入陜西境內，延伸500余公里。由青川--平武斷裂、茂縣--汶川和耿達--隴東斷裂等組成。（3）前龍門山褶皺帶：晚古生代（包括三迭紀）沉降中心。特別是泥盆紀——石炭紀下陷最強烈。印支運動和燕山運動使地層發(fā)生全形褶皺和劇烈的斷裂，形成一系列“迭瓦式逆掩-推覆斷裂”。本次所研究區(qū)100km范圍內，位于龍門山中央斷裂和前山斷裂之間，出露斷層F2，構造運動強烈，褶皺發(fā)育。沿著滑坡主方向280°切剖面，發(fā)育一個小背斜，背斜北西翼產狀為N20°E/NW∠25°，北東翼為N10°W/NE∠20°。該研究區(qū)域地質構造圖如圖2-4所示，區(qū)域地質剖面圖如圖2-5所示。圖2-4研究區(qū)域地質構造圖2.2.4水文地質條件受地層巖性、地質構造、地形地貌及氣象、水文等因素的影響和控制，研究區(qū)內地下水按賦存狀態(tài)分為第四系松散層孔隙潛水和風化基巖裂隙水兩類。第四系孔隙水：主要賦存于第四系松散介質中，岸坡地表覆蓋層以碎塊石和粉質粘土為主，粘土中粘粒含量較低，其含水性和透水性均較好。主要接受大氣降水補給，部分以坡面徑流形式排泄，流入石亭江中，少量滲入下部基巖。風化基巖裂隙水：崩塌危巖體風化強烈，節(jié)理、裂隙十分發(fā)育，基巖風化裂隙水是崩塌危巖區(qū)地下水的主要賦存形式，大氣降水則為其主要的補給源。由于崩塌危巖體頂部裂隙較為發(fā)育，其地表很難形成坡面流，大量雨水滲入地下，使地表土、風化土處于飽和狀態(tài)，一方面使巖土體的剪切強度降低，另一方面加重了巖土體的自重引起重力崩落。圖2-5研究區(qū)域地質剖面圖2.2.5不良地質現象1．滑坡上游小型崩塌該小型崩塌距離金河磷礦反傾層狀結構滑坡50m左右。橫向長為60m，縱向長為100m，崩塌區(qū)兩側植被發(fā)育茂盛（圖2-6）。崩塌壁約30m高，陡立，節(jié)理、裂隙發(fā)育，目前處于前穩(wěn)定狀態(tài)，隨時有塊石從后壁物源區(qū)崩落。崩塌后緣壁崩塌后緣壁堆積區(qū)采礦洞碎塊石成架空狀態(tài)圖2-6滑坡外圍小型崩塌全貌圖崩塌在坡腳形成明顯的倒石錐，崩塌區(qū)內碎塊石成架空現象，擠密度小，在多雨期易使崩塌堆積區(qū)下方采磷礦洞口造成破壞。2．金河磷礦老滑坡該老滑坡位于金河磷礦反傾層狀結構滑坡對面（圖2-7），老滑坡發(fā)生于90年代，堆積體上已覆蓋少許植被。5.12地震時該老滑坡局部發(fā)生過滑動。該老滑坡滑源區(qū)呈圈椅狀，滑坡前緣形成一個大平臺，滑坡體內堆積大量碎塊石。在暴雨及強降雨或余震作用下，該老滑坡體和金河磷礦反傾層狀結構滑坡體內大量物源，易形成泥石流危及下方磷礦洞和居民生活區(qū)（圖2-8）。 老滑坡體老滑坡體金河磷礦滑坡礦渣體采磷礦洞圖2-7老滑坡體與金河磷礦滑坡位置下方居民下方居民生活區(qū)礦渣體圖2-8滑坡體下方居民生活區(qū)圖3．小梅子林滑坡該滑坡位于紅松一級電站對面，地震時，滑坡滑下，掩埋廣漢至岳家山鐵路，堵塞河道形成堰塞湖，同時對岸紅松電站也被摧毀。后經爆破河流恢復通暢，鐵路也改線，沿線斜坡被放破，架設防護網。這一地區(qū)在地質歷史時期就運動強烈，河兩岸曾發(fā)生過大的崩滑，堵塞河道，又來地殼上升,河流下切，切穿崩、坡積物，基巖出露。在5.12地震作用下，滑坡再次發(fā)生，堵塞河道，摧毀紅松電站，形成堰塞湖。2.2.6地震2008年5月5.12汶川地震時研究區(qū)地震烈度為Ⅸ度，是地震高烈度區(qū)，使該研究區(qū)內形成了大量滑坡、崩塌，地形地貌有了很大的改變。所形成的滑坡、崩塌其規(guī)模較大，多為巖質邊坡?；鶐r裂隙較發(fā)育，大多斜坡巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在強降雨及暴雨條件下極易再次發(fā)生滑動。2.2.7人類工程活動該滑坡范圍附近人類工程活動較頻繁，對斜坡地形和原始應力由很大改變。在該滑坡堆積體Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)分界的基巖出露處及下游側壁各有一采空洞和下游有一采磷礦洞口，該處基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，采礦洞的開采使巖體發(fā)生卸荷回彈，巖體下方臨空，卸荷裂隙的發(fā)展對斜坡的穩(wěn)定性有一定的影響（圖2-9）。開采磷礦隨時有人工爆破，爆破引起山體震動，使滑坡巖體震裂松動，巖體節(jié)理裂隙逐漸發(fā)育貫通，易形成危巖體。圖2-9滑坡下游外圍區(qū)的采磷礦洞口

第3章滑坡基本特征3.1地質結構特征3.1.1滑坡區(qū)地質條件1．地形地貌滑坡所處部位河段彎曲，正對轉彎處河流左岸上方溝谷右側，石亭江該段河流兩旁堆積平臺上為居民生活區(qū)，兩岸坡形均較陡。地形起伏較大，自坡頂向下發(fā)育數條沖溝。該滑坡坡腳下堆積體處高程為1080m，坡度為40~50°之間。2008年該斜坡上部巖體發(fā)生拋射式滑動，坡腳堆積了大量碎塊石。該滑坡對面為一老滑坡，滑坡堆積體上可見少量植被，在5.12地震及余震的影響下，局部發(fā)生再次滑動。2．地層巖性結構滑坡滑動前，斜坡表部植被茂盛，坡體頂部基巖風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，隨時有碎塊石危巖從山頂掉下滾落于坡腳處。斜坡地層巖性為第四系坡積物層及三疊系中統(tǒng)嘉陵江+雷口坡組（T1j+l），淺灰、灰黃色薄-厚層狀白云巖，夾灰?guī)r和白云質灰?guī)r及少量泥質灰?guī)r，地層產狀為N70°E/NW∠30°，巖層緩傾坡內。現今，斜坡內可見大量滑動堆積物，碎塊石覆蓋量較大，塊石堆積于坡腳下，棱次分明，分選性好。3．地質構造該滑坡區(qū)地質構造較簡單，單一褶皺構造。4．水文地質條件滑坡區(qū)內地下水分為第四系松散層孔隙潛水和風化基巖裂隙水兩類。3.1.2坡體結構特征地震前，該斜坡為一自然斜坡，原始坡形較陡，植被發(fā)育，上部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，發(fā)育兩組節(jié)理裂隙：節(jié)理J1：N35°W/SW∠72°，節(jié)理J2:N10°E/SE∠50°。斜坡原始地形剖面圖如下圖3－1所示。地震發(fā)生后，金河磷礦滑坡橫向長度為250m，縱向長度為180米，堆積體最大厚度10~15m。滑坡后斜坡坡角大約為40~50度，滑坡主方向為280度。該滑坡巖層為緩傾坡內的層狀結構，比斜坡坡度較緩，在坡體上發(fā)育數條沖溝，有水流流過的干痕跡。巖體風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育。地震后形成的地形剖面圖見圖3-2所示。圖3-1原始地形剖面圖圖3－2地震后滑坡剖面圖3.2滑坡形態(tài)特征ⅡⅡ區(qū)Ⅰ區(qū)Ⅲ區(qū)滑坡后緣壁溝道小路圖3-3金河磷礦滑坡全景分區(qū)圖該滑坡大致呈圓弧狀形態(tài)，橫向長260m，縱向長為180m，堆積物長約300m，滑坡體積為6.743×104m?；履_下高程為1080米，坐標為：N31°26’06.6”，E104°01’28.8”。金河磷礦滑坡位于采礦區(qū)左上方50米左右?；孪路交潞缶壔潞缶壎逊e區(qū)圖3-4金河磷礦滑坡右側形態(tài)圖300米處為居民生活區(qū)?；滦纬珊缶壉诟呒s50~60m，滑坡山頂與石亭江的高程差為350m左右。5.12地震時，斜坡坡頂上部巖體在強地震作用下從滑源區(qū)突然近水平或斜向上拋出，在空中運動一段距離后落地解體并堆積在山體坡腳和近坡腳處。掩埋坡腳下小路，并對右斜側下方采磷礦洞造成一定影響，在后期余震及降雨的條件影響下，殘留的不穩(wěn)定巖體不斷發(fā)生崩塌堆積于坡腳。而且，該區(qū)地形較陡，碎塊石堆積物源豐富，在強降雨及余震作用下，很可能發(fā)育成泥石流，堵塞下方石亭江河道，威脅下方居民生活區(qū)及采礦區(qū)。3.2.1滑坡后緣特征滑坡后緣可見高50m的基巖出露，節(jié)理裂隙發(fā)育。層理面產狀：N70°W/NE∠30°，主要發(fā)育三節(jié)理：節(jié)理J1：N35°W/SW∠72°，節(jié)理J2:N10°E/SE∠50°和節(jié)理J3：SN/E∠近直立。圖3－5滑坡后緣形態(tài)特征圖3－6后緣左側形態(tài)特征3.2.2滑坡邊界特征滑坡側壁以右側形態(tài)較為突出，該側壁從坡腳延伸至坡頂，貫穿整個滑坡右側。側壁可見高度為10~20m，基巖節(jié)理裂隙非常發(fā)育，可見層理面和結構面。區(qū)內偶爾可見未被破壞的基巖突出的孤立體。在滑坡下游側壁半山坡邊緣處可見一采磷礦洞。磷礦洞磷礦洞圖3-7基巖突出的未被破壞的孤立體圖3-8下游側壁形態(tài)3.3.3滑坡堆積區(qū)特征金河磷礦滑坡堆積區(qū)分三個區(qū)，Ⅰ區(qū)為主滑坡堆積區(qū)，各區(qū)基本形態(tài)如下圖所示?；聟^(qū)內由大量碎塊石組成，在坡腳形成三個大的堆積區(qū)，堆積區(qū)碎塊石分選性好，從坡腳往上塊石粒徑由大變小，堆積區(qū)域貫穿整個滑坡區(qū)范圍。在堆積區(qū)與堆積區(qū)過渡區(qū)有基巖出露，基巖節(jié)理發(fā)育，發(fā)育少量植被，基巖上堆積由大塊石危巖。圖3-9金河磷礦滑坡立面圖ⅡⅡ區(qū)Ⅰ區(qū)Ⅲ區(qū)滑坡后緣壁圖3-10金河磷礦滑坡分區(qū)圖堆積Ⅰ區(qū)：該堆積區(qū)橫向長為140m，縱向長為180m，為主堆積破壞區(qū)。該區(qū)中部出露橫向長為15m，縱向長為30m的基巖，節(jié)理、裂隙發(fā)育。巖體破碎，松動，無植被覆蓋。該區(qū)與Ⅲ區(qū)交界處為基巖出露，縱向長為30m，橫向長為18m，其余基本情況同該與Ⅱ區(qū)交界處。在該區(qū)內發(fā)育有幾條沖溝。（1）區(qū)內堆積物分選性好，在坡腳往上40m為碎塊石堆積區(qū)，塊石粒徑為5cm~2.5m；往上依次，40~110m為小碎塊石及粉狀塊石，粒徑為0.1cm~3cm；再往上為粘土及少量粉狀碎塊石。從該堆積物形態(tài)可以看出：5.12地震后，在余震及暴雨條件下該區(qū)內堆積物仍發(fā)生過多滑動，形成明顯分帶現象。在該區(qū)的右側相對于該去的左側，我們可以看出，右側主要以滑動為主。該區(qū)右側坡腳下由于無支擋，在坡腳以下順著斜坡距離100m內滾落堆積大量碎塊石，塊徑為2~5m左右。（圖3-11）ⅠⅠ區(qū)堆積物分選性好，在坡腳往上40m為碎塊石堆積區(qū)，塊石粒徑為5cm~2.5m；往上依次40~110m為小碎塊石及粉狀塊石，粒徑為0.1cm~3cm；再往上為粘土及少量粉狀碎塊石。一區(qū)碎塊石一區(qū)碎塊石堆積物向下滾落現象圖3-11Ⅰ區(qū)堆積物特征（2）該區(qū)與Ⅱ區(qū)交界處為基巖出露，基巖風化嚴重，巖體結構面發(fā)育，節(jié)理裂隙幾乎貫穿整塊基巖出露面，有少量植被覆蓋。巖石松動，破碎，在該點可見一堆懸空危巖，在暴雨條件下，巖體可能崩塌滑落，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。滑坡一二區(qū)過渡帶基巖出露區(qū)有一礦洞洞口（采空區(qū)）。采空洞采空洞危巖圖3-12Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)分界處基巖出露現象堆積Ⅱ區(qū)：該區(qū)橫向長為60m，縱向長為160m。堆積區(qū)內含大量碎塊石，塊石塊徑較大。20cm~1m的碎塊石占50%~60%、3cm~20cm占20%，大于1m的占10%，粘土及粉質塊石占10%~20%。堆積雜亂，塊石多棱角，分選性較好，從上至坡腳塊石粒徑逐漸增大。圖3-13堆積Ⅱ區(qū)碎塊石含量比例圖堆積Ⅲ區(qū):該區(qū)橫向長為50m，縱向長為170m。該區(qū)主以滑動，由于該區(qū)內不具備堆積條件，大量碎塊石滑到下方公路兩旁外，堆積現象不明顯，只在坡上停留少量崩積物。在坡內依稀可見層理面，層理面基巖破碎，節(jié)理發(fā)育。無支擋，滑坡堆積物滾落到無支擋，滑坡堆積物滾落到下方小路兩旁采礦洞采礦洞圖3-14滑坡堆積Ⅲ區(qū)基本特征3.3巖體結構特征3.3.1巖體結構在野外對滑坡區(qū)后緣結構面調查統(tǒng)計，可知巖體發(fā)育三組結構面：節(jié)理J1：N35°W/SW∠72°、節(jié)理J2：N10°E/SE∠50°和節(jié)理J3：SN/E∠近直立。該巖體層面C產狀為N70°W/NE∠30，該滑坡體坡體傾向為280°，坡角為45°。從結構面的產狀、規(guī)模、形狀、密集程度、張開度、充填（或膠結）等情況描述各組結構面特征，其基本情況見表3-1，巖體結構組合特征見圖3-15。表3-1滑坡區(qū)結構面野外調查統(tǒng)計表結構面產狀描述層面CN70°W/NE∠30°T1j+l組白云巖夾少量泥質灰?guī)r，緩傾坡內，層面光滑、平直節(jié)理J1N35°W/SW∠72°近垂直于坡面，張開度約1~3cm，泥質充填，延伸長度為50~2m，間距為50cm左右，較平直，粗糙節(jié)理J2N10°E/SE∠50°傾向與坡面傾向相反，張開度為0.5~1cm，延伸長度為20~50cm，間距為5~20cm節(jié)理J3SN/E∠近直立傾坡內，張開度為0.5~0.7cm，泥質充填，延伸長度為30cm圖3-15巖體結構組合特征根據工程巖土學[13]，結構面是巖體的重要組成部分，結構面的發(fā)育程度、密度、粗糙度、填充程度、連續(xù)性等特征，對巖體的強度有很大影響。一般來說，結構面發(fā)育愈密集，巖體的完整性愈差，巖體的充填越弱，則巖體的力學性質較差。巖體結構面延續(xù)性及結構面間距分級見表3-2、3-3。表3-2結構面延續(xù)性分級表描述跡長（m）描述跡長（m）延續(xù)很差的<1延續(xù)性好的10～20延續(xù)差的1～3延續(xù)性很好的>20中等延續(xù)的3～10表3-3結構面間距分級表描述間距(mm)描述間距(mm)極密集的間距<20寬的間距600～2000很密的間距20～60很寬的間距2000～6000密集的間距60～200極寬的間距>6000中等的間距200～600根據以上標準對結構面的分級，節(jié)理J1的連續(xù)性差，間距為50cm，為很密的間距；節(jié)理J2與節(jié)理J3延伸都小于1m，說明兩組節(jié)理裂隙的連續(xù)性很低。間距為5-20cm，為極密的間距。且節(jié)理J2與節(jié)理J3的產狀和基本特征一致，可判定為同一組節(jié)理，故把節(jié)理J2和J3歸為一組節(jié)理，為節(jié)理J2。3.3.2巖體結構組合分析大量的工程地質實踐表明，巖體中賦存的軟弱結構面及其組合情況對邊坡穩(wěn)定性有決定性的影響。因此，巖體中軟弱結構面的空間組合關系，結構體形狀和大小，相對于邊坡可能產生滑動的邊界條件和方向的解析是邊坡穩(wěn)定性分析的首要步驟。本文對巖體結構面分析我們主要采用圖解法對巖體結構面組合特征進行分析。該滑坡區(qū)巖體我們采用赤平投影圖的方法對結構面分析。兩組主要結構面與坡面和巖層面的組合關系如圖3-16所示。圖3-16結構面與坡面和巖層面的赤平投影圖（上半球投影）從上圖我們可以看出，巖層面C緩傾坡內，J2與坡面傾向相反，J1傾向坡外。對結構面進行空間組合關系圖解分析，我們可以看出，三組結構面空間組合在赤平投影圖上，有三條交線，分別為oa，ob和om，在投影圖上也有相應的三個交點a、b、m，根據每個交點的投影位置，可做出巖體結構穩(wěn)定性的判斷。巖體中結構面或組合交線的傾向方向與邊坡坡面傾向一致，但它們的傾角小于邊坡角，在這種情況下，斜坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。交點b、m落在斜坡投影線的對側，說明組合交線ob、om的傾向與邊坡的傾向相反對斜坡穩(wěn)定性無影響，屬穩(wěn)定結構；交點a落在坡面投影線的外側，oa線的產狀為319°∠17°。說明節(jié)理J1與層面C的組合交線oa的傾角是小于邊坡角的，根據巖體結構類型，判斷該滑坡后緣巖體為不穩(wěn)定結構組合狀態(tài)，可能使斜坡發(fā)生破壞。當然，不穩(wěn)定結構只表明巖體有產生滑動的可能，并不表示邊坡巖體一定要滑動，這是因為結構面之間還有摩擦力之故。所以不穩(wěn)定結構是否會產生滑動，還必須要通過力學分析最終確定。

第4章滑坡變形破壞模式及形成機制分析4.1強震條件下斜坡變形破壞模式根據黃潤秋等人的研究表明[4]，5.12汶川地震所形成的滑坡變形破化模式為拉裂—順走向滑移型、拉裂—順層（傾向）滑移型、拉裂—水平滑移型、拉裂—水平滑移型、拉裂—剪斷滑移型五種類型，其各類模式如下表所示：表4-15.12汶川地震所形成的滑坡變性破壞方式【4】類型形成條件基本特征拉裂—順走向滑移型緩-中緩傾坡內的層狀巖體；坡內發(fā)育兩組分別與巖層走向和傾向近于平行的陡傾長大結構面，在斜坡踢得某一側具有較好的臨空條件強震作用下，斜坡巖體追蹤順傾向方向的陡傾結構面產生后緣拉裂面，沿巖層走向臨空條件較好的一側發(fā)生滑動。拉裂—順層（傾向）滑移型中—陡傾角的順層斜坡在地震強大的慣性力作用下，斜坡中上段巖體沿順層軟弱面產生拉裂變形，使該面大部分內聚力喪失，隨后在地震動力的持續(xù)作用下沿該拉裂面發(fā)生高速順層滑動。拉裂—水平滑移型近水平緩傾坡外的基巖斜坡在地震力作用下，斜坡后緣產生陡傾坡外的深大拉裂縫，巖體沿此面整體滑出?；乱话愠雎队谛逼轮猩喜?，滑源區(qū)下部一般為一陡坎，滑體以一定出速度水平滑出后，往往會越過陡坎作一段距離的臨空飛躍，呈現出水平拋射特點。拉裂—散體滑移型由灰?guī)r、花崗巖等硬巖組成的斜坡巖體被多組結構面切割成塊體地震力作用下，斜坡淺表層的塊狀巖體震裂松動，進而在持續(xù)的地震動力作用下逐漸散體，直至最后成散體狀真題滑動失穩(wěn)。拉裂—剪斷滑移型反傾坡內的層狀結構斜坡或塊狀結構斜坡在地震力作用下，斜坡后緣產生陡傾坡外的結構面深大拉裂面，進一步地震動力作用使深大拉裂縫底部產生拉裂和剪切滑移變形，形成切層滑移面，并最終沿此面滑移失穩(wěn)。根據本次調查結果，結合本次研究的滑坡，我們可以判斷金河磷礦滑坡屬于拉裂—剪斷破壞方式。主要表現為：以拉裂破壞為主，只在拉裂面底端以剪切破壞為主；滑坡巖體后緣形成深大拉裂縫，拉裂面深大陡直，裂面粗糙，力學上顯張性；地震力作用下整塊巖體從斜坡山頂拋出。圖4-1地震作用下斜坡動力過程圖4-2重力作用下斜坡動力過程我們從圖4-1,4-2可以看出，該類滑坡與重力作用下形成的滑坡不同，在重力作用下，滑坡以剪切滑移為主，其坡頂小段拉裂面，由于受剪切力的作用，往下則光滑，成弧形的剪裂面；表4-2地震作用下與重力作用下滑坡破壞的比較特征類型地震作用重力作用破壞方式拉裂為主剪切為主拉裂縫大小深大微小裂面特征粗糙光滑滑面陡坎弧形滑坡后緣壁陡直，無明顯擦痕臺階狀，有明顯擦痕堆積特征松散堆積堆積較密4.2金河磷礦滑坡形成過程分析該滑坡屬拉裂—剪斷運動型滑坡。地震時，在滑坡后緣出現沿一組陡深直立的結構面形成深大拉裂面，進一步持續(xù)的地震力作用下深大拉裂縫底端產生剪切變形，在節(jié)理裂隙貫通后，斜坡上部巖體脫離母體瞬間，發(fā)出較大響聲?；麦w從滑源區(qū)短暫滑動后，突然水平或斜向上拋出，在空中滑翔一段距離（幾米至數十米）后，向斜坡面低處俯沖著陸，強烈碰撞解體，轉變?yōu)樗樾剂飨蚱履_下運動[4,15]。該滑坡形成過程（見圖4-3、4-4所示）分四個階段：1.巖體震裂松動階段：斜坡上部基巖風化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，在地震力S波和P波共同放大作用下，后緣開始出現拉張裂隙，斜坡后緣表層巖體沿結構面逐漸貫通，形成深大拉張裂縫，在持續(xù)地震力作用下，拉裂縫底端產生剪切變形，形成滑移面，節(jié)理裂隙貫通（見圖4-3（a））。2.啟動拋射運動階段：滑坡體脫離母巖，發(fā)出巨大聲響，并以一定的水平速度突然向外（水平或斜向上）拋出，在空中滑行一定距離。（見圖4-3（b））。（a）震裂松動階段（b）拋射運動階段圖4-3滑坡形成演變過程圖（1）3.落地解體階段滑坡體以巨大的勢能轉化為動能碰撞在斜坡坡面上，著地后并發(fā)生解體（見圖4-4（c））。4．繼續(xù)向前運動堆積階段：解體后的碎屑流繼續(xù)向坡前運動，運動一段距離后堆積于坡腳下，并掩埋了下方小路（見圖4-4（d））。（c）落地解體階段（d）繼續(xù)運動堆積階段圖4-5滑坡形成演變過程圖（2）4.3影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素1．地形地貌該滑坡發(fā)生于陡峭的坡體上部，研究表明[16]：在地震作用下，斜坡上部巖體的地震加速度可以放大，水平加速度可以增加到谷底的2～3倍，易對斜坡產生變性破壞。2．巖體結構面組合特征由4.3節(jié)對巖體結構面組合特征分析，我們可以知道，滑坡后緣巖體結構面組合情況下存在不穩(wěn)定結構組合狀態(tài)，潛在不穩(wěn)定。3．風化卸荷該滑坡為反傾層狀結構巖質滑坡，坡岸頂部巖體在長年累月風化作用下，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體碎裂松動，卸荷回彈，產生了拉裂縫，再加上水的入滲，大大降低了巖體強度。4．地震該區(qū)地震烈度較高，地震烈度大于Ⅸ度．地震水平及垂直加速度都有放大效應，使巖體節(jié)理裂隙貫通，產生拉裂縫，坡頂大塊巖體被地震強大慣性力作用下發(fā)生滑動破壞。地震波由于其波動特性，其振幅與頻率對坡體地震動力響應有十分大的影響作用。一般來說振幅越大，坡體的變形破壞也越嚴重。在一定范圍內，振動的頻率也高，坡體發(fā)生高頻振動也越嚴重，但必須要考慮坡體的固有頻率的大小。根據動力學原理，當荷載頻率與坡體的固有頻率相同時，將會發(fā)生共振現象。對于地震力的方向的影響作用，以往的研究認為垂直地震力的作用小于水平地震力的作用。當水平地震力的方向與坡面相同時，地震力的作用最顯著。5．人類工程活動在滑坡區(qū)內可見采空洞，使斜坡內部巖體卸荷回彈，基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體下方臨空，卸荷裂隙的發(fā)展對斜坡的穩(wěn)定性有一定的影響。開采磷礦隨時有人工爆破，爆破引起山體震動，使巖體震裂松動，巖體節(jié)理裂隙逐漸發(fā)育貫通，易形成危巖體。

第5章地震作用下滑坡運動過程力學模型計算分析5.1簡化滑塊模型圖5-1滑坡塊體簡化計算模型本文所討論的滑坡破壞模式為拉裂—剪斷型滑坡?；轮饕诘卣鹆ψ饔孟拢麦w后緣產生拉裂縫，巖體結構面貫通，在底端產生拉裂和剪切滑移變形，形成切層滑移面，并最終沿此面滑移失穩(wěn)。首先斜坡產生拉裂縫一直貫穿到滑塊底面，當滑塊底部發(fā)生剪切時，整個滑塊與斜坡未發(fā)生破壞的接觸面上已經不存在力的作用，此時在地震的作用下，滑塊可發(fā)生拋射滑動，為了更準確說明其運動過程，對其破壞過程定量分析，本次簡化其計算模型：1）該拋射運動的整塊巖體可簡化為圖5-1的模型。2）假定其垂直及水平向峰值加速度均以相同倍值放大。3）我們從4.1節(jié)分析可知巖體潛在不穩(wěn)定結構面為層面C與節(jié)理J1的交線oa，oa為傾坡外的結構面，傾角為17°，而滑動面的幾何形狀是受結構面產狀控制的。故取滑塊底面傾坡外17°。對該滑塊模型幾何參數進行計算如下：已知滑塊的厚h=50m，巖體的底面傾角為30，滑塊的重心距底面距離h1=22m?；瑝K體積：V=6.743×104m3滑塊的底面面積s=6.743×104/22=3.07×103m5.2滑塊參數選取根據震后對斜坡結構調查，并參考水利水電部門[17]的《巖石力學參數手冊》的原位測試結果、《工程巖體分級標準》GB50218-94、《工程巖體分級標準條文》及運用工程地質類比法，對其巖橋和結構面的物理力學參數進行選取。在滑塊進行脫離拋射時，我們主要考慮滑塊底面的抗剪段強度，其中內摩擦角φ及內聚力為為巖橋和結構面的綜合值。對于巖橋，確定的抗剪斷參數φ1=53°，C1=2.20Mpa;對于結構面，確定的抗剪斷參數為φ2=25°，C2=0.10Mpa;野外實際調查分析，取巖體的連通率n=60%，對其綜合取值內聚力和內摩擦角：tanφ=ntanφ1+（1-n）tanφ2=0.6×tan53°+（1-0.6）×tan25°=0.9845，即φ=44.5°C=0.6C1+0.4C1=0.6×2.20+0.4×0.10=1.36Mpa表5-1巖體物理力學參數選取表指標密度ρ（g/cm3）抗剪斷強度彈性模量（Gpa）泊松比μ抗拉強度（Mpa）內摩擦角φ（°）內聚力C（Mpa）巖體2.7544.51.36450.220.8根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）中的的特征周期表及地震影響曲線。特征周期應根據場地類別和設計地震分組按表5-2采用，計算89度罕遇地震作用時，特征周期應增加0.05s。表5-2地震特征周期值（s）設計地震分組場地類別ⅠⅡⅢⅣ第一組0.250.350.450.65第二組50.75第三組0.350.450.650.9取地震力單次作用時間為地震特征周期的5倍[15]，汶川地震發(fā)震區(qū)屬設計地震分組的第一組，該區(qū)為Ⅱ類場地，因此特征周期為0.35s，由于該區(qū)地震烈度為Ⅸ度，該區(qū)的特征周期取0.40s。故可取地震力作用于塊體直接接觸時間T=5×0.40=2.0s。由汶川地震烈度分布圖可知，該滑坡處于地震烈度Ⅸ度區(qū)，取地震時最大地震動峰值加速度為a峰=0.4g。5.3滑塊運動過程計算分析5.3.1高程放大效應邊坡的高程放大效應是由于邊坡自由面的反射作用形成的;1971年美國Davisetal.在SanFernando地震的余震測量中發(fā)現山頂的地震加速度比山腳成倍地增長[18]；國外卡格爾山山上和山腳兩點的強余震速度觀測記發(fā)現，山頂上地震持續(xù)時間顯著增長，放大效應顯著，并且位移、速度、加速度三量的放大效應不同；高野秀夫斜坡地震效應的觀測結果表明：斜坡上的地震烈度相對于谷底約增加1度左右，在角度超過15°的圓錐狀山體的上部點位移幅值與下部點相比，局部譜段位移增加高達7倍[19]；王存玉[20]等的振動模型實驗表明：斜坡頂部對振動的反應幅值較之斜坡底部存在明顯的放大現象(垂直向放大)，坡的邊緣部位對振動的反應幅值較之內部(處于同一高度上的兩點比較)也存在放大現象(水平向放大)。利用水工規(guī)范(SDJ10-78)推薦的反應譜，通過大量數值模擬，何蘊龍[21]等通過動力有限元法發(fā)現了“巖石邊坡的地震動力系數并不隨坡高增高而單調增大”，并且得出了“坡高約100m時坡頂最大動力系數達到最大值，坡高超過100m時動力系數反而有所降低。但總的來說，巖石邊坡動力系數對坡高變化是不敏感的，在工程常見的坡高范圍內邊坡動力系數的變化不太的”結并基于此提出了巖質邊坡地震作用的近似算法.等等[22-23]這些方法理論研究了邊坡性態(tài)對動力反應量的分布影響,均證明了邊坡高程放大效應的存在。黃潤秋等[24]利用GIS技術對“5.12”汶川大地震大量次生地質災害的分布與距發(fā)震斷裂距離、坡度、高程、巖性等因素的關系進行統(tǒng)計分析，研究得出：地震地質災害與高程和微地貌具有很好的對應關系，大部分災害發(fā)生在高程1500～2000m以下的河谷峽谷段，尤其是峽谷段的上部(即寬谷向峽谷的轉折部位)，單薄的山脊以及孤立或多面臨空的山體對地震波最為敏感，具有顯著的放大效應，這些部位崩塌滑坡最為發(fā)育。這些研究表明：斜坡在地震作用下存在高程放大作用。5.3.2計算極限狀態(tài)下地震加速度我們根據相關資料[10]的計算公式及方法，假設地震力為F合，分解為水平地震力F和垂直地震力F＇,它們之間的的夾角為α。由于滑塊的抗拉強度較小，在計算過程中忽略不計。圖5-3作用于模型上的力系滑塊質量：m=ρV=2.75×103×6.743×104=1.854×108kg滑塊重力：G=mg=1.854×108×9.8=18.172×108N滑塊對滑面的壓力：N=Gcos17°－F＇cos17°－Fsin17°＝17.377×108－0.956F＇－0.292F抗滑力：f抗=(17.377×108－0.956F＇－0.292F)tan44.5°+1360×3.07×103m2我們假設滑塊處于極限平衡狀態(tài)，則滑塊的抗滑力等于滑塊的下滑力：==1，即在極限狀態(tài)下f滑=f抗對平行于滑面方向上分解以上各力，可得到下滑力為：f滑=Fcos17°+Gsin17°－F＇sin17°；運用上述等式可得：Gsin17°+Fcos17°－F＇sin17°=(17.377×108－0.956F＇－0.292F)tan44.5°+1360×3.07×103在地震力作用下，一般斜坡巖體要具有較大的水平地震力才能使物體脫離母巖拋射出，水平地震力對斜坡的影響很大，且水平地震作用大于垂直地震作用。根據建筑設計抗震規(guī)范，我們假定未經地震放大時的垂直地震力F＇為水平地震力F的0.5倍，其在兩個方向上地震放大倍值相同，則α=arctan0.5。要使滑塊處于極限狀態(tài)的水平力地震F，計算得：F=7.218×108N極限狀態(tài)下的水平地震加速度為：=3.893m/s2=0.397g從計算結果可知，a<a峰=0.4g，我們可以判斷出在地震水平加速度大于0.397時就能使滑坡塊體發(fā)生破壞，汶川地震時的地震峰值加速度達到了斜坡破壞的極限狀態(tài)。5.3.3計算放大后的地震加速度斜坡上地震峰值加速度存在垂直及水平方向的放大效應，且其空間加速度放大倍數約等于水平放大倍數。根據王運生[15]對地震高位滑坡形成條件及拋射運動程式研究分析可知，當斜坡水平及垂直向地震加速度放大量值均大于重力加速度時，放大的P波和S波使斜坡巖土體形成貫通結構面，垂直加速度等于或大于重力加速度作用，才能使斜坡發(fā)生拋射運動。有上述分析可知：只有當地震垂直加速度大于或等于重力加速度時，滑坡才會發(fā)生拋射破壞。我們假設極限狀態(tài)下水平地震加速度放大后為重力加速度的n倍，則當水平地震加速度a=ng時，垂直地震加速度a′=ng/2。即當a′≥g時滑坡才會發(fā)生拋射，即當n≥2時滑坡體才能發(fā)生拋射。當n≥2時，作用在滑體的合力在水平方向的分力F1為：F1=ma1=m（ng-0.397g）=1.8172(n-0.397)×109N則垂直方向的分力F2=ma2=mg（n/2-1）=9.086（n-2）×108N根據沖量定理(F1t和F2t為沖力)，水平和垂直方向的初速度為V1和V2分別為：V2=9.8×（n-2）m/sV1=19.603（n-0.397）m/s該滑塊拋射過程時，在山前運動的垂直高度為40m，則塊體在空中的運動時間t應滿足：H=，則t=該滑塊運動的水平位移為150m，L=V1t=19.603（n-0.397）×用反算的方法，我們可以計算得出，地震水平加速度放大倍數n≈2.94。5.3.4滑坡力學模型計算分析地震加速度放大后，水平地震加速度為重力加速度的2.94倍，則地震垂直向加速度為a’=n/2g=1.47g>g由此可以根據上述依據判斷，地震垂直向加速度放大后值大于重力加速度，故我們可以判斷該滑坡山頂巖體可能以拋射式滑動。5.4小結：本章通過對地震作用下滑坡運動過程模力學模型簡化并受力分析，了解5.12汶川地震時金河磷礦滑坡的破壞力學過程，對本章總結如下：1、滑坡塊體沿著潛在不穩(wěn)定結構面oa交線發(fā)生破壞，簡化滑塊模型可以計算出在地震作用下的極限水平地震加速度值a=0.397<a峰=0.4g，可以判斷斜坡在大于0.397g的地震加速度下就可以使該斜坡發(fā)生破壞，汶川地震峰值加速度達到了斜坡破壞的極限加速度。2．大量研究表明，斜坡在地震力作用下，存在加速度高程放大作用，且水平加速度大于垂直加速度。只有當放大后地震垂直加速度大于或等于重力加速度時，斜坡才發(fā)生破壞。3．假設極限狀態(tài)下的水平地震加速度放大后為重力加速度的n倍，計算得出n=2.94，則垂直加速度為a’=n/2g=1.47g，則分析可知斜坡以拋射運動方式發(fā)生

第6章強震區(qū)同類邊坡防治措施與建議6.1邊坡防治原則在中國西南部地區(qū)，發(fā)育有鮮水河、龍門山斷裂帶，處于構造運動較強烈地區(qū)，地震活動較頻繁。自5.12汶川地震，誘發(fā)了大量滑坡、崩塌和泥石流等地質災害問題，使鐵路、公路和水利水電等大量建筑設施遭受破壞，地震后大量邊坡處于欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)，而5.12地震后余震接連不斷，隨時都有次生地質災害發(fā)生。為了保證邊坡的穩(wěn)定性,避免危害性的變形與破壞,采取防治措施是必要的。特別是對于該類滑坡，只有經過詳細的調查和分析計算后,才能制定出切合實際的防治措施?？傊?治理邊坡應該堅持以防為主、綜合治理、及時處理的原則。6.2地震邊坡防治建議該類邊坡的治理可采取提高其抗滑力和減小其下滑力等方法。提高滑坡的抗滑力，可以采用壓腳、擋墻、掛網等項加固措施和方法；減小滑坡的下滑力，則可采用削方和減載等降低滑體重心的方法。加強地面和地下排水是同時可提高滑坡抗滑力和降低滑坡下滑力的有效工程措施。另外，沿坡面加做簡單、有效的護坡措施對確保山體邊坡的持續(xù)穩(wěn)定性也十分重要，但僅僅鋪設被動防護網是不可靠的?，F對滑坡防治方法分別簡述如下：（1）減荷、壓載工程。對坡體進行減荷壓載，通常都是整治巖石滑坡的首選措施。其優(yōu)點是簡單易行、經濟、安全可靠，且又治理效果好。對于滑床呈上陡下緩、滑體頭重腳輕的推移式滑坡，可以在滑體上部的主滑段作削坡減載，或在下部的抗滑段加填壓腳。這些在破碎巖石滑坡中都是非常有效的。減重法一般更適用于滑床為上陡下緩而滑坡體的后壁及其兩側又有較為穩(wěn)定的大塊巖土體支撐的邊坡。（2）治水工程。目前治水的主要措施是采用截、排和護等多種方法以及它們的組合采用。“截”就是在滑坡體可能發(fā)展的邊界外的穩(wěn)定坡段設置截水溝等；“排”就是在滑坡區(qū)內充分利用自然溝谷，設置排水系統(tǒng)，布置垂直和水平（或斜向）的鉆孔群等以排除滑體內的地表水和地下水；“護”就是采取各種形式的護坡措施，防止強降雨和地表水對滑坡坡面的沖刷。經?？山Y合采用以上幾種手段以達到更好治水的目的。（3）抗滑工程。設置支擋結構（擋墻等）是處置邊坡受震后次生滑坡災害的一項主要工程措施。它的優(yōu)點是可以從根本上解決坡體后續(xù)的長期穩(wěn)定性問題，達到基本根治的目的。設置支擋結構，如抗滑片石垛、抗滑擋墻等以支擋滑體，或借助于樁體與周圍巖土的共同作用把滑坡推力傳遞到深部穩(wěn)定地層，利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動抗力以平衡滑坡推力，使滑坡保持持續(xù)穩(wěn)定。設置支擋結構能做到較少地破壞原有山體，有效改善巖質滑坡的力學平衡條件。（4）防護。柔性支護網、普通格構＋掛網錨噴防護，多數情況下都適用于軟質坡體或雖石質堅硬但巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、自穩(wěn)性差的巖質邊坡。（5）避讓措施。根據工程的特點和經濟、社會效益的對比，采取相應的工程措施對邊坡預期治理效果不大，施工困難、復雜，且不經濟，可選擇建筑設施避讓措施。

結論本文以金河磷礦滑坡為例，對該滑坡進行了野外實地調查，并對資料收集整理后，較全面的總結了該滑坡區(qū)域的基本工程地質條件、坡體結構和巖體結構特征，對滑坡在強震作用下的變形破壞模式及形成機制進行了研究，并對滑坡運動過程力學模型進行計算分析，最后對該類滑坡提出防治措施及建議。對本文研究后得到了以下結論：1．金河磷礦滑坡屬于龍門山地震活躍帶范圍內，位于金河磷礦附近，石亭江左岸溝谷上游?；缕履_處高程為1080m，距石亭江高差為170m；滑坡橫向長度為250m，縱向長度為180米，堆積體最大厚度10~15m，滑坡體積為6.743×104?；潞笮逼缕陆谴蠹s為40~50度，滑坡主方向為280度。5.12汶川地震時發(fā)生滑動破壞。2．該滑坡為巖質滑坡，巖體結構組合特征為影響滑坡的主要因素之一。該滑坡后緣區(qū)巖體發(fā)育三組結構面：節(jié)理J1：N35°W/SW∠72°、節(jié)理J2：N10°E/SE∠50°和節(jié)理J3：SN/E∠近直立。該巖體層面C產狀為N70°W/NE∠30，該滑坡體坡體傾向為280°，坡角為45°。對其用圖解法赤平投影分析，節(jié)理J1與層面C的組合時形成的交線oa為巖體潛在不穩(wěn)定結構組合狀態(tài)，產狀為319°∠17°，該組結構可能使斜坡發(fā)生破壞。3．滑坡在強震條件下的破壞模式為拉裂—剪斷型；地震時，上部巖體脫離母體瞬間，發(fā)出較大響聲?；麦w從滑源區(qū)短暫滑動后，突然水平或斜向上拋出，然后向斜坡面低處俯沖著陸，強烈碰撞解體，轉變?yōu)樗樾祭^續(xù)流向坡腳下運動。4．對地震時滑坡后緣巖體進行力學模型進行反演分析，得出使滑坡塊體發(fā)生拋射運動的臨界地震