重庆某居民小区2号滑坡稳定性分析与评价.pdf

第 31 卷第 2 期 Vol. 31 No. 2 2010 青 岛 理 工 大 学 学 报 Journal of Qingdao T echnological University 重庆某居民小区 2 号滑坡稳定性分析与评价 侯大伟1, 王 锐1, 刘云鹏2, 段永坤2 1. 重庆市勘测院, 重庆 400020; 2. 成都理工大学 环境与土木工程学院, 成都 610059 摘 要 以重庆某在建居民小区 2号滑坡为例, 在对滑坡地质特征研究的基础上, 分析判断滑坡的变形破坏机 制. 通过试验和反演分析综合确定岩土的力学参数取值, 采用基于极限平衡理论的传递系数法对滑坡的稳定 性进行定量计算, 并通过数值模拟进一步验证, 为防治工程提供依据. 关键词 滑坡; 变形机制; 稳定性; 数值模拟 中图分类号 P642. 22 文献标志码 A 文章编号 1673 4602 201002 0038 06 Stability Analysis and uation of No. 2 Landslide in a Residential Area in Chongqing HOU Dawei1, WANG Rui1, LIU Yunpeng2, DUAN Yongkun2 1. Chongqing Institute of Survey 2. College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China AbstractTaking No. 2 landslide in a residential area under construction in Chongqing as an example, on the basis of the study on their geological features and deation, the failure mechanisms are analyzed and judged in this paper. The comprehensive mechanical parameters value is determined through testing and geotechnical analysis. Based on limit equilibrium theory of the transmission coefficient, the paper quantitatively calculates the stability of the landslide, and further validates the calculation through numerical simulation, which provides reference for prevention construction. Key words landslide; deation mechanism; stability; numerical simulation 收稿日期 200906 17 作者简介 侯大伟 1974 , 男, 重庆铜梁人. 工程师, 研究方向为岩土工程. E mail houdawei 163. com. 滑坡稳定性分析的主要任务是进行滑坡稳定性计算、 评价当前滑坡的稳定状态和可能的发展变化趋 势, 以便为滑坡治理工程设计提供依据. 目前, 滑坡稳定性分析的方法有很多, 但应用最为广泛和有效的主 要有两种, 即基于刚体极限平衡理论的条分法和弹塑性理论数值分析方法, 我国相关规程规范对滑坡稳定 性评价的方法基本上都采用条分法[ 15]. 本文在对滑坡变形破坏机制进行分析的基础上, 采用传统计算和 数值模拟相结合的综合方法确定岩土体的物理力学参数取值, 评价滑坡的稳定性, 希望为类似工程提供参 考. 重庆某建筑小区施工过程中, 形成三处滑坡并发生一处砂岩陡坎崩塌, 其中以 2 号滑坡尤为典型, 由于施工和降雨作用前期发生了明显变形, 而且有进一步滑动破坏的可能, 对下方人员及建筑设施的 安全构成潜在威胁 见图 1 . 因此, 有必要对滑坡的变形机制和稳定性进行分析评价, 为防护设计提供 参考依据. 第 2 期 侯大伟, 等 重庆某居民小区 2号滑坡稳定性分析与评价 图 1 2号滑坡工程地质平面 1钻孔编号、 标高、 深度及土层厚度; 2剖面线及编号; 3 滑坡周界线及滑坡编号; 4 崩塌体、 凹岩腔界线及其编号; 5 岩性分界线; 6 滑坡拉裂 缝及其编号; 7岩层产状; 8 裂隙产状; 9 第四系全新统填土层; 10第四系全新统残坡积层; 11 第四系全新统崩坡积层; 12 侏罗系中统沙溪 庙组; 13砂岩 1 地质特征 1. 1 地形地貌 滑坡所在区为构造剥蚀浅丘地貌, 地面高程 278 325 m. 西侧一条砂岩形成的陡崖从北向南延伸, 总 体走向为南北向, 倾向东, 陡崖高 10 15 m, 总体坡角 55 65 . 陡崖前缘为地形总体坡角 15 25 的斜坡, 斜坡前缘由于人工开挖形成了高 8 13 m 的人工边坡, 该边坡现状坡角 24 42 . 地形受岩性控制明显, 砂岩形成陡崖, 泥岩和崩坡积土层形成缓坡. 1. 2 地层岩性 滑坡区内的岩土包括 第四系全新统的人工填土层 Q4ml , 残坡积层 Q4el dl , 崩、 坡积层 Q4col dl , 侏 罗系中统沙溪庙组 J2S 砂岩和砂质泥岩. 1. 3 地质构造 勘察区位于金鳌寺向斜东翼, 岩层产状 260 10 . 基岩中发育的构造裂隙主要有以下两组 J1 60 80 55 70 , 裂隙面平直, 多闭合, 部分张开 10 20 mm, 图 2 2 号滑坡全貌 黏性土或岩屑充填, 结合一般或较差, 裂隙密度 0 5 1条/ m, 延伸约 2 5 m. J2 130 145 70 85 , 裂隙 面较粗糙, 多呈闭合状, 局部张开 5 20 mm, 黏性土 或岩屑充填, 结合一般或较差, 裂隙间距 1 2 m 不 等, 延伸约 2 3 m. 2 滑坡形态特征 2. 1 滑坡边界和规模 滑坡东西宽约 35 50 m, 南北长约 80 m, 平面面 积约 3420 m 2, 滑体厚 75 12 1 m, 体积约 27∀ 104 m3, 属于小型滑坡, 其平面呈舌形 见图 2 . 滑坡后缘 39 青 岛 理 工 大 学 学 报第 31 卷 有 1 条长约 80 m 的拉张裂隙, 裂隙张开 10 30 cm, 裂面倾角约 70 , 裂隙深度 2 2 5 m, 形成高 0 8 1 2 m 的后缘壁, 后缘壁为砂岩面. 现场调查, 本滑坡前缘新建道路的西侧幅上拱 10 15 cm, 东侧幅被推 移约 30 cm; 北部前缘坡脚在大气降雨后有地下水渗出, 为本滑坡的剪出口. 2. 2 滑体和滑床特征 滑体厚 7 5 12 1 m, 平均厚度约 10 m, 从 1 1、 2 2、 3 3 剖面图可以看出, 滑体在纵向上具呈柳 叶状, 中部厚, 前后缘薄, 横向上呈中部较厚、 两侧较薄的特点. 滑体物质主要由第四系全新统崩坡积层粉 质黏土夹碎块石组成, 碎块石含量 50 80, 粒径从 10 1000 mm, 最大可达 3 m, 次棱角状, 为崩积 体, 强 中等风化, 其砂泥岩块石层理倾角 25 30 , 明显大于区域岩体倾角, 该层在底部粗颗粒显著减 少, 以粉质黏土为主, 呈软 可塑状. 沿主滑方向滑床呈折线状, 中上部陡, 下部较缓, 平均倾角 13 25 , 滑床为基岩. 2. 3 滑带土和滑面特征 据钻孔揭露, 滑带厚度015 0 26 m. 滑带多由紫褐色粉质黏土组成, 粉质黏土可塑 软塑状态, 在 2 号滑坡勘察中共施工钻孔 8 个, 其中 4个钻孔中均见有明显的挤压搓揉现象. 从 2 2、 3 3剖面图可知 滑面呈折线形, 中上部陡, 下部较缓, 总体上滑面倾角为 20 . 2. 4 滑坡水文地质特征 区内地表水不发育, 地下水以松散岩类孔隙水为主, 由于地形切割强烈, 滑体物质以崩坡积物为主, 含 水性差、 透水性强, 水量贫乏. 大气降水部分通过地面裂缝渗入滑体内, 并向坡脚地形低洼处排泄, 由于路 径短, 水体在滑体内潴留时间短, 据观察, 一般在雨后 5 6 h, 滑坡前缘即基本无水流出. 3 滑坡影响因素及变形机制分析 3. 1 滑坡影响因素分析 从所处的地质环境条件、 发生时间、 诱发因素及变形规律, 分析滑坡形成的因素主要有地形地貌、 地层 岩性、 坡体结构及气象与水文条件等. 1 滑体物质主要由崩坡积层砂岩、 泥岩碎块石和少量粉质黏土组成, 碎块石含量高达 50 80, 底 部则以粉质黏土为主, 粉质黏土遇水后, 抗剪强度降低, 易于形成滑面 带 . 2 区内地形总体呈陡 缓 陡型, 中后部地形较陡, 地形坡角 40 60 , 坡体中前部稍缓, 坡角在 5 20 , 前缘陡坡临空, 这种斜坡形态为滑坡的形成创造了有利的空间条件. 3 重庆市 2006 年遭遇百年不遇的干旱, 滑坡所在斜坡表层土体严重开裂, 而滑坡发生前后的 2007 年 6月又连续降雨, 坡面无排水系统, 且上部土层结构松散、 孔隙大, 雨水易于下渗, 由于下伏基岩为相对隔 水层, 地表水入渗到泥岩顶面时受阻, 顺岩土分界面运移, 滑带土亲水矿物产生崩解、 软化, 强度降低, 促使 坡体变形. 3. 2 滑坡成因机制分析 2006 年小区修建时在本区域形成高 5 7 m、 坡角约 45 的边坡, 使斜坡前缘临空, 阻滑力减小, 2007 年 5 月为修建西侧小区道路, 向西侧平整场地, 进一步开挖边坡, 改变了斜坡原有的应力状态, 应力进一步 集中, 促使坡体发生变形, 边坡形成后没有进行支护, 使得斜坡的变形逐步加剧, 2007年 6月 16 日 19 日 该区域连续降雨, 滑体土层饱和, 雨水沿裂面下渗至基岩面, 浸润基岩面上土体, 从而降低了土体的抗剪强 度, 岩土体沿基岩面产生整体滑动, 形成该滑坡, 故该滑坡属工程滑坡 [ 6] . 1 模型构建. 有限元数值模拟的地质模型采用滑坡中具有代表性的 2 2剖面, 构建的有限元模型如 图 3 所示, 各岩土体的物理力学参数见表 1. 表 1 岩土体物理力学参数 岩土体名称弹性模量/ kPa泊松比内聚力/ kPa摩擦角/ 容重/ kN ∃ m3 粉质黏土夹碎块石5e20. 4522. 319. 5621. 0 砂岩 2. 8e30. 201590. 0035. 9425. 9 2 计算结果分析. 从图 4 所示的暴雨工况最大剪应变特征来看, 整个滑坡范围底部已经形成了一条最 40 第 2 期 侯大伟, 等 重庆某居民小区 2号滑坡稳定性分析与评价 大剪应变显著增高带, 主要沿粉质黏土夹碎块石土的底界限分布. 据一般滑坡失稳的基本规律, 对于这种 由松散结构的岩土体组成的滑坡, 其失稳破坏多表现为沿最大剪应变增高带的剪切破坏为主, 因此, 计算 结果表明降雨条件下具备失稳滑动的可能. 4 稳定性分析与评价 4. 1 滑坡变形动态分析 滑坡形成于连降暴雨期间, 地面及民房出现拉裂缝, 滑坡处于强变形 滑动阶段, 地面裂缝扩大, 缝壁 时有跨塌. 该滑坡的稳定性与多个因素有关, 主要为滑体结构、 滑带土强度、 滑面形态、 主滑段、 抗滑段滑体 质量、 地下水及人类工程活动等, 对滑坡进行综合定性判断, 其结果为滑动变形阶段. 4. 2 滑坡稳定性计算 4. 2. 1 滑带土抗剪强度 本次计算采用室内试验值、 2 2 和3 3剖面联立求解并结合经验值等综合确定滑带土的抗剪强度参数. 1 室内试验值. 饱和快剪峰值 111 , c 25 7 kPa. 饱和快剪残余值 10 0 , c 186 kPa. 2 反演分析. 联立 2 2和 3 3断面恢复坡体极限平衡状态进行反演分析 [ 7] , 反演时取 Fs 100. 通 过恢复山体极限平衡反演计算得到滑带土的黏聚力、 内摩擦角 9 56 , c 22 31 kPa. 3 敏感性分析. 取滑带土 c 14 28 kPa, 6 14 , 以滑带土 c 22 31 kPa, 956 状态时稳定系 数 Fs 1 00 为基准值, 进行 c、 值的敏感性分析, 其分析结果见表 2、 表 3, 其中敏感系数按下式计算 S 1 2 ∀ 100 1 式中 S 敏感系数; 1 Fs Fs0 ; 2 | X | Xmax- Xmin ; X 某因素变化量; Fs Fs对应 X 的变化量; Fso Fs的基准值; Xmax- Xmin 某因素最大变化量. 表 2 值敏感性分析结果 / 6. 007. 008. 009. 009. 5610. 0011. 0012. 0013. 0014. 00 Fs 0. 790. 850. 910. 971. 001. 031. 101. 161. 221. 29 S/ 47. 1947. 1946. 6742. 86-58. 1852. 7852. 1352. 0952. 25 由上述计算结果可知 c、 值与稳定系数之间存在明显的线性关系; c 值对滑坡稳定性敏感系数为 26 67 3314 , 值对滑坡稳定性敏感系数为42 86 58 18, 说明滑动面内摩擦角 值对滑坡 稳定系数影响更显著. 41 青 岛 理 工 大 学 学 报第 31 卷 表 3 c 值敏感性分析结果 c/ kPa14. 0016. 0018. 0020. 0022. 3124. 0026. 0028. 00 Fs0. 830. 870. 920. 961. 001. 041. 081. 12 S/ 28. 8128. 4027. 2926. 67-33. 1431. 1130. 26 4 计算综合取值. 滑坡的试验值为滑体 土的试验结果, 而滑体土含碎石、 角砾较滑带 土多, 故反演分析滑带土的内摩擦角较试验 结果小, 黏聚力较试验结果大. 反演分析的抗 剪强度指标更接近于实际情况, 故 2 号滑坡 稳定性计算选用反演分析的抗剪强度指标. 4. 2. 2 稳定性计算 经分析滑坡的岩、 土状态, 选定如下的两种工况进行滑坡稳定性计算 表 4 滑坡稳定性计算结果 计算断面工况1 稳定系数工况 2 稳定系数 1 11. 000. 97 2 21. 000. 96 3 31. 010. 94 工况 1 现状工状; 工况 2 暴雨工况. 滑坡滑面形态呈折线型, 故采用传统基于极限平衡 理论的折线型滑带的传递系数法来计算滑坡的稳定性, 计算结果见表 4. 采用通用岩土体软件 GEOSLOPE, 对计算结果进 行验证, 计算方法采用常用的垂直条分法如 Bishop 法、 Janbu 法、 M- P 法, 计算结果见表 5. 表 5 滑坡岩土体不同工况条件下稳定性计算结果 计算方法 1 1剖面 工况 1工况 2 2 2 剖面 工况 1工况 2 3 3 剖面 工况1工况 2 一般条分法1. 0520. 9661. 0380. 9401. 1250. 921 Bishop法1. 0600. 9751. 0740. 9821. 1390. 939 Janbu 法1. 0410. 9591. 0060. 9191. 0980. 904 M - P 法1. 0740. 9871. 0590. 9631. 1420. 939 4. 3 滑坡稳定性评价 由于滑坡发生后可能造成的损失中等, 危害对象为坡下小区道路和 1 栋 6 层在建居民住宅楼, 为较重 要建设项目, 因此该滑坡防治工程级别为二级, 安全系数值取 1 15. 通过对滑坡稳定性计算, 滑坡在勘察时稳定系数为 1 00 1 10 之间, 即极限平衡的欠稳定 不稳定 状态. 若考虑持续降雨, 滑体的稳定性系数降低, 其系数为 0 90 097, 处于不稳定状态. 滑坡稳定性现状 与滑坡稳定性计算评价吻合. 5 防治措施及建议 治理滑坡要根据不同的滑坡类型、 地质条件、 影响范围、 防治目的等多种因素综合考虑, 有针对性地采 取措施, 达到治理或预防的目的. 滑坡治理的方法多种多样, 归纳起来可分为排水方法、 削坡减载和反压坡 脚、 支挡支护方法、 化学加固法等 [ 812] . 因本滑坡推力大 经过计算滑坡推力可达 328 414 kN/ m , 可采取对滑坡体后缘进行削坡减载的方 法处理, 按照低于 12 0 的坡率刷坡, 然后根据推力大小选择抗滑桩或重力式挡土墙支护; 由于滑坡周围 汇水面积大, 在滑坡带上缘或两侧需要布设地面截水沟, 以拦截滑坡体周边地表径流进入滑坡体, 同时应 对区域内的拉张裂隙进行回填封闭处理, 避免雨水沿裂隙渗入滑面. 6 结论 1 2 号滑坡主要由第四系全新统崩坡积层粉质黏土夹碎块石组成, 底部则以粉质黏土为主, 粉质黏土 遇水后, 抗剪强度降低, 易于形成滑面. 坡体前缘由于施工开挖破坏了其阻抗作用, 因此, 连续降雨作用促 42 第 2 期 侯大伟, 等 重庆某居民小区 2号滑坡稳定性分析与评价 使其变形滑动. 滑坡现状的评价结果为不稳定 欠稳定, 暴雨工况处于不稳定状态, 坡体将产生滑动, 必须 对其进行治理. 2 根据 2 号滑坡体的实际情况, 并综合考虑施工条件、 治理效果和经济因素, 采用滑坡后缘削坡减载 前缘抗滑支挡 地表排水的综合治理措施. 3 应该在野外地质深入调查和揭露的基础上, 分析判断滑坡的变形机制, 对岩土体物理力学参数取值 采用室内试验、 反演、 类比当地相似工程经验相结合的方法综合确定, 根据变形失稳特征确定合理、 有效、 经济的治理措施, 保障生命财产安全, 避免生态环境遭受破坏. 参考文献References [ 1] 夏泽群, 谭黎明, 费天伟. 三峡库区秭归某滑坡地质特征及稳定性分析[ J] . 南华大学学报 自然科学版, 2007, 21 3 48 52. XIA Zequn, T AN Li ming, FEI T ianwei. Analyzing the Stability and Geological Features of Some Landslide in Zigui County Sanxia Reservoir District[ J] . Journal of University of South China Science and T echnology, 2007, 21 3 48 52. [ 2] 陈胜, 邓华锋. 某库岸滑坡稳定分析及治理措施研究[ J] . 三峡大学学报 自然科学版, 2008, 30 6 41 44. CHEN Sheng, DENG Huafeng. Stability Analysis of a Reservoir Landslide and Research on Treatment M easures[ J] . J of China T hree Gorges U niv Natural Sciences , 2008, 30 6 41 44. [ 3] 臧亚君, 刘东燕, 蒋克锋. 重庆矿区矸石山滑坡成因分析[ J] . 地质与勘探, 2008, 44 4 87 92. ZANG Yajun, LIU Dongyan, JIANG Kefeng. Cause Analysis of Coal Gangue Landslide in the Donglin Coal Mine, Chongqing[ J] . Geology and Prospecting, 2008, 44 4 8792. [ 4] 王荣鲁, 王启胜, 陈淑奎, 等. 长江三峡区八字门滑坡稳定性分析与评价[ J] . 青岛理工大学学报, 2007, 28 5 9 13. WANG Ronglu, WANG Qi sheng, CHEN Shu kui, et al. Influencing Factor and Stability uation of the Bazimen L andslide in the T hree Gorges Reservoir Area[ J] . Journal of Qingdao T echnological University, 2007, 28 5 9 13. [ 5] 杨火平, 曹伟轩. 开挖及降雨对古树包滑坡的形成影响分析[ J] . 资源环境与工程, 2008, 22 增刊 164 169. YANG Huoping, CAO Weixuan. Analysis of Ex cavation and Rainfall Impact on the ation of Gushubao Landslide[ J] . Resources Environment Engineering, 2008, 22 Suppl. 164169. [ 6] 殷坤龙, 汪洋, 唐仲华. 降雨对滑坡的作用机理及动态模拟研究[ J] .地质科技情报, 2002, 22 1 75 78. YIN Kunlong,WANG Yang, TANG Zhonghua. Mechanism and Dynamic Simulation of Landslide by Precipitation[ J] . Geological Sci ence and Technology Ination, 2002, 22 1 75 78. [ 7] 易朋莹, 王凯, 任佳, 等. 基于传递系数法的滑坡滑带土强度参数反分析研究[ J] . 中国地质灾害与防治学报, 2008, 19 4 2332. YI Pengying, WANG Kai, REN Jia, et al. Research on Anti Analy sis of the Landslide s Strength Parameter T hrough Transferring Co efficient M ethod[ J] . T he Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2008, 19 4 23 32. [ 8] 刘永春, 翁记昌, 王鑫. 重庆市开县龙王坪滑坡地质特征及勘察治理[ J] . 中国地质灾害与防治学报, 2009, 20 1 39 45. LIU Yongchun, WENG Ji chang, WANG Xin. Geological Features and Investigation Manag ement of Longwangping Landslide in Kaix ian, Chongqing[ J] . The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2009, 20 1 3945. [ 9] 殷鸿福, 唐辉明, 陈水文, 等. 三峡库区巴东县城黄土坡前缘斜坡稳定性预测与防治对策研究[ R] . 武汉 中国地质大学, 1997. YIN Hongfu, TANG Hui ming, CHEN Shui wen, et al. T he Study of Stability Prediction and Control Countermeasures of Front Lo essSlope in T hree Gorges Reservoir Area Badong County[ R] . Wuhan China U niversity of Geosciences, 1997. [ 10] 郭长庆, 梁勇旗, 魏进, 等. 公路边坡处治技术[ M] . 北京 中国建筑工业出版社, 2007. GUO Changqing, LIANG Yongqi, WEI Jin, et al. Highway Slope Treatment T echnology[ M ] . Beijing China Architecture Build ing Press, 2007. [ 11] 杨航宇, 颜志平, 朱赞凌, 等. 公路边坡防护与治理[ M ] . 北京 人民交通出版社, 2002. YANG Hangyu, YAN Zhi ping, ZHU Zanling, et al. Highway Slope Protection and Control[ M ] . Beijing China Communications Press, 2002. [ 12] DZ/ T 0219 2006, 滑坡防治工程设计与施工技术规范[ S] . DZ/ T 0219 2006, Technical Specifications of Landslide ControlEngineering Design and Construction[ S] . 英文校审 刘学云 43