滑坡地质灾害勘查分析与防治建议

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  摘 要:以湖北省秭归县郭家坝的墨槽滑坡为例,对其地质灾害情况进行了勘查与分析,提出了相关的防治措施,与同行交流。
  关键词:滑坡;勘查;防
  墨槽滑坡位于湖北省秭归县郭家坝镇西南方向约3.5km处的长江支流童庄河右岸,秭归县郭家坝镇头道河村二组。滑坡范围坐标为:X=3424040~3424379,Y=37474552~37474740。该滑坡主要表现为局部的、小规模的地面裂缝、局部坍滑(塌)(共5处),主要受库水位波动及持续降雨影响,严重威胁了当地群众的安全,对生态也造成一定损坏,笔者所在单位在相关部门委托下展开了墨槽滑坡的防治工程勘查工作,文章就这次勘察进行了综合分析。
  一、地质灾害概况及危害情况
  墨槽滑坡前缘高程128m左右,已被库水位淹没,后缘高程235m。滑坡纵向长314m,横向宽80~160m,主滑方向为329°,滑体分布面积4.04×104m2,滑体均厚12.86m左右,体积52.0×104m3,为中型土质滑坡。墨槽滑坡自1997年起时有变形发生,2003年三峡水库蓄水以来,滑坡变形有加剧趋势,已造成老334省道路面开裂、外侧挡墙损毁、省道沿线电杆倾伏。现阶段滑坡变形主要集中在老334省道及以下地带,表现为老334省道路面开裂、省道外侧产生拉张裂缝、滑坡前缘发生小型坍滑等。滑坡主要威胁头道河村二组2户村民生命财产安全、新老334省道交通安全及童庄河航运安全,预估经济损失约623万元。根据《三峡库区地质灾害防治工程地质勘查技术要求》(三峡库区地质灾害防治工作指挥部,2012年7月)该滑坡危害程度等级为Ⅲ级。(照片1 滑坡全貌示意图)
  
  照片1 滑坡全貌示意图
  二、勘查目的和任务
  该项目属三峡库区地质灾害防治工程勘查、设计项目,类别为Ⅲ类,勘查工作实行“一步到位”,即达到初步设计精度要求。勘查工作的目的在于:查明滑坡的环境地质条件、滑坡性状特征,对滑坡发展趋势及危害进行分析预测评价,并对防治工程措施提出合理建议,为治理工程初步设计提供所需的工程地质依据。
  三、勘查区内的自然条件及地质环境条件
  (一)地形地貌
  勘查区地处鄂西褶皱山地,属于构造侵蚀剥蚀中低山峡谷区,山脉走向与区域构造线方向基本一致,西部为北北东向,往东逐渐过渡为近南北向。
  勘查区内地势南东高北西低,老334省道上部一带地形坡度约25。,老334省道以下地段坡度约15。,区内地形相对高差约100m,最大高差约130m。区内北东侧发育一条冲沟,为勘查区地表水的主要外排通道。勘查区位于童庄河南东侧,童庄河河谷呈不对称的“U”型,南东岸高陡,下部多被第四系覆盖,北西岸低缓,多为裸露基岩斜坡。
  (二)地层岩性
  勘查区出露地层有三叠系下统嘉陵江组第三段[T1j3]、中统巴东组第一段[T2b1]及第四系松散堆积层(Q),其岩性特征由老到新分述如下:
  1. 三叠系下统嘉陵江组第三段[T1j3]。岩性主要为浅灰色含石膏白云质灰岩夹灰白色~灰黄色溶崩角砾岩,岩体质地坚硬,层状构造,抗风化能力强。白云质灰岩表面局部见有溶孔等溶蚀现象,岩层产状220~250°∠36~41°。
  2. 三叠系中统巴东组第一段[T2b1]。岩性为黄绿~棕黄色粉砂质泥岩、泥岩、砂岩等,层状构造,含水透水性差。泥岩岩体抗风化能力差,遇水后易软化,力学强度低,地表强风化厚度较大,厚3~5m,岩层产状230~260°∠36~41°。
  3. 第四系松散堆积层。
  (1)残坡积层(Qel-dl)。岩性为黄褐色-棕黄色粉质粘土含碎石,硬~可塑状,结构较为松散,碎石母岩成分主要由白云质灰岩、溶崩角砾岩、泥质粉砂岩、泥岩等组成,碎石直径多在1~3cm,碎石含量约10%,厚度1~2.5m,主要分布于老334省道下方滑坡外围缓坡地段。
  (2)滑坡堆积层(Qdel)。岩性由粉质粘土夹碎石、碎块石土组成。一般在滑坡平台地表或缓坡地段多分布为粉质粘土夹碎石,结构较松散,碎块石大小混杂,一般在2~5cm之间,少量大于20cm,碎块石母岩成分主要为白云质灰岩、溶崩角砾岩。土石比8:2左右,平均厚度13m左右;碎块石土分布于粉质粘土夹碎石以下,块石块径最大者约1m,一般10~30cm不等,结构松散。主要分布于滑坡体表层。
  (3)人工堆积层(Qml)。以杂填土为主,岩性由粉质粘土夹碎石、建筑石料、生活垃圾组成。结构松散,厚度不大于5.2m。分布于老334省道外侧一带。
  (三)地质构造与地震
  秭归县处于新华夏构造体系鄂西隆起带北端和淮阳山字型构造体系的复合部位,构造格局较为复杂。
  勘查区位于扬子准地台中上扬子台褶皱带的秭归盆状向斜南端、轴向近东西向的百福坪~流来观背斜南翼,河谷相应的呈现阶段性下切。勘查区主要受构造控制,构造裂隙发育,主要为倾南东方向的裂隙。勘查区量得两组裂隙:①164°∠24°,微张,泥质充填,延伸长度2m,2条/m;②137°∠57°,微张,泥质充填,延伸长度1~3m,2条/m。
  挽近期以来,秭归县内主要表现为强度和幅度均不大、且具继承性特点的升降运动,县内地震活动较频繁,但以弱震为主,震源深度亦较浅(一般小于20km)。根据国家质量技术监督局2001年发布的《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001),本区地震动反应谱特征周期为0.35s,地震动峰值加速为0.05g、对应地震基本烈度为Ⅵ度。
  (四)水文地质条件
  1. 地表水。滑坡位于长江一级支流童庄河右岸,童庄河是勘查区最低侵蚀基准面,滑坡北东侧的冲沟连接滑坡中部新老334省道内侧的排水沟,大气降水经排水沟与北东侧的冲沟排泄至童庄河,部分入滲地下成为地下水。   2. 地下水。根据勘查区地层岩性及地下水在含水介质中的赋存特征,区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水。
  (1)松散岩类孔隙水:松散岩类孔隙水主要赋存于各类成因的第四系松散堆积层中,含水介质主要为碎块石土、粉质粘土夹(含)碎石、粉质粘土等,一般透水性相对较好,以碎石土层与下伏基岩接触带作为隔水层,主要受大气降水补给,受含水介质和地形条件所限,在小范围内自成补径排系统,地下水多在冲沟边、陡坎下溢出,且多呈散浸状形式溢出,如S1泉,勘查期间泉流量0.009L/S。若遇暴雨或连续降雨,松散结构的物质在受大量降水入渗后,易饱水软化,力学强度较低,对滑坡稳定性产生一定影响。
  (2)碎屑岩裂隙水:含水介质为三叠系中统巴东组泥岩、粉砂质泥岩、砂岩等,地下水主要赋存于岩层的裂隙中,水量较小,主要受大气降水补给,区域上泉流量1~2L,勘查区未见泉点。
  (3)碳酸盐岩类岩溶水:含水介质为三叠系下统嘉陵江组浅灰色薄至中厚层含石膏白云质灰岩夹灰白色~灰黄色溶崩角砾岩组成,地下水主要赋存于岩体的溶隙和溶孔中,富水性主要取决于岩溶发育程度,具有不均一性,勘查区内岩溶发育程度弱。
  (五)工程地质条件
  根据岩土体类型、结构、岩性及工程地质特征,区内岩土体可划分为第四系松散岩类、较坚硬碳酸盐岩工程地质岩类及较坚硬~极软碎屑岩工程地质岩类。
  1. 第四系松散岩类。第四系松散岩类由残坡积(Qel-dl)粉质粘土夹碎石及滑坡堆积(Qdel)碎石土构成。残坡积(Qel-dl)物主要分布于老334省道下方滑坡两外侧的缓坡地段,物质一般较单一;滑坡堆积(Qdel)物,岩性由粉质粘土夹(含)碎块石、碎(块)石土组成,地表分布不均匀。松散岩土类结构松散,力学强度较低,自稳能力较差,试验结果压缩模量8.9~14.3MPa。
  2. 较坚硬碳酸盐岩工程地质岩类。岩性主要为三叠系下统嘉陵江组第三段[T1j3]为浅灰色含石膏白云质灰岩及灰白~灰黄色溶崩角砾岩;岩体质地坚硬,含水透水性差,岩样测试白云质灰岩单轴抗压强度为33.12MPa,地基承载力基本容许值500~5000kPa。岩体抗风化能力强,力学强度高,岩溶发育程度弱,仅局部见有溶孔发育。
  3. 较坚硬~极软碎屑岩工程地质岩类。岩性主要为三叠系中统巴东组第一段[T2b1]黄绿~棕黄色粉砂质泥岩、泥岩、砂岩等,实验结果得出泥岩饱和单轴抗压强度为1.89MPa,属极软岩类,含水透水性差,地基承载力基本容许值300~1200kPa。岩体抗风化能力差,遇水后易软化的特点,力学强度低。岩样测试粉砂岩单轴抗压强度为38.6MPa,属较坚硬岩类,地基承载力基本容许值500~5000kPa。岩体抗风化能力强,力学强度高。
  (六)不良地质现象
  勘查区不良地质现象主要为岩体风化、坍滑、地裂缝。
  1. 岩体风化。勘查区内岩体主要为三叠系嘉陵江组第三段含石膏白云质灰岩、溶崩角砾岩及中统巴东组第一段粉砂质泥岩、泥岩、砂岩等,其中巴东组粉砂质泥岩、泥岩属于较软~极软岩,抗风化能力差,加之裂隙发育,岩石易沿裂隙面风化破碎。
  2. 坍滑、地裂缝。坍滑、地裂缝主要发育在滑坡中部及前缘一带,勘查期间共发现三处坍滑体,两处地裂缝,具体特征在节后专门章节详细描述。
  (七)人类工程活动
  勘查区内人类工程活动较剧烈,对原始地形地貌的形态改造较大,人类工程活动主要表现为农业,果木种植、筑路建房建设及三峡水库运行。人类工程活动对地质环境产生了较大的破坏,降低了斜坡抗冲蚀能力和局部稳定性,增加了大气降雨的入渗速度和入渗量,对斜坡的整体稳定性和局部稳定性均产生了一定的不利影响。随着人类工程活动的逐渐加强,将对原有地质环境产生较大的影响与破坏,由此而诱发的环境地质问题将逐渐增多加剧。
  四、综合分析与建议
  (一)综合分析
  经过勘查发现,滑坡体表层物质主要为人工填土、粉质粘土夹(含)碎石,厚度1~12m。其下为碎块石土,厚度2.3~9.5m,厚度分布特征为前缘至后缘由厚变薄。
  根据地面测绘,墨槽滑坡滑体物质主要由粉质粘土夹(含)碎石、碎石土及碎块石土组成。粉质粘土(含)碎石:多为灰黄色,稍湿,呈可~硬塑状,碎石含量10~15%,碎石成分主要白云质灰岩、溶崩角砾岩、泥岩、粉砂岩、砂岩等,大小在1~5cm居多,棱角~次棱角状;土石比8:2~7:3,结构较松散,地形上形成陡坡或阶状迭坎地形,碎块石直径一般为1~5cm,最大可达1.0m,碎块石成分混杂,以灰白~灰黄色白云质灰岩及溶崩角砾岩为主,偶见有砂岩、粉砂质泥岩等。从探槽、钻孔揭露的滑体垂向物质结构来看,不同区段滑体垂向结构有所不同。
  墨槽滑坡在库区库水位稳定时滑坡体稳定性较好。从裂缝发育部位和省道变形情况分析,在库水位低于150m,且在持续强降雨的条件下,墨槽滑坡前缘至中部有发生较大变形的可能,尤其是滑坡前缘不断有小规模的滑塌及老334省道公路的变形,这些现象均表明墨槽滑坡中前部稳定性较差。通过对墨槽滑坡Ⅰ-Ⅰ’稳定性的计算,随着水位上升及暴雨作用,滑坡稳定系数逐渐降低,但仍处于稳定状态。当水位从175m、162m降至145m时滑坡处于欠稳定状态。当水位从175m降至145m且加上暴雨情况时,滑坡处于不稳定状态,安全裕度低,存在整体失稳下滑,产生大规模变形破坏的可能性。从滑坡近期变形情况及勘查期间调查结果分析,滑坡整体处于稳定状态,局部仍在变形,其变形主要受库水位涨落及暴雨影响。
  (二)建议
  1. 参数。第一,防治工程等级。墨槽滑坡属中型土质滑坡,对亩农田与果园及其它基础设施等有着严重的威胁,预估经济损失为623万元。根据《三峡库区地质灾害防治工程设计技术要求》“2.2.1地质灾害防治工程分级”的划分标准,综合确定该滑坡防治工程等级为Ⅲ级。第二,降雨量。勘查区多年平均降雨量1493.2mm,日最大降雨量为260mm。第三,物理力学参数。根据本次勘查试验成果资料及综合分析统计成果,防治工程设计的岩土物理力學参数建议值见表1。   2. 防治工程方案建議。滑坡现状条件下整体处于基本稳定状态,但滑坡中部老334省道及前缘近期变形较为明显,在暴雨及库水位波动影响下,局部存在产生较大规模变形破坏的可能,对滑坡整体稳
  表1 防治工程岩土物理力学参数建议值
  滑坡名称 计算剖面 参数项 单位 数值
  墨槽滑坡 Ⅰ-Ⅰ’ 天然重度 kN/m3 20.0
  饱和重度 kN/m3 20.5
  C值 上段(天然) kPa 32.5
  下段(天然) kPa 30.0
  下段(饱和) kPa 24.0
  Φ值 上段(天然) ° 17.5
  下段(天然) ° 19.5
  下段(饱和) ° 15.6
  定存在较大的潜在危害。本着防治工程应与环境保护、土地利用相结合,工程设计必须安全可靠、技术可行、经济合理、施工简便、遵循各类工程配合使用、综合治理的原则,根据各类变形体的性状特征及危害程度(潜在危害)以维护坡体整体稳定性,避免产生重大地质灾害,本滑坡治理工程措施是对滑坡中部变形区,即老334省道外侧进行抗滑桩支挡及监测。
  五、结语
  根据滑坡的性状特征与近期变形主要特点分析,影响滑坡稳定性的因素可分为内在因素与外部因素两类。内在因素与滑坡区环境地质条件及自身特点有关,主要包括滑坡区的地质构造、地形地貌条件与滑坡物质结构条件等;外在因素主要有大气降水及人类工程活动及库水位的变动等。
  墨槽滑坡防治工程建议主要针对中部变形区,实施的主要工程措施是对滑坡中部变形区进行抗滑桩支挡及监测。此外建议保持维护好滑坡区地形地貌现状,杜绝在滑坡区中部原334省道外侧实施大挖大填的工程活动,尽可能减少对滑坡区地质环境的破坏,避免因地形改变而造成斜坡失稳。
  现状条件下滑坡处于整体稳定状态,但在库水位变化及持续强降雨影响下,也存在较大的安全隐患,坡体存在整体失稳的可能。尤其滑坡中部老334省道一带稳定性较差,有发生大规模的拉裂变形的可能;滑坡前缘滑体厚度较大,有出现小规模坍滑的可能。最大可能的变形破坏方式为沿岩土接触面整体坍滑,危及滑坡区住户、过往行人、车辆的生命财产安全及童庄河航运安全。
  地质灾害的防治不仅与地方经济发展有着密切的关系,也对我国国民经济的可持续发展产生重大的影响。一直以来,我国政府都对地质灾害防治的勘察、规划以及施工等都给予了高度的重视,随着经济的迅猛发展,我国对地质灾害的勘察与整治已经具备了相当高的水平,相信地质灾害对地方经济发展的危害会逐渐变为可控。
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