朝陽坡紅砂巖粉砂巖滑坡成因分析

1緩坡下的順層滑坡分析紫色粘土粉砂巖廣泛分布于湖北省、湖南省、重慶、廣西、貴州省等地，主要為三、重復系巴東群粘土粉砂巖和白亞系粘土粉砂巖。在許多山區,紅色泥質粉砂巖直接出露于地表,巖層平緩,在長期地表水沖涮和風化作用下形成沖溝,使巖層形成臨空面。平緩泥質粉砂巖地表也相對平緩,普遍有人居住。在形成的沉積環境中,該巖層易形成層間的軟弱夾層,隨著自然地表雨水的沖刷、人類活動增加,使其地表切深加劇,軟弱夾層露出地面形成臨空面。在雨水等作用下,沿軟弱夾層形成滑坡,可對滑體上下的居民造成生命財產損失。此類滑坡有普遍性,因此,加深對此類滑坡的認識,并及時采取有效措施,可減少滑坡的發生,或減輕滑坡的災害程度。下面,結合朝陽坡平緩泥質粉砂巖的順層滑坡進行分析。該滑坡有其特殊性,滑坡緊鄰高速公路切方邊坡,其發生、發展和破壞所示的主滑方向與高速公路切方邊坡走向約成36°夾角,而與巖層傾向有35°夾角,滑坡產生劇烈滑移時又將切方邊坡破壞,對滑坡進行機制分析,有助于加深對此類滑坡的認識,減少滑坡對人類造成的生命、財產損失。2邊坡技術的地質量2.1沖溝邊緣細度區域本區地貌單元屬構造剝蝕低中山地貌類型。南東段地勢高,北西段地勢低。此滑坡中間段相對平緩,自然坡度約為10～13°,上部自然坡度約為18°,下部的北西端的沖溝段自然坡度約20～28°,k189+100附近的沖溝使多層巖層臨空(見圖1)。2.2組節理發育情況本區未發現大的構造現象,巖層產狀較穩定,在320°∠8～10°左右。有2組節理較發育:一組為265～290°∠67～75°;另一組為198°∠76°。在局部可見265°∠64°的拉裂縫被淺黃色黏土和塊石充填,黏性土占70%～90%,裂縫寬約50cm。2.3巴東組第2段泥質粉砂巖滑坡體內覆蓋有厚薄不一的第四系松散土層,地表為耕地和水田。在局部和沖溝附近有三迭系巴東組第2段泥質粉砂巖出露,薄～中厚層,褐紅色,細粒結構,層狀構造。在原路基的3個鉆孔資料顯示,在弱風化泥質粉砂巖中含有多個由亞黏土及碎石充填的軟弱夾層,夾層厚度為10～60cm。2.4暴雨集中地區該地屬亞熱帶炎熱潮濕氣候區,光照充足,降水充沛,年均降雨量1500mm,多集中于7～8月份,約占全年降雨量的50%,日降雨量可達100～300mm,是湖北省暴雨比較集中的地區之一。本滑坡區域無穩定的地表水,地下水主要為地表降水滲流到第四系松散層和基巖裂隙,在北西端沖溝滲出,由于泥質粉砂巖的節理切穿多個巖層,因此,地表降水沿松散孔隙下滲到基巖裂隙或直接由基巖裂隙下滲到一定深度的層面排出。2.5最大切方高度3.在滑坡體的北端需要進行高速公路工程切方,最大切方高度約20m,以1:0.75坡度為主,巖層為順層小角度斜交,切方減少了對滑坡的約束。35年6月1013日在公路切方邊坡施工完成上部2級坡時,覆蓋于滑坡上的殘坡積層、全強化層的發生了局部滑動。2005年5月19日,朝陽坡服務區高速公路切方邊坡頂外約40m處的房屋、墻體、地面出現多條裂縫。裂縫長3m,寬2～3mm,主滑方向為240°,與切方坡向基本垂直(在此之前的5月16～18日恩施地區普降大雨)。至6月9日由于連續降雨,也未采取具體的治理措施,使滑坡變形加劇,很多民房產生新的裂縫,為確保居民的生命安全,明確告知村民不能在原住房內居住活動,以免發生人員傷害事故。2005年6月10～13日,滑坡裂縫范圍進一步擴大,除切坡頂外側的2#房屋外,在k189+080附近的3#房屋已出現明顯裂縫,并使老裂縫擴展加速。在便道下670m高程出現了滑坡后緣裂縫,長度已達30m左右,裂縫寬度約2cm。除此之外,多處見有馬刀樹現象。經過連續3d的降雨,2005年7月10滑坡速度加快,13棟居民房屋由于滑坡變形大,速度快而在0.5h內相繼倒塌。滑坡體向沖溝方向推移了20多米,滑坡后緣出現較大的拉裂縫和迭坎,最大迭坎高度超過3m。在高速公路邊坡切坡的k188+900～k189+090段的坡面上也產生拉裂縫,在其下部路基面產生牽引隆起,隆起高度約30～80cm。4山坡分析4.1滑動方向和滑坡從2005年5月19日至2005年7月10日產生大滑動以前,此滑坡區域主要有5條裂縫,滑坡上緣拉裂縫,東端1#房拉裂縫,切方坡頂外側約40m處的2#房拉裂縫,沖溝附近626m高程的3#房剪出口,沖溝上端的4#房拉裂縫。房屋編號及位置見圖1。滑坡上緣的拉裂縫拉裂長度約30m,拉裂縫寬度約1～2cm,與裂縫垂直的滑動方向約280°。東端1#房拉裂縫,該房為相對的老房屋,除主房門前和墻面產生新裂縫外,在原墻面上有與新裂縫平行的老裂縫,新裂縫產生時也使老裂縫擴展,此裂縫的滑動方向約為290°。切方坡頂外側的2#房出現拉裂縫:該房為2005年才建成的新房,在房內和外側地面有明顯的裂縫,與裂縫垂直的滑動方向為240°,滑動方向與公路路線大致平行(公路走向為249°)。沖溝附近3#房剪出口:該房的后墻內地面的混凝土地面由于隆起而相互頂拱,為明顯的剪出口特征,剪出口顯示的滑動方向約為255°。沖溝上端的4#房出現拉裂縫,該房的裂縫主要沿前墻基延伸,裂縫的滑動方向約為280°。根據當時的滑動裂縫對滑坡范圍進行了初步確定,主要滑動體在切方邊坡外,根據巖層產狀特征,初步確定該滑坡為地表水下滲軟化泥質粉砂巖夾層引起的順層滑坡,根據滑坡頂與剪出口相對高差以及巖層產狀初步判斷滑坡的上緣深度約為6～9m,滑坡的主滑方向為270～290°,與高速公路切坡走向小角度斜交。為了準確測定滑坡范圍、滑坡體變形速率、主滑方向、變形與降雨氣候等的關系,進而準確判斷滑坡成因,建立了變形監測網。4.2泥質粉砂煤層內滑動面為地層,易形成動地條件該滑坡區南東側高,北西側低,特別是k189+100的西側有一沖溝,使巖層切割臨空,而滑坡體的5處裂縫所顯示的滑動方向均指向此沖溝,說明此地形特征對該滑坡有相當大的影響。滑坡后緣裂縫明顯受該巖層節理控制,滑動面為巖層面,泥質粉砂巖層內在原沉積環境中易形成軟弱夾層。根據局部鉆孔揭露,在巖層內有多個含有黏性土的夾層,據此推斷,軟弱夾層在滑坡體范圍內應是普遍存在的,它構成了滑動的內在條件之一。由于該巖層相對平緩,在沒有雨水軟化條件下也不易形成滑坡,而滑坡區域自然地表相對平緩,匯水面積大,巖體的切層節理較發育,易于使地表水沿孔隙和節理下滲到軟弱夾層。下滲的地表水,一方面使軟弱夾層抗滑強度降低,另一方面持續的強降雨形成一定的水壓力而增加了其下滑力,兩方面的共同作用導致了滑坡的發生。4.3切方邊坡滑坡體的破壞機理2005年7月10日持續3d的強降雨,使該滑坡體產生非常大的變形和破壞,滑坡體沖向西側的沖溝,水平移動距離超過20m,覆蓋在原沖溝回填層上;在北側,強大的下滑推力將嵌于地表下的順層巖層,牽引擠壓潰屈,使地表產生約30～80cm的隆起。滑坡體內的13棟房屋在0.5h內相繼倒塌,在滑坡體內的變形監測點上顯示主滑體水平變形距離約25m,主滑方向分別為284°和286°。7月10日以前的裂縫所顯示的主滑方向為270～290°,面向于與高速公路大致垂直的k189+100處的沖溝,滑坡大變形產生后,使原地表向沖溝方向推進超過20m。在滑坡體的實測變形點顯示的變形接近25m,向沖溝主滑動方向為285°,滑動前緣的土體越過剪出口而未使剪出口外側土體隆起,說明剪出口就在回填土之上,若剪出口在沖溝回填土下一定深度,則碾壓回填的密實土將被擠鼓、隆起。此順層剪出口基本確定后,根據巖層產狀推測在65～75m外的路基ZK1處,剪出口出露的高程約在619m高程附近,這正是鉆孔資料確定的軟弱夾層,這也基本上顯示此滑坡沿此軟弱帶滑動。對滑坡體北側切方邊坡變形隆起的分析:巖層傾向為320°,切方坡向339°,而滑動主滑方向為285°,滑動方向與巖層傾向有35°夾角,與坡向有54°夾角,切方邊坡的破壞以北偏西為主,而主滑方向以向西為主。在主滑體與切方邊坡破壞體之間,由于變形方向不一致而產生的落溝,顯然是主滑體向前移動時產生切坡向的分力,在這一強大推力作用下,由于邊坡的切方減少了對主滑體的約束,使滑動面在向主滑方向移動時,在強大的下滑推力的分力作用下帶動切方邊坡附近的巖層變形,使插入坡腳路基下的基巖在下滑分力的推擠作用下形成潰屈,導致坡腳下基巖降起。切方邊坡有少許向北偏西移動,而主滑體由于沒有受向西移動的約束,導致切方坡頂外的土體產生滑動落溝。若沒有切方邊坡,在自然坡條件下,下滑推力的分力不易導致邊坡向外隆起而移動,從而加大對主滑體的約束。從這方面講,切方邊坡的施工對滑坡體產生如此大的變形和破壞是有影響的,但顯然切方邊坡不是誘發滑坡的主要因素。主滑體與切方邊坡北側的滑移變形分析表明:主滑帶向285°方向移動,其移動量超過20m,受其牽引破壞的北側切方邊坡段,僅有相對微小的向北偏西的變形。由此可判斷切方邊坡牽引不能導致滑坡的發生。5滑動面的反分析通過對朝陽坡滑坡的現場調查和變形實測可知,滑動面的主滑方向為285°,而巖層傾向為320°。之所以未完全沿傾向順層滑動,是由于順傾向方向的軟弱夾層在公路切方坡腳下約3～6m,無滑動臨空;而285°方向為自然沖溝,巖層軟弱面在此有臨空。所以,在滑坡的發生、發展階段,滑坡裂縫指示的滑動方向和范圍都是在公路切方邊坡背后并指向自然沖溝。而滑坡產生劇烈破壞后,沿傾向方向的公路切方,邊坡地面有30～80cm的隆起,其原因是滑坡產生移動后,抗滑力急劇減少,沿傾向方向的分力還有相當大的推力,導致埋入路面下3～6m的巖層產生擠壓、潰屈、隆起(見圖2)。這也說明滑坡產生后,下滑力明顯大于抗滑力。為了對滑動產生時的滑動面抗滑指標進行反分析,可以認為此時的穩定性系數K在0.90～0.95間,而滑坡發生、發展階段的K值在1.0附近。對滑坡的反分析采用剩余下滑力法,該滑坡滑動前的主滑面實測剖面見圖3。由于滑動出口高程已知,根據巖層的產狀和主滑方向與巖層傾向的夾角可推知順層滑動面深度。計算分析時,分別對滑坡體的發生、發展階段和破壞階段即K=1.0和K=0.90～0.95進行反分析計算。假定滑動破壞時在后緣裂縫充滿水條件下進行穩定性反分析。由表1可以看出,軟弱夾層的抗剪強度c,?值都很低,在這里,根據工程經驗和相關資料,取?=7.0°,c=5.6kPa作為臨界狀態下的弱面抗剪強度值。對于軟巖來說,其強度值隨著雨水滲透的軟化,強度會降低,且主要表現為c值的降低。對比表1結果表明,進一步軟化后,若假定?=7.0°不變時,K=0.90的狀態比K=1.00狀態下c值下降了45%。6影響施工后山坡的影響分析邊坡施工對滑坡可能有以下三方面的影響:(1)爆炸聲的影響(2)挖掘和施工對滑動斜坡的影響(3)填充方法對滑動斜坡的影響7滑動面為局部變形結構沖溝切割導致滑動面軟弱夾層臨空的存在,為滑動提供了內在條件。地面平緩,匯水面積大,雨水沿松散體孔隙、節理裂隙下滲、軟化并增加下滑力,為滑坡提供了外在條件。因此,在滑坡體內的房屋可見較大的裂縫,滑坡體內多處有馬刀樹現象。另外,在巖層中也可見拉伸變形破壞后被地表黏性土和碎塊石充填的裂隙殘留體,從這些跡象可以初步判斷此滑坡體在滑動之前為一緩慢變形體。連續強降雨期間可能有局部或整體的緩慢變形。在不下雨、雨水不大或持續時間不長時,雨水入滲軟化的滑動面有限。在此平緩軟弱夾層條件下,變形體處于穩定狀態。在持續的強降雨條件下,雨水下滲,軟化滑動層面積增加。下滲雨水超出滲透排出的地下水,不僅可能大面積軟化滑動面的軟弱夾層,同時還可能形成一定的地下水壓力,加大下滑體的下滑力,減小滑體的摩擦力。隨著滑動面軟化土體的擴大和貫通,最終導致整個滑動面抗滑強度下降,在局部增加了下滑力,并逐漸明顯超過抗滑力,最終產生急劇變形。強大的下滑力牽引將滑體周邊的土體或巖層帶動,使周邊的巖體產生與主滑體不一致的變形和破壞。因此,該滑坡是一向沖溝的牽引滑坡,內因主要是軟弱夾層的存在并臨空,外因主要是降雨滲透軟化弱面強度,即主要受自然條件影響,工程活動影響次之。8紅砂巖滑坡的形成原因(1)在山區進行滑坡調查時,首先應對地形條件進行調查分析。山區居民的房屋一般建在相對平緩的山坡上,因此,應注意兩個問題:一是該山坡本身是否具有滑動、變形條件,例如:山坡朝某一方向傾斜,在傾斜的相對低凹處有沖溝切割;二是平緩坡地沒有變形條件,但其周邊是否存在滑坡泥石流并影響此地的安全。一般地,斜坡本身的穩定性問題較突出。(2)查明建房住地的巖性條件,泥質粉砂巖在其沉積環境中,易形成軟弱夾層。因此,軟弱夾層在泥質粉砂巖中普遍存在。經過區域構造變形,巖層傾斜,與層面垂直普遍有2組節理,將巖體切割成塊狀,結合巖性、構造、產狀與地形分析判斷是否存在不利于斜坡穩定性的組合因素。例如:巖層傾向與斜坡坡向基本一致,并在低凹處有沖溝切割等,此組合不利于斜坡穩定。傾角為10°左右的紅砂巖是容易被忽略的平緩巖層,在一般條件下,平緩巖層相對較穩定,但在斜坡與巖層傾角一致,且低凹處有沖溝切割、匯水面積較大時易形成滑坡。(3)地下水是影響斜坡穩定的重要因素,在平緩地表有住戶時,生活用水、種水稻而從其他地方引進的地表水、地表降雨都可通過松散土層和巖層中的裂隙滲透到軟弱夾層中。持續降雨時,雨水匯集到軟弱層的面積擴大,軟化部分的抗剪強度降低,可能使斜坡產生滑動。持續降雨還可能使巖體中的裂隙形成一定的水頭,靜水壓力增加的下滑力也使斜坡穩定性下降。因此,應盡可能對地表進行整理,便于地表水漫流,并注意觀察沖溝等低凹地帶的地下水滲出點,避免堵、填等造成地下水上升。(4)滑動面的抗剪強度低是紅色泥質粉砂巖滑動的另一個特征。在平緩巖層地帶,人們往往對其影響認識不足。一是對泥質粉砂巖軟弱夾層認識不足,軟弱夾層是間隔不等厚的層位,有一個或多個黏土、泥土夾層;二是對其軟化性認識不足,軟弱夾層一般是相對隔水層,地下水下滲通過裂隙等易于在軟弱層上匯集,使其軟化。巖層穩定時,軟弱帶和泥質粉砂巖間也不易使水滲透流動,節理切割到軟弱層的滲透軟化對整個軟弱夾層來說是點和線的軟化,一旦巖層軟化產生滑動,強降雨將使整個層面軟化,并迅速導致邊坡產生大的移動,朝陽坡滑坡即是此變化過程的滑坡。(5)紅砂巖滑坡都有一個發生、發展和破壞的過程,發生階段時間相對較長,從局部有裂縫緩慢變形開始,一般要持續幾年到十幾年,此時主要是局部軟弱層軟化,巖層產生局部移動,使地表的建筑物局部產生裂縫或傾斜。如本文所涉及的滑坡,大多在墻壁和地面產生了幾年的裂縫,又如湖南衡陽-棗木鋪的高速公路兩旁的平緩紅砂巖上的墓碑均朝坡下傾斜,它緩慢、間歇變形可能持續有幾十年。滑坡的發展過程時間相對較短,從局部裂縫到裂縫產生較普遍,裂縫擴展較快,此一過程一般是在一個雨季完成,有的甚至幾場降雨就導致了滑坡體破壞。因此,從這一過程出現開始,應盡快疏散、撤離當地居民,減少財產損失和避免人員傷亡。朝陽坡滑坡體的居民撤離就是在滑坡發展初期進行的,撤離一個月后,滑坡產生急劇變形,整個房屋倒塌。這一過程是滑動面軟弱夾層從點線局部塊體的軟化到大面積軟化的過程。滑坡的破壞過程更短,它是在降雨期間或剛降雨過后迅速產生的,此時,滑坡體內的軟弱夾層已大面積軟化。隨著變形和降雨的繼續,雨水在整個軟弱夾層流動飽和軟化,滑坡體的抗滑力迅速下降,而下滑力在地下水作用下增加,導致滑坡體產生非常大的破壞推力。9紅砂巖邊坡的特點(1)對紅砂巖地區進行滑坡穩定性調查時,首先要調查紅砂巖的工程地質特征,特別是地層產狀、節理與邊坡、沖溝的關系,軟弱夾層的分布及出露情況,以及邊坡的地貌形態、地表水、地下水情況等,對邊坡穩定性作出合理評價。(2)在平緩紅砂巖斜坡中