黄土-泥岩切层型滑坡加载前后稳定性评价及治理措施研究_叶常勇.pdf

DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2022.12.006收稿日期：2022-10-17作者简介：叶常勇（1991-），男，四川成都人，工程师，学士，主要从事岩土工程与地质灾害防治工程勘察设计，E-mail：。黄土-泥岩切层型滑坡加载前后稳定性评价及治理措施研究叶常勇，韩俊，王龙，冉 鑫，王晓樱（核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610061）摘要：天水市位于西秦岭北缘断裂带，区内活动断裂发育，历史上强震频发，诱发了大量黄土滑坡。基于对天水市某机场场址滑坡群的野外调查，研究了地震滑坡群变形破坏特征，其中HP5滑坡为典型案例，该滑坡属于黄土-泥岩切层老滑坡，规模大，滑体厚度大，经历过多级多次滑动，目前整体处于稳定状态。根据机场设计资料，HP5滑坡位于填方影响范围内，高填方主要位于滑坡中后部，为顺坡向填筑，填方坡比1 3.0，填方厚度4060 m，高度130160 m。填方加载后对滑坡稳定性影响大，从而影响高填方边坡的稳定性。该区域为机场场坪的核心区域，也是填土厚度最大、填土边坡最高的地段。在现场工程地质测绘及勘察的基础上，利用传递系数法、Bishop（毕肖普）法和Janbu（简布）法进行稳定性分析，对HP5滑坡成因进行了分析研究，结合滑坡防治原则和治理目标，对其防治措施进行了分析评价。关键词：高填方；黄土-泥岩切层滑坡；稳定性评价；治理措施中图分类号：P642.22文献标志码：A文章编号：2095-0144（2022）12-0025-08第 58 卷 第 12 期2022 年 12 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.58，No.12Dec.，20221前言随着城镇化建设的快速推进和“一带一路”战略的深入实施，中国西部地区大量的山区机场已经建成或正在建设之中1。受地形的影响，山区机场不得不填筑众多的高填方边坡。研究区所处的天水市，位于西秦岭北缘断裂带，区内活动断裂发育，历史上强震频发，诱发了大量黄土滑坡2。天水市某机场属于典型的黄土高填方机场，最大垂直填方高度超过60 m，填方边坡最高约160 m。研究区密集分布的滑坡是机场工程建设的重要制约因素，急需开展系统研究。对该机场全场区滑坡群的野外调查发现，全场区共发育滑坡39处，多为老滑坡，其中包括：大型滑坡6处，中型滑坡17处，小型滑坡16处。根据土质地震滑坡类型划分原则，全场区滑坡类型涵盖了黄土层内滑坡、黄土-泥岩接触面滑坡及黄土-泥岩切层滑坡3-4。以黄土-泥岩切层滑坡为研究重点，基于野外调查和现场测绘，剖析了全场区地震滑坡群的变形破坏特征。以滑坡群中的HP5滑坡为例，探讨了山区高填方机场黄土-泥岩切层滑坡加载前后的稳定性及其加固对策，以期为同类型高填方边坡治理提供技术支撑。2滑坡孕灾背景2.1地形地貌研究区属于剥蚀残留的黄土丘陵区，梁峁沟壑纵横，黄土梁南北两侧冲沟发育，切割深度为1050 m，部分冲沟切割到泥岩。沟谷呈“V”形，将山梁侵蚀分割呈条带状，沟梁相间，冲沟处和山梁边缘坡度较大，为2030，局部形成直立的陡崖。这种地貌环境为滑坡发育提供了基础。黄土地形地貌与黄土滑坡发展有着密不可分的关系。2.2地层岩性研究区内发育大量上部黄土加下部泥岩的“双层异质”斜坡结构。黄土为较疏松的结构，具有大孔隙、垂直节理等，也易透水，还具有较强的湿陷性。这些特征使得黄土构成的坡体易形成陡坡，造成应力集中，同时又利于外动力地质作用的改造，如地表水等的改造。而位于黄土层下部的新近系泥岩不易透水，且遇水易软化、崩解的特性将使其强度降低5，造成地表水下渗后易在黄土层和红层的接触面上集中，加强对上部坡体的破坏作用。因此，黄土和泥岩易滑岩组的结构是滑坡形成与演化的决定性因素，为黄土-泥岩滑坡的发育奠定了基础。252.3断裂活动和强震研究区附近发育有凤凰山断裂，隶属西秦岭北缘大型断裂带。新构造运动表现为大面积、间歇性、不均匀升降运动，历史记载该区强震频发，诱发多处大规模滑坡灾害。研究区内影响较大的历史强震主要有：143年甘谷西7.0级地震，致使山体滑坡，造成大量人员伤亡6；734年天水秦州7.5级地震，造成4 000余人伤亡7；1654年7月21日天水南8.0级地震，造成“黄土谷地山崩水壅，土陷数百尺，桑田沧海”；1718年甘肃通渭7.5级地震，诱发300多处规模宏大的黄土滑坡，伤亡约 40 000 余人，波及天水市3。断裂活动诱发的强震为天水市及周边地区的滑坡发生提供了动力。2.4降雨研究区内的降水量在年内分配很不均匀，7-9月3 个月的降水量为 237.6 mm，占全年降水量的47.3%。区内具有降雨集中、雨强大的特点，最长连续降水达11 d。降水入渗增大斜坡下滑力，软化地层，降低了土体强度，减小抗滑力，增加了动水和静水压力，为该区域滑坡发育的重要动力条件和触发因素。3黄土-泥岩切层型滑坡特征3.1滑坡空间分布特征研究区滑坡位于天水-凤凰山断裂附近，滑坡的形成发育受上述地形地貌、地层岩性、断裂活动和强震、降雨等多因素控制和影响。根据现场工程地质调绘、勘探，研究区滑坡共可分为三级。整体大滑坡为HP5滑坡，该滑坡体上有5处较大规模的次级滑坡，如图1所示。各次级滑坡边界清晰，分别称为HP5-1滑坡、HP5-2滑坡、HP5-3滑坡、HP5-4滑坡和HP5-5滑坡。其中HP5-1滑坡、HP5-2滑坡位于填方范围内，是对工程威胁较大的滑坡。各滑坡在平面上呈舌形或不规则形，滑坡特征如表1所列。该区域在平面上具有典型簸箕形地貌特征，负地形较为明显，剖面上呈“勺”形。HP5滑坡主滑方向约166，纵向长400450 m，平均宽度约450 m，滑体平均厚度20.0 m，体积约360万m3，属中层大型老滑坡。滑坡体最大高差约200 m，滑坡总体坡度较缓（12左右），中部有12级较大的缓坡平台，坡面呈缓坡台阶状，坡体前缘较陡，坡体中部坡面较平缓，后部为不规整的人工梯田台地。整个滑坡规模较大，后期又经历了多级多次滑动分解运动，地貌较为复杂。HP5-1HP5-2HP5-3HP5-4HP5-5填方坡脚线HP5滑坡全貌照图1滑坡全貌滑坡编号HP5HP5-1HP5-2HP5-3HP5-4HP5-5滑坡规模滑体长度/m450320400100150100滑体宽度/m45028030050200200滑体厚度/m20.020.020.04.58.06.0体积/万m3360.0082.00220.002.2524.0012.00规模大型中型大型小型中型中型滑体物质组成黄土、泥岩黄土、泥岩黄土、泥岩黄土、泥岩黄土、泥岩黄土、泥岩滑坡类型黄土-泥岩切层滑坡表1HP5滑坡及次级滑坡特征2022年第12期甘肃水利水电技术第58卷263.2滑坡结构特征根据现场调查并结合钻孔、探井等资料，HP5滑坡为黄土-泥岩切层滑坡，属于老滑坡，经历多级多次滑动。黄土-泥岩切层滑坡滑动面皆沿着泥岩裂隙切割进泥岩内部，具有滑动速度快、滑动距离远、危害较大的特点，滑坡规模一般在百万立方米左右，破坏模式通常为滑移-拉裂-剪断型。切层滑坡的滑面一般发育在下伏近水平或者向坡内倾斜的泥岩层中，坡体高陡，滑动势能较大。3.2.1 滑体滑坡不同部位的物质及结构有所不同，但主要由粉质黏土、强风化泥岩组成，如图2所示。滑坡后部滑体较薄，厚度为7.512.0 m，滑坡中部滑体厚度为 15.020.0 m，滑坡前缘滑体厚度为 10.020.0 m。图2滑体结构特征（b）滑坡前缘（a）滑坡中后部黄土黄土泥岩黄土黄土泥岩3.2.2 滑带（1）滑带分布特征该滑坡为切层老滑坡，滑带主要发育于软弱的泥岩中，由红褐色泥岩、灰绿色泥岩组成，厚度为0.30.5 m，埋深1023 m。其中，滑坡中部滑带埋深较深，一般大于20 m，最深达25 m；前缘和后缘滑带埋深较浅，一般不超过15 m。滑动面总体比较平直，倾角12左右，后缘略陡，倾角2530，前缘倾角最为平缓，滑坡舌处次级小滑动面发育较多，一般倾角较大。滑带擦痕如图3所示。（2）滑带泥岩X射线衍射试验滑带泥岩X射线衍射试验是在成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室完成的。滑带主要由红褐色泥岩、灰绿色泥岩组成，通过对两种颜色泥岩作对比X射线衍射试验进行矿物成分的分析。试验测试了2组滑带泥岩试样（图4），得到了相关衍射图谱（图5），通过分析衍射谱线，可以得到滑带泥岩的矿物成分，见表2。从表2中可以看出，泥岩矿物主要由黏土矿物（伊利石、高岭石、绿泥石）组成，黏土矿物含量（质量分数）平均达到32%，碎屑矿物含量最高的是石（a）（b）图3滑带擦痕（a）红褐色泥岩（b）青灰色泥岩图4研体细化泥岩矿物颗粒第12期叶常勇，等：黄土-泥岩切层型滑坡加载前后稳定性评价及治理措施研究第58卷27d=1.371 7红褐色半成泥岩.raw-1-Dem-Minal2T(0)2 0001 5001 0005000Intensity/Countsd=4.472 6d=4.253 9d=4.026 8d=3.845 9d=3.768 9d=3.342 8d=3.184 9d=3.027 947-1 743Calcite-CaCO346-1 045Quartz,syn-SiO2d=2.593 5d=2.561 9d=2.490 4d=2.455 1d=2.280 4d=2.126 9d=2.088 1d=1.907 8d=1.868 7d=1.817 4d=1.540 5d=1.381 2（b）青灰色试样1020304050607080Two-Theta/deg青灰色半成泥岩.raw-1-Dem-Minal2T(0)2 5002 0001 5001 0005000Intensity/Countsd=4.470 5d=4.250 0d=4.030 7d=3.699 5d=3.489 4d=3.342 6d=3.197 9d=2.891 0d=2.673 3d=2.544 3d=2.406 6d=2.195 6d=2.062 9d=2.015 6d=1.847 8d=1.807 3d=1.789 0d=1.546 346-1 045Quartz,syn-SiO236-0 426Dolomite-CaMg(CO3)2d=1.389 1d=1.466 0（a）红褐色试样1020304050607080Two-Theta/deg图5滑带泥岩X射线衍射图谱编号12试样红褐色泥岩青灰色泥岩试验矿物组成结果/%黏土3727石英2510钾长石20斜长石128方解石240白云石055备注黏土主要由伊利石、高岭石、绿泥石组成黏土主要由伊利石、高岭石、绿泥石组成表2滑带泥岩矿物组成定量分析2022年第12期甘肃水利水电技术第58卷28Q4dcl泥岩（滑带）HP5滑坡Q4dcl粉质黏土（滑带）Q4dcl滑坡泥岩堆积体Q4dcl泥岩（滑带）N 强风化泥岩Q4dcl滑坡黄土堆积体HP5-4滑坡图6填方前典型计算断面图英，其次为斜长石。滑带泥岩的黏土矿物成分及其含量的多少对泥岩的力学性质有着重要的影响。黏土矿物具有极强的亲水性，当水分子进入黏土矿物颗粒之间和晶层之间，将导致矿物体积迅速膨胀，这种不均匀的膨胀作用将在岩石内部产生不均匀的应力，导致泥岩破碎解体，结构变得松散，力学强度大幅度降低。而泥岩作为软弱岩，其力学强度的下降，将会对滑坡的稳定性产生严重的影响8。3.2.3 滑床HP5滑坡的滑床以泥岩为主，红褐色及青灰色，成分主要为黏土矿物。原位泥岩节理裂隙较发育，强度较低，属极软岩。4稳定性分析稳定性分析分为定性和定量两部分。由于工程需要，滑坡范围需要进行填方，填方坡率暂定为1 3.0，所以定量分析分为现状和填方后两部分计算分析。4.1定性分析该滑坡属于老滑坡，为黄土-泥岩切层滑坡，整体上地形较为平缓，未见大的拉裂破坏现象。滑坡主滑段以基岩为主，主要堆积体位于滑坡中前缘。目前，老滑坡体已从原来势能较高的位置滑至现状势能较低的位置，其重力势能已较小，滑坡能量释放