江西地区花岗岩深厚风化土层滑坡变形破坏特征和成因机制分析.pdf

第 23 卷 第 4 期 中 国 水 运 Vol.23 No.4 2023 年 4 月 China Water Transport April 2023 收稿日期：2023-01-03 作者简介：赵占群（1991-），男，硕士，中铁西南科学研究院有限公司，工程师。江西地区花岗岩深厚风化土层滑坡变形破坏特征 和成因机制分析 赵占群1，高国朋2，黄永威1（1.中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 611731；2中铁科学研究院有限公司，四川 成都 610032）摘 要：江西地区花岗岩分布十分广泛，且花岗岩风化土层较厚，厚度可达 20m 以上。风化土体结构较为松散，常为砂质粘土或粘质砂土，遇水易软化，强度降低，且江西降雨量丰富，故江西花岗岩地区地质灾害频发。文中以江西省宜春市奉新县某花岗岩深厚风化土层滑坡为研究对象，调查了滑坡的发育特征，包括边界特征、形态特征、物质组成特征和滑坡体规模，采用钻探+监测手段确定了滑带准确位置；总结了滑坡体的变形破坏特征，并对其成因机制进行了详细分析；结合治理效果和工程经济性提出了相应的防治措施建议，对于类似滑坡的防治具有一定借鉴意义。关键词：花岗岩深厚风化土层滑坡；发育特征；滑带位置；成因机制；防治措施 中图分类号：TU433 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2023）04-0089-04 引言 江西地区花岗岩分布十分广泛，且花岗岩风化土层较厚，厚度可达二十米以上1。花岗岩风化土层呈较为松散的砂土状或亚砂土状，水稳定性极差，在外界因素诱发下容易发生滑坡。此类滑坡规模较大、滑带深度较深且不易确定准确位置，下滑推力较大，危害性大，后期治理难度大。因此，深入研究花岗岩深厚风化土层滑坡的形成机理，总结其发育特征、形成演化机制，具有重大的理论和实际意义。一、滑坡体发育特征 滑坡共由 3 个滑坡区组成，其中区为强变形区，区为弱变形区，区为牵引蠕滑变形区。根据调查，区地形低洼，地下水相对丰富，为强变形区，房屋损坏现象严重，滑坡区下错裂缝主要出现在区梯田；区地势稍高，地下水位较深，变形相对较小，为弱变形区。目前区未出现明显变形迹象，但是区、区滑移，牵引区成为不稳定斜坡，在强降雨等不利条件下，发生滑坡的可能性较大。图 1 滑坡全景 图 2 滑坡分区平面示意图 1边界特征 根据现场调查，路堑前方居民房屋未见损坏迹象，地表位移监测结果显示该处稳定，无变形迹象；路堑内土体无隆起现象；故判断滑坡从路堑开挖坡脚剪出，前缘边界以 S519省道路堑内侧坡脚为界。滑坡后缘边界以区后部拉张裂缝（LF08）为界，据现场详细调查，滑坡最远牵引到该位置。该滑坡体两侧为天然冲沟，存在“双沟同源”现象，为滑坡体的左右边界。根据滑坡整体变形特征，滑坡区、区分区边界以滑坡中部低洼凹槽右侧为界，滑坡区与区、区分区边界以区后缘裂缝（LF04）、区后缘裂缝（LF05）为界。90 中 国 水 运 第 23 卷 滑坡前缘边界（路堑边坡）滑坡后缘边界裂缝（LF08）滑坡左侧边界 滑坡右侧边界 图 3 滑坡边界 图 4 滑坡分区边界 2形态特征 滑坡区位于侵蚀剥蚀地形斜坡下部，地形整体上西南高东北低。滑坡区呈东北西南向展布，平面形态上略呈扇形。滑坡区前缘高程约 420m，后缘高程约 456m，相对高差约 36m，主滑方向 32。从滑坡体前缘至后缘，整体地形上中后部稍缓，前部坡度较大。滑坡前部斜坡坡度20，中后部约 12，左侧为河流侵蚀、乡道切坡形成的高陡边坡。滑坡区位于侵蚀剥蚀地形斜坡下部，位于区东侧，地形整体上西南高东北低。滑坡区呈东北西南向展布，平面形态上近似长条形。区前缘高程约 415m，后缘高程约 464m，相对高差约 49m，主滑方向 32。滑坡前部斜坡坡度 25，中后部约 13，右侧为天然冲沟形成的高陡边坡。滑坡区位于区、区后部（南侧），I 区、区滑移后，牵引区成为不稳定斜坡。区呈北南向展布，平面形态上呈长条“月牙形”。前缘高程约 453464m，后缘高程约 485m，相对高差约 27m，主滑方向 32。区整体地形上坡度较缓，约 17。3物质组成特征 滑体物质组成主要为第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）粉质粘土、砂质粘性土，晋宁晚期全风化花岗岩（n23）。滑床为全风化、强风化、中风化花岗岩（n23）。滑坡滑带位于花岗岩全风化带之中，典型滑带土为砂质粘性土，滑带埋深 1525m，仅部分钻孔揭露滑带。由于花岗岩风化带含砂率相对较高，结构松散，遇水结构稳定性差，取芯质量不高，大部分钻孔未揭露明显滑带，滑带位置根据监测孔深部位移数据确定。图 5 仅部分钻孔揭露滑带 图 6 坡脚位置滑面及擦痕 滑带埋深 23m 左右 滑带埋深 17m 左右 图 7 监测孔深部位移典型数据 横轴表示累计位移量（mm），纵轴表示深度（m）4滑坡规模 滑坡区滑体平均厚度 1718m，滑坡纵长 115m，横向宽 117m，平面面积 1.34104m2，滑坡总方量约23.45104m3；滑坡区滑体平均厚度 1920m，滑坡纵长 130m，横向宽 83m，平面面积 1.08104m2，滑坡总方量约 21.06104m3；滑坡区滑体平均厚度 19m，滑坡纵长 87m，横向宽 163m，平面面积 1.41104m2，滑坡总方量约 26.79104m3。滑坡平均厚度约 18.6m，总体方量约 71.3104m3，属大型中层牵引式滑坡。二、滑坡体变形破坏特征 1牵引式滑动特征 滑坡整体在水的作用下，沿前部 S519 省道切坡形成的临空面产生滑动变形，I 区、区滑移后，牵引区发生蠕滑，第 4 期 赵占群等：江西地区花岗岩深厚风化土层滑坡变形破坏特征和成因机制分析 91 在强降雨等不利条件下，区发生滑坡的可能性较大。在平面上形成阶梯状逐级向后牵引推移的变形破坏特征。2变形破坏不均特征 滑坡共分为 3 个区，其中变形破坏区强于区，区强于区。滑坡区地下水丰富，有泉眼出露，地形低洼，易于积水，变形明显，为强变形区。地表目前主要为梯田和房屋，滑坡发生后，地形地貌有较大改变，原斜坡地现凹凸不平，后部出现多条深大裂缝，房屋严重裂损。滑坡区地势较高，地下水位相对区较深，变形较弱，为弱变形区。地表目前主要为梯田，滑坡滑动后，后缘出现两条较长裂缝（LF05、LF06），但是裂缝宽度、深度不大。滑坡区变形破坏较小，仅后缘树林出现局部细小、断续裂缝，无其他明显变形迹象。三、滑坡成因机制 1滑坡影响因素 滑坡的影响因素包括以下几个方面：（1）地形地貌 滑坡区海拔高程 400520m，相对高差 120m 左右，属丘陵低山侵蚀剥蚀地貌；滑坡区前部斜坡稍陡，坡度约22，中后部较缓，约 15，整体坡度 1317，滑坡区斜坡长度约 500m。微地貌上呈梯田台阶型，台阶宽一般25m，高 0.51.5m，在长期的重力作用下，台阶型的临空面为斜坡岩土体储存了较大的势能，有利于滑坡地质灾害的发展2。（2）地层岩性 滑坡区上覆土层为含碎块石残坡积粉质、砂质粘土和花岗岩全风化亚砂土，其中碎块石主要由就地风化残留的花岗岩碎块石组成，碎块石含量稍低。下伏岩层为晋宁期花岗岩，岩性主要为中粗粒黑云母花岗岩。土层厚度大，结构较为松散，透水性好，地表水入渗量大、含水率高，性质较差，抗剪强度不高，遇水易软化，为滑坡的形成提供了充足的物质基础。该类滑坡的滑动面埋深一般均较大，治理难度大，且表层土体极易在降雨的作用下发生滑塌。（3）人类工程活动 人类工程活动是滑坡形成的直接影响因素。滑坡勘查区主要的人类工程活动为前缘 S519 省道的修建、中部农田耕种。S519 省道从滑坡前缘通过，切割滑坡前缘形成高差1520m 高陡土质边坡，在滑坡前部形成了高陡临空面，且未及时进行有效的支护，为滑坡的滑动提供了有利的地形地貌。中部为梯田，滑坡滑动前部分为水田，受降雨补给，水田大部分时间赋存上层滞水，加之滑坡区地下水位较浅，对滑坡整体稳定性具有较大的不利影响。（4）降雨 滑坡的形成多与降雨的激发有发，滑坡滑动发生于降雨量较大的 68 月份。水是岩土层良好的“润滑剂”，降雨形成的地表水易沿裂缝及松散土体入渗坡体内部，增大土体重度，软化滑带土，降低其抗剪强度，从而客观上增加了下滑力，减小了抗滑力；地下水的升降也会产生一定的动水压力、浮托力，在持续强降雨作用下，前缘排水不畅，后部积聚的地下水不能及时得到排泄，易形成较大动、静水压力，在二者的共同作用下，易导致滑坡的发生。特大暴雨、暴雨常可直接引起滑坡，持续的降雨对滑坡也非常不利，甚至超过了相同降雨量的短时降雨。2滑坡成因机制分析 S519 省道开挖路堑边坡高度约 1520m，从边坡开挖面、钻探揭露情况和深部位移监测数据分析滑坡为全风化带滑坡，滑带土位于可塑硬塑状全风化花岗岩与硬塑状全风化花岗岩之间。全风化花岗岩风化程度高，岩性近似土体，土体呈较为松散的砂土状，粘粒含量较少，从而粘性较低3。由于结构呈松散的砂土状的岩性特点，水分子容易进入。且全风化花岗岩上部可塑硬塑状土层孔隙比比下部硬塑状土层大，下部硬塑状土层较上部可塑硬塑状土层相对密实，因此地表水与地下水较易汇集到该处，比较易于在二者分界面处形成相对隔水带，造成该集水层位土体软化，形成软弱结构面，抗剪强度降低3。在 S519 省道开挖路堑边坡，形成高陡临空面，前缘卸荷和雨季经常性降雨的诱发下，产生牵引式滑坡。滑坡逐级牵引向斜坡坡体后部发展，导致坡体上发育多级拉张裂缝和房屋出现不同程度受损迹象。四、滑坡治理方案建议 根据已查明的滑坡特征、滑体厚度、保护防治对象，同时考虑到防治工程的施工环境、经济合理性与环境适应性，提出了 3 种治理方案建议。1 方案一：沿路堑靠山侧布置一排桩，中对中间距 5m、桩截面 2m3m 的抗滑桩板墙，总根数 32 根，单根长 25m，总方量 4,800m3。挡土板 672m3。施工完成后，清除桩前覆土，施作路基路面。此外，在滑坡体上开挖截排水沟，疏理坡面排水路径。方案一可以彻底根治滑坡，但是成本造价非常高。2方案二：坡脚反压回填至原坡面线，从滑坡前缘稳定部位绕行改线通过。滑坡体上开挖截排水沟，疏理坡面排水路径。方案二改线涉及重新勘察设计施工、征地拆迁等问题，且造价也比较高。3方案三：经过计算，坡脚反压回填至一级边坡马道位置，回填土需满足压实度、含水率等相关规范要求。降低该路段设计等级，观测通行，设置长期自动化监测，做好临灾预警措施。水田改为旱地，整修坡面，滑坡体上开挖截排水沟，疏理坡面排水路径，减少雨水渗入坡体。方案三是建立在科学分析计算的基础上提出的，但是不能完全保证消除隐患，需要经过至少一个雨季的监测观察。优点是成本较低，比较经济。（下转第 94 页）94 中 国 水 运 第 23 卷 （1）通过平行因子分析共分辨出 3 种荧光组分，分别为 2 种类腐殖质（C1、C2）、1 种类蛋白（C3 酪氨酸）。荧光组分 C1、C2 来源相同，其空间分布特征由北向南逐渐降低，观山湖大于金华湖，类蛋白 C3 整体分布较为均衡。（2）光谱指数表明，观山湖公园水体 DOM 腐殖化程度低，腐殖质为内源与外源共同输入，分子量沿水流方向增加。参考文献 1 吴丰昌，王立英，黎文等.天然有机质及其在地表环境中的重要性J.湖泊科学，2008，（1）：1-12.2 周石磊，张艺冉，黄廷林等.基于 UV-vis 及 EEMs 解析周村水库夏秋季降雨不同相对分子质量 DOM 的光谱特征及来源J.环境科学，2019，40（1）：172-184.3 周石磊，张艺冉，黄廷林等.周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征J.环境科学，2018，39（12）：5451-5463.4 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