广东高州市马贵镇垭垌村学堂坡坠落式崩塌形成机理分析_黄梦祺.pdf

广东高州市马贵镇垭垌村学堂坡坠落式崩塌形成机理分析黄梦祺 李林坚(广东省地质局第四地质大队 广东 湛江 5 2 4 0 0 0)作者简介黄梦祺(1 9 9 3年),女,助理工程师,现从事水工环地质、地质灾害治理、岩土工程勘察等方面工作。摘 要 主要介绍了广东省高州市马贵镇垭垌村学堂坡的地质灾害历史、地质背景及其边坡现状特征,通过综合地质灾害调查等,查明隐患区的地貌单元、地层岩性、地质构造、坡体结构、岩土特征和水文地质条件等,圈定地质灾害灾体的周界、微地貌特征。同时也查明了地质灾害的类型、规模、范围、产生原因及灾体的大小和威胁对象。最后分析边坡目前稳定性、其形成条件及形成机理。结合地质灾害隐患点的地质环境条件、灾害特征,提供地质灾害设计物理力学参数,提出地质灾害治理措施和建议,为类似的地质灾害的分析和治理提供参考。关键词 崩塌;结构面切割;重力蠕变;形成机理 1.概况马贵镇垭垌学堂坡位于高州市马贵镇1 4 方向,处于高州市的东北部。原地形地貌以低山为主,学堂坡依山而建。后经山脚削坡建房,开挖山体形成2处高陡人工边坡。其中A区边坡呈折线型,长边呈西南东北走向,坡面倾向为西北方向;B区边坡呈直线型,长边呈西南东北走向,坡面倾向为西北方向。2 0 2 1年,调查人员对地质灾害隐患点及其影响区进行野外综合地质灾害调查。变形地质体范围内调查采用追索法,详细圈定变形地质体边界;变形体以外的调查采用穿越法,辅以追索法。2.边坡现状特征后经山脚削坡建房,开挖山体形成A、B两处边坡,总长约7 3.9 m。其中A区为不规则阶状人工边坡,局部较高较陡,边坡形态呈折线型,长边呈西南东北走向,坡面倾向为西北方向。坡长约5 4.3 m,走向1 8 7 2 7 0。坡底高程约4 7 0.54 7 1.4 m,坡顶高程4 7 4.04 7 7.6 m,相对高差3.57.1 m,坡度约3 0 8 2。坡脚设简易毛石挡墙,挡墙厚度约2 0 c m,无混凝土固定,稳定性差。坡面开辟为梯田,有多层小陡坎。B区整体为不规则多阶状人工边坡,边坡形态呈直线型,长边呈西南东北走向,坡面倾向为西北方向。坡长约1 9.6 m,走向2 3 2。坡底高程约4 5 2.2 m,坡顶高程4 6 2.04 6 2.5 m,相对高差9.81 0.3 m,坡度约4 0 8 2。一级坡处为石砌挡墙,高约1.5 m,厚约0.4 m,已混凝加固,处于较稳定状态。二级坡高约1.9 m,三级坡高约3.1 m,四级坡高约2.7 m。根据现场调查,边坡汇水面积大,每逢雨季,东南方山体雨水形成的坡面径流向边坡流动,对边坡稳定性有不利影响。综上所述,自然山体植被茂密,主要由农作物、桉树、果树及杂草组成,山体整体稳定性较好。但由于居民在坡脚削坡建房,造成的人工边坡较高较陡,危及性大。3.灾害历史广东省高州市马贵镇垭垌学堂坡崩塌地质灾害隐患点是高州市地质灾害在册隐患点,由马贵镇自然资源所跟踪巡查监测,该处曾发生过小型崩塌。若发生地质灾害,对坡脚处的居民威胁极大。初步统计,威胁村民人数2户共2 0人,潜在经济损失约8 0万。会造成巨大的财产损失,危害人民的生命,影响极大。4.地质背景4.1气象水文垭垌村属亚热带季风气候,春、秋季节温暖,夏季炎热且漫长,冬季较短,全年无霜期为3 6 1天。年平均气温为2 2.8,最高气温为3 7.6,最低气温为-1.5。1月平均气温为1 5.1,为全年气温最低月份,极端气温为-1.5;7月平均气温为2 8.4,为全年气温最高月份,极端气温为3 7.6。多年平均降雨量为1 9 2 4.6 mm,降雨最大年份达2 9 8 2.6 mm,最少年份 为1 4 7 2.5 mm;各 月 平 均 降 雨 量 为2 4.6 3 9 0.1 mm,降雨量随季节变化较大,降雨多集中在夏、秋两季;各月平均日最大降雨量为1 5.91 0 6.5 mm,极端日最大降雨量达7 4 0.0 mm,降雨量随季节变化分配不均,雨量变幅大,雨季为4月上旬9月中旬,降雨量占全年降雨量6 8.5 2%9 1.5 8%;9月下旬次年3月底为旱季,多年旱季降雨量为1 6 1.56 1 9.1 mm,约占年降雨量的8.4 2%3 1.4 8%。区内地表水系较不发育,未见河流等分布。边坡北侧有小型水渠由坡脚通往坡下,将雨水引水用于灌360 水文地质、环境地质、工程地质DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.021溉,对边坡稳定性影响小。影响的灾害性天气主要是台风(热带风暴)和暴雨。由热带风暴带来的降水尤其是强暴雨是诱发山体滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的主要激发因素。4.2地形地貌垭垌村为丘陵地貌,山体海拔高,山势呈东南高西北低,植被茂盛,山体斜坡坡度2 5 4 0。学堂坡西侧为2 8 0省道(东-北向)与1条河流,该段河流与省道平行。有水泥路通到山脚附近,但水泥路较狭窄,弯曲,交通较困难。学堂坡依山而建,村民部分削坡建房,形成了呈折线型的A区边坡与呈直线型的B区边坡。4.3地质构造根据区域地质资料及调查资料和人工边坡的揭露,没有发现断裂构造。区域地壳稳定性为基本稳定。根 据 中 国 地 震 动 参 数 区 划 图(G B 1 8 3 0 6-2 0 1 5),调查区处于地震基本烈度7度区,地震峰值加速度0.1 0 g。反应谱特征周期为0.3 5 s。抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.1 0 g。区域地壳稳定性为基本稳定。4.4工程地质根据区域资料调查资料,区域内分布的地层主要为第四系残坡积层砂质黏性土及强风化混合花岗岩(表1)。表1区内地层简表界系地层代号主要岩性新生界第四系Q4d e l砂质黏性土元古代P t m混合花岗岩边坡开挖揭露的地层主要为第四系(Q4d e l)砂质黏性土,含砂量较高,黏性较差,其特征描述如下:第四系残坡积层(Q4d e l)砂质黏性土:黄褐色等,片麻结构,块状构造,原岩结构尚可辨认,岩芯呈土状,硬塑坚硬,黏性差,浸水易软化崩解。为边坡的主要物质组成。通过实验分析边坡土样样品,主要物理力学指标平均 值 如 下:含 水 率W=2 3.7%、天 然 密 度0=1.6 5 g/c m3、孔隙比e=1.0 2 2、液性指数IL=-0.1 2、压缩 系 数a1-2=0.8 2 MP a-1,压 缩 模 量Es=2.5 9 MP a,黏聚力Cq=1 1.4 k P a,内摩擦角q=2 2.8。为高压缩性软弱土层。在层砂质黏性土取土样作腐蚀性分析,结果见下表:表2土的腐蚀性分析野外编号易溶盐试验项目p H值C a2+M g2+C l-S O42-HC O3-C O32-m g/k gm g/k gm g/k gm g/k gmm o l/k gm g/k gm g/k g中金1-16.7 6-392 4-中金1-76.0 5-391 2-根据国家标准 岩土工程勘察规范(G B 5 0 0 2 1-2 0 0 1)(2 0 0 9年版)第1 2.2节,层砂质黏性土对混凝土结构腐蚀性等级为微腐蚀,对混凝土结构中钢筋的腐蚀性等级为微腐蚀,对钢结构的腐蚀性等级为微腐蚀。砂质黏性土土层厚度大,含较多砂粒,黏性较差,抗冲刷能力差,工程性质一般。在雨水入渗后,黏聚力大幅度降低,工程性质较差。4.5水文地质地下水类型主要为孔隙潜水。边坡土层主要由残坡积土组成,土层为弱透水地层,富水性弱。区内地 下 水 补 给 来 源 主 要 为 大 气 降 雨,主要以 潜流 形 式 区 外 排 泄,小 部 分 以 蒸 发 和 植 物蒸腾 形式排泄。地 下 水 位 变 化 主 要 与 区 内 降 雨密切 相关,具有 季节性和 时 段 性 变 化,变 化 幅 度较大。一般情况 下,地下 水 位 埋 深 较 大,对 边 坡影响 小。区内水文地质条件简单。调查期间,坡面、边坡脚处均未见泉水、渗水情况。4.6人类工程活动人类工程活动主要是为了削坡建房,改变了原地形地貌特征,形成高陡边坡,坡面有少量低矮毛石挡墙或石砌挡墙。人类工程活动对边坡的稳定性的影响较大。5.崩塌的形成条件及发生机理分析5.1边坡失稳形式边坡的失稳常常给工程建设带来巨大危害,根据地质环境条件及已发地质灾害类型等因素进行分析,该边坡潜在的边坡失稳形式主要为崩塌。5.2边坡稳定性预测分析该边坡地质灾害隐患类型为崩塌,崩塌原因主要是由于边坡较高较陡,边坡土层主要为砂质黏性土,浸水易软化崩解。在雨季,雨水下渗,造成土层自重增加,抗剪强度降低,土体之间的黏聚力下降,易引发崩塌。因此,边坡在雨季发生崩塌的可能性极大,但多属于微小型崩塌。为了预测分析该边坡的稳定性,选取了其中一段有代表 性 的 边 坡 剖 面 作 为 计 算 对 象,对 边 坡 进 行460评价。边坡主要由砂质黏性土组成。根据以往监测资料,该边坡现处于基本稳定状态。但若受雨水渗泡,边坡发生崩塌、滑动的可能性较大。以1-1 剖面作为代表采用圆弧滑动法计算其稳定安全系数,不考虑地震、地下水作用。边坡安全等级按二级评价。(图1)5.2.1边坡参数取值边坡土由砂质黏性土组成。根据勘查的采样测试结果和调查经验,在天然状态下,边坡力学参数建议值见表3.表3天然状态下边坡岩土层参数建议值表层号岩土名称天然重度(k N/m3)凝聚力(k P a)内摩擦角(度)土体与锚固体极限黏结强度标准值(k P a)地基承载力特征值(k P a)砂质黏性土1 6.51 1.42 2.85 51 8 0图11-1 剖面在饱水情况下,岩土层凝聚力、内摩擦角均降低,重度增大。根据勘查的采样测试结果和调查经验,饱和状态下,边坡力学参数建议值见表4。表4 饱和状态下边坡岩土层参数建议值表层 号岩土名称饱和重度(k N/m3)凝聚力(k P a)内摩擦角(度)土体与锚固体极限黏结强度标准值(k P a)地基承载力特征值(k P a)砂质黏性土2 06.22 0.05 01 6 05.2.2边坡稳定性分析评价按土质边坡计算,根据现边坡形态分别验算边坡稳定状态:一、工况一:天然状态,考虑岩土体自重;二级边坡;采用简化B i s h o p法。二、工况二:浸水饱水状态,考虑岩土体自重、雨水作用;二级边坡;采用简化B i s h o p法。计算结果见下表5。表5边坡稳定计算结果表剖面线工况边坡等级稳定安全系数F s t验算安全系数F s稳定状态评价1-1工况二级1.3 01.2 5 7基本稳定工况二级1.3 01.0 0 0欠稳定 计算结果表明,天然状态下,边坡均处于基本稳定状态,雨水渗入,岩土饱水情况下,边坡处于不稳定状态。5.3崩塌的形成条件(一)原始地貌为低山地貌,山体最大高程6 0 0 m以上,山脚高程一般4 5 0 m左右,相对高差约1 5 0 m以上,工程建设削坡不合理,形成了高陡的边坡,且该处正好位于山体的凹处,为崩塌、滑坡提供了非常有利的条件。(二)边坡主要由砂质黏性土组成,黏性差,浸水易软化崩解。该岩土体也为崩塌滑坡创造了物质条件。(三)由于风化不均匀,形成风化面,即为崩塌的分离面。分离面为坡体提供了临空面。(四)虽坡面、边坡脚处均未见泉水、渗水情况,但由于人为削坡,形成了陡峭的临空面,汇水面积大,暴雨或雨季大量雨水汇集,流经此处。同时此处边坡土层主要为砂质黏性土,浸水易软化崩解。在雨季,雨水下渗,造成土层自重增加,抗剪强度降低,土体之间的黏聚力下降,从而引发崩塌。5.4崩塌的形成机理分析崩塌通常指陡坡上被直立裂隙分裂的岩土体,由于根部空虚,折断压碎或局部滑移,失去稳定,突然脱离母体,向下倾倒、翻滚的地质现象。1垭垌村边坡较为高陡,最高处高度约1 0 m,坡度在4 5 以上,坡体自身稳定性较差,岩土层工程性质较差。虽然坡面植被茂密,但由桉树、果树及杂草组成,植被根系较浅,在降雨条件下浅层植物根系吸水,增加了斜坡体的重量,同时也增加了驱动力。并且植物能使得雨水更易渗入土体,从而增加土体自重,降低了阻力。如此,结构面切割或者重力蠕变2,边坡就失去了稳定,就会发生崩塌。因而,在该处边坡的失稳变形里,降雨是崩塌诱因,人类活动为外