贵州某硬、软间层滑坡形成机理及稳定性评价_陈开能.pdf

28 工程前沿 2023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究贵州某硬、软间层滑坡形成机理及稳定性评价陈开能贵州有色地质工程勘察公司，贵州 贵阳 550002摘要：间层指岩性不同的两巨厚岩石大层相间。文章以贵州某硬、软间层牵引式顺层岩质滑坡为例，对该滑坡形成机理进行分析，认为硬、软岩层间层组成的顺层岩质斜坡滑坡主滑带一般分布在两硬岩间的软岩间层中。通过滑坡稳定性分段计算分析，滑坡主滑段稳定性较滑坡整体稳定性差，符合牵引式滑坡沿斜坡坡脚自下而上逐级牵引变形破坏的特征。此滑坡稳定性计算方法和评价过程对于类似地质结构的滑坡研究与防治具有一定的借鉴意义。关键词：间层；顺层；牵引式；岩质滑坡；主滑段；稳定性Abstract:The interlayer refers to the interbedding of two huge thick rock layers with different lithology.Taking a hard and soft interlayer tractive bedding rock landslide in Guizhou as an example,this paper analyzes the formation mechanism of the landslide.It is considered that the main sliding section of bedding rock slope landslide composed of hard and soft interlayer is generally distributed in the soft interlayer between two hard rocks.Through the calculation and analysis of landslide stability in sections,the stability of the main sliding section of the landslide is worse than the stability of the overall landslide,which is in line with the characteristics of the tractive landslide deformation and failure step by step from the bottom to the top along the slope toe.The calculation method and evaluation process of landslide stability have certain reference significance for landslide research and prevention of similar geological structures.Key Words:interlayer;bedding;tractive;rock landslide;main sliding section;stability分类号：P642.22Formation Mechanism and Stability Evaluation of a Hard and Soft Interlayer Landslide in GuizhouCHEN KainengGuizhou Nonferrous Geological Engineering Survey Company,Guiyang 550002,Guizhou,China009.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.作者简介：陈开能，男，本科，工程师，研究方向为水工环地质调查评估、工程地质勘察、地质灾害防治工程设计。贵州全省共有 125.8 万座山头，采矿及工程建设等人类活动几乎都在山体斜坡范围进行。由上覆硬岩与下伏软岩间层组成的上硬下软型顺层岩质斜坡，是贵州地区较为常见的斜坡结构。由于斜坡上层硬岩与下层软岩存在力学强度、抗风化能力及渗透性等方面的特性差异，以及所处地形地貌不同，其形成滑坡后的变形破坏特征及成因机理异常复杂1。因此，文章以贵州某小型硅石矿山发生的上硬下软、软硬间层的顺层牵引式岩质滑坡为研究对象，分析了滑坡形成机理，并进行滑坡稳定性评价，过程及方法对同类型斜坡结构的岩质滑坡防灾减灾具有实践参考意义。1 滑区地质环境条件1.1 气象水文滑区属中亚热带湿润气候，雨量充沛，历年以 6 月降水量最多，平均为 204 mm，占全年的 18.7%，12 月最少，占全年的 2.83%。年最大降水量达 1 822.90 mm，年平均降水量 1 100.00 mm。年极端最高温度 40.4，极端最低温度-7.2，年均气温 16.6。滑坡所处斜坡坡前发育一条由南向北径流的溪沟，溪沟宽 10 m。1.2 地形地貌滑区总体地势东高西低。最高点位于滑坡所处斜坡坡顶、海拔高程 560 m，最低点在斜坡坡脚、海拔高程为 490 m，滑区最大海拔高差约 70 m。滑区区域上属于构造、剥蚀作用形成的低中山地貌类型，滑坡体位于剥蚀斜坡地段。1.3 地层岩性及岩土特征根据现场勘查，滑区分布地层岩性自上向下主要 工程前沿29工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月有：（1）第四系粉质黏土（Qel+dl），残坡积成因，主要呈硬塑状态，厚度很薄且分布不连续；（2）寒武系变马冲组二段（1b2）石英砂岩，深灰色，中厚层、块状，为硅石矿矿层，坡脚厚、至坡顶尖灭，矿层厚度为312 m，受构造影响，节理裂隙较发育，岩体较破碎，硬度大，物理力学性质高，分布连续；（3）寒武系变马冲组一段（1b1）页岩、砂岩，灰黑色，薄层状，泥质结构，具有长期暴露易风化、遇水易崩解的特征。1.4 地质构造及地震据区域地质资料，滑区位于东西走向的镇远压扭性断裂带附近，滑坡南侧沿冲沟附近发育东西走向的次生逆断层，该断层倾向北西、倾角为 65。出露基岩寒武系变马冲组石英砂岩、页岩，岩层产状295 20，岩层层面平直光滑、延展良好、泥夹岩屑充填，结合程度为结合很差。受断层影响，滑区岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩体内发育 3 组主要节理，产状分别为：J1 组 25 35 75 85、J2 组 100 130 65 75、J3 组320 350 80 85，三组节理均呈张性特征，明显张开，节理面结合程度为结合差。滑区抗震设防烈度为 6 度，地震分组为第一组，地震动峰值加速度为 0.05g，特征周期为 0.35 s。1.5 水文地质条件滑区地下水主要有第四系孔隙水和基岩裂隙水两种类型。滑区地下水以大气降水为主要补给来源，降水通过基岩节理裂隙、构造裂隙等注入地下，在岩体裂隙运移。地下水受地形、构造及岩层产状等因素控制，总体由东向西径流。滑区在水文地质单元上位于区域地下水的补给、径流区。滑区内滑坡北侧及南侧坡脚各发育 2 处泉点，泉点分布高程在 490 500 m，泉点流量约 0.01 L/s。1.6 人为活动滑区改造地质环境的人为活动强烈，强烈的人为活动主要表现为采矿工程活动。矿山开采方式为露天开采，采面位于斜坡坡脚。现状采面长 180 m、高12 21 m，矿山规模属小型。2 滑坡特征2.1 滑坡形态特征滑区属于低中山地貌类型，滑坡体位于山体一侧南东高北西低的斜坡地段。斜坡坡脚海拔高程 490 m，坡顶海拔高程 560 m，最大海拔高差 70 m。斜坡坡脚因采矿切坡作用，形成长 180 m、高 12 21 m 的中部低两侧较高的新临空面。斜坡为上层灰、深灰色石英砂岩、下层灰-灰黑色页岩、砂岩硬软间层结构，且临空面下部测量的页岩厚度为 0 9 m。石英砂岩透水性较强，页岩相对隔水。斜坡为顺向坡，岩层层面倾角为 20。滑坡滑体物质主要为寒武系变马冲组二段石英砂岩及岩体以上的土体，土体结构松散，岩体较破碎；滑坡滑面位于石英砂岩底部、页岩顶部，外倾岩层层面顺直，滑面呈折线型；滑坡滑床为中风化页岩，滑床页岩整体稳定性较好。滑坡总体呈南东北西顺斜坡坡向发育，滑坡体平面形态呈舌状。滑坡体主轴方向上长 180 m，横宽为45 150 m，滑向为 295，滑体厚 3 12 m，滑坡平面面积约 38 400 m2，滑坡体体积约 30 万 m3，滑坡规模等级为中型。滑坡工程地质剖面图如图 1 所示。比例尺 1 1 000主滑段原始地面线295 20105高程（m）高程（m）560552544536528520512504496488480472050100150200472480488496504512520528536544552560牵引段1第四系滑塌堆积块（巨）石；2第四系残坡积粉质黏土；3滑动面；4寒武系下统变马冲组二段石英砂岩；5寒武系下统变马冲组一段页岩、砂岩；6寒武系下统九门冲组二段灰岩；7断层。图 1 滑坡工程地质剖面图2.2 滑坡变形特征滑坡形成后，自斜坡坡脚至坡顶发生了整体滑动，其变形特征主要表现为前缘中部坡脚隆起 2 4 m，地面出现多条放射状挤压裂缝。前缘两侧（页岩临空侧）剪出滑塌，滑塌方量约 3 000 m3。滑坡体中部出现一条宽 1 4 m 的贯穿滑坡体的横向裂缝，裂缝两侧呈明显的台阶状。该裂缝将滑坡体划分为上、下两级，其中下级主滑段临近坡面先滑动，该段滑体因厚度较大，岩体较完整，滑坡体变形较轻微；上级牵引段滑体因厚度较薄且岩体较破碎，牵引张拉裂缝发育，变形较强烈。3 滑坡形成机理分析从该滑坡所处地质环境条件及其发生时间分析，30 工程前沿 2023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究滑坡的形成主要与其所处的斜坡地形、切坡作用、上层硬下层软的地层岩性结构、上层透水下层隔水的水文地质结构及降雨等因素有关。斜坡坡脚因采矿工程活动切坡，形成新的临空面，且在临空面下部大范围地揭露了强度相对较低且相对隔水的页岩。切坡后，斜坡下部失去支撑，斜坡产生向下滑动的趋势，其应力场重新分布，坡脚应力集中，滑带应变软化2，组成斜坡砂岩岩体出现局部拉裂。页岩具有透水性弱、软化系数低、耐崩解性差等水理性质。降雨是诱发滑坡的关键因素，降雨汇聚后沿坡体裂隙下渗，遇砂岩底部页岩阻挡后，大部分地下水沿页岩顶部砂岩岩体裂隙径流软化。最终砂岩底部、页岩顶部界面不断贯通形成滑带，斜坡发生滑坡。该滑坡变形破坏的地质力学模型为“滑移-拉裂3”。4 滑坡稳定性计算与评价4.1 计算方法及工况该滑坡为沿外倾岩层层面滑动的顺向岩质滑坡，滑面近似呈折线形，采用不平衡推力传递系数法计算滑坡稳定性。分析滑坡可能遇到及经历的工作状况可知，滑区雨量充沛，降雨是滑坡发生的主要诱发因素，且坡体变形后滑坡体上存在一系列与滑面直接相通的拉裂缝，滑移面强度不仅因降水而降低，还可由于裂缝冲水而加剧滑坡体变形4。因此，对滑坡按下列两种工况分别进行稳定性计算，工况 I 为基本组合，考虑基本荷载，安全系数取 1.25；工况为特殊组合，考虑基本荷载+降雨荷载，安全系数取 1.20。4.2 计算参数选取滑体重度与滑带抗剪强度是滑坡稳定性评价中的关键参数，对滑坡滑体土重度采用试验法确定，对滑带土抗剪强度采用试验法、剖面验证及参数反演综合分析确定，滑坡岩土物理力学参数表如表 1 所示。安全系数 Fst时，滑坡处于稳定状态；当 1.05 Fs Fst时，滑坡处于基本稳定状态；当 1.00 Fs 1.05 时，滑坡处于欠稳定状态；当 Fs 1.00 时，滑坡处于不稳定状态。滑坡稳定性计算分析评价如表 2 所示。表 2 滑坡稳定性计算结果表由表 2 可知，滑坡主滑段+牵引段在工况条件下处于基本稳定状态，在工况条件下处于欠稳定状态；滑坡主滑段在工况条件下处于欠稳定状态，在工况条件下处于不稳定状态。由此表明，滑坡主滑段稳定性较滑坡整体稳定性差，滑坡主滑段发生滑动以后向上牵引了上级斜坡变形破坏，符合该滑坡牵引式变形破坏特征。5 结