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西华大学硕士学位论文 边坡稳定性分析及金阳县城区滑坡治理方案研究 专业：岩土工程 研究生：严志忠指导教师：王泽云 摘要 滑坡在我国是一种常见的地质灾害现象，对于在城市区域内出现的潜在的 滑坡灾害往往会对城市的经济发展和居民的人身安全构成巨大的威胁，因此开 展滑坡的稳定性分析、治理方面的研究工作对于保证边坡的长期稳定至关重 要。 论文结合凉山州金阳县城滑坡治理工程实践，基于大量的国内外相关文献 资料，对工程建设中常见的堆积层滑坡的特征做了详尽的阐述和分析，对可能 形成堆积层滑坡的地区特性、老滑坡体的各种结构特征以及正在发展的堆积层 滑坡的具体特征做了详细描述，同时还对堆积层滑坡的成因、类型进行了分析， 总结了影响滑坡稳定的主要因素和滑坡稳定性的判断方法。 本着理论与实践相结合的原则，通过对研究区的气象、水文资料、区域地 质环境资料的分析整理，结合实地工程地质调查，查明了滑坡区的地质构造特 征，建立研究区域内外地层层序，分析了金阳县台地的形成原因，为金阳古滑 坡的存在、规模、稳定性判断提供了依据。对于研究区滑坡稳定性的具体判断， 本文采用工程类比加极限分析方法对研究区的稳定性进行综舒平价，计算所采 用的粘聚力c 、内摩擦角巾等力学参数是通过试验、工程地质类比与反演分析 法相结合得到。通过对不同工况条件的稳定性计算，结合滑坡变形的宏观分析 对其滑坡群的发展变化趋势和危害性进行了预测。考虑到滑坡的规模太大而进 行大规模的整治工程所需的建设资金不足，本文从抓住诱使滑坡发生的主要因 素出发，提出有效的防护措施建议，从根本上消除滑坡灾害的隐患。 关键词：滑坡 稳定性粘聚力 内摩擦角反演分析 西华大学硕士学位论文 a n a l y s i so ns t a b i l i t yo fl a n d s l i d ea n ds t u d yo n a d m i n i s t r a t i n gp l a no fl a n d s l i d ei nj i ny a n g c i 够 g e o t e e h n i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：y a n z h i z h o n gt u t o r ：p r o w a n gz e y u n a b s t r a c t l a n d s l i d ei sak i n do fg e o l o g i ch a z a r dw h i c hi su s u a l l ys e e ni no u r c o u n t r y p o t e n t i a ll a n d s l i d ew h i c ha p p e a r si nc i t ya r e au s u a l l yt h r e a t s g r e a t l ye c o n o m i cd e v e l o p m e n to f c i t ya n dp e r s o n a ls a f e t yo f r e s i d e n t s s oi t i sv e r yi m p o r t a n tf o re n s u r i n gl a n d s l i d e sl o n g - t i m es t a b i l i t yt os t u d yo n s t a b i l i t ya n a l y s i sa n dg o v e r n a n c eo f l a n d s l i d e c o m b i n i n gw i t hl a n d s l i d ec o n t r o li nj i ny a n gc i t ya n db a s i n go nl o t so f d o c u m e n ta n dd a t aa th o m ea n da b o a r d ，t h i sp a p e re x p l a i n sa n da n a l y z e s f u l l y c h a r a c t e r i s t i c s o f ( 1 e p o s i t l a n d s l i d ew h i c hi s u s u a l l y s e 翻：li n e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n s t h ea u t h o rd e s c r i b e sd e t a i l e d l ya r e ac h a r a c t e r s t h a tf o r m a t sd e p o s i tl a n d s l i d ep o s s i b l ya n do l dl a n d s l i d e m a s s c h a r a c t e r s a t t h es a m et i m e ，a n da n a l y z e sc a u s e so ff o r m a t i o n ，t y p e sa n ds t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c so f d e p o s i tl a n d s l i d e ，a n ds u m m a r i z e sm a i nf a c t o r s i n f l u e n c i n gs t a b i l i t yo f l a n d s l i d ea n d j u d g e m e n t a lm e t h o d s c o m b i n i n gt h e o r yw i t hp r a c t i c e ，a n db ya n a l y z i n ga n dc o l l a t i n gw e a t h e r , h y d r o l o g i c a ld a t aa n de n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o no fr e s e a r c ha r e a , t h i s p a p e rd e t e c t ss t r u c t u r a lf e a t u r e so fl a n d s l i d ea r e a , e o n s u - u c t ss t r a t i g r a p h i c s e q u e n c eo ff i e l d ，a n da n a l y z e sf o r m a t i o nc a u s e so fj i ny a n g i tp r o v i d e s s u p p o r t s f o r e s t i m a t i n g 。e x i s t e n c e ，s c a l e a n d s t a b i l i t y f o rj u d g i n g 西华大学硕士学位论文 s p e c i f i c a l l ys t a b i l i t y o fl a n d s l i d ei nr e s e a r c ha r e a , t h i s p a p e r u s e s e n g i n e e r i n ga n a l o g ya n dl i m i ta n a l y f i sm e t h o d t oc o m p r e h e n s i v e l ye v a l u a t e s t a b i l i t yo fr e s e a r c ha r e a t h e s em e c h a n i c a lp a r a m e t e r ss u c ha sc o h e s i o n a n di n t e r n a lf r i c t i o na n g l et h a ta r eu s e di nc a l c u l a t i o na r eg o tf r o mt e s t ， e n g i n e e r i n gg e o l o g ya n a l o g ya n di n v e r s i o na n a l y s i sm e t h o d b yc a l c u l a t i n g s t a b i l i t yi nd i f f e r e n to p e r a t i n gc o n d i t i o na n da n a l y z i n gm a c r o c o s c o p i c a l l y d e f o r m a t i o no fl a n d s l i d e ，t h et r e n do fd e v e l o p m e n ta n dh a r m f u l n e s so f l a n d s l i d ec l o ta r ef o r e c a s t e d c o n s i d e r i n gt h es c a l eo fl a n d s l i d et o ol a r g e ， a n dr e p a i r i n gc o s m i c a l l yn e e d sl o t so fm o n e y t i l i sp a p e rp r o p o s e se f f e c t i v e p r o t e c t i v em e a s u r e st oa v o i dh i d d e nd a n g e r so fl a n d s l i d eb yc o n t r o l l i n g m a i nf a c t o r so fl a n d s l i d e k e y w o r d s ：l a n d s l i d e ，s t a b i l i t y ，c o h e s i v ef o r c e ， i n t b m a lf h c t i o n a n g l e ，b a c ka n a l y s i s i 西华大学硕士学位论文 独创性申明 本人申明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得耍坐盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的。论文成果归西华大 学所有，特此申明。 辛驴r 年年 吖卵 签签者师作导 西华大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题的提出及意义 我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，每年因为自然灾害造成的经 济损失达1 0 0 0 亿元以上。同时在这些自然灾害中由滑坡造成的地质灾害占相 当大的比重。我国的西南、西北等多山地区滑坡事故频繁，给当地人民的经济 发展及生命财产安全造成巨大的影响。例如：1 9 8 3 年甘肃洒勒山滑坡，三分钟 内6 0 0 0 万r n 3 土体下滑，淹埋了三个村庄，死亡2 3 7 人；1 9 8 5 年三峡新滩滑坡， 3 0 0 0 万m 3 土石下滑，其中2 0 0 万m 3 滑入长江，激起3 6 m 高的涌浪，毁船7 7 条， 1 0 人丧身，新滩古镇也被毁；1 9 8 2 年云阳鸡扒子滑坡，滑坡体积约为1 5 0 万 一，近1 8 万一涌入长江，使滑坡前缘长江北岸枯水线向江中推进了5 0 余米， 长江河床淤高3 0 余米，造成三道急流，6 0 0 m 长的急流险滩，严重威胁长江航 运的安全。2 0 0 1 年6 月2 4 日杭州拱墅区半山镇石塘村由于山洪爆发而发生滑 坡，导致2 2 人死亡、7 人受伤和2 人重伤的特大事故。2 0 0 2 年5 月1 日重庆 市隆县发生的地质滑坡，导致了7 9 人死亡的事故。国外边坡发生破坏的事故 也很频繁。如1 9 0 3 年阿尔伯达州的龟山发生了大滑坡，造成7 0 余人的伤亡， 淹没铁路长达2 3 0 0 m 。1 9 6 3 年意大利的瓦若依昂拱坝左岸的岩质边坡发生破坏， 约2 3 亿3 的岩石沿斜坡滑动，造成了2 6 0 0 多人死亡的重大事故。1 9 5 4 年法 国的m ai p a s s e t 双曲拱坝，蓄水后在巨大压力作用下，左坝肩部分岩体产生 了不均匀变形和滑动，于1 9 5 9 年1 2 月2 日突然崩溃，造成了5 0 0 名士兵伤亡， 直接经济损失6 8 0 0 万元。 随着国民经济的发展，水利、国防、交通运输、矿山开采等建设工程中所 遇到的边坡问题越来越多，这些边坡工程的稳定性及其对周边环境的影响己引 起了人们的极大关注。目前，边坡稳定已经和地震、火山并称为当今三大地质 灾害源，国家和地方投入了大量的人力、物力和财力来进行这方面的研究和治 理n 卜嘲。 金阳县是凉山州一个以彝族为主的少数民族贫困县，县城所在地( 天地坝 镇) 坐落在金阳河右岸，墨竹洛山山腰的一个古滑坡台地上，台前的前( 东) 1 西华大学硕士学位论文 后( 西) 缘地形陡峭，地形切割大，地质环境条件极为脆弱。在古滑坡台地的 前缘发育有多处老滑坡，是地质灾害多发区，特别是城北老滑坡规模巨大，滑 坡体上有大量的农田，加之城市生活污水及后缘山坡地表水的常年注入，老滑 坡已有活动迹象，老滑坡的活动直接关系着县城台地的稳定。如任其发展势必 会毁坏公路、吞食县城台地，严重威胁城区的安全及人民的生命财产安全。因 此，开展边坡的稳定性分析研究不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的工 程实践意义。 1 2 国内外对滑坡稳定研究的历史及现状综述 滑坡，是指位于斜坡及边坡上的岩土体在自重或( 及) 外动力作用下沿坡向 下发生的整体性较强的运动形式及过程；同时，“滑坡”也指正在变形中的岸坡， 崩、滑堆积体和处于稳定状态的崩、滑堆积体。滑坡对人类工程建设的危害是 世界性的，我国是一个多山的国家，从而也是滑坡广泛分布的国家，特别是每 年雨季都要发生若干滑坡，它几乎遍及全国各省区，特别是我国西南地区，滑 坡更为频繁。在我国几乎每年都可见体积达数百万甚至上亿立方米规模巨大的 自然滑坡。山区修建水库、电站、道路和工厂等形成的大量开挖山坡，也可产 生新滑坡或导致老滑坡复活，滑坡给世界各国造成的经济损失估计每年可达数 十亿美元，整治费用惊人。另外，若工程不能及时发挥效益或使用被中断，期 间造成损失更大嘲- c 。因此滑坡灾害作为一种最普遍的自然灾害，己引起了各 国工程技术和科研人员的极大关注“4 。纵观历史滑坡问题的研究大致经历以下 几个阶段“”： ( 1 ) 2 0 世纪5 0 年代到6 0 年代中期：这一时期，人类活动和工程建设的 规模比较小，并且有足够多的优良场地供工程选址，场地条件比较简单，因此， 工程建设对环境的影响较小，灾害与环境问题并不突出。这一时期，对多采用 土力学的刚体极限平衡理论对滑坡灾害进行评价。 ( 2 ) 2 0 世纪6 0 年代中期到7 0 年代：2 0 世纪6 0 年代初期的意大利瓦依 昂滑坡事件，使人们意识到了地质灾害的发生不是一个单纯只用极限平衡理论 就可以描述的过程。在我国，“三线”建设的兴起和大型水电工程的开发涉及 到了复杂场地，同时也揭示了一系列大型滑坡，它们都难以用常规的静力学观 2 两华大学硕士学位论文 点去认识，尤其是如何解释滑动面的形成过程。这个时期，岩石力学的发展为 这个问题的解决提供了理论基础，它帮助工程地质学家认识到了岩体的“可变 形性”、变形的“时效性”和岩体结构对这种变形乃至最终破坏可能起到的控 制作用，从而开始了对地质灾害的形成演变进行“地质过程机制分析”的时代， 一些具有代表性的边坡变形破坏地质一力学模式被相继提出。“机制分析论” 的提出是人们对地质灾害认识上的一次质的飞跃，但受这一时期理论和研究手 段的限制，人们还无从对这一复杂过程进行力学量化的描述，更多的还是建立 在“概念模型”基础上的定性分析。 ( 3 )2 0 世纪8 0 年代：是地质灾害分析手段与方法取得长足发展的时 期。一方面随着计算机技术的迅速发展和现代力学、现代数值分析理论的进步， 模拟技术开始被广泛地应用于地质灾害分析，尤其是机制分析中针对介质的特 点，先后出现了线弹性模拟、弹塑性模拟和考虑时间效应的粘弹一塑性模拟， 后期还出现了准大变形和运动过程的离散单元模拟，乃至全过程模拟等，基于 相似理论的物理模拟技术也得到了相应的发展。借助于方法的更新和手段的进 步，人们对地质灾害的认识不再仅仅停留于“概念模型”阶段，而是通过模拟， 把“概念模型”上升为“理论模型”，进一步从内部作用过程( 机制) 上揭示边 坡地质灾害的发育及滑动面的形成过程，以及这一过程所反映的边坡稳定性状 况和蕴涵的以后的变化信息，从而为复杂边坡的稳定性评价及预测提供了必要 的理论方法和工具。这一阶段的发展促使“地质过程机制分析”的学术思想体 系发展到了“地质过程机制分析一定量评价”的新阶段。另一方面，地质灾害 的随机不确定分析方法及建立在其基础上的数理统计及灰色系统预报理论等 被引入斜坡失稳评价及预测中，但所有这些方法，在描述上仍末脱离传统的线 性领域范畴。 ( 4 ) 2 0 世纪9 0 年代：是系统工程地质学形成和发展的时期，也是人们 对复杂地质过程和复杂灾害系统认识上的又一次质的飞跃时期。它有两个标 志，一个标志是从2 0 世纪8 0 年代末期开始，系统科学的思想被引入复杂地质 过程和地质灾害的研究中，人们从系统的结构上认识到地质灾害的发生是一个 复杂的地学系统内部各子系统相互协调及其与外部系统相互之间、系统内部各 子系统之间的信息传递，地质灾害的控制机制与可能的控制途径，从而开始了 从认识地质体向适应乃至改造地质体、从认识地质灾害向控制灾害发生的过 3 西华大学硕士学位论文 度，并形成了“系统工程地质学”和“工程地质系统集成”等学术思想。另一 标志是2 0 世纪9 0 年代初，现代系统科学的重要组成部分一非线性科学被引 入到了地质灾害的研究中。人们不仅通过一般系统科学认识到了复杂灾害系统 的物理构成，而且借助于非线性科学，认识到了系统形成与演变的非线性特性， 从而完成了从线性系统到非线性系统的历史性转变。非线性科学认为地质灾害 是由系列非平衡不稳定事件产生的空间、时间、功能和结构上的自组织行为， 从而导致开放系统远离平衡态的结果，由此相继建立了一些初步描述崩滑灾害 非线性行为的动力学方程，提出了一些基于突变理论、分形理论及非线性动力 学理论的预测模型。 由此可见，对崩滑地质灾害的研究，在认识上，人们对系统认识走过了从 封闭到半开放、开放，对系统行为从确定性到随机性、混沌性，对系统内涵从 线性到非线性的历程；在理论基础上，人们逐步将传统静力学、近代岩体力学、 现代数理力学及非线性科学理论引入应用；在行为目的上，从认识灾害发生机 制、评价预测其发生可能性到进行灾害控制与治理，走过了从认识自然到改造 自然的艰难历程。尽管如此，人们还是不得不承认这样一个事实：迄今为止， 崩滑地质灾害的评价、预测问题并没有得到根本性解决，灾害仍在频繁发生， 我们仍面临着极高的地质灾害风险。 由于滑坡内部结构构造的复杂性和滑坡组成物质的不同，滑坡具有不同的 破坏方式，对于不同的滑动面形式，国内外有关学者采用不同的分析方法和计 算公式评价其稳定状态。目前，对这一问题的主要研究方法如下： ( 1 ) 极限平衡分析法：是目前应用最简单、最成熟、最广泛的边坡稳定 性分析方法，是一种以稳定系数为度量指标的定值法，这种方法经过长期的工 程实践证明是一种有效的、工程实用的方法。 ( 2 ) 有限元方法1 ：是数值模拟方法在边坡稳定评价中应用得最早的 方法，也是目前最广泛使用的一种数值方法，可以用来求解弹性、弹塑性、粘 弹塑性：粘塑性等问题。自2 0 世纪7 0 年代开始，自适应理论被引入有限元计 算，现己基本建立了一般弹性力学、流体动力学、渗流分析等领域的平面自适 应分析系统，能使计算较为快速和准确。陈胜宏、熊文林开发的弹塑性自适应 有限元分析软件a c o r e ，对三峡船闸第二闸室边坡的开挖施土过程进行了模拟 计算，效果较好。 4 西华大学硕士学位论文 ( 3 ) 离散单元法：自从c u n d a l l 首次提出离散单元d e m ( d i s t i n c te l e m e n t m e t h o d ) 模型以来，这一方法己在岩土工程和边坡问题中得到日益增长的应用。 离散单元法的一个突出功能是它在反映岩块之间接触面的滑移、分离和倾翻等 大位移的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。因此，任何一种岩体材 料都可引入到模型中，例如弹性、粘弹性、弹塑性或断裂等均可考虑，故该法 对块状结构、层状破裂及一般破裂结构岩体边坡比较合适。并且，它利用显示 时间差分法( 动态松弛法) 求解动力平衡方程，求解非线性大位移与动力稳定问 题较为容易。此法在岩质高边坡稳定分中有较广泛的应用o “。 ( 4 ) d d a 方法：由石根华与g o o d m a n 提出的块体系不连续变形分析 ( d i s c o n t i n u o u sd e f o r m a t i o na n a l y s i s ) 是基于岩体介质非连续性发展起来的 一种崭新的数值分析方法。此法的网格与岩体物理网格一致，可以反映岩体连 续和不连续的具体部位。它考虑了变形的不连续性和时间因素，既可以计算静 力问题，又可以计算动力问题。它还可以计算破坏前的小位移，也可以计算破 坏后的大位移，如滑动、崩塌、爆破及贯入等，特别适合于边坡极限状态的设 计计算。 d d a 法是兼具有限元与离散元法二者之部分优点的一种数值方法，其一个 时步内的求解过程更像有限元法。但是，岩体种类繁多，性质极为复杂，计算 时步的大小对结果影响很大，且需耗用大量的计算机内存及计算时间，计算方 法的优化和改良还有待进一步研究。 ( 5 ) 拉格朗日元法：为了克服有限元等方法不能求解大变形问题的缺陷， 人们根据有限差分法的原理，提出了f l a c ( f a s tl a g r a n g i a na n a l y s i so f c o n t i n u e ) 数值分析方法。该方法较有限元法能更好地考虑岩土体的不连续和 大变形特性，求解速度较快。其缺点是计算边界、单元网格的划分带有很大的 随意性。它己有不少商家程序，如p a c u n d a l l 提供的f a l c 是一显示时 间差分解析法，它无需建立刚性矩阵，所需内存少，时间少，但也有很多不足 之处嘲。 ( 6 ) 界面元方法：文献 2 7 提出了基于累积单元变形于界面的界面应力 元模型，建立了适用于分析不连续、非均匀、各向异性和各类非线性问题及场 问题，以及能够完全模拟各类锚件复杂空间布局和开挖扰动的界面元理论和方 法，为复杂岩体的仿真计算提供了一种新的有效方法。此外，基于工程稳定性 5 西华大学硕士学位论文 问题的力学机理，建立了评判岩体稳定性的干扰能量准则。判据与干扰能量法 成功地解决了岩体稳定性的客观判据、潜在滑面、稳定薄弱部位和最小抗滑稳 定安全系数等难题，将岩体稳定性的数值评判提高到了个新的水准。 ( 7 ) 可靠度方法：传统上，一直以安全系数作为边坡工程稳定性的评 价指标，然而，安全系数不是一个常数，而是一个由设计因素的变异性所决定 的随机变量。2 0 世纪7 0 年代后期，边坡工程界开始接受不确定性的概念，构 造随机模型，采用概率论和数理统计知识，如可靠指标和破坏概率来评价边坡 的安全度。祝玉学等在边坡可靠性分析中作了大量的、卓有成效的工作；但同 时，他指出：可靠性分析方法只是所有安全度问题的一种方法，是确定性方法 的发展与补充。因随机因素太多，难以确定各因素的概率，此方法刚走向实际 工程应用阶段，还需要做进一步研究m ，。 ( 8 ) 地质力学模型实验法卜嘲：地质模型实验法是在2 0 世纪7 0 年代发 展起来的，这种方法能模拟不连续岩体的自然条件、岩体结构及其物理方程。 典型边坡地质力学模型的建立对于边坡稳定性评价及其失稳形式的分类是非 常有意义的。因为边坡的地质力学模型是反映影响边坡稳定性状态的各种地质 因素的综合体现，因而可以在工程实践中根据边坡地质模型把握边坡破坏形 式，预报边坡变形趋势和可能破坏方式，以便选择可靠的加固处理措施等：地 质模型方法的种改进形式是近年来由四川大学提出的变温相似方法，即通过 预埋在边坡关键部位的电阻效不断升温，逐渐降低岩体和结构面的参数，以此 来研究边坡的失稳演变过程，该方法可以较真实的反映边坡应力场，但在具体 实验方面还存在需要改进之处。除了传统的地质力学模型外，离心模型实验也 开始广泛应用于边坡的变形破坏研究中，这一技术的应用为深化对边坡失稳破 坏机制的认识，解决复杂工程地质问题提供了重要手段。 除上述方法外，模糊方法、神经网络、遗传算法、模拟退火法、无网络伽 辽金法在实际工程中也均有应用。但纵观边坡稳定分析方法的发展，各种方法 均没有达到圆满解决工程实际问题的需要，对理论模型的辨认、本构关系、计 算参数、仿真方法等都需迸一步深入研究。同时，由于各种技术革新、数学、 力学及计算机技术的快速发展，均向理论分析不断提出新挑战。基于边坡工程 的复杂性，智能评价系统，是未来发展的一种趋势。并且，利用己有的边坡工 程失稳和稳定实例建立系统，考虑多种因素影响，使多学科交叉融合，研究开 6 西华大学硕士学位论文 发基于案例推理的边坡稳定的综合集成式智能评价系统，也是将来发展方向之 一o 1 3 国内外对滑坡治理措施研究的历史及现状综述 早在1 9 世纪中叶欧美国家就己经开始了对滑坡灾害防治的研究，但是 早期由于人们对滑坡的性质和变化规律认识不深，对那些大、中型滑坡只能绕 避，只对小型滑坡采取削坡减载、反压以及采用抗滑挡土墙进行治理。直n - - 次世界大战后，随着各国经济的发展和国土资源的大量开发利用，遇到的滑坡 越来越多，5 0 年来各国对滑坡治理措施的研究有了较大的发展和提高，一些 大型的边坡主要采用支挡结构来进行加固。支挡结构的发展大概可分为三个阶 段嘲。嘲： ( 1 ) 5 0 6 0 年代，治理滑坡灾害通常采用地表排水、削方减载、填土反 压、挡土墙等措施。 ( 2 ) 6 0 7 0 年代，人们逐渐重视支挡结构的作用，在以应用排水工程和 抗滑挡土墙为主的同时，大力开发应用抗滑桩工程以解决抗滑挡土墙施土中的 困难，因为抗滑桩具有布置灵活、施工技术简单、对边坡扰动小等优点，受到 工程师们的青睐。欧美国家和前苏联多用钻孔钢筋混凝土灌注桩，直径 1 o - i 5 m ，深2 0 3 0i n 。日本则多采用钻孔钢管桩，钻孔直径4 0 0 - 5 0 0 r a m ，深 2 0 一30 l i i ，孔中放入直径3 1 8 5 - 4 5 7 2 m m ，壁厚1 0 4 0 m 的钢管，钢管内外注入 混凝土或水泥砂浆，为了增加桩的抗剪断能力，有时在钢管中再放入h 型钢。 ( 3 ) 8 0 年代以后，在小直径抗滑桩应用的同时，治理大型滑坡的大直径 挖孔抗滑桩开始使用。如日本在大阪府的龟之懒滑坡上采用直径5 m ，深5 0 一6 0 m 的大型抗滑桩。它的周围均匀布筋，只在滑动面附近用型钢加强桩的抗剪断能 力。与此同时，锚索工程在滑坡防治中大量使用，或与抗滑桩联合使用，或锚 索单独使用( 加反力梁或锚墩) ，单根锚索承受的拉力5 0 0 3 0 0 0 k n 不等，长度 一般3 0 6 0 m ，长的达1 2 0 m 。由于锚索工程不开挖滑坡体，又能机械化施工， 所以目前被广泛应用。 我国对滑坡灾害的系统研究和治理起步较晚，是5 0 年代初才开始的。但 在社会主义建设中已防治了数以千计的各种类型的滑坡，结合我国国情研究开 7 西华大学硕士学位论文 发了一系列有效的防治办法，总结出绕避、排水、支挡、减重、反压等治理滑 坡的原则和方法。其中尤以铁道部门遇到和防治的滑坡最多，研究得更为系统 和深入：进入9 0 年代，为贯彻一次根治、不留后患的原则，我国的滑坡整治 方式已从单一的加固方式进入到综合治理的时期。例如：南昆铁路八波车站巨 型滑坡，采用地面地下立体排水、锚索和锚索桩支挡、建立滑坡地质环境保护 区的综合治理措施，取得成功，被誉为2 0 世纪9 0 年代巨型滑坡治理的成功典 范嘲。 1 4 研究思路与研究方法 本文结合金阳县滑坡整治工程实践，在对堆积层滑坡的各种特性、老滑坡 的各种特征及滑坡的稳定性判断方法迸行全面的分析与总结的基础上对金阳 县城区的地质环境特征、区内堆积层滑坡的成因、滑坡的形成机制进行综合分 析，针对室内实验测定岩土体力学参数时由于受到采样条件的限制无法准确的 测得滑带土( 尤其是碎石土) 的实际强度指标，本文通过采用实验方法结合反 演分析来确定岩土体力学参数，并采用折线滑动法计算确定滑坡区域的稳定系 数，通过对研究区域内的滑坡变形宏观分析与稳定性系数计算结果对比后对滑 坡区的稳定性进行了综合评价，进而推断其滑动变化趋势并作出危害性预测， 在此基础上结合当地实际经济情况提出合理的治理方案。 8 西华大学硕士学位论文 2 研究区工程地质特征 2 1 研究区地质环境概况 f i 9 2 1t h e p e r s p e c t i v e o f t h e l a n d s l i d e i n j i n y a n g c i t y 图2 1 金阳县城区滑坡全景 金阳县地处四川省 西南缘小凉山金沙江 畔，距州府西昌市2 1 5 k m ( 如图2 2 ) 。南北长 6 5 2 蛔，东西宽5 5 4 k m ， 幅员面积1 5 8 8 k m 2 。东南 与云南省昭通市昭阳 区、永善县巧家县隔金 f i 9 2 2 t h e m a p o ft h e t r a f 矗c 沙江相望，东北与雷波 图2 2 交通情况图 县相接，西北与昭觉县相连，西与布托县毗邻。县内有等级公路与上述省内邻 县相通，交通较为方便。地理坐标为东经1 0 2 。5 6 3 0 ”1 0 3 。2 0 7 2 0 ”，北 纬2 7 。2 2 1 0 ”2 7 。5 7 4 1 ”。 9 西华大学硕士学位论文 2 2 地形地貌条件 金阳县地处小凉山南缘，区内山峦重叠，山体浑厚。区内最高点位于大梁 子，绝对高程2 3 7 6 m ；最低点位于金阳河下游德谷沟段，绝对高程9 2 7 m 。区内 总体地势北高南低，山脉受区域地质构造控制，多呈南北向或北东向展布。河 流由北向南径流，地形深切割，相对高差一般大于5 0 0 m 。地表风化剥蚀强烈， 残坡积、崩坡积层发育，地表广泛分布红土；区内植被稀少，居民点分散，坡 地普遍为旱地垦种，水土流失严重，生态环境脆弱，是长江流域水土保持重点 地区之一。 地貌形态主要为高山峻岭及陡壁陡坡，次为缓坡，平坝少见。陡坡上沟谷 发育，冲刷强烈，常见滑坡堆积地貌，下缘形成坡积群；山岭为浑圆状剥蚀残 山；金阳河在研究区内，河道相对平直，呈“u ”“v ”形河谷，河床宽度l o m - 3 0 m ， 纵坡角2 。，坡降3 2 ，无阶地，河漫滩仅局部发育。由于碳酸盐岩含泥量较 高并局部与页岩互层，渗透性差，在干燥气候条件下，剥蚀强烈，区内岩溶地 貌不发育。 县城城区一带呈现典型古滑坡地貌，滑坡后缘为震旦系灯影组白云岩形成 的圈椅状陡崖后壁，地形坡度3 5 。- 4 5 。，高4 5 0 f 【r 5 00 i i i 。古滑坡台地为一长 2 3 0 0 m ，宽2 0 0 m - 5 0 0 m 的纺锤形缓坡平台，坡度3 。一5 。，金阳县城坐落其上。 古滑坡前缘为金阳河西岸斜坡，坡度2 5 。- 4 5 。，其上发育有城北老滑坡、德 谷沟电站进水口老滑坡、野猪湾新滑坡及城关小学变形体等多个次级滑坡。滑 坡体主要有碎裂岩( 白云岩) 、砂页岩块石、碎石组成，局部钙质胶结。城北 金阳中学下部11 0 0 r e - 1 2 6 0 m 为老滑坡构成的次级平台，长近4 0 0 i n ，宽2 0 0 余米。 2 3 地质构造与地震 2 3 1 褶皱 金阳地区处于阿则洛背斜南端与觉梯背斜北倾伏端之间，被金阳断裂带破 坏的地段，西边为波洛向斜，东边为老寨子向斜。 1 0 西华大学硕士学位论文 一北东仰起的北东向向斜通过城区，其南西部被金阳断裂切割，枢纽北东 高南西低。 向斜核部地表主要分布第四系残坡积层，广泛见有红土，下伏为志留系、 奥陶系。两翼为奥陶系、志留系、二叠系。城北为n w 翼，下伏奥陶系、寒武系 倾向s e ，与坡向近一致；城南为s e 翼，下伏奥陶系倾向n 1 】，与坡向相反。 2 3 2 断裂 f 1 金阳主断裂： 南起务科以南，经县城西部边缘向北延至区外，调查查明断裂带区域上沿 灯厂一桃子坪金阳一打洛瓦托核子日挖延伸，全长5 2 k i n ，断面西倾，倾角 8 0 。上盘震旦系超覆在下盘寒武系、奥陶系之上，最大高差3 0 0 - - - 6 0 0 m ，上 盘奥陶系与下盘奥陶系最大高差1 3 0 0i l l 。两侧数十米内岩石受挤压强烈，破 碎成碎裂状、糜棱状结构，经常有方解石脉充填，两盘地层产状相反，拖引褶 曲发育，指向为上下盘上升下降。性质为逆断层，铅直断距 1 0 0 0 m 。 f 2 金阳次断裂： ， 南起德谷沟，向北延伸至城南，交汇于主断裂带，全长大于2 k m ，断面西 倾，倾角7 0 。- 8 0 。上盘震旦系超覆在下盘寒武系、奥陶系之上，上盘岩体 受挤压强烈，多呈碎裂状、糜棱状结构，城南采石( 砂) 场位于该盘。断裂两 盘地层产状相反，拖引褶曲明显指向为上下盘上升下降。性质为逆断层，铅 直断距 3 0 0 m 。 2 3 3 地震 据四川省地矿局成都水文地质工程地质中心新构造运动特征分析，早在燕 山运动时就奠定了本区构造运动的基本轮廓。 据1 9 9 0 年中国地震动参数区划图( 国家地震局，1 9 9 0 ) 和建筑抗震 设计规范( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) ，区内抗震设防烈度为度。设计地震动峰值加速 度为0 1 0 9 。进行滑坡稳定性验算时，考虑地震荷载作用情况下的地震水平加速 度取0 。l 瞻。 西华大学硕士学位论文 2 4 地层岩性 研究区内出露主要有第四系、志留系、奥陶系及震旦系地层，缺失石炭系 和白垩系。地层岩性变化复杂。根据地质测绘调查，现将研究区地层划分及岩 性特征详述如下： 表2 。1 研究区地层划分及岩性特征表 地层 届系统岩性特征 代号 人工填涂层：主要分布于县城平台及金阳一对 坪公路上部，为碎块石组成，充填少量扮质秸 士。厚度o - 5 m 。 冲洪积层，主要分布于各滑坡前缘至金阳河 吖”1 谷，漫滩，为砂卵石组成。厚5 - 1 5 m 。 新第 残坡积层，主要分布于金阳古滑坡体外南北两 生四q 一 侧，由未胶结的碎块石组成，颗粒大小在 界系3 - 1 0 c m ，厚o - 3 m 。 滑坡堆积体，广泛分布于各滑坡体上，上部为 少量含碎石( 角砾) 粉质粘土，下部为角砾、 q 碎石、块石及碎裂白云岩等，成分南部以白云 岩为主，北部以灰绿色砂页岩为主。厚 9 1 - 1 2 0 m 左右。 古 。 深灰色页岩、粉砂岩、泥灰岩、灰岩薄互层，分布于农科所一 生留s 含笔石。厚度1 3 5 3 2 2 m 。 马桑坪等地。 界 系 古 分布于城东天生 生 奥五峰组。灰黑色薄层状灰岩夹页岩，中一强风 桥陡壁、务科堰渠 陶o 辅化，岩体较完整，层理清晰，裂隙不发育，隐 界上部陡壁及上瓦 系上晶结构。厚2 0 - 2 5 m 。 池东部陡壁。 统 宝塔组。灰色深灰色中厚层状鱼鳞状( 马蹄 0 抽纹状) 灰岩，岩体完整，层理不清晰，裂隙不宝塔组下部。 发育，有鱼鳞纹特征节理。厚5 0 8 0 m 。 西华大学硕士学位论文 艾家山组。紫红一灰紫色( 相变) 薄层状粉砂分布于城南务科 0 撕质页岩，鲁体较完整，层理清晰，页理发育。 及城东天生桥陡 厚5 - l o m 。 壁。 中 红石崖组上部。红色中一厚层状瘤状灰岩，中分布于城南务科 统 0 a l h一微风化，岩体较完整，层理不清晰，裂隙不一道班及城东天 发育，块状结构。厚1 2 1 6 m 。生桥陡壁。 红石崖组下部。深灰色中厚层状结晶灰岩，中 o a 自等风化，岩体较完整，层理不清晰，裂隙鞍发 同上。 青，呈块状结构。厚2 5 3 5 m 。 湄潭组上部。灰白色中厚层状石英砂岩，中等分布于城东天生 风化，斜层理发育，岩性单一，个别夹薄层灰桥陡壁、金阳河西 o i 雌 白色页岩。岩体较破碎，层理清晰，层间节理 岸索桥及东岸冲 下裂隙发育密集，呈镶嵌碎裂状结构。厚约5 0 m 。沟中。 统 湄潭组下部。灰色一灰黑色薄层状砂页岩，中一 强风化，岩体较破碎，层理清晰，裂隙发育， 分布于城北覆盖 0 j 层下及天生桥东 呈散体状结构；岩体含粘土矿物较多，抗风化 差，表面及裂隙面零星见褐黄色铁染。厚1 4 0 m 。 坡。 上 二道水组。浅灰色薄层状白云岩夹少量白云质分布于城北苗圃 寒 统 e m 页岩，中等风化，岩体较完整，层理清晰，部一天生桥电站一 武 分见条带状特征。裂隙发育。厚大于1 5 0 m 。 带。 系 由 西王庙组。紫红色中层状粉砂岩，中等风化，分布于打洛瓦托 统 e 抽岩体较破碎，层理不清晰，产状凌乱。厚大于一阿核约嘎一大 l o o m 。 粱子一带。 灯影组。浅灰色厚一巨厚层状白云岩为主，中 分布于城两陡坡 兀震 上 等风化。岩体较上部较完整，下部较破碎，层 古旦 统 处，与奥陶系断层 界系 理清晰，层间挤压强烈，表面有少量钙化现象。 接触。 厚大于2 0 0 m 。 西华大学硕士学位论文 1 城南务科公路桥西边陡壁2 。城东天生桥东边陡壁 f i g2 3 t h ef i go f s t r a t u mo f j i n y a n gc i t y 图2 3金阳县城区地层对比图 1 4 西华大学硕士学位论文 2 5 水文地质条件 2 5 i 城市生产、生活用水分布特点 金阳县城市生活用水源头为来来寨高山水，设计日供水量为7 5 0 0 一，年实 际用水量最大为1 9 0 0 m 3 ，多余水直接排放至城市排水系统。生产、生活废水除 少部分沿城市地下排水系统经德谷沟滑坡的污水渠排至金阳河外，其余就地排 放被当地农民直接引为农田灌溉用水，并迅速转化为地下水。生产、生活用水 的排放，尤其在旱季，可作为区内地下水的重要补给来源。金阳河沿滑坡区东 侧流过，河床坡降比为2 7 ，对岸坡的冲刷、侧蚀作用明显。一般洪水位比最 低水位高出2 3 m ，最大洪水位比最低水位高出5 - 6 m 。主要以大气降水补给。 2 5 2 地下水类型及分布特点 区内地下水的类型有第四纪松散类孔隙水和基岩裂隙水两类。第四纪松散 类孔隙水赋存于第四系松散堆积体内。基岩类裂隙水赋存于碎裂白云岩或粉砂 岩裂隙内。据水文地质调查，场区内地下水天然露头主要分布在滑坡前缘、滑 坡周界。在雨季主要以大气降水及生产生活用水的排放的双重补给；旱季，则 以生产生活用水的排放补给为主。其排泄特点：主要以蒸发方式直接向大气释 放，部分在勘查区内排放或经地下深层迁移最终补给金阳。 2 5 3 气象水文 金阳县处于亚热带季风气候区，区内多年平均气温1 5 7 。c ，最高气温3 8 6 c ，最低气温一4 。c 。区内多年平均降水量7 8 8 i m m ，最大年降雨量1 1 5 2 i m m ， 出现在1 9 5 9 年，最少为6 0 1 0 姗，出现在1 9 6 4 年。总体上降雨不丰富，而且 降雨的时空分布不均匀，雨季( 5 1 0 月) 降雨量为7 0 0 8 舢，占全年总降雨 量的8 8 9 9 6 ，旱季( 1 1 月至翌年4 月) 降雨量为8 7 3 姗，占全年总降雨量的 1 1 1 。局部暴雨现象时有发生，有纪录的日最大降雨量发生在2 0 0 6 年7 月7 日，达7 8 9 r a m 。最长连续降雨量发生于1 9 8 1 年5 月1 6 日6 月5 日，连续降 西华大学硕士学位论文 雨2 l 天，连续降雨量1 5 2 3 m 。降水量、蒸发量、湿度随时间变化的关系见图 2 4 。区内发育的金阳河距金阳县城东侧6 0 0 - 8 0 0 m ，是金沙江的一级支流，全 长4 6 k m ，流域面积2 9 2 k m 2 ，走向近南北，河床宽1 5 3 0 m 。为季节性河 流，年平均 流量6 6 m 3 s ， 枯月流量 1 4 8m 3 s ，最 大洪峰流量 8 4 8 m s ( 1 9 6 6 8 2 9 ) ，最 高与最低河水 位差3 5 5 m 。 金阳河流域平 均侵蚀模数 6 2 5d k i n 2 ， 多年平均径流 深6 8 7 2 m ， 平均含沙量 3 7 0 9 m 3 。可 见，金阳河具 有较强的侵蚀 能力。 降水筮攫厦 ( m ) 燕麓垦( ) 2 0 0 ” 0 ； 1 6 0 j d 二 1 2 0 i 。生 8 0 h i j 4 0 一酗 0 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 f i g2 4t h e v a x i a b em l a t i o no f t h ec h a n ga b o u tp r e c i p a t i o n 、e v a p o r a t i o n a m o u n ta n dh u m i d i t y 图2 4 降水量、蒸发量、湿度随时间变化的关系图 区内还发育多条小型冲沟，以v 型、u 型为主，冲刷宽度0 5 - 5 0n l ，冲 刷深度o 2 - 3 o m 。流量变化较大，旱季无水，雨季各冲沟最大流量1 0 _ 1 3 0 l s 不等。 2 5 4 地表水体分布特点 城北老滑坡：共发育有3 条冲沟( 4 、5 、6 号冲沟) ，1 条引水渠及多处污