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摘要 赣南红层滑坡的滑动机理及防治对策 摘要 随着近年来赣南地区经济建设发展，山地开发规模不断加大，红层滑坡造成的危害 也日益严重，已经成为制约当地经济发展、威胁人民生命财产安全的一大突出问题。因 此，展开红层滑坡滑动机理的研究并探讨相应的防治对策，已经成为当前一个紧迫的研 究课题。 围绕上述问题，通过对国内红层滑坡研究成果的调查总结和对大量赣南红层滑坡实 例的分析比较，首先对赣南红层的分布特征、地质环境及工程性质展开研究，初步确定 了红层滑坡产生的环境背景和滑动因素，综合运用类比分析、因素分析、映射分析和数 值模拟的方法，对红层滑坡的激发机制和滑动机理展开研究，找到了红层滑坡的关键因 素和滑动特征。在此基础上，结合国内外大量滑坡防治的研究成果，有针对性地提出了 红层滑坡的防治对策，为今后赣南红层滑坡的研究和防治提供了参考依据。 关键词：红层滑坡，滑动机理，防治对策 a b s t r a c t s l i d i n gg e c h a n i c sa n dc o n t r o l l n gm e a s u r e so f r e d m u d s t o n e l a y e rl a n d s lid eing a n n a n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dc o n s t r u c t i o ni ng a n n a ni nj i a n g x ip r o v i n c e , e x p l o i t a t i o n s c a l eg e tb r o a d e ra n db r o a d e r a tt h es a m et i m e ，t h eh a r mf r o m r e d - m u d s t o n e 1 a y e rl a n d s t i d e sg e tm o r c 鲥o u s j th a sb e e nad i 茁c u l tp r o b l e mw h i c hh o l et h e e c o n o m yi n c r e a s i n ga n dd oh a r mt ot h ep e o p l e sl i v e sa n dp r o p e r t i e si nt h ea r e a s o ，i ts h o u l d b er e g u a r d e da nu r g e n tw o r kt of i n do u tt h es l i d i n gm e c h a n i c sa n dm a k es u r o ft h e c u r e - d e f i n em e a s u r 龉t or e d m u d s t o n e - l a y e rl a n d s l i d e si ng a n n a 几 t ot h ep r o b l e m , b yr e s e a r c h i n gt h ec o n c l u s i o na b o u tr e d m u d s t o n e - l a y e rl a n d s l i d e s i n l a n da n dc o m p a 血gt h ee g a m p l e so fr e d - m u d s t o n e - l a y e rl a n d s l i d e si ng a n n a n , d of i r s t l y i n v e s t i g a t et h ed i s t n b u t i o nc h a r a c t e r , g e o l o g ye n v i r o n m e n ta n de n g i n e e r i n gp r o p e r t i e so f r e d - m u d s t o n e - l a y e ri ng a n n a n , c o n f i r mt h ee n v i r o n m e n ta n d t h em a i nf a c e t sl e a d i n gs l i d eo f r e d m u d s t o n e - l a y e rl a n d s l i d e ，b ya n a l o g ya n a l y s i s ，f 细ma n a l y s i s ，r e f l e c t i o na n a l y s i s a n d n u m e r i c a ls i m u l a t i o n , d om u c hr e s e a r c hw o r ka r o u n de x p l o s i o nm e c h a n i c sa n ds l i d i n g m e c h a n i c s ，f i n d i n gt h ek c ye x p l o s i o n f a c t m sa n ds l i d i n gc h a r a c t e r s t h e n , r e f e r i n gt ot h e r e s e a r c hp r o d u c t i o n sa b o u tl a n d s l i d ep r e v e n t i o na n dc u r e , g i v i n go u tt h es p e c i a la d v i c et o p r e v e n t i o na n da l l mo fr e d - m u d s t o n e - l a y e rl a n d s f i d e , w h i c hc o u l db eu s e dt og u i d ep r e v e n f i a n dc u o fr o d m u d s t o n e - l a y e rl a n d s l i d ei ng a n n a n k e yw o r d s ：r e d - m u d s t o n e - l a y e rl a n d s l i d e ，s l i d i n gm e c h a n i c s ，p r e v e n t i o na n d c x i l em e a s u r e s 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研 究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料与我一 同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 关于论文使用授权的说明 本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复 印件，允许论文被查阅和借阅学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容 期冽，宇 华东交通大学 硕士学位论文任务书 研究生姓名吴海平学号 2 0 0 4 0 19 0 0 8 0 10 3 学院( 系)土木建筑学院 专业道路与铁道工程 专业方向边坡稳定研究 论文题目赣南红层滑坡的滑动机理及防治对策 要求完成时间2 0 0 7 年4 月1 0 日 江西省自然科学基金：赣南红层滑坡机理及防治对策研究( 项目 选题来源 编号：0 3 2 0 2 6 ) 主要研究任务： 1 、总结赣南红层滑坡的分布特征、地质环境特征和滑动特征 2 、确定赣南红层滑坡的主要激发因素和滑动机理 3 、探讨赣南红层滑坡的防治原则和防治措施 接受任务时间 汾6 年? 其b 学生签名 荚治孑 导师签名 孤n 张 日期1 伊7 年6 只b 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源及研究背景和意义 1 1 1 课题来源 本课题来源于江西省自然科学基金资助项目，项目名称：赣南红层滑坡机理 及防治对策研究。项目编号：0 3 2 0 2 6 。 1 1 2 研究背景及意义 江西是我国地质灾害高发省份之一地处亚热带暖湿气流的控制区，年降水 量较大，全境地貌又以山地丘陵为主，特别容易发生各种地质灾害。据国土资源 部门调查，全省地质灾害易发区面积7 3 4 0 0 平方公里，次易发区面积5 6 7 0 0 平方 公里，分别占全省国土面积的4 4 和3 4 。 各种地质灾害中，滑坡灾害不但数量多，而且增长快。据1 9 7 0 - 1 9 9 8 年的统 计资料显示，滑坡发生频率逐年增高，特别到2 0 世纪如年代后，滑坡数量激增。 年代前发生的滑坡占4 4 ，舳一如年的占8 5 7 ，到2 0 世纪9 0 年代，发生 的滑坡次数已占到统计总数的8 7 0 3 。仅在1 9 9 8 年，由于主汛期降水量大，造 成江西全境出现大量的山体滑坡，该年出现的滑坡占统计总数的6 6 1 5 。 滑坡造成的危害非常严重，特别是红层滑坡，不但分布广泛，而且突发性强， 难于防治，一旦发生，破坏作用巨大。例如2 0 0 2 年8 月1 8 日，信丰县小江镇 京九铁路区段滑坡，使铁路滑动中断长达7 0h ，造成重大经济损失；2 0 0 5 年赣 州市主汛期，上犹、宁都、信丰、石城、安远等1 1 个县( 市) 先后发生了程度 不同的滑坡灾害，仅5 月份6 次灾害所造成的直接经济损失就超过2 0 0 4 年全年 灾害损失总和。 本文主要研究的赣南地区，是江西红层滑坡的高发区域。红层滑坡在全区内 分布广泛，长期以来，一直都是困扰当地经济建设发展的难题。特别在近年来， 随着当地经济发展，山区工程建设的规模和数量都日益扩大。因很多拟建和在建 的工程都分布于红层地质区，导致工程建设中的红层滑坡问题更加突出。从近年 几条新建公路的建设过程来看，每条公路修建过程中，均遇到了沿线的工程滑坡 和古滑坡复活问题，严重影响了建设工期和工程造价。已经建好的公路，两侧边 坡也常发生崩塌、滑坡等事故，影响公路的正常运营。对于一些在建工程，红层 第一章绪论 滑坡则常常成为影响工程建设成败的关键问题。 基于上述原因，研究赣南红层滑坡的变形破坏机理，分析滑坡的影响因素， 并结合红层滑坡的特点，探索有针对性的防治措旅，对避免或减少红层滑坡的发 生、保障人民群众生命财产安全、减少经济损失等均具有重要意义。同时，通过 研究总结得到的赣南红层地质特性、分布规律和红层滑坡的激发因素、滑动机理、 防治措施，可用于赣南红层滑坡的防治指导及其他区域红层滑坡的研究参考。 f 2 国内外红层滑坡研究现状 由于红层在我国分布广、面积大，红层滑坡自身又具有滑动规模大、突发性 强、破坏巨大等特点，因而一直受到高度关注对此人们也做了大量研究工作， 并取得了大量的成果。本文主要从红层自身特性研究和红层滑坡研究两方面进行 评述。 1 2 1 红层的定义和分布 红层泛指侏罗系、白垩系与第三系砂岩、泥岩、页岩及其互层结构等软硬相 问的层状岩体。简明不列颠百科全书) 定义1 1 j ：红层，淡红色砂岩和页岩的名 称。这种淡红色是由各种铁化合物的颗粒涂层和包体引起的。以前认为红层仅在 干旱条件下产生。但某些权威证明，红层也能在湿润条件下形成，实际上，几乎 在任何气候环境中都能形成科学技术百科全书) 定义闭，红层是一种被三氧 化二铁染红的碎屑沉积岩，三氧化二铁包在颗粒的外面，以胶结物的形式充填于 孔隙之中，或分散于泥质的基质里。这些色彩鲜明的岩石通常构成非海相到浅海 相的厚层沉积。 红层在我国有较为广泛的分布，统计表明，总出露总面积约4 6 万平方公里， 占国土总面积的近5 。主要分布于西南、华中、华南和西北地区，其他地区只 有零星分布。在西北、西南地区，红层以大片分布的形式存在。在华中、华南地 区，包括江西，红层则多分布在一些山间中小盆地中从整体上讲，我国南方的 红层出露比北方的好，正因如此，我国对红层的研究重点也主要是在南方【3 】 红层软岩属内陆河流、湖泊相沉积，沉积历史较短，成岩程度差，有较强的 环境效应和时间效应，岩体强度低，在工程力学作用下极易发生显著的塑性变形， 属软质岩类。其岩体通常呈紫红色、褐红色及暗红色，抗风化能力差，水敏感性 强，遇水岩体强度大幅度下降，失水后易产生崩解，具有较差的工程地质性质 1 2 2 红层滑坡的微观研究 目前红层滑坡的微观研究主要集中于红层岩体特性与滑坡关系的研究，岩体 2 第一章绪论 特性包括物理性质、水理性质及力学结构性质等方面。 红层岩性主要有砾岩、砂岩( 包括粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩等) 、泥 岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩等，其中砾岩和砂岩强度较高，多属于坚硬岩或较 坚硬岩，其余一般为软岩。红层中的粗碎屑岩( 砾岩、粗砂岩等) 边坡岩体强度一 般较高，一般不易产生地质灾害。软岩普遍具有透水性弱、亲水性强、浸水后岩 体强度软化、失水后易崩解、岩块饱和单轴抗强度低的性质。 就红层的矿物元素与力学关系分析，目前研究认为，关于“红层”中红色之 源的认识，铁的供给在成岩过程中至少为主因之一m 】铁对红层的物理及力学 性质有很大影响红层中铁离子的置换与沉积，直接影响红层的强度。含铁离子 物质与水作用后的化学行为对红层确实存在正反两方面的双向力学效应旧。 水是导致滑坡产生的重要原因之一。红层软岩的水敏感性与地层岩性关系密 切，水的软化作用在泥岩和泥质砂岩中较为明显，在砂岩特别是砾岩中不甚明显 泥岩风化凹进或砂岩悬空时，容易发生崩塌滑坡，当遇到暴雨，先期形成裂隙充 水，在水压力下坡体失稳1 7 。由于红层地下水控水因素复杂，前人根据所研究区 域的各自特点进行分类，把红层地下水水文地质类型划分为6 大类和2 6 亚类嘲。 泥质岩遇水后具有一定的膨胀性，粘土矿物如蒙脱石、伊利石含量越高则膨 胀性越强1 9 。红层软岩的崩解是以其组成颗粒粒径为限度的，崩解主要是由于颗 粒间的联结丧失所致，其崩解机理与软岩中的粘土矿物含量有一定关系，一般而 言，粘土矿物含量超过1 0 的红层软岩将呈现遇水崩解现象【埘。孙乔宝等通过 对红层物质成分的分析，指出红层中伊利石含量较高时对红层的软化有较大影响 【n 】，岩性的抗风化能力差异也是诱发滑坡的主要原因之一。 程强等研究表明，泥岩在压剪应力作用下变形大，并呈现出明显的塑性变形 特征，遇水后软化，而砂岩则相反，强度高，属于硬岩，在坡体应力作用下变形 小，呈明显的脆性变形特征这种变形性质的差异，对砂泥岩互层边坡的破坏有 很大的决定作用。互层边坡在构造应力、自重应力和水的作用下，泥岩变形大， 但为塑性变形，无明显的节理发育，而砂岩变形小，为脆性破坏，因此砂岩中往 往节理发割l 习。红层岩体抗剪强度具有各向异性，沿垂直岩层层面方向的抗剪 强度值最大，沿岩层层面方向的抗剪强度值最小l 廿1 。 红层岩性组合多以砂泥岩互层为主，互层层问结合强度低，而且常有软弱夹 层存在。软弱夹层是指平缓岩层中与岩层产状一致或基本一致的层问剪切带，具 有抗剪强度低，遇水易软化的特性，是控制岩体变形和破坏的首要因素。红层软 岩易从层面张开剥落，一般都是沿顺层面或软弱夹层面滑动。在滑动部位经常可 见粉细砂或粘土岩夹层，有擦痕，夹层顺坡向。有的夹层呈透镜体，有的夹层滑 动痕迹明显1 1 4 1 。 地质构造运动也影响着坡体的稳定性。受区域地质构造、地震等因素的影响， 红层软岩滑坡常呈群、带状密集分布。影响岩体质量的裂隙主要有构造裂隙、成 3 第一章绪论 岩裂隙或浅表部的网状风化裂隙，这些裂隙不仅影响地下水的分布和岩体力学性 质，而且还影响岩石的风化作用方式和风化速度1 1 5 l 。岩体结构面发育，岩层层 面稳固性差，二者是形成不稳定岩体的重要条件【阍 有学者【1 7 】研究认为，红层边坡变形破坏主控因素：1 软弱泥化夹层；2 构造 结构面；3 差异风化 1 2 3 红层滑坡的宏观研究 目前围绕滑坡理论计算研究，主要方法仍然分为定量分析和定性分析由于 目前边坡计算还未达到真正的定量阶段，所谓的定量方法也只是一种半定量的方 法l 堋，定量分析的主要方法有： 1 极限平衡法，主要包括：斯宾塞法，比肖普法( b i s h s h o p ) 、简布法( j a n t , u ) ， 摩根斯坦普赖斯法( m o r g c n s t c m - - p r i n c 宅) 、剩余推力法、沙尔玛法( s a r m a ) 、楔体 极限平衡分析法等随着计算机技术的发展，安全系数的计算也逐渐由传统的手 工计算转为机算，加拿大的s l i d e 、g e n s l o p e ，包括国内的同济启明星都能 方便地计算坡体的安全系数 2 有限元法【1 9 1 ，是把研究对象单元离散化后，再进行微分方程离散求解的 计算方法。目前，世界已经开发了多个二维及三维的有限元分析程序，并被广泛 应用，如美国的a n s y s 等。 3 无单元法例是在有限元法的基础上，采用滑动最小二乘法所产生的光滑 函数近似场函数 4 离散单元法( d e m ) 1 2 1 】是一种适用于模拟离散介质的数值方法。 5 快速拉各朗日分析法【捌( f l a c ) ，结合离散元和有限元计算的共同优点， 计算中利用的。混合离散化”技术针对不同介质特性选取相应的本构方程，更真 实地描述实际地质体的动态行为( 包括沿断层滑动) ，求解中使用显式差分方法极 大的提高了运算效率和适用范围。 6 此外还有d d a 法圆、流形元法1 2 4 l 、遗传进化算法1 2 5 l 、神经元法等计算 方法f 2 6 l 。 定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可 能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析，对已变形地质体的成因及其演 化史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势定性的说 明和解释。常用的定性分析方法有： 1 范例推理( c a 鞯b a s e x lr e a s o n i n g ，简称c b r ) 【卸，范例推理就是由目标范 例的提示而获得记忆中的源范例，并由源范例来指导目标范例求解的一种策略。 基于范例推理中知识表示是以范例为基础，范例的获取比规则获取要容易，从而 大大简化了知识获取，为边坡稳定性评价这样知识获取很不容易的复杂问题提供 4 第一章绪论 了一条新途径。 2 专家系统【冽是一种按某学科及相关学科专家的水平进行推理和解决问 题，并能说明其缘由的计算机程序。 机理方面仍然以传统经典的研究方法为基础，研究的核心问题依然是围绕滑 动面展开。滑动面是滑坡体滑动的物质介质，滑动面( 带) 抗剪强度的大小，决 定滑坡的稳定性，滑动面( 带) 抗剪强度的降低是滑坡滑动的直接原因。研究结 果表明，滑动面( 带) 上不同部位的抗剪强度值与滑坡体不同部位的下滑力不是 恒定的，滑坡体的破坏首先发生在下滑力较大、应力相对集中、滑动面( 带) 抗 剪强度相对较低的部位。自然斜坡的破坏是自斜坡体内的某一部位开始，当斜坡 的某一部位破坏后，该处岩土体的抗剪强度迅速下降至残余抗剪强度，造成局部 下滑力远大于抗滑力，产生剩余下滑力增量，形成塑性破坏区。塑性破坏区岩土 体的抗剪强度较低，无法抵挡坡体的滑动变形，致使塑性变形不断发展，破坏区 沿滑动面向两侧扩展，并引起相邻部位岩土体的连续破坏。当塑性破坏区扩展到 一定范围后，滑动面上的总抗滑力下降至一定值( 小于滑坡体的总下滑力) 吴国雄等提出边坡变形破坏中变形一般经历开挖卸荷变形、陡倾节理发展扩 大、变形破坏形成3 个阶段。在工程旌工中，当开挖岩体时，岩体就要经历两个 方面的松弛：一方面由于二次应力引起的岩石松弛或回弹，这与其它非泥质岩的 松弛和回弹是类同的；另一方面由于开挖暴露，泥岩吸收潮湿空气以及在地表水 的作用下，岩石膨胀松弛。这是泥岩独特的特征，因此在工程施工过程中要注意 防水，并及时采取防护措施，以避免红层软岩泥化软化，强度大大降低，从而产 生大的变形，导致滑坡、塌方、变形等地质灾害。， 人类工程活动诱发因素主要有天然边坡的开挖和卸荷；坡面及坡顶的临时或 永久加载；各种给排水通道的渗漏；边坡支挡工程的不合理设计和旌工；人工填 土的不合理利用等其中不合理的开挖和卸荷是人工滑坡形成的基本诱发因素 1 2 9 1 。 1 2 4 红层滑坡的分类研究 目前对滑坡的研究，总体上从1 0 个方面进行了分类： 1 物质组成分类，包括岩质( 包括岩石滑坡、破碎岩石滑坡) 与土质( 包 括堆积土滑坡、黄土滑坡、粘质土滑坡和堆填土滑坡) 两类。这种分类已在国内 外得到广泛应用。 2 结构分类。结构分类考虑的因素较多，已有的多属滑坡发生前的坡体结 构分类，如刘广润在“长江三峡重大地质与地震问题研究”报告中所建立的斜坡 结构类型划分模式，按结构面与坡面之间的关系，将岩层走向与斜坡走向平行的 斜坡结构分为三大基本类型：顺倾仰倾坡、顺倾俯倾坡、逆倾坡。又按结构面的 5 第一章绪论 倾角与其内摩擦角之间的相对大小，将顺倾仰倾坡再分为大角仰倾坡和小角仰倾 坡。这可从坡体结构上对斜坡稳定性做出宏观稳定性概括又如，据斜坡岩体结 构分为层状结构、块状结构、块裂状结构斜坡。 3 规模分类。按滑动面深度分为浅层滑坡( 5 0 m ) ；按滑坡体积大小分为小型、中型、大 型、巨型滑坡； 4 动力成因分类。刘广润、徐开祥进行的斜坡变形动力成因分类，分为天 然动力与人为动力两大类，每类又细分为多个类型，天然动力分为地震型、降雨 型、汇水型、冲蚀型、剥蚀型、崩坡堆积加载型等；人为动力分为爆破型、水库 蓄水型、水工渗漏型、地面切挖型、地下洞掘型、堆土型等这种分类强调了滑 坡形成的动力因素。 5 斜坡变形破坏机制及特征分类。按照力学机制的传统经典分类，斜坡变 形破坏简单分为牵引式( 后退式) 和推移式( 前进式) 两种基本形式。这种分类 形象、简单、实用，在宏观上突出斜坡变形受力及发展方向。 按照变形机制分类，成都理工学院王兰生、张倬元教授针对层状或含层状岩 体组成的斜坡变形机制提出了5 种基本组合模式：蠕滑一拉裂、滑移一压致拉裂、 弯曲一拉裂、塑流一拉裂、滑移一弯曲。这充分表明了斜坡演化中内部应力状态 的调整轨迹、途径和现象，表征直观。 6 斜坡岩土体滑动特征分类v a r n e s ( 1 9 7 8 ) 的斜坡移动类型：崩塌、倾倒、 滑动、侧向扩展) 、流动和复合移动；h u m h i n s o n 的滑坡分类：回弹、蠕动、山 坡下沉、滑动、似碎屑流动、倾倒、崩落、复合移动；斜坡岩土体滑动速率分类： 极慢、很慢、慢、中快、快、很快、极快；按滑动形式分为转动式滑坡、平推式 滑坡。 7 滑坡时代分类。波波夫( 1 9 5 1 ) 按滑坡时代分为现代滑坡、老滑坡、古 滑坡、埋藏滑坡。 8 滑动历史分类。按滑动历史分为首次滑坡和再次滑坡两类。 9 变形破坏模式分类。中科院地质研究所孙玉科等将边坡变形破坏模式概 括为5 类：倾倒变形破坏( 金川模式) 、水平剪切变形( 葛洲坝模式) 、顺层高速 滑动( 塘岩光模式) 、追踪平推滑移( 白灰厂模式) 、张裂顺层追踪破坏( 盐池河 模式) 。 中国地质大学晏同珍教授根据滑坡发生的初始条件、根本原因及滑动方式表 象为基础概括了9 种滑动机理类型：流变倾覆滑坡、应力释放平移滑坡、震动崩 落或液化滑坡、潜蚀陷落滑坡、地化悬浮一下陷滑坡、高势能飞越滑坡、孔隙水 压浮动滑坡、切蚀一加载滑坡、巨型高速远程滑坡。这是一种多因素的混合分类。 崔政权根据地质条件的综合分析并借鉴近代变形、失稳的崩、滑体的变形、 失稳条件与主诱发因素将三峡库区斜坡变形失稳实例概括为8 种类型：新滩型、 6 第一章绪论 鸡扒子型，黄腊石型、解体型与局部性浅层失稳型、小周场型、豆芽棚型、沙河 小学型、宋家湾型。 1 0 其他分类。按滑动面性质和滑带土矿物组成分为4 种类型：擦痕型、角 砾( 岩) 状型、糜棱岩型、粘土型；按主滑面( 破裂面) 成因分为堆积面滑坡、 层面滑坡、构造面滑坡、同生面滑坡； 对红层滑坡类型的分类，王志荣依据滑动块体间的受力特征，将滑坡体的块 体滑动力学机制划分为平移式滑动、推移式滑动、牵引式滑动与混合式滑动4 种基本类型。李志勇i 埘等则依据工程地质经验分类法，提出5 种类型，即层状 结构边坡、带有特殊软弱结构层的层状边坡、层状碎裂结构边坡、散体结构边坡 及其它类型边坡，并提出了系统聚类分析方法 1 3 赣南红层滑坡研究现状 在机理方面，魏耐3 1 - 3 2 1 等提出滑坡稳定性系数随滑坡体地下水位上升几乎呈 直线下降的趋势，稳定系数与降水量反相关且有滞后性。通过大气降水和滑坡稳 定度研究，初步确定了江西省滑坡灾害预警预报降雨量l 临界值，并通过试验证明， 滑坡是可以预报的。预报预警值由于土壤物理力学特性、降雨特征等不同，临界 值有较大差异。确定诱发江西滑坡灾害的基本条件是2 4 h 内有暴雨。并对暴雨型 滑坡灾害形成机理及预测提出总体思路。朱星球，单九生1 - 3 4 等通过对江西滑坡 3 d 内降水与滑动分析，指出滑坡发生的基本条件是当天或前2 d 内有暴雨，但强 降水，如日雨量大于2 0 0 r a m 的降水并不一定能引起泥石流、滑坡，其中降水累 计作用不可忽视。 肖和平i 弱】指出，大气降水能够增加坡体自重，浸泡软化易滑地层，形成粘 泥薄层，使抗剪强度大幅度降低；水充满裂隙时形成静水压力，出现水头差时形 成动水压力；干湿交替导致岩土体裂开，使更多的水进入坡体促进斜坡失稳。 曾昭华1 3 6 j 通过构造与滑动的关系研究，证明多数滑坡的滑动方向与构造面 倾向基本一致。岩层或断层面向边坡内部倾斜时，边坡稳定性好，反之则稳定性 差。尤其是当边坡角大于岩层、断层倾角并有软弱夹层或岩层裂隙发育时，稳定 性更差。新构造运动强烈地区，滑坡较发育。 边晓庚i 明从岩土类型、风化残坡积层岩性及厚度、地形地貌、构造、岩体 结构类型等方面对定南县滑坡加以分析，指出人工切坡及强降水是诱发滑坡的最 主要的因素。 滑坡预测预报方面，管瑞光1 3 町提出，地质灾害的预防中，首先要进行现场 勘察，加强监测预报，如建立以g i s 为基础的斜坡稳定性监测系统，声发射系 统等。 7 第一章绪论 郑乾墙1 3 9 】将模糊数学的方法用于滑坡稳定性分析，并证明该方法用于滑坡 的危险性评判是可行的，计算较简单且较以往纯定性的危险性评判效果更好。提 出在确定危险性等级划分表时，应结合实际调查情况，多考虑一些有影响的因素， 并应分出主次。 郑明别柏l 通过京九铁路赣南段滑坡研究，提出区段分类模型，并将模糊数 学综合评判用于铁路滑坡及路基病害的区段评估，采用降水量作为控制因子，开 展对该区段病害的中长期预测，并提出汛期路堤滑坡及堤坡溜坍追踪预警雨量 值。 滑坡防治方面，刘全洪【4 1 - 4 2 等针对中小滑坡，采用植林禁垦、规范开挖、填 土护坡、削坡挡土等措施，取得了良好效果 对于大型滑坡治理，赵卫楚1 4 3 】等在赣粤高速公路某古滑坡多次治理中，采 用挡土墙、抗滑桩、钢管桩等支挡方式，结合捧水、截水、植被等辅助措施综合 治理，取得了良好效果。胡国祥1 4 4 1 则采用抗滑桩结合连系梁的综合防治措旌， 治理建筑物下边坡滑动，取得了良好效果。 抗滑明洞、预应力锚索等新技术i 彤啪l 在赣南的一些高边坡工程中得到应用， 并取得了良好的效果。其中采用预应力锚索结合表面喷护，有效的提高了边坡的 整体稳定性和外露基岩抗风化能力，对顺层滑坡有良好的防治效果。 陈洪等【4 刀从植物防护展开研究，提出了香根草加护边坡的措旋和理论，并 在上饶一分水关改造工程1 0 0 0 0 m 边坡香根草护坡试验中取得成功，在其他公路 如兴国公路段、新余公路段、都昌公路段及田波线改造工程中推广应用。 1 4 主要研究思路 本论文以赣南红层滑坡为主要研究对象，以赣南大量红层滑坡实例为研究基 础，参阅国内外同类研究，在调研赣南红层地质条件及环境背景条件基础上，采 用滑坡特征统计分析、滑坡与环境背景条件映射分析及数值分析，得出红层滑坡 的激发因素、破坏机理，并总结出相应的防治措施。 1 研究方法和技术路线 广泛收集、整理赣南地区红层滑坡地质勘察、变形监测、灾害分布及参数 统计资料、对滑坡进行分类整理，通过类比分析，选出有代表性的滑坡进行重点 研究。 深入滑坡现场踏勘，补充环境地质调查资料并核对重点研究滑坡的现场地 质地貌及水文情况。 在技术路线和方法上，应用数理统计图表法、环境工程地质类比法及因素 映射分析法，结合宏观地质调查资料，采取数据定量分析与地质定性分析相结合， 8 第一章绪论 从滑坡的局部到整体，综合分析滑坡地表及深部的变形动态特征及其主要影响因 素( 地形地貌、地质条件、水文条件、大气降雨、人类工程活动等) 。 结合滑坡滑动机理及激发机制，分析预测滑坡变形的发展趋势和规律；同 时进行地质分析，提出尽量避免或减轻滑坡灾害损失的防灾对策 2 研究路线框图 9 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 2 1 赣南地区地理概述 赣州市位于江西南部，赣江上游，简称赣南。东接福建省三明市和龙岩市， 南临广东省梅州市、河源市和韶关市，西靠湖南省郴州市，北连本省吉安、抚州 两地区，处于我国东南沿海地区向中部内地延伸的过渡地带，也是内地通向东南 沿海的重要通道之一 赣州历史悠久，旅游资源丰富，自汉代( 公元前2 0 1 年) 建城以来，历为郡、 府、县所地，现为江西南部政治，经济、文化中心和交通枢纽的赣州市，为全国 历史文化名城i 耜j 赣州地处东经1 1 3 。5 47 1 1 6 。3 8 北纬2 4 。2 97 - 2 7 。0 9 之间，属于中 亚热带南缘，呈典型的亚热带丘陵山区湿润季风气候，雨量充沛，气候温和，光 照充足，无霜期长，春旱、夏长、秋短、冬暖，四季分明且四季温差大。年均气 温1 9 4 度，无霜期2 8 6 天，年均日照1 8 8 8 5 小时；冬盛行偏北风，夏盛行偏南 风，年均风速1 9 米秒。 区域气候分布的基本特点：受盆地地形影响，呈中高周低差异，中部于都、 赣州、南康、信丰，会昌年平均气温在1 9 c 以上，其中于都为全区的高温点， 达1 9 6 c ；南部仅次于中部，在1 8 - 1 9 之问；东北部宁都、石城及西部大余、 祟义，较中部偏低1 - 2 c ，为1 8 左右，共中以祟义1 7 8 为最低。各地平均气 温的年际变化不大，最高与最低的年份相比，差位在1 o ( 寻鸟) - 1 7 ( 兴国) 之 间。7 月平均气温为2 8 3 ，1 月平均气温为7 8 。 地形以丘陵为主，山地和盆地( 平原岗地) 也各占到一定比重。按地形地貌区 分，丘陵占6 1 ，山地和平原岗地各占近2 2 和1 7 。从广义上来讲，山地面 积占到总面积的8 2 ，且分布广泛，在全区1 8 个县市内均有分布。总体上讲， 赣州的地形地貌为：周围高中部低，南侧高北侧低，中部丘陵绵延从全国地形 总体分布上来讲，赣州是在全国西高东低形成四阶梯的第三阶梯上，主要地形单 元实际在绵延起伏的江南丘陵中。 2 2 赣南区域地质水文条件 正确认识、准确了解赣南区域自然环境、地质环境，不仅在于适应它、利用 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 它，更重要的是在于改造它、保护它，使之更好地服务于地区的社会经济建设。 基于这种思想，通过研究赣南的环境特征，可以更好地认识赣南红层滑坡发生的 环境背景，为探寻其滑动影响因素和内在规律奠定基础。 2 2 1 赣南区域地质条件 图2 - 1 鞲南地层分布及地质构造图 f i g 7 , - 1 s 1 1 a t u md i s m b u t i o na n dg 鲥o g i cc o n f o r m a t i o ni ng a n n a n 赣州市位于赣州一瑞金东西向凹陷带与赣州一南雄凹陷带的复合部位( 图 2 1 ) 。各地层总体上分布比较散乱，同一岩性单片大面积出露的情况并不多。出 露岩层相互交叉分布，规律性差，地质构造断裂带较多且杂乱。地层分布上，除 缺失志留系外，自震旦纪至新生代地层均有出露。震旦系至奥陶系以海相复理石、 类复理石火山质泥砂岩建造为主，间夹硅质岩和笔石页岩建造，由此构成区内的 加里东构造层，广布于区内，是本区的褶皱基底。晚古生代为一套海相碳酸盐岩、 海陆交互相碎屑岩为主的沉积建造，并夹有含煤岩系建造早石炭世梓山煤系。它 们与早二叠世的浅海相泥岩建造共同构成区内的印支构造层是本层的盖层褶皱。 除早三叠世外的中生代为陆相碎屑岩建造和火山碎屑岩建造，这些共同组成区内 的沉积盖层。 区域地质构造上，赣州所处的大地构造位置是随着地质历史发展而逐步就位 的，由于位于扬子古板块和华夏古板块拼合部位的东南侧中段之武夷山隆起西 1 1 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 侧，因此构造复杂。区内总的构造格局是主导着区内级构造单元的n n e 向构 造带与作为次级构造单元边界的近e w 向构造带，以及n e 和n w 向断裂相互交 织的复杂图案。 呈n n e 向展布的有武夷山隆断带，崇( 义大) 余( 上) 犹隆断带及其间的于都 一龙南坳褶带；呈近e w 向展布的有三南( 龙南、定南、全南) 一寻乌隆褶带、大 余一信丰隆褶带，呈n w 向的有信丰铁石口坳褶区和于都一会昌坳褶区全区 境内北北东向和北东向构造发育，其次有东西向和北西向构造【4 9 】。 2 2 2 赣南区域水文条件 2 2 2 1 区域降水特征 1 多年降水特征 图2 - 2 赣南多年年降水变化趋势图 f i g 2 - 2 e a c hy e a r s t r e n do fr a i n f a l lv a r i a t i o ni nt h ep a s ty e a r si ng a n n a n 由赣州地区气候特征决定，区域内降水充沛。据统计，1 9 7 1 年到2 0 0 4 年间， 年平均降水量达1 6 0 6 6 m m 。图2 2 为3 4 年赣州年平均降水量变化图，从图中可 以看出，赣州地区的年降水量总体上变化不大，大多数年份里均保持在平均值的 左右，仅有个别年份有交大波动。例如洪水年份可达2 2 5 0 m m ，而干旱年份仅有 1 0 7 7 r a m 。 2 季节降水特征 对于年内月平均降水量而言( 图2 3 ) ，赣南降水的季节变化明显。春夏是多 雨季节，春季平均降水6 2 9 8 毫米，占年雨量3 9 2 ；夏季平均雨量5 3 9 2 毫米， 占年雨量3 3 6 雨季中，降水最集中的是4 _ 6 月，这一时期各地平均降水量都 在6 5 0 - 8 8 0 毫米之间。仅6 月份一月内，就集中了全季降水的5 0 。降水高度密 集常造成水灾。至7 月以后，降雨带逐渐北移，降水开始减少。8 月以后，降水 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 量有所回升，但变化很小。1 0 月以后，赣南全境均进入少雨枯水期。 图2 - 3 赣南多年月平均降水变化趋势图 f i g 2 - 3e a c h m o n t h s ”r r e n d o f a v e r a g e r a i n f a l l v a r i a t i o n i n o n e y e a r i n g a n n a n i n t h ep a s ty e a r s 赣南雨季降水呈现出了高密度、高强度的特征。4 6 月和7 - 9 月是一年的两 个汛期，也是暴雨与大暴雨的高发期，约有5 7 的暴雨和6 8 的大暴雨集中在 这些时段发生其中持续五天以上的强暴雨过程，一年之中均会出现1 2 次。由 于暴雨发生时间短、强度大、频率高，经常造成地质灾害。例如在2 0 0 6 年夏受 当年第5 号台风影响，赣州市会昌、全南、龙南、上犹、寻乌等县普降大到暴雨， 局部大暴雨。赣州全市平均降雨量达4 9 3 毫米，而全南县、龙南县和寻乌县则 分别达到了1 1 7 8 毫米、1 1 7 毫米和1 1 4 5 毫米。降雨量在1 0 0 毫米以上的达2 1 个站，其中最大的上犹县安和乡白水村，从2 5 日晚上8 时至2 6 日下午2 时降雨 量达2 8 0 毫米，造成全市受灾人口达1 5 万，多处地段发生滑坡和泥石流灾害， 经济损失严重。 3 降水区域分布特征 图2 _ 4 赣南各县年平均降水分布图 f i g 2 - 4e v e r yy e a r s a v e r a g er a i n f a l ld i s t r i b u t i o nt ob l c hc o u n t yi ng a n n a ni nt h ep a s ty e a r s 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 赣南区域年降水量分布是不同的( 图2 4 ) 。沿武夷山一侧的宁都、石城、瑞 金、会昌、寻乌，诸广山以东的祟义、大余，九连山以北的定南、全南以及安远 等地，年雨量在全区平均值以上；其中宁都、石城、全南超过1 7 0 0 毫米，为全 区最多。兴国、于都、信丰和龙南等地次之，年雨量为1 5 0 0 - - 1 6 0 0 毫米。赣州， 南康相对较少，年雨量不到1 5 0 0 毫米，其中南康市1 3 0 6 8 毫米，为全区最少 各县区降水季节分布也不相同，春季降水为东北部宁都、石城、瑞金最多， 都在7 0 0 毫米以上，宁都达7 1 8 4 毫米；赣州、南康和龙南在6 0 0 毫米以下，上 犹与定南最少，均为5 7 1 毫米。其他地区为6 1 0 - - 6 7 0 毫米夏季多雨区由东部 和东北部转到东南部和南部寻乌、定南、全南降水接近或超过6 0 0 毫米，以定 南6 1 8 5 毫米为最多；宁都、石城、瑞金、会昌、崇义、大余、信丰、安远和龙 南在5 5 0 毫米左右；赣州、南康、兴国、上犹、于都不到5 0 0 毫米，以于都4 8 1 4 毫米为最少。在枯水季节，各县区降水普遍偏少，除南部降水稍多( 1 2 0 - 1 4 0 毫米) 外，其他地区为1 0 0 毫米左右。 2 2 2 2 区域水系特征 赣南是多河流的的地区之一，全区集雨面积在1 0 平方公里以上的河流共 1 0 2 8 条，天然河道总长度为1 6 6 2 6 6 公里。 赣南水系主要由赣江及其支流构成。赣江是鄱阳湖水系最大的河流，也长江 的第二大支流( 流量) 它的上源是章水、贡水两大支流，其中贡水为主源。东 源贡水，由南北二支汇合而成。南支绵水发源于赣、闽交界处武夷山的黄竹岭， 西南流经瑞金、会昌折向西北流，至于都后称贡水。北支出自武夷山中段石城县 石寮东部山坳问，西流过石城县坝口称琴江，南流经石城县西南，至大猷折向西 北流，在黄石罐附近汇合梅江，西南流至于都县汇入贡水。两支汇合后，继续西 流，至赣州市八景台和章水汇合称赣江。西源章水，古称豫章水，源自赣、粤交 界处的大庾岭，北流经大余、南康二县境，至赣州市汇合东源贡水。贡江是赣江 的正源，流域面积2 7 0 0 0 平方公里，流域范围包括赣州地区下辖的1 1 个县市。 章江是赣江的支流，流域面积为7 6 9 5 平方公里，流域范围包括赣州市、南康县、 上犹县、大余县、崇义县等5 个市县。其中湘水、濂水、梅江、平江、桃江、章 水、贡水等流域面积均超过1 0 0 0 平方公里。赣江支流总体上呈扇形分布，以赣 州市为汇总，汇总后赣江自赣州北流，经赣县后流出赣南。 赣江水系东南面以武夷山与福建水系分界，海拔高度1 0 0 0 - 1 5 0 0 米，西南部 以大庾岭、诸广山、万洋山等地与广东、湖南水系分隔，流域总的特点是由南向 北，海拔高度逐渐降低。 赣江自赣州市以上部分为上游，河道流经变质岩、花岗岩及红色岩所构成的 山区、峡谷及盆地，河道纵坡长，多深涧溪流，落差较大，水力资源丰富，属山 1 4 第二章赣南地区水文地质条件及红层工程地质特性 区性河流。东源植被稀少，水土流失严重，尤以兴国县境平江水系为典型，多年 平均含沙量达0 7 2 千克，立方米，是赣江流域内水土流失最严重的一条支流。平 江自兴国县城，至赣县江口镇，有的河段河床高出农田1 米多，河床中多为粗细 沙和红砂岩，秋冬涸水时，有的河段河道上可步行不湿鞋袜西源章水流域内地 下矿藏丰富，尤以西华山坞矿著称于世。植被较好，水源丰富，建有上犹江水库 等水利设施。 每年4 6 月为赣江的主汛期，三个月的径流量约占全年总量的5 0 。流量年 内分配很不均匀，年际变化也很大，因此，流域内水涝、旱灾较为严重据历史 资料统计，赣江中上游平均每7 - 8 年发生一次洪灾 2 3 赣南红层的形成及分布 2 3 1 赣南红层的成因 对于整个江西地质环境而言，从印支运动开始，随着我国东南部褶皱运动而 成陆而赣南红层大多形成于新生代，主要沉积时代为侏罗纪、白垩纪、第三纪。 中三叠世晚期的印支运动，给我国南方的古地理面貌带来了深刻的改造和影 响。三叠纪晚期普遍发生海退，形成内陆湖。由于气候发生了潮湿期一干旱炎热 期一潮湿期的周期性变化，出现从淡水湖一硫酸盐( 或碳酸盐) 湖一淡水湖的沉 积演化。气候和沉积条件的变化，导致了岩体从紫红色岩系一灰绿色岩系一紫红 色岩系沉积演化。陆相沉积主要分布于各种断陷山间小盆地中此期间沉积的赣 东南下统多为含煤沉积，中统下部多为灰、灰绿、黄绿色的砂泥岩沉积，向上部 过渡为红层上统由火山岩、火山碎屑岩和沉积岩组成。赣西南下统多为含煤沉 积，中统不太发育，多为红层或红、绿相间的砂泥岩互层。 红盆地貌的形成从朱罗纪开始。早侏罗纪一中侏罗纪为河流湖泊相碎屑岩建 造，晚侏罗纪一早白垩纪均不同程度发生了火山喷发，组成中生代火山岩建造， 从此阶段开始，地壳由挤压变为张拉，由于张拉裂陷，逐步形成了今天盆地纵横 交错、星罗棋布的地貌。晚白垩纪一第三纪地壳处于拉张松弛环境，形成一套巨 厚的复陆屑红色碎屑岩建造。此期间红色碎屑岩层广泛沉积，一方面，由于风化 作用强烈，为红层形成提供丰富的物源，另一方面岩石氧化作用强烈，形成了红 层的红色外观。最终形成的红层分布在一系列数量众多的、大大4 v j , 的山间盆地 和断陷盆地中。这一时期赣南红盆已基本形成。 到第三纪，由中生代后期褶皱隆起的