（岩土工程专业论文）清水子滑坡成因机制及稳定性分析.pdf

国道2 1 2 清水于精坡成崮机制发稳定性分析 摘要 论文以西部交通科技项目“g 2 1 2 线陇南段滑坡泥石流区公路修建技术研究” 为依托，通过对具有代表性的滑坡一清水子滑坡，主要从工程地质条件分析入手， 分析了该地区的地层岩性、地质构造、气象水文和新构造运动及地震，初步分析 了滑坡的成因机制、稳定性现状和发展演化趋势。清水予滑坡在区域内广泛出露 的地层按照时代从老到新主要有志留系( s ) 、泥盆系( d ) 以及第四系( q ) 三种。 国道2 1 2 线陇南段位于秦岭造山带西翼的中一南部，是我国南北构造带与东西构 造带的交汇处。本区降雨量多集中在5 9 月份，占全年降水量的7 5 8 5 。 利用软件c w s p 评价滑坡的稳定性计算中考虑了两种工况组合：天然 状况；天然状况+ 地震，本文采用b i s h o p 法、m o r g e n s t e r n p r i c e 法、普遍极 限平筏法、可靠性分析法和动力分析方法进行综合比较，提出可靠的分析结果， 给出滑坡的稳定性系数。并发现对边坡稳定性影响大小依次为地震、内摩擦角、 内聚力。边坡稳定性对高强度地震尤为敏感，受其影响稳定性系数降低很快；土 体内摩擦角大小对稳定性的影响也较显著，随着其值增加，稳定系数增大且较显 著，而稳定性系数对内聚力c 的敏感性较差，影响甚微。 研究结果为公路修筑过程中所遇到的山区滑坡治理提供技术支持。 关键词清水子滑坡成因机制稳定性分析 兰州大学2 0 0 5 届硕士毕业论文 倒道2 1 2 清水子滑坡成尉挑制度稳定性分析 a bs t r a c t t h et h e s i si ss u p p o r t e db yw e s tt r a f f cs c i e n c ea n dt e c h n o f o g yi t o m t h a ti sh i g h w a yc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u er e s e a r c ho fn a t i o n a lh i g h w a y2 1 2 i nt h ea r e ao fl a n d s i i d ea n dd e b r i sf l o wi nl o n g n a n e n g i n e e r i n gg e o l o g y c o n d i t i o ni n c l u d i n gs t r a t u m ，1 i t h o l o g y ，g e 0 1 0 9 i cc o n f o r m a t i o n ，w e a t h e r h y d r o l o g y ， n e o t e c t o n i c sa n de a r t h q u a k ea r ea n a l y z e di nt h i st h e s i s l a n d s l i d ef o r m a t i o nm e c h a n i s m ，a c t u a l i t ya n a l y s i sa n dd e v e l o pe v o l v e m e n t t i d ea r ee d u c e dt o o s i l u r i a ns y s t e m ，d e v o n i a ns y s t e ma n dq u a t e r n a r y s y s t e ma r ea b r o a db a r e di nt h er e g i o no fq i n g s h u i z i n a t i o n a lh i g h w a y2 1 2 o fl o n g n a n1 i e si nt h em i d d l e s o u t ho fq i n l i n g n o r t h s o u t ha n dw e s t e a s t t e c t o n i cz o n ec o n v e r g ei nt h i sa r e a t h er a i n f a l li sc e n t r a l i z e di nt h e 5 9m o n t h ，a c c o u n tf o r7 5 8 5 o fay e a r u s ea n a l y s i ss o f t w a r ec 1 卜一s pt oe v a l u a t et h eq i n g s h u i z il a n d s l i d e c o n s i d e r i n gt w op r o j e c tc o m b i n a t i o ni nt h i ss t a b i l i t yc o m p u t a t i o n ， o n e isn a t u r a lc o n d i t i o n ：t h eo t h e ri sn a t u r a lc o n d i t i o np l u se a r t h q u a k e b i s h o p ，m o r g e n s t e r n p r i c e ，g l e ，p r o b a b i l i s t i ca n dd y n a m i e a lm e t h o d s a r eu s e di nt h i st h e s i s a n dp u tf o r w a r dc r e d i b l er e s u l t sa n ds t a b i 1 i t y c o e f f i c i e n t i n f l u e n c ed e g r e ei se a r t h q u a k e ，oa n dci nt u r n l a n d s l i d e s t a b i l i t yi se x t r a o r d i n a r ya f f e c t e db yh i g hs t r e n g t he a r t h q u a k e w i t ht h e i n c r e a s eo ft h ed y n a m i c a lg r a d e ，t h es t a b i l i t yc o e f f i c i e n ti sd e c r e a s i n g l a n d s i i d es t a b i l i t ya r em i d d l i n ga f f e c t e db ya w i t ht h ei n c r e a s eo ft h e a ，t h es t a b i l i t yc o e f f i c i e n ti si n c r e s c e n t 。l a n d s l i d es t a b i l i t yi sl it t l e a f f e c t e db yc 。 a 1 1r e s u l t sa r em a yu s e di nt h eb u i l d i n go fl o n g n a nm o u n t a i n o u sa r e a k e y w o r d s ：q i n g s h u i z i l a n d s l i d ef o r m a t i o nm e c h a n i s ms t a b i l i t ya n a l y s i s 兰州走学2 0 0 5 届硕士丰业论文i i 原创性声明 v7 3 z o 主g 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科 研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：至! 薹! 茏日期 譬；) 毒 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：型兰! 蓥导师签名： 嚣“红日 期：趔，j 、2 占 国道2 1 2 清水子擀坡成幽机制及稳定性分析 第一章前言 1 1 选题的依据及研究意义 滑坡，作为一种主要地质灾害，由于其产生条件、作用因素、运动机理的 多样性、复杂性和多变性，预测的困难，治理费用的昂贵，一直是世界各国研 究的主要工程地质问题之一。随着我国公路建设向山区的发展，特别是党中央 的西部大开发战略的实施，山区公路建设得到了快速发展。已有的事实表明， 公路两岸山体稳定性的研究对确保公路建设顺利进行和公路正常运营都具有极 其重要的意义( 方向池，2 0 0 3 ) 。公路山坡失稳破坏的危害主要体现在以下两个 方面；一是大量的松散岩土体滑落到路面上导致交通阻塞；二是滑坡将公路整 体推移，导致公路破坏，被迫改线。2 0 0 4 年5 月2 2 目，正在施工的甘肃兰临高 速路十一标段处，突然出现大面积山体滑坡，当时正在此处进行削坡浆砌施： 的8 名民工被山石掩埋；2 0 0 4 年1 2 月1 1 日2 2 时2 0 分许，甬台温高速公路乐 清市柳市镇荷岙村地段南侧，6 0 余米的山体突然崩塌，近1 5 万m 3 的石头倾泻 而下，掩盖了整条高速公路，最大的石块足足有8 0 0 一，石头混着泥土掩盖了几 十米高速公路造成巨大的经济损失。拟改建的国道2 1 2 线( 兰州重庆) 是连 接我国谣北与西南地区的重要通道，是交通部西部大开发八条大通道之一。是 甘肃省南北的主要通道，公路沿线特别是陇南段( k 2 4 6 k 7 0 5 ) 。是我国滑坡的 主要发育区之一，据2 3 年的统计资料，国道2 1 2 线甘肃陇南段年平均阻断交通 2 5 天，经常造成人员伤亡和财产损失( 甘肃省交通厅，1 9 9 6 ) 。鉴于此，迫切需 要对公路两旁山体滑坡成因机制以及稳定性评价进行研究。 国道2 1 2 建设过程中所遇到的主要问题之一是公路两旁山体渭坡，其中清 水子滑坡是几个特大型滑坡中比较重要的滑坡之一，如此巨大的滑坡其稳定性 状况如何，一旦失稳，其破坏的规模及危害的类裂及程度又如何，这些都关系 到公路的选线问题，而最重要的是公路建设有可能破坏滑坡的稳定性，旦滑 坡失稳将会对人民的财产和生命造成不可挽回的损失，因此弄清该滑坡的成因 兰州夫擘2 口0 5 届硕士丰生论文 同道2 1 2 清水于滑坡成斟机制及稳定性分析 机制、合理的评价其稳定性、科学的预测其危害就显得非常必要。 研究生学习阶段，本人参加了课题“国道2 1 2 公路( 兰州一重庆) 陇南段 修筑技术研究”的研究，随导师进行了多次野外调查，并负责专题“区域性滑 坡研究”的报告编写工作。由此在导师的指导下，以“清水子滑坡成因机制及 稳定性研究”为题目进行研究。 1 2 国内外研究现状 l 2 1 滑坡成因机制研究 滑坡研究源于2 0 世纪2 0 年代的瑞典，1 9 2 8 1 9 4 5 年间，世界各国对滑坡 的研究是零星的和片断的。大多都是由单独的研究人员进行小规模的滑坡研究， 只有瑞典、挪威、前苏联是由国立土工研究所进行滑坡研究，并发表过一些著 作和论文，其中瑞典人取得的成果最大。原苏联曾于1 9 3 4 年和1 9 4 6 年召开过 两次全国性滑坡会议( 王恭先，1 9 9 6 ) 。第二次世界大战后，随着各国经济建设 的不断发展，遇到的滑坡逐渐增多，对滑坡的研究也就逐渐系统而深入。1 9 5 0 年美国学者k t e r z a g h i 发表了滑坡机理的论文，系统地阐述了滑坡产生 的原因、过程、稳定性评价方法以及在某些工程中的表现。斯开普顿( 1 9 6 4 ) 关于粘性土的残余强度理论和捷尔一斯捷潘扬关于体蠕变过程的研究把滑坡 机理的研究进一步推上深入( 王恭先，1 9 9 6 ) 。 我国由于滑坡爆发频繁，对滑坡机制方面的研究也格夕 深入，而系统的研 究是建国后才开始的。张傅元、王士天、王兰生教授( 1 9 8 0 ) 在研究斜坡变形 破坏的演变过程时，提出蠕滑一拉裂、滑移一压致拉裂、弯曲一拉裂、塑流一 拉裂、滑移一弯曲，以及这些结合形式的复合，比较形象的说明了斜坡演化的 过程，为分析有关滑坡的形成机制提供了依据。黄润秋、张倬元、王士天教授 ( 1 9 9 3 ) 通过近十年的研究，提出了一套以工程地质原形研究一岩体力学模型 建立一变形破坏机制研究及演化过程的全过程模拟一稳定性评价及预测的系统 工程地质方法。胡广韬( 1 9 9 5 ) 研究巨动式滑坡并提出“滑坡动力学”的概念。 兰，l l 太譬2 0 0 5 届碛士单生论文2 国道2 1 2 清水子滑坡成剧机制发稳定性分析 1 2 2 滑坡稳定性评价研究 随着人类工程活动向更深层次发展，国内外都遇到了大量的边坡工程，且 规模越来越大，边坡稳定性问题一直是重要的研究课题。它涉及范围很广，能 否正确评价边坡稳定性直接关系到建设的资金投入和人民的生命财产安全。边 坡稳定性分析方法很多不同的方法又各具特点，有一定的适用条件。从边坡 工程研究发展历程可见，边坡稳定性研究发展的过程，同时又是一个边坡稳定 性分析方法不断发展的过程。边坡稳定性分析方法，大致可分为定性分析法、 定量分析法、不确定分析法和物理模拟方法( 黄昌乾，1 9 9 9 ；夏元友，2 0 0 2 ) 。 ( 1 ) 定性分析方法 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的分析，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。其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，快速地对边 坡的稳定状况及其发展趋势做出评价。常用的方法主要有历史成因分析法、图 解法、工程地质类比法和范例推理评价法( 夏元友，1 9 9 7 ) 。 ( 2 ) 定量分析法 极限平衡分析法 极限平衡法是边坡稳定分析中最常用的方法。在工程中应用最为广泛，这 个方法以摩尔一库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干条块，建立作 用在这些条块上的力的平衡方程式，求解安全系数。它是通过分析在临近破坏 状况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身和外荷 作用下的土坡稳定性程度，通常以边坡稳定系数表示为： f = 8 t 式中：s 为抗剪强度；t 为实际剪应力。 边坡中最小的稳定系数称为边坡稳定安全系数，它表示了该边坡的稳定程 度。极限平衡法对边坡稳定做出了巨大的贡献，这个方法，没有像传统的弹、 塑性力学那样引入应力一应变关系来求解本质上为静不定的问题，而是直接对 兰_ i l l 天学2 0 0 5 届项士单生论文 固道21 2 清水f 滑坡成删机制及稳定性分析 某些多余未知量作假定，使得方程式的数量和未知数的数量相等，因而使问题 变得静定可解。根据边坡破坏的边界条件，应用力学分析的方法，对可能发生 的滑动面，在各种荷载作用下进行理论计算和抗滑强度的力学分析。通过反复 计算和分析比较，对可能的滑动面给出稳定性系数。刚体极限平衡分析方法很 多，在处理上，各种条分法还在以下几个方面引入简化条件：( 1 ) 对滑裂面的 形状作出假定，如假定滑裂面形状为折线、圆弧、对数螺旋线等；( 2 ) 放松静 力平衡要求，求解过程中仅满足部分力和力矩的平衡要求；( 3 ) 对多余未知数 的数值和分布形状做假定。该方法比较直观、简单，对大多数边坡的评价结果 比较令人满意。该方法的关键在于对滑体的范围和滑面的形态进行分析，正确 选用的滑面计算参数，正确地分析滑体的各种荷载。基于该原理的方法很多， 如条分法、圆弧法、b i s h o p 法、j a n b u 法、不平衡传递系数法等。极限平衡法 的缺点是在力学上作了些简化假设，但是近年来已在计算模型、滑动面确定、 边坡类型等方面都得到了一定的完善。 数值分析方法 主要是利用某种方法求出边坡的应力分布和变形情况，研究岩体中应力和 应变的变化过程，求得各点上的局部稳定系数，由此判断边坡的稳定性。主要 有有限单元法( f e m )( 王勤成，2 0 0 2 ) 、无单元法( 周维垣，1 9 9 8 ) 、离散单 元( d e m ) ( 黄润秋，1 9 9 5 ) 、快速拉格朗日分析法( 石根华，1 9 9 3 ) 、d d a 法 ( 张国新，2 0 0 3 ) 、流形元法( 肖专文，1 9 9 8 ) 、遗传进化算法( 马洪生，1 9 9 9 ) 和人工神经网络评价法( 刘沐宇，2 0 0 2 ) 。 边坡稳定分析的数值分析法的优点可总结如下( 张有天，1 9 9 9 ) ： 1 破坏面的形状或位置不需要事先假定，破坏自然地发生在土的抗剪强度 不能抵抗剪应力的地带； 2 由于有限元法引入变形协调的本构关系，因此也不必引入假定条件保持 了严密的理论体系： 3 有限元解提供了应力变形的全部信息。 数值分析方法存在的问题主要集中表现在以下两个方面( 裴觉民，1 9 9 7 ) ： 兰，i i 夫擘2 口0 5 届硕士毕生论文 国道2 1 2 清水了滑坡成斟帆制及稳定性分析 1 由于地质条件的复杂性及认识的局限性，往往使计算的基础一地质模型 及本构关系的确定存在着一定的偏差。 2 由于计算参数选取与实际存在一定误差，影响了计算结果的精度。 ( 3 ) 不确定分析方法 包括系统分析法( 李彰明，1 9 9 7 ) 、可靠度分析方法( 陈新民，1 9 9 9 ) 、模 糊综合评价法( 王家臣，1 9 9 6 ) 和灰色系统评价法( 秦四清，2 0 0 0 ) 。 ( 4 ) 物理模拟方法( 崔政权，1 9 9 9 ) 1 2 3 清水子滑坡研究 甘肃省交通厅组织了几家科研单位在1 9 9 3 1 9 9 5 年间对清水子滑坡进行了 研究，就其成因及稳定性评价得出如下认识( 甘肃省交通厅，1 9 9 6 ) ：1 该滑坡 突入白龙江，受江水冲刷( 洪水期) ，形成高临空面，前缘坡角失去支撑。2 滑 坡上部有数十米高的陡崖，不断坍塌、崩塌，为滑坡提供了丰富的物质来源。 3 后部有较大的汇水面积，洪水季节，伴随崩积物形成泥石流，覆盖滑体，对 滑体加载，水则沿锥体下渗，软化滑动带。4 滑坡体上大量的开采灰岩快石， 并造成坡体疏松，易于积水下渗。5 该滑坡仍处于不稳定状态。 甘肃省交通厅组织的这次研究对清水子滑坡的成因机制、稳定性分析都有 了初步的结论，但研究工作不够细致，成因机制分析的不够透彻，经过我们的 调查研究，认为清水子滑坡的复杂程度远远高于已有认识，本文拟对清水子滑 坡的成因机制和稳定性进行更加系统和深入地分析，力求能为2 1 2 公路的建设 提供科学依据。 1 3 研究内容、思路和技术路线 本文研究的主要目的是：滑坡成因机制分析及稳定性评价。研究内容：首先 通过调查前人的资料和研究区的相关地质资料，主要是地形地貌、地层岩性、 地质构造及气象水文等；然后实地的进行勘察，主要是从形态特征、物质组成 兰州大学2 0 0 5 届硕士单生论丈 国道2 1 2 溃水了滑坡贼幽机制及稳定性分析 特征、结构特征和变形破坏特征入手，分析滑坡的成因机制：进而进行稳定性 评价，得出稳定性结论，从而为公路建设提供技术上的支撑。研究思路：充分发 挥将地质原型调研与地质过程分析相结合的传统，首先通过对现有前人研究资 料的收集和野外现场调查踏勘，根据研究区的工程地质环境条件及滑坡体特征， 总结归纳滑坡变形破坏模式、主要影响及控制因素、成因机制及其发展演化规 律，然后采用极限平衡法建立滑坡的地质力学概念模型，通过滑坡稳定性计算 研究得出滑坡稳定性系数。具体技术路线如图l - 1 ( 胥良，2 0 0 4 ) 。 图1 - 1 研究技术路线 兰州太擘2 0 0 5 届磺士毕生论文 一 国道2 1 2j 卉水了滑坡成园甘【制及稳定性分析 第二章地质环境 2 1 区域地质环境 2 1 1 区域地层岩性 区域内出露的地层主要有志留系( s ) 、泥盆系( d ) 和第四系( q ) 。 ( 一) 中、上志留统一白龙江群( $ 2 3 b 1 ) 该地层为一套厚度较大的浅变质碎屑岩和碳酸盐岩建造。与其上覆地层呈 角度不整合接触或断层接触。按滑坡区出褥的岩性特征可划分为三个岩性组。 1 下部岩性段( s 2 。b 1 ) 在白龙江复背斜两翼均有出露，以碎屑岩为主，南翼以炭质千枚岩、灰绿 色、灰色千枚岩、板岩为主，夹灰色中厚层到薄层钙质长石细砂岩、变质砂岩、 白云母石英片岩、石英岩和不稳定的白云质灰岩、硅质板岩、硅质岩及灰白色、 灰色微结晶灰岩，与中上石炭统呈断层接触，厚度约1 1 8 5 m 。北翼以灰色中厚层 及薄层粉砂岩和板岩为主，夹较多的含炭千枚岩、硅质板岩及薄到中厚层不稳 定的白云质、泥砂质灰岩和少量片理化变安山凝灰岩。角度不整合于中泥盆统 古道岭组之下。其中南翼泥质高，北翼砂质高，横向相变都很大，千枚岩、板 岩时而变为灰岩扁豆体，时而变为透镜状砂岩，而且越往上部透镜体灰岩越多。 2 中部岩性段( $ 2 3 b l ：) 仅见于复背斜北翼，以灰到深灰色薄中厚层泥质灰岩、硅质条带灰岩、 硅质灰岩、白云质狄岩、硅质岩为主，夹薄一中厚层含炭长石石英细砂岩，粉 砂岩，含炭千枚岩、板岩。横向相变极大，灰岩常呈透镜状尖灭。总厚度1 2 5 0 m 。 3 上部岩性段( $ 2 , 3 b l 。) 以含炭千枚岩、板岩、薄到中厚层细砂岩、粉砂岩为主，夹中薄层到厚层 燧石团块灰岩、灰岩、硅质岩。下部灰岩较少，往上灰岩逐渐增多，但不稳定。 顶部和中泥盆统古道岭组呈断层接触，厚约ll o o m 。在局部地段的千枚岩、薄层 灰岩的接触处，往往出现含铁石英砂岩，其中有成胶结物的赤铁矿颗粒，由东 兰州大擘2 0 0 5 届硕士毕生论文 国道2 1 2 清水子滑坡成因机制及稳定性分析 到西沉降幅度由d , n 大，沉积厚度由薄变厚，沉积物质由粗到细。 ( 二) 泥盆系( d ) 区内泥盆系( d 2 ：g ) 较为发育，为一套厚度较薄的碳酸盐岩建造。主要分布 在白龙江背斜北翼，因受古窿起影响，沉降幅度不大。在背斜部位亦有零星小 块呈雁行状展布于志留系不同层位上，由于后期构造破坏，除个别地段可见二 者成角度不整合接触外，一般多呈断层接触。区内出露了两岩性段，分述如下： 1 古道岭第一岩性段( d 2 。g 。) 该段下部为黄褐色中厚层含铁砂岩、灰紫色、黄绿色千枚岩、含钙砂质板 岩、长石石英砂岩、浅褐色、灰色钙质页岩夹中薄层泥砂质灰岩，扁豆体灰岩； 上部为灰色中薄层到厚层块状泥砂质灰岩，疙瘩状泥砂质生物灰岩，含白云质 灰岩，燧石条带灰岩，夹含炭千枚岩、板岩、砂岩。厚4 8 3 m 。 2 古道岭第二岩性段( d ：g 。) 出露于两河口以西白龙江北侧，下部为炭质扳岩、于枚岩、砂岩夹薄层硅 质灰岩、薄层泥砂质灰岩：中部为深灰色厚层状灰岩、灰色薄板状灰岩、疙瘩 状生物灰岩夹角砾状灰岩及炭质千枚岩、板岩；上部位灰色干枚岩，含炭板岩 夹中薄层生物灰岩及薄层泥砂质条带灰岩和灰岩透镜体。厚约1 4 1 0 m 。 ( 三) 第四系( q ) 广泛分布于两岸缓坡、坡脚及山麓沟谷地带，与古老地层呈不整合接触。 ( 1 ) 中更新统( q 。) 分布于两岸高岸坡残留的i 级阶地上，阶地前缘有零星出露，底部为1 o 5 0 m 厚的泥钙质微胶结砂卵砾石层，上部为厚约3 0 m 的洪冲积含漂石砂卵砾石 层，堆积较密实，该层大都被吼坡积碎石土覆盖。 ( 2 ) 上更新统( q 。) 堆积在白龙江儿级阶地基座面上大部分地带被崩坡积、洪积块碎石士覆 盖。滑坡内q a 地层为冲积含漂石砂卵砾石层结构密实，无胶结，厚约5 0 8 0 m 。 ( 3 ) 全新统( q 。) 该地层成因复杂，岩性交化大，主要有河床冲积砂砾卵石层、崩坡积块石 碎石土、洪积块石碎石土、坡积碎石土、滑坡堆积块石碎石土及人工堆积砂壤 兰，| i 大学2 0 0 5 届硕士单生论文 同道2 1 2 清水f 滑坡成同机制及稳定件分析 士和碎石土等堆积物。在滑坡区主要包含以下四种： 河床冲积砂砾卵石层( a 1 0 。”) ：分布于现代河床及漫滩地带，分选性较 好，卵砾石粒径在2 o 6 0 m m 问，粒径大于8 0 m m 卵石少见，河床冲积砂卵砾 石层在埋深2 8 3 9 m 间，含有0 4 2 5 m 厚的含砾砂层和0 5 3 5 m 厚的粉砂 质淤泥层或其透镜体。尤其在两河口一带河床砂卵砾石层厚，最大厚度在4 0 m 以上。 崩坡积块石碎石土( c d l q 4 k s t ) ：呈裙带状广泛分布于白龙江两岸岸坡及山 麓地带，厚约3 0 5 0 m 。组成物主要为块石碎石土，表层结构较松散，具“架空 结构”，底部堆积稍密。 洪积块石碎石土( p l q 。“) ：分布于自龙江两岸冲沟沟1 ：3 ，主要由块碎石 组成，次有砂土。呈扇状、锥状，结构松散，局部架空。 坡积碎石土( d l q 。“) ：分布于河谷两岸缓坡及山麓地带，厚约0 5 1 5 0 m ， 组成物主要为碎石和砂土，松散，具大空隙。 2 1 2 地质构造 以古生界为主体，主要以志留系为核心组成南陡北缓的复式背斜状叠瓦式 逆冲推覆构造带，其南缘主推覆断层是白龙江断裂带。该断裂带由多条平行的 断层组成，断层北倾，倾角6 0 。5 0 。，并伴生左行走滑，常可见北侧志留系 逆冲推覆在南侧三叠系、石炭一二叠系之上。晚期断裂带控制j - k 断陷沉积， 并又使之逆冲断错遭受变形，证明它是一个多期复合的断裂带，其中以印支期 的碰撞逆冲推覆构造和中新生代燕山晚期的逆冲推覆构造的复合为主要特点。 1 褶皱 主要为自龙江复式背斜，总体走向为n w 3 0 0 。左右，宽约2 5 k m ，延伸长约 百余i ( i i l a 轴部地层主要为志留系千枚岩、板岩组成，局部央扁豆状或透镜状结 晶灰岩，北翼主要有泥盆系灰岩，南翼主要有石炭系灰岩、砂质板岩等。背斜 轴部基本顺白龙江河谷展布，轴面略倾向n e ，因白龙江复式背斜内含有次级褶 皱，因此，两翼地层倾角3 8 。8 4 。不等。 兰，f i 大学2 0 0 5 届硕士毕重论文 国遒2 1 2 清木子滑坡成因机制发稳定性分析 2 断裂 区域性断裂构造沿白龙江两岸分布。葱地铁家山( f 1 ) ，其西北段：倾 向1 8 0 ( 7 0 左右，横穿图幅，是一个逆断层，长度大于8 0 k r a ，破碎带宽约l5 0 m 左右，见擦动面和碳酸盐化的现象，地层缺失，两侧地层产状相顶，灰岩多大 理岩化，眼断裂带有泉水出现。石阏子普光寺( f 2 ) ，长度大于8 0 k m ，破碎 带宽约5 0 m ，有断层角砾岩，缺失地层。坪定化马( f 3 ) ，是一个逆断层， 长度大于l o o k m ，破碎带宽约2 0 1 5 0 m ，有断层角砾岩、泉水，顺走向缺失层位， 沿断裂带有小侵入体( 岩脉) 。 兰州太荦2 0 0 5 届啊士单生论文 堕堕! ! ! 塑垄王塑苎壁堕堡型墨望室堡坌堑一 图2 - 1 清水子滑坡区域地质图 2 1 3 气候特征及水文特征 受地形等方面的影响，本区降雨分布不均匀，一般高山明显高于河谷地区。 降雨量集中在雨季。以武都为例，海拔高度小于1 5 0 0 m ，年降雨量为4 0 0 m m ，海 拔1 5 0 0 2 0 0 0 i i l ，年降雨量5 0 0 6 0 0 m m ，海拔2 0 0 0 m 以上降雨量大于6 0 0 i i f ( 甘 肃省交通厅，1 9 9 6 ) 兰| i i 托擘1 口0 5 届曩士率主论丈 国道2 1 2 清水了滑坡成因机制及稳定性分析 2 1 - 4 新构造运动及地震 国道2 1 2 线陇南段位于秦岭造山带西翼的中一南部，是我国南北构造带与 东西构造带的交汇处。该区受青藏构造带和武都弧形构造的控制，以及青藏高 原抬升作用的影响，在构造运动上，由原来以水平运动为主转为以垂直运动为 主，这种构造运动方向性的转化，对本区所在地秦岭两翼则影响非常深刻。这 种垂直不均衡运动的作用，造就了本区岩层褶皱、破碎、断层、节理极其发育。 岩性主要为千枚岩、片岩、板岩、碳酸岩及各种碎屑岩。 研究区位于陕甘宁青地震区划分的宁夏一龙门山地震亚区天水地震带，该 亚区归属于青藏高原北部地震区。研究区恰好处于其中之天水地震带上。本带 北界与西海固地震带相接，其南界止于甘肃境内，与其南部的松潘地震带为邻。 主要为北西西向和北东向两组断裂交汇部位，以北西向断裂带为主。 2 2 滑坡区工程地质条件 2 2 1 滑坡区地形地貌 清水子滑坡，位于甘肃省宕昌县两河口乡清水予村，g 2 1 2 线k 3 9 3 + 2 5 5 3 9 3 + 6 5 0 处，长江二级支流白龙江的左岸( 凹岸) ，距清水子村约约1 0 0 0 m ，海 拔1 2 3 0 m 。地理坐标：东经1 0 4 。3 0 7 2 8 ”1 0 4 。3 0 2 9 5 ”，北纬 3 3 。4 0 4 2 8 ”3 2 。4 0 4 4 1 ”。g 2 1 2 线目前在此段以便道形式通车。 白龙江两岸山峰海拔高程大多在2 0 0 0 2 5 0 0 m 以上，北岸的桔芦山海拔高 兰= l l l 天擘2 口0 5 届琢士毕土论支1 2 i o 4 0 9 8 7 9 鲳 挣 9 7 印 i 卯 酗 如 2 0 2 眨 如 铀 舛i 引 叭 8 o 押 拍 竭 3 o 2 n h 7 9 6 2 21 4 2 2 耜 蝴 删 周道2 1 2 清水于滑域成幽机制艘稳定性分析 程2 8 9 9 m ，南岸的羊马梁海拔高程3 2 6 9 m ，为清水子滑坡附近最高蜂，自龙江谷 地海拔高程11 6 0 1 2 0 0 m 左右，地形相对高差达1 7 0 0 m 左右，最高达2 1 0 0 m ，“ 体多呈n w w 走向，由古生界变质浅变质岩系组成，地势西北高东南低，山高 坡陡，地势险峻，此段区域白龙江两岸的斜坡大致上呈凸型展布，坡度一般大 于3 0 。，局部6 0 。以上，平均坡度4 5 。，多悬崖峭壁。清水子村后山坡上的黄 土与灰岩形成的坡积物，厚度在l o 2 0 m 不等，坡度在4 5 。以上。 滑坡区冲沟比较发育，有的冲沟发育成泥石流沟，如滑坡斜对面的石门坪 沟以及从清水子村中通过的一条沟都已发育成规模较大的泥石流沟，在清水子 滑坡附近，河道相对比较狭窄，河床坡降大，水流较急。 在自龙江和氓江相交的两河口段附近，河流发育着三级阶地，其中l l 级拔 河高程5 8 m ，i i i 级阶地高出i i 级阶地约2 5 m 。不同级别的阶地沉积显示出白 龙江的多次多期的河流堆积过程，粗细颗粒之间胶结程度较好。g 2 1 2 在此段切 河流堆积阶地，形成了高l o 2 0 m ，坡度达到7 0 8 0 0 的陡边坡，边坡稳定性良 好。 2 2 2 滑坡区地层岩性 滑坡体内及周界包含有中厚层灰岩、灰黑色板岩、浅黄色泥质板岩、褐红 色砂质泥岩、崩坡积块石碎石土以及黄土。局部中薄层灰岩夹板岩。 滑坡前缘上游冲沟公路下，有分层明显的崩坡积物压在河床相物质之上， 最下层为卵砾石层，中间为一层灰岩碎块，最上层为黄土夹少量大块灰岩。 下游冲沟出口斜坡上浅黄色板岩岩层产状3 0 。4 5 。z 8 5 。9 0 。不等， 厚度在5 1 5c m 之间。下游冲沟中部灰黑色灰岩层面产状3 5 。4 5 。么8 0 。 9 0 。，另外还发育有两组节理，产状j 。2 1 0 。2 9 0 。么4 0 。8 5 。， 3 0 0 。 3 4 0 。z 8 0 。9 0 。；下游冲沟小路处灰岩产状4 0 。么2 7 。 ，发育的两组结构 面产状3 2 5 。么8 5 。，2 1 5 。么7 0 。上游冲沟中部冲沟内褐红色砂质泥岩岩层 面产状6 0 。么5 5 。，两组节理j 3 1 0 。z 6 7 。，j 。2 9 5 。z f 6 7 。，结构面密度l m 1 1 条，单层厚度2 2 5c m ，局部厚度1 0 1 5c m ；上游冲沟中部灰岩由体，厚层 兰州走学2 q o ! i 届硕士毕生论丈 国道2 1 2 清水于滑坡成内机制放稳定性分析 灰岩未见有明显的层里面，两组结构面2 1 56 么5 0 。，3 0 5 。z 8 5 。 上部冲沟内灰黑色灰岩层面3 5 。- - 8 9 。，一组节理3 1 0 。z 8 0 。 滑坡下游边界公路边出露灰岩发育有雁式节理和“x ”型节理， 方解石充填。 ；上游冲沟 节理内部被 在滑坡下游冲沟沟口向内5 0 m 沟边灰黑色灰岩，回弹值垂直层面和平行层 面大小基本一致，平均值分别为4 2 、4 4 。 2 2 3 滑坡区水文气象及植被 本区降雨量多集中在5 9 月份，这5 个月的降雨量占全年降水雨的7 5 8 5 ( 甘肃交通厅，1 9 9 6 ) ，图2 2 是清水子滑坡附近雨量站多年平均降雨量折线 图。 工程区属亚热带大陆性湿润气候，海拔高程l1 6 0 3 2 6 9 m 之问，平均气温 1 3 1 ，降雨主要集中在5 9 月，多年平均降水量4 3 6 m m ，多年平均蒸发量 】9 7 3 r r n ，自龙江多年平均流量1 0 4 5 m v s ( 甘肃交通厅1 9 9 6 ) 。区内地下水类型 主要为基岩裂隙性潜水和孔隙性潜水，基岩裂隙水，赋存运移于基岩裂隙中， 主要受大气降水补给，向河道排泄；孔隙性潜水主要赋存于第四系松散堆积层 中，与河水关系密切，主要受上游河水、大气降水及两岸基岩裂隙水补给，向 河道下游排泄。 兰，i 大学2 0 0 5 届硬士单生论文 国道2 1 2 清水了滑坡成凶机制及稳定性分析 o l23456 7891 01 11 2 月 图2 2 清水子滑坡附近沙湾雨量站多年平均降雨量折线图 区内植被覆盖率低，在1 0 + 3 5 之间，且零星分布于山坡上，局部为灰岩或 黄土形成的裸山。滑坡体上植被率略高，基本能达到4 0 左右，全部是草本植物。 2 2 4 滑坡区地质构造 滑坡区属于西秦岭南部印支褶皱带，区内构造形迹以大型的紧闭线状褶皱 和压性一压扭性断裂为基本特征。由两条沿n w 2 8 5 。+ 3 5 5 。大致平行的挤压带 ( n 、r ) 以及后期的条北东方向的弧形小构造( r ) 构成了一个封闭的断层 影响带，这就是清水子滑坡区内的构造框架。 2 2 5 滑坡区地震情况 滑坡区位处舟曲一武都地震带中段，多次发生m 4 7 级地震，历史上最大 震级为5 9 级。根据l ：4 0 0 万中国地震动峰值加速度区划图，工程区地震 动峰值加速度为0 2 0 9 ( 相当于地震基本烈度度) 、地震动反映谱特征周期为 0 4 5 s 。 兰，i l 太幸2 0 0 5 届磺士毕生论文 踟为扣m 国道2 1 2 清水r 滑坡成 目机制度稳定n 分析 i = 三= 三i j l 譬d o b 图2 - 3 清水子滑坡区地质图 兰州大擘2 0 0 5 届焉士单生论文 1 6 囝道21 2 清水了= 滑坡成因o l 甫l j 及稳定性分析 第三章滑坡体基本特征 3 1 形态特征 清水子滑坡平面上呈长方形展布( 见照片3 一1 ) 。滑坡形态较好识别，侧边 界范围也相当清楚，最外围的一级滑坡上、下游边界基本上都以冲沟为界，其 中上游边界只有在靠近最上部时才斜切山梁形成滑坡上游边界上部的侧壁，下 游边界在其上部也是斜切山梁形成下游边界上部的侧壁。由于滑坡后缘发育有 一条较大的泥石流沟，该泥石流沟几乎每年都暴发规模大小不等的泥石流，导 致滑坡后壁被毁，已不存在明显的后壁了。 照片3 一l 滴水子滑坡全貌 清水子滑坡是一个多级多期的破碎堆积层滑坡，主要包含最外围的、也是 最早一次大的滑坡以及在此基础上发生的一系列次级滑动。大滑坡内部的次级 小滑坡有的呈现出“瓶”型，公路边以上的3 个小坡( i i 。、i i ：、i i ，) 属于表层 土滑动，即所谓的“土溜”型滑坡。南部公路以下的小滑坡( i i 。) 两级台阶形 态保存相对较好。以及i i 。号边上的i i 。号小崩塌体。 主滑坡以及各级次滑坡形态和位置可见滑坡平面图所示： 兰州太母3 0 0 5 届疆士毕生论文 国道2 1 2 清水子滑坡成因机制及稳定性分析 一 飞；止 熏鬻f _ _么 蓁 羹 9 蒸慧枣 季 ( 蒸隧縻羹 镶睡縻熙 銎 仨 歹 名鎏 蠖 蓬绝 沪 厂二 断 夕， 、 夕0 捌 尹 ， 。【、j 7 形 、一 一一一一r 哐 ， 图3 一l 清水子滑坡平面图( 1 ：1 0 0 0 ) 兰州大学2 0 0 5 届焉士毕生论文 1 8 国道2 1 2 清水子滑坡成因帆制发稳定性分析 清水子滑坡平均坡度3 0 。，前后缘相对高差2 4 0 m ，展稚面积约2 8 k m 2 、 平均厚度达5 6 m 、最宽的地方达3 1 0 m 、堆积方量约2 8 x 1 0 6 m 3 的巨型滑坡，主滑 方向s w 2 5 0 。 3 2 滑坡物质及结构特征 滑坡主体由破碎的堆积层物质组成，包含有灰岩、板岩、千枚岩、黄土， 其中，由于老乡们采石，原来残留在滑坡体上的灰岩造到严重毁坏，在滑坡前 缘基本出露的是黄土，剩余极少部分的灰岩碎块，滑坡体堆积层结构疏散，坡 体内有架空现象发生。滑坡体内的冲沟中可以见到成层性非常好的坡洪积物， 沟底侧边上的碎灰岩层胶结良好。压在其上的黄土及其与碎岩的胶结性略差。 清水子滑坡滑带物质在滑坡的前部、中部、后部都见有出露，其中后部滑带物 质松散，为黑色角砾，粗颗粒含量也高，可见厚度约5 0 c m ，几乎没有什么联结 力；中部黑色滑带物质胶结比后部稍好，但是含水量仍很低，可见厚度约5 0 8 0 c m ；而滑坡前缘出口处。即现有河床低水位附近( 高出白龙江水位约3 m ) ，滑 动带的物质厚3 m 左右，由黄绿色与黑灰色变质粉砂岩及板岩组成，在滑动摩擦 及风化作用下基本成角砾状，滑带物质粘粒含量较高，在前部出口处含水量较 高，有白碱渗水残积、呈带状。 3 3 地貌特征 清水子滑坡在其形成后遭受了多次次级滑动，滑坡体地貌复杂，各分区分 块地貌形态不尽相同。一条上山的小路大致从纵向横穿整个滑坡体到其后缘以 上，另有一条小路从滑坡中部下游冲沟斜坡横穿滑坡与纵向小路相交。滑坡后 部窄，往下逐渐变宽至公路以上，公路以下又逐渐变窄。中部凸起弧度较大， 从后部不能看见其中下部。 清水子滑坡外围的基本特征较好识别，从平面图可以看出滑坡发育了三次 较大的次级滑动，保存有两级较完整的和三级残缺不全的平台，从下至上，公 路以下的前两个平台保存完好，最下一级( j i 。) 平台长约5 0 m ，宽3 0 m ，坡度 兰州大擘2 0 0 5 届硕士毕生论文 困道2 1 2 清水子滑玻成w 机制及稳定性分析 平均为1 0 。，第二级( 儿。) 平台长约5 5 m ，宽度大约2 0 m ，坡度平均为1 5 。， 公路以上第一级平台长约8 0 l o o m ，宽度大约3 0 5 0 m ，坡度平均为2 5 。，第 四级平台由于南半部的次级的滑动，仅仅在滑坡的北半部残留了一部分，长4 0 5 0 m ，宽大约3 5 m ，平均坡度 内摩擦角 内聚力。边坡稳定性对高强度地震尤为敏感，受其影响稳定性系数降 低很快：土体内摩擦角小对稳定性的影响也较显著，随着中值增加，稳定增大 且较显著，而稳定性系数对内聚力c 的敏感性较差，影响甚微。 ( 7 ) 运用多种计算方法综合比较，得出滑坡i f 4 稳定的结论是可信的。 6 2 建议 对于研究对象清水子滑坡来说，这是第一次比较全面、系统的研究，对国 到2 1 2 的修筑会有较大帮助。相信对今后研究工作的深入开展以及其它相关研 究课题的布置也都有着积极的导向作用；但由于资料所限，以及问题本身的复 杂性，本文在某些方面仍然存在不够完善的地方：稳定性计算中，由于缺乏勘 测资料，所以不能对整个滑坡进行稳定性计算分析。 有鉴于此，为确保人民生命财产、工程建设及运营的安全，有利于生态环 境的保护，最大限度地降低投资及运行风险，结合研究结果，提出如下建议： ( 1 ) 适当增加勘测工作量。这样可以对整个滑坡进行稳定性分析，从而给 出较为详细的资料，更好的为公路建设服务。 ( 2 ) 对滑坡治理工作进行专项研究，加强对边坡支护结构的抗震设计。 ( 3 ) 切实做好边坡监测及地震预报工作。 兰，i i 大荦2 0 0 5 届疆士毕生论文 国道2 1 2 清水于滑坡成因机制发稳定性分析 深信随着后续勘探、研究工作的进行，文中问题与疑点都可以得到进步 澄清。由于作者理论水平及认识的限制，对某些问题的看法及理解还比较肤浅， 文中缺点甚至谬误之处在所难免，恳请导师、各位评委老师及同学不吝指正。 兰州太学2 0 0 5 届磺士毕生论文 陶道2 1 2 清水于滑坡成凼扫l 制及稳定性分析 参考文献 1黄昌乾 5 3 5 8 2 夏元友 2 0 0 2 ，7 丁恩保边坡工程常用稳定性分析方法水电站设计，1 9 9 9 ，1 5 ( 1 ) 李梅边坡稳定性评价方法研究及发展趋势岩石力学与工程学报， 3 崔政权，李宁边坡工程理论与实践最新发展北京：中国水利水电出 版社，1 9 9 9 8 l 1 3 9 4 王勤成、邵敏有限单元法基本原理和数值方法北京：清华大学出版社， 2 0 0 2 3 8 2 5 8 5 张有天主编岩石高边坡的变形与稳定北京：中国水利水电出版