（地质工程专业论文）黑河水库引水洞上部滑坡稳定性分析与治理设计.pdf

摘要 依西安黑河水库引水洞上部滑坡为研究对象，在前人研究成果和现场详细地质勘测 的基础上，全面分析了滑坡发生的地质环境背景。通过对滑坡体的地形地貌特征、物质 组成特征、变形破坏特征的研究，分析了滑坡的形成机理。利用极限平衡法对滑坡体的 整体稳定性进行了分析和评价，并通过离散元数值分析法对滑坡体进行仿真模拟，对滑 坡体内的应力、应变及塑性区分布特征有一个全面的了解和认识，同时提出了相应的滑 坡治理方案。主要研究内容及取得的结论如下： 1 、通过对滑坡体地形地貌、地层岩性、坡体结构、水文地质条件、变形破坏特征 等方面的分析，并提出了滑坡体总体失稳变形特征：滑体表面泻溜一中部滑动一深部变 形破坏的模式。认为坡体内大量的软弱结构面和强降水导致了其蠕滑变形与失稳。 2 、利用极限平衡法中的s a r m a 法、m o r g e n s t e m p r i c e 法和不平衡推力传递法对不稳 定斜坡体进行了稳定性分析与评价，计算结果表明：在饱水状态下，即便在没有考虑地 震力影响的情况下，滑坡体仍处于不稳定状态。因此在强降水等不利的自然营力作用下 滑坡体很难保持稳定。 3 、采用u d e c 二维离散元软件对滑坡的变形过程进行了数值模拟，并分别从应力、 应变、塑性区分布等方面分析滑坡的变形特征；并对坡面一点的速率、位移情况进行监 测。结果表明边坡在自然状态下处于蠕滑变形阶段，坡体局部已发生破坏。 4 、滑坡对库区的安全尤其对引水洞口放水塔构成了严重威胁，为此本文提出了采 用“挖方削坡+ 设置抗滑桩+ 表层锚杆防护处理+ 设置排水系统”的治理方案。 关键词t黑河水库滑坡、形成机理、稳定性分析、极限平衡法、离散元分析、治理设 计 a b s t r a c t t h eh i g hs l o p ew h i c hi sa b o v et h et u n n e lo fh e r er e s e r v o i ri nx i a l lw a st a k e na st h ei n v e s t i g a t e d s u b j e c t b a s e do nt h ef o r m e rd a t u ma n dd e t a i l e di n v e s t i g a t e so nt h es p o t ，i nt h i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so ft h el a n d s l i d et os l i pt h eg e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n to f t h ea r e ao fs l o p es t a r t e d ，b yt h er e s e a r c h t ot h eg e o g r a p h yc h a r a c t e r i s t i c ，m a t e r i a lo ft h es l i p p e r yb o d yo fs l o p ec o n s t i t u t e st h ec h a r a c t e r i s t i c ，t h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ed e f o r m a t i o na n df a i l u r e ，t h ef o r m a t i o nr e a s o no fl a n d s l i d ew a sa n a l y z e d ，c o m b i n e d w i t hm e t h o d so fl i m i te q u i l i b r i u ma n du d e cn u m e r i c a lv a l u es i m u l a t i o na n a l o g yp r o c e d u r e ，f u r t h e r u n d e r s t a n d i n go nt h el a n d s l i d e ss t a b i l i t ya n dt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r so f s t r a i na n ds t r e s sf i l e dw a sm a d e m e a n w h i l es o m eo p t i m i z i n gt r e a t m e n t - m e a s u r et om a k et h es l o p el o n g - t i m es t a b i l i t yw a sp r o v i d e d t h e a c q u i r e dr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 b ya n a l y s i so ft h et o p o g r a g h ya n dg e o m o r p h o l o g y , b o d ys t r u c t u r e ，g e o l o g i c ，s t r a t at o e k , s u r f a c e w a t e ra n dg r o u n d w a t e re t c ，l a n d s l i d ev a r i a b i l i t yc h a r a c t e r i s t i c so ft h eo v e r a l li n s t a b i l i t yw a sp u tf o r w a r d t h a td e f o r m a t i o na n df a i l u r em o d eo fs l i p m a s sw a ss u r f a c es l i pa w a yd i a r r h e a - t h ec e n t r a ls l i d i n g - d e e p d e f o r m a t i o n t h es o f t e n i n gs c h i s t o s i t ys u r f a c ea n dt h es t r o n gp r e c i p i t a t i o nw e r ec o n s i d e r e dt h er e a s o nl e d t ot h es l o p eo ft h ec r e e pd e f o r m a t i o n ，i n s t a b i l i t y 2 b yu s i n gt h el i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d so fs a r m a 、m o r g e n s t e m - p r i c ea n di m b a l a n c et h r u s tf o r c e ， t h es t a b i l i t yo ft h es l o p es t a b i l i t ys t a t ew a sa n a l y s e da n de v a l u a t e d ，a n di tw a si n d i c a t e dt h a tt h es l i d i n gb o a y w a ss t i l lu n s t a b l ei nt h es a t u r a t e ds t a t e ，t h a ti si nt h ea b s e n c eo ft h ei m p a c to ft h ee a r t h q u a k e ，t h e r e f o r e ，t h e s l o p ew a sh a r d l yt om a i n t a i ni t ss t a b i l i t yi nt h eb a dc i r c u m s t a n c e 3 t h eu d e cd i s c r e t et w o - d i m e n s i o n a le l e m e n ts o f t w a r ew a su t i l i z e dt op e r f o r mn u m e r i c a l s i m u l a t i o no nt h ep r o c e s so fs l o p ed e f o r m a t i o n ，t h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h es l o p ew a sa n a l y z e d i nt h ea c c e p to fs t r e s s ，s t r a i n , a n dt h ed i s t r i b u t i o no fp l a s t i cz o n ea n ds oo n ，a n dt h er a t ea n dd i s p l a c e m e n t o fo n ep o i n ti nt h es l o p ew a sm o n i t o r e d ，t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tn o wt h ee n t i r e t yo fl a n d s l i d ew a si nt h e c r e e pa n ds l i d i n gs t a t ei nn a t u r a lc o n d i t i o n ，p a r to ft h es l i d i n gm a s sh a db e e nd a m a g e d 4 t h es l o p eb r o u g h tas e r i o u st h r e a tt ot h es a f e t yo fr e s e r v o i r , e s p e c i a l l yt h ew a t e rt o w e r ，s oa e f f e c t i v et r e a t m e n t - s c h e m ei n c l u d i n g “u n l o a dt h eu p w a r do fl a n d s l i d e + i n s t a l la n t i - s l i d ep i l e + s e t u p d r a i n a g es y s t e m + u s i n gb o l tp r o t e c t i o nt h es u r f a c e w a sp u tf o r w a r d 。 k e yw o r d ：t h el a n d s l i d eo f h e i l l er e s e r v o i r , f o r m a t i o nm e c h a n i s m , s t a b i l i t ya n a l y s i s ，l i m i t i n ge q u i l i b r i u m m e t h e d ，u d e cn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，d e s i g no ft r e a t m e n t i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：嘟海热功。7 年岁月多妙日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 讴i 5 海莼、姗7 年歹月多汐日 导师签名 州年丁月如 长安大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早 三百了匕 1 1 选题依据及研究意义 随着我国西部大开发战略的实施，资源开发和基础设施的建设正以前所未有的速度 发展。我们正在实施西电东送、西气东输、南水北调等重大工程；正在快速修建国家主 干高速公路网和完善铁路运输系统；正在开展城市基础设施建设和促进都市化的进程； 正在大规模的开采矿产资源和天然建筑材料u 1 。然而我国地形地质条件复杂，三分之二 的国土为山地，特别是西部地区受青藏高原隆升的影响，地形变化大，地质构造复杂。 因此，在这一地区开展大规模的公路、铁路、水电、矿山等工程建设活动，不可避免地 要经常开挖山体，由此形成大量工程边坡。而这些工程边坡的稳定性状况，事关工程的 成败与安全，并对整个工程的可行性、安全性及经济性等起着重要的控制作用。大型水 利工程长江三峡电站已查出三峡库区较大规模的滑体就有2 4 9 0 个；宝成铁路陕西省宝 鸡至四川省绵阳地段，据不完全统计，这段铁路边坡开挖多达2 9 3 处，其中接近或超过 临界安全坡度的就有1 2 3 处，占边坡开挖长度的5 3 瞄。；泾阳到黄陵一段很短的高速路 上滑坡就多达几十处。 根据国家西部大开发战略和陕西省发展规划，“十一五 期间陕西省的基础建设 任务十分繁重。然而，陕西秦岭山区地处秦岭造山带，由于该造山带经历了多次构造运 动和变质作用，形成了陡峻的地形地貌、复杂的地质构造以及与之相伴的片岩、千枚岩 等软弱变质岩系。由于此类岩石矿物成分多样，成因复杂，岩性较为软弱，常常单独或 与硬质岩相间出现，通常发育有泥化夹层等软弱夹层，因而具有不同于其它类型岩石的 特征。大量工程实践表明，由于其具有非均质性、各向异性以及特殊的结构特征和物质 成分，容易产生一系列工程地质问题，被我国著名工程地质学家谷德振教授等列为八大 特殊工程地质岩组之一u 制。例如，由于成分以泥质为主，亲水性强，遇水产生粘土矿 物，水稳定性差，从而造成整个边坡稳定性的恶化；由于其层面光滑或单层厚度很小而 易发生顺层滑动和倾倒变形。 黑河水利枢纽工程是西安市黑河饮水工程的主要水源工程，是一项以解决西安城市 供水为主，兼顾灌溉、防洪等综合利用的大型水利工程。由于该工程是西安人民的“生 命线”工程，其意义重大，故水库的安全问题，尤其是坝肩高陡边坡的稳定条件倍受人 们关注。而从2 0 0 4 年起，右坝肩坡体上游靠近引水洞放水塔附近的高边坡部分地段发 生明显的变形破坏现象。其中最明显的迹象是坡体受到顺软弱片理层的蠕滑变形的牵动 第章纬论 作用，先后征海拔7 0 5 m 7 5 0 m 段喷护层发生不同程度的持裂破坏现象( 幽11 ) 。特别 是到2 0 0 5 年夏季咀米， i 丁雨量l l t 芒年明显增多，坡体渗水晕的增加导致边坡变形加 速，坡体r r l 上部出现多处错动和拉张裂缝，部分) ( 段喷护层发牛严重的”裂和脱落。坡 图1 1 坡体上喷护层拉裂破坏 图1 2 放水塔附近的滑坡体 体f 修筑的导水槊，受坡体变形影响也被拉裂、损毁坡怍j ，0 部地段甚至发生严重滑塌。 因此，陵边坡已经发展成为个刘俐x 安令，j 亡h 是对放水塔构成严苹威胁的不稳定，竖 形体( 幽12 ) 。洲坡体距离引水 h 进l 】很近，如果任期继续发展，必将影响大坝和引水 洞进r l 工稃的安个。 12 国内外研究现状 边坡研究最初以i ：休为研究对象，其稳定性分析方法足伴随上山学中l 压力理论和 地坫承裁力发展起来的，足建寺在十的摩尔一片仑破埘、渊：则摭础i ：的极限、r 衡方法，通 过分析卜体在破坏时的静力、f 衡条什来求得问题的解。大多数情况f ，极限平衡题是 静小定的，城过引入此简化假定使n 0 题变得静定【、r 解。白1 9 2 7 年f e n e n i u s 。提十 坝圆弧滑动稳定分析之j 焉，经过b i s h o p 、m o r g e n s t e m o p r i c e 1 ，s p e n c e r m 、j a n b u “、 s a r m a “、c h e n ”、r e v l l l a 和c a s t i l l o ”等的艘进，午今三已绛形成能够满足静力平衡、 同时满足静力和力矩平衡的十几利，滑坡稳定性评价方法，其中包括适川于再种形状泔动 向的通片j 条分法。其1 ，剩余推力法和s a r m a 法住岩赝边坡的稳定性分析一1 ，得到了广泛 的心i i j 。 随着近代汁算机和有限元分析方法的产生和发j 艇，开始心州应力应变分析冉法分析 边坡的变形和稳定性成为可能。采h j 返方法，可以不必对部分内力和泔动【f 1 1 形状作 h 假定，使分析研究成果的理论基础更为严密。近年来伴随三维力学模型的改善、可 长安大学硕士学位论文 靠度理论的引入、监测技术水平的提高以及基于a r c g i s 数据库的建立，使边坡稳定性分 析服务于工程实践的能力得到较大提高。 d u n c a nu 副总结说：“在最近的2 5 年中，边坡静态稳定性和变形分析已经取得了巨 大进步。随着计算机技术的广泛应用，边坡稳定性分析的计算发生了巨大变化，并且从 力学观点来看，现在计算也更加精确。随着对斜坡变形破坏规律认识的深入和信息技术 进步，滑坡稳定性计算方法得到了不断发展。当然，这要求进行稳定性分析的工程师一 定要有更多的计算程序，要系统地掌握土力学知识及土的强度理论，同时对所使用的计 算机程序有更好的理解。此外，还要求工程师要有能力和耐心去验证他们的分析结果是 否合理。” 以崩滑地质灾害这类最为典型的地质灾害为例，我国对这一问题的研究大致经历了 这样一个发展过程p 引：二十世纪五十年代，由于我国这一时期工程建设量少、建设规模 较小，有足够多的优良场地可供工程选址，且对崩滑灾害的分析更多的是借助前苏联体 系的“地质历史分析 方法和土力学的基本理论，尤其注重滑坡历史资料的分析、滑坡 形态的分类及地质条件的定性描述。六十年代初期发生的意大利瓦依昂滑坡事件，使人 们意识到了滑坡灾害的发生不是单纯只用极限平衡理论就可以描述的过程。同时随着我 国边坡工程实践的不断发展，人们开始强调和重视边坡的工程地质条件及岩体结构对边 坡稳定的影响。八十年代之后是边坡分析方法技术进步最快的时期，且随着我国水利、 交通、建筑和采矿等工程的大量兴建，人工边坡的规模和高度不断增大。以典型的长江 三峡工程为例，其建设遇到了前所未有的岩质高边坡稳定性问题。这一时期针对岩体损 伤和断裂力学研究、岩体长期强度和流变特性的研究、基于相似理论的物理模型试验研 究，利用刚性伺服材料试验机的岩石试验研究、利用大面积高加荷能力设备的岩体力学 现场试验研究、利用c t 机和电镜扫描技术对岩体的微细观研究、利用地震、电法、红 外线、电磁波等物探方法开展深部岩体和工程扰动区岩体的变形特性和应力状态的测试 研究，利用遥测技术进行岩体变形和位移特征的测试研究等p 1 都取得了巨大的进步和发 展。与此同时随着计算机技术的迅猛发展和现代力学、现代数值分析理论的进步，模拟 技术开始被广泛地应用于滑坡灾害分析研究。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。到 了二十世纪九十年代系统科学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 3 第一章绪论 部系统相互作用的过程，从而从更深层次上分析地质灾害的形成与发育规律。 1 3 研究内容及方法技术路线 1 3 1 研究内容 在前人工作研究成果的基础上，本文针对黑河水库引水洞滑坡的稳定性问题采用现 场调查、室内试验、理论分析、数值仿真模拟等综合方法，对变质岩的力学性质及其变 形体的形态、结构特征、变形破坏特性、成因机理、稳定性等方面展开系统研究，并提 出相应的治理方案，具体研究内容主要包括以下几个方面： l 、通过对黑河引水洞上部滑坡的野外调查，分析了研究区的地形地貌、地质构造、 地层岩性和水文地质等基本工程地质条件。在实地槽探和平硐揭露等勘测工作基础上， 详细描述滑坡体的结构特征和变形破坏特征。 2 、依据黑河水库地区的实际情况，综合滑坡形成的内外因素，分析库区引水洞上 部滑坡成因机理，运用极限平衡理论对该滑坡的稳定性问题进行分析评价，并基于离散 元数值分析法利用u d e c 软件对变形体进行仿真模拟，通过总位移矢量图、应力分布、 塑性区分布及坡面一点的速度和位移监测结果，对滑坡体有一个全面的认识和了解。 3 、基于滑坡稳定计算分析，参考该地区已有滑坡的防治工程措施，结合该滑坡的 特点进行了滑坡体综合治理方案设计。 1 3 2 技术路线 本文研究工作的主要技术路线如图1 3 所示。 4 长安大学硕士学位论文 图1 3 主要技术路线框图 5 第二章区域地质环境背景及工程地质条件 第二章区域地质环境背景及工程地质条件 2 1 区域地质环境背景 2 1 1 自然地理及工程概况 黑河水库枢纽工程位于西安市周至县城南金盆干流峪口以上1 5 k m 处，东距西安 市约8 6 k m ，周至县城约1 4 k m 。北部是一望无垠的关中平原，土肥水美。南部是重峦叠 障、具有神奇色彩的秦岭山脉。 黑河引水工程是以解决西安城市供水为主，兼顾农业灌溉、旅游，结合水力发电 等综合利用的大型水库工程。大坝为重力土石坝，坝高1 2 2 m ，坝顶长4 4 0 m ，坝顶高程 6 0 0 m ，水库设计正常高水位为5 9 4 m ，水库总库容2 o 亿m 3 。每年向西安市供水量达3 0 5 亿m 3 ，灌溉农田3 7 万亩，年发电量为5 6 9 6 1 3 万千瓦时。水库地理位置见图2 1 。 囹黑河水库圃秦岭山脉 渭河断陷盆地e | 秦岭山前断裂r = - q 隐伏断裂 图2 1 黑河地理位置图1 7 3 2 1 2 区域构造特征 黑河水库坝址位于秦岭北麓断裂构造带中，地质历史时期由于经受多次构造运动， 使本区岩体中断裂构造极其发育。坝址区断裂构造主要包括三组( 图2 2 ) ：即近东西向 走向的f 2 、f l l 、f 1 3 断层、北西西走向的f 3 、f 4 、f 5 和北北西走向的f 1 、f1 2 、f 1 6 断层。 滑坡区位于秦岭东西向构造带北缘西骆峪田峪背斜南翼( 即图2 2 中f l 断层附近) 。 6 长安大学硕士学位论文 囚瀚田渊圜裟錾霉田 图2 2 黑河水库大坝右岸主要断裂构造分布图 2 1 3 新构造运动和地震 1 、新构造运动 据秦岭山地的阶梯状地貌( 夷平面、剥蚀台地、河流阶地与渭河盆地的阶梯状地貌、 黄土台塬、洪积扇) 综合分析结果表明，本区新构造活动的继承性活动与间歇性抬升的 发展过程经历了以下几个重要的阶段n 引： 1 ) 第三纪到早更新世初，为强烈的垂直差异升降运动阶段； 2 ) 早更新世为频繁间歇性垂直差异升降运动阶段； 3 ) 中更新世时期断裂活动仍在发展，但活动的幅度比以前有所减弱，盆地与山体 的区域性抬升占主导地位。黑河形成三四级阶地，阶地高出河床3 0 m 1 3 0 m ； 4 ) 晚更新世晚期至全新世，断裂继承了前期活动方式。 综上所述，本区挽近期构造运动比较强烈，秦岭山地继续上升，而渭河断陷盆地继 续下降。其中周至一西安一带为强烈沉降区，为关中盆地新生代沉降最深的地区，新生 代沉积物厚达4 4 0 0m ，第四纪沉积物厚达5 0 0 m - 7 0 0m 。 2 、地震 从区域构造特征及历史地震强度来看，关中地区最大的华县地震( 1 5 5 6 年的8 级地 震) 波及到坝址处的地震烈度为度，1 1 6 1 年1 1 8 9 年周至发生一次4 8 级地震，地 7 第一章区域地质环境背景发r 挫地质誓件 震烈度为度“。汶川51 2 地震发生时，在研究区烈度达到度。根据中国地震动峰 值加速度第四代区划凹可知，工程场地地面水平加速度峰值。( g ) 为01 0 ( 图2 3 ) ， 按中崮地震动参数区划罔“( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ) 的分区原则对应的是度设防。 加进度峰值4 r 。，( g ) 0 , 0 5 0 1 0o i5 02 0 图2 3 场地地面水平峰值加速度 2 14 水文气象 黑河系渭河的一绂支流，黑河峪r 以r 为峡谷山区，黑河干流长9 12 公罩，流域 而积1 4 8 1k m 2 ，曲流发行，河谷较窄，河道深t ；j j ，水流较急，流速0 6 m s 。摒黑峪l 】水 文站资料。多年平均径流最63 亿立方米。 研究区属湿润地区，季分明，照充足，气温、降水实际变化人。春季暖气阿渐 强，气温r 升，降水增加。夏季天气炎热，暖湿气团凝云降似，多雷暴阿，秋季常常连 阴多南，为降m 集l l 时期，f 1 照少，降温快。冬季气候寒冷t 燥，气温低，降水少。年 半均气温8 。c 1 0 。c ，最高气温2 97 c ( 7 爿) ，最低气温一1 9 ( 1 月) ，年降水量为 1 0 0 17 m m ( 周至县般庙子黑淘粱气象站) 。 2 i5 水库浸没问题 黑河系峡谷型河流，岸坡陡峻，水流湍急，洲床比降夫，除因会笳、桃李坪两处古 河道残留遗迹而显得地形较为丌阔平坦的地段外，库区基本无浸没问题。 长安大学硕士学位论文 2 2 滑坡区工程地质条件 研究区的工程地质条件及边坡岩体结构特征是控制边坡变形、破坏的基本条件，由 于滑坡区处于多次构造运动反复作用的复合部位，不同规模、形态特征和力学特性的结 构面纵横交错，褶皱揉曲十分发育。其中以相对坚硬的绿泥石片岩与较软弱云母石英片 岩交互出现，使研究区边坡变形更剧烈，加上强烈的新构造运动，水库修建时人类工程 活动影响和大量强降水入渗增加了边坡变形速度，改变了变形破坏规律，在一定程度上 影响该变形体的变形和破坏u 。下面从地形地貌、地质构造、岩土类型、水文地质等 方面特征给予简单介绍。 9 第二章区域地质环境背景及工程地质条件 2 2 1 地形地貌 滑坡体位于黑河水库大坝右岸引水洞上部n e 3 0 0 方向、约1 5 0 m 处的高陡边坡上， 坡度为3 8 0 4 0 0 ，滑坡后缘出露的是相对稳定的基岩，左边界落在一个地貌不太明显的 小冲沟中，其落差坡度与周围的斜坡基本一致。滑坡右边界紧邻下游区已治理2 号滑坡， 相应坡段有喷护层护坡。滑坡左翼中下部段有喷护层、导水渠等工程防护措施，坡体滑 动后已遭破坏。滑坡上部约海拔7 2 0 m 以上地形相对宽缓，坡度角2 5 0 3 3 0 。具体位置 见黑河水库高边坡工程地质平面图呦1 ( 图2 4 ) 2 2 2 岩土类型 研究区滑坡地段基岩主要为前震旦系宽坪群大镇沟组绿泥石片岩( 母) 和云母石英 片岩( 疋) 软弱变质岩，其次为第四系残坡积物( q 4 d d ) 及滑坡碎裂岩。 1 、第四系覆盖层 碎裂岩：母岩为云母石英片岩、绿泥石片岩。滑坡体内结构紊乱，部分岩层虽然产 状与周围基岩倾向一致，但岩体非常很破碎，且表层强风化。岩体深部由于受坡体顺片 理面的滑动变形影响，内部节理裂隙非常发育，甚至大部分片理面之间的结合已弱化或 脱离。 壤土( l ) ：分布于斜坡及滑坡表层。棕黄色，为残坡积土( q 如1 ) ，滑坡体上部含有 一小段相对稳定的棕褐色古土壤，壤土中大多夹有碎石，局部含有大块石，厚l m - 1 0 m 。 滑坡碎石土、块石：分布于滑坡中一下部。碎块石成份为绿泥石片岩和云母石英片 岩。 2 、基岩类型 基岩主要由绿泥石片岩和云母石英片岩组成，其片理面产状稳定，基本呈条带状 展布。 1 ) 绿泥石片岩：黑绿一灰绿色，风化后呈黄褐色，中一薄层状结构，总体连续性、 完整性较好，致密、较坚硬。岩体片理发育，表层呈强风化，并有云母或极细石英脉分 布于片理面上。 2 ) 云母石英片岩：呈灰黑一暗灰色，风化后呈灰褐一黄褐色，多数薄层状。该岩 体柔韧性大，云母片多沿片理面分布，石英构成连续性极好的微细脉体( 脉体宽约 l m m 2 m m 或更细) 顺片理分布，粘土质成份与浅灰一灰白一白色的石英细脉呈现平行 相间排列，组成云母石英片岩。 1 0 长安大学硕士学位论文 2 2 3 地质构造 引水洞上部变形体的形成及其变化，与整个大坝右岸发育的众多结构面( 断层、节 理、裂隙) 密切相关。滑坡区位于秦岭东西向构造带北缘西骆l 峪一田峪背斜南翼，岩 层倾向s s w s e ，倾角3 2 0 “o o ，走向约n w 2 9 0 0 n e 7 0 0 。从地质历史演变过程分析， 在燕山早期以前区内主要受近s - n 向挤压应力的作用，使处于坝址区的岩层遭受强烈的 逆冲挤压变形作用，各种结构面发育使岩体分割破碎。但从燕山晚期以来，主要以 n w - s e 向拉张应力为主，在这种拉张应力作用下，断层破碎带和层间挤压带变的多呈 疏松状，同时形成了一系列张性裂隙。 2 2 4 水文地质 研究区内岩体较为破碎，岩体中存在的裂隙构成了地下水的主要流动通道和储水空 间，从而地下水以基岩裂隙水为主。由于变形体中的上层滞水主要接受大气降水补给， 随气象变化时多时少，表现出时间上的不均衡。同时坡体内的地下水主要来源于大气降 水的入渗补给，且受岩体裂隙发育的不均一和沟谷切割的影响，其水量分布在空间上也 很不均匀。 第= 章册坡体 l 本特征成帆理丹m 第三章滑坡体基本特征及成因分析 31 滑坡体空间形态特征 滑坡体位j 。人坝右# 放水塔的n e 3 0 0 方向约i5 0 m 处的高陡边坡卜，总体，n e - s w 向展却( 滑坡轴线3 0 。一2 1 0 0 ) ，坡度为3 8 。一4 0 0 ，主滑方2 l o 。九右。滑坡分如在高程 6 2 4 n 卜- 7 6 0 m 范f | ；| 内，坡岛1 3 6 m ，宽8 0 m 1 2 0 m ，长1 2 0 m ，、r 均厚度约2 0 m ，体税约 2 0 崩：l 1 型滑坡。滑坡伴海拔7 2 0 m 咀上地形州对宽缓，坡度角2 5 。3 3 。，滑坡其 体形态见i ! 13i 。 图3 1 放水塔附近斜坡岩体变形失稳破坏范围示意图 32 滑坡体结构和变形破坏特征 滑坡区失 0 部分主要包括滑坡体平娈彤体l 町个部分。为了能肘卅坡体有全面认i ；b f l l 丁觯对滑坡m 进行了野外地形删矧、i 程地质填罔、槽探及半删等抨项i 程施t 以 披必要的岩打山学试验滑坡体的结构特征和变形破坏特征捕迷如卜： l 、边界变形特f l 】= 滑坡表层堆积凸壤十。，央碎块干1 ，毕岩为五时山典计岩只) f i 绿泥石j l 岩( s ，) 软弱变质岩，卅坡剧界清晰、剪【l f 明显( 陶3 2 ) 。 k 蜜太学 i 学付沧z 圈3 2 清楚地滑坡周界 滑坡上部至后缘的地表裂缝0 锚台谁常发仃，除了所见到的喷护j 芒中裂缝外，其它 医段的裂缝也多达二十条，宽度3 c m - - 2 0 c m 最宽处达到3 2 c m ( 图33 ) 。在地表有裂 缝 | 现的地方受坡体蠕动变形的影响，多伴有不同程度的难直错动部分区段还出现 了明! i j l 的错台，最人错距选15 m ( 阿3 4 ) 。 藤黼 田3 3 喷护层上出现的竖向裂缝图3 4 坡体上部地表的错台 图3 5 坡体上部地表的拉裂缝 图3 6 坡体岩层出现的折断揉皱 第= 章滑坡体基本特征及形成机理分析 螭陵 4 圈3 8 滑坡件衰面前泻溜 2 、探槽揭露情况 下面对几个典型的探槽工程揭露情况给予简要介绍 1 ) 探槽t c 1 长安大学硕士学位论文 探槽t c 1 位于滑坡体前缘剪出口处，所在高程在6 3 0 m 左右。表层为3 0 c m - 8 0 c m 厚的碎石土堆积层；槽内有一夹泥层，灰色，厚0 2 c m - - , 0 5 c m ，有滑腻感，产状2 4 5 0 l 4 5 0 ； 夹泥层上部为碎裂岩带，厚度3 0c m 1 0 0 e m ，片理面产状1 7 5 0 2 5 0 0 ，其次有两组节理 结构面，产状分别为2 5 5 0 么5 4 0 与2 3 0 0 2 4 5 0 ；夹泥层下部成分也为碎裂岩，其片理面产 状1 6 6 0 l 6 0 0 ；碎裂岩下部是风化的灰色碎石层，未见基岩出露，岩石碎块顺坡向具有 优势排列特征，表明其上部覆盖的碎裂岩是远距滑动的推覆层，其结构特征图3 9 。 图3 9 探槽t c 一1 的实测剖面图 2 ) 探槽t c 5 探槽t c 5 位于滑坡体中部，高程7 1 8 m 。槽内揭露出的是一处次级滑动面，地表错 台高3 0 c m ，滑动面错断地表人工垫土层向下合并于基岩上的老滑坡面上，滑面产状 2 7 0 0 l 5 5 0 ，滑面东侧为绿泥石片岩，西侧为残坡积层。滑面下部基岩产状正常，为 1 8 0 0 么3 4 0 ，其结构特征见图3 1 0 。 3 ) 探槽t c 4 图3 1 0 探槽t c 5 的实测剖面图 1 5 第三章滑坡体基本特征及形成机理分析 探槽t c 4 位于滑坡体的后缘，探槽两壁拉张裂缝十分显著。其中，探槽东壁的拉 张特征比较明显，形态较复杂，且有的裂缝已被碎石土填充。西壁5 m 处的滑动拉张面 非常清楚，裂缝宽2 c m 5 c m ，倾角较陡，大约在7 5 0 左右；在探槽4 m 处的裂缝中填充 有碳酸钙结晶膜，两侧岩性也不同，表明其活动年代比较久。滑坡后壁基岩为云母石英 片岩，产状1 7 5 0 2 3 8 0 ，其产状相对稳定，但因坡体蠕滑变形，岩体完整性不好，存在 较多的裂隙，其结构特征见图3 1 1 。 图3 1 1 探槽t c - - 4 的实测剖面图 3 、平硐勘探结果 为了进一步了解和掌握滑坡体的内部结构和底滑面性质，在坡体内开口施工水平探 洞，现选取具有代表特征的平硐p d 2 为例简单介绍坡体的内部组成和结构特征。其地 质展示如图3 1 2 所示。 上 飞 ! , 1 5 2 l 4 1 。蔫瓤攀蘸瀚：曩， 羹 7 3 p 龋。i厂、：2 套夕、，：i 辏j j 盘 n 固 f 4 1 6 配3 5 ， 娩必限 下 觞洌巾：州。；拶j 幺 游 璺 半半毕芈华毕 一 2 4 一 图3 1 2 平硐p d 2 的地质展示图 经平硐揭露，坡体的内部组成由外及里分别为： 1 ) 残坡积滑坡碎石堆积层：碎石粒径小于2 0 0 m m ，含量约占6 5 ，角砾约占1 5 ， 土壤约占2 0 。土壤灰黄色、灰红色，碎石、角砾成分主要为云母石英片岩、绿泥石片 岩、石英岩碎屑，底部有明显的滑动痕迹，并有数公分厚的、最大粒径不超过5 m m 滑 带碎石土，可塑，润湿。 2 ) 云母石英片岩：灰色，片理较发育，接近滑动面部位岩层破碎，尤其是f 2 与f 1 1 6 * 安 学砸十学位论文 之问的岩层坼常破碎。兑余部分的岩层基本保持原有结构，但裂隙节理发育，强度下降 弱风化山于受底部滑动和岩体变形影响，产状变化较大，为1 4 i k l 7 3 。z 3 2 0 5 5 。此 外，从2 1 m 起至掌子呵，裂缝发育，且掌子面带距地表竖向高度为2 0 m ，明显有地 下水渗入。此外一些裂缝建上还有碳酸钙膜析h ，裂缝箍宽处约3 c m ，产状有9 5 0 2 3 2 。 和2 5 9 * - 3 9 。两组：如2 2 m 处裂缝( 2 6 l 。z 4 5 壁上有钙质膜，并有新滑动现象。 1 9 m 赴的fbl l m 赴裂缝n 中的碎石填充 c 伽脯锄rd3 m 她的衰劂l 希面 田3 1 3 平滑e o - 2 中的滑动礁痒帚与麟 f i ：破碎带。顺片理层滑动的破碎带，宽5 0 e m 产状1 6 7 0 l 4 4 。顺破碎带两侧界 面处有05 e m - - 2 c m 的泥化层，有渗入水的润湿作异i 而柔软可塑，但颗粒较粗，且有新的 滑动现象( 图31 3 a ) 。 r ：泥化夹层带。顺片理层挤压滑动， 宽1 0 c m - - 2 0 c m , 产状1 4 7 - 1 5 2 。z 3 9 一5 0 0 。 1 7 第三章滑坡体基本特征及形成机理分析 层带上下界面处有灰黑灰黄色的细泥薄膜，柔软可塑，顺该夹层带有新的滑动现象。 f 3 ：裂缝带。裂缝宽1 0 c m ，显示有早期拉裂、后期挤压破碎的特点。缝内有渗水， 并有新的活动现象( 图3 1 3 b ) 。 f 4 ：断层破碎带( 图3 1 3 c ) ，产状1 6 5 0 l 3 5 0 ，厚约3 m 。破碎带两侧界面处有2 c m 5 c m 厚度不等的少量滑泥，内中以粗颗粒成分为主，含有少量泥质成分。破碎带内还夹杂有 杂色碎石土，主要为地表层的强风化碎石土，强度极低，用手可捻碎，此外还包括很少 量的粘土和腐殖土，表明该滑动带与地表连通。 f 5 ：滑动面。顺风化残坡积碎石层底部基岩面滑动，滑动带物质以粗颗粒成分为主， 并有少量泥质成分，柔软可塑。地表最新出现的坡体滑动，主要顺该滑动面滑动( 图 3 1 3 d ) 。滑动面底部为云母石英片岩，节理裂隙较发育，原岩结构虽然基本保存，但产 状变化较大( 图3 1 2 ) 。 综上可知该滑坡体主要由两部分组成：一是地表分布的松散堆积物，这一部分的滑 动破坏主要受基岩顶面控制，在两翼已经不同程度的产生了滑动破坏；二是其下的部分 基岩，该部分目前只产生了一定程度的变形。整体上有如下几个较明显的边坡的变形破 坏特征： ( 1 ) 滑坡体不同区域变形破坏程度有所不同。纵向上，滑坡体下部段变形破坏严 重，有的已发展为滑坡碎石体，局部区段有塌落崩滑现象；滑坡中一上部边缘区段地表 拉张裂缝、错台相当发育，其中在平硐中发现数条断层破碎带、泥化层及夹泥层，其上 有明显的擦痕，显现出其蠕滑迹象。横向上，滑体西半部破坏严重，西翼滑动边界明显， 滑动距离大，往东部边界方向变形破坏程度逐渐减弱，东翼滑动边界滑动位移较小。此 外滑坡体有喷护层的区域变形破坏严重。滑坡内有喷护层的西段不仅有表层坡积物的滑 动，其深部的基岩也发生了滑动，破坏深度较大，相对应无喷护层的东段区仅是地表坡 积层的失稳滑动。 ( 2 ) 滑坡体表面有明显的泻溜现象。滑坡表层覆盖有第四系残坡积物( 掣) 及 滑坡碎裂岩，连续的阴雨，加上局部地段受水库修建期间的工程便道、平台及人工堆积 的影响，地表植被缺乏，在重力作用下顺坡而下地滚落或滑落下来，在坡体上部陡峭( 4 5 0 6 0 0 ) 处坡体表面有多处明显的泻溜现象。 ( 3 ) 裂缝发育非常有规律。最明显的特征各裂缝走向相互间基本平行，且与滑坡 体总体滑动方向近乎垂直，说明了这些裂缝与滑坡体顺层蠕动变形密切相关，其次滑坡 体下部裂缝拉裂宽度大，沿滑坡上部方向裂缝宽度逐渐变小。例如在p d l 的1 2 m 处拉 1 8 长安大学硕士学位论文 张裂缝宽5 e m 1 0 e m ，裂缝内充填地表泥质杂色风化碎石土，在2 5 m 2 6 m 段的裂缝宽 度减小到0 5 c m - l c m ，间距l o c m , - , 2 0 c m 不等。 ( 4 ) 滑坡体的失稳主要受岩体中的三组结构面控制啪3 ：产状1 5 0 。1 7 0 。z 3 5 。5 5 。 的软弱片理结构面或由此发展成的断层破碎带；产状为2 3 0 0 , - , 2 9 0 0 2 3 5 0 5 5 0 的一组结构 面( 如t c 一1 、t c 5 中) 和走向在1 1 0 。+ 1 3 0 0 左右的一组结构面( 与滑坡上部地裂缝走向 一致) 共同控制，主滑方向1 9 5 0 左右。由于断层及裂隙相互切割不稳定岩体，在重力作 用下产生蠕滑变形与破坏。 综上根据变形体的岩性组成、结构特征及变形标志( 变性特征、拉裂缝特征) 可知 滑坡体总体失稳变性特征具有滑体表面泻溜一中部滑动一深部变形的变形破坏模式( 图 3 1 4 所示) 。 童 图3 1 4 滑坡工程地质4 一“剖面图 3 3 滑坡成因与发生机理分析 弄清滑坡变形破坏的机理，是正确评价滑坡稳定性、预测滑坡变形破坏趋势和设计 有效防治方案的前提。滑坡的发生除了与地貌、地质等内在的原因有关外，还与自然环 境( 气候环境、地质环境、生态环境、水环境等) 和人类活动引起环境( 水环境、工程 环境、生态环境) 变化的外在原因有关比1 。但是影响坡体产生变形破坏的外部因素不是 孤立的，而是和决定斜坡坡体产生的内在条件是相辅相承的，必须通过坡体变形破坏的 内在条件才起作用。 滑坡的发生从力学上看主要是由于坡脚开挖、河流侵蚀、坡顶加载、新构造运动、 地震等引起的剪应力的增大所致；另一方面与斜坡体( 尤其软弱结构面) 抗剪强度降低 1 9 第三章滑坡体基本特征及形成机理分析 有关，主要包括地下水作用、自然风化作用、物理化学作用、软弱变质岩的流变作用等 引起的地质结构条件破坏引起边坡岩体抗剪强度的降低。由于滑坡的变形和滑动取决于 坡体的应力分布和岩土强度特征，而这些与坡形、坡高以及物质组成和分布有关眩。下 面根据现场勘探、室内实验、变形破坏特征对滑坡发生的原因及机理从以下五方面做一 下简单分析： 1 、地形地貌因素 斜坡的地貌形态纵向上主要包括坡高和坡脚。由于滑坡体位于放水塔上部高程 6 2 4 m 7 6 0 m 范围内即坡高1 3 6 m ，坡度为3 8 0 4 0 0 ，滑坡纵向上坡角较大。横向上滑坡 上部海拔7 2 0 m 以上地形相对宽缓，使得坡面上的水易于渗入坡体，再加上中下部较陡 的地貌使坡体在重力作用下产生较大的顺坡向的剪切作用力。这是坡体失稳的地貌因 素。 2 、矿物成分因素 研究滑坡体有两种不同性质的岩石组成，分别由强度相对较高的绿泥石片岩、强度 相对较低的云母石英片岩和强度极低的断层破碎带。云母石英片岩主要矿物成分为绢云 母、石英和斜长石，云母片多沿片理面分布，石英常构成连续性极好的微细脉体穿入其 中，云母石英片岩中绢云母矿物的含量较大，而绢云母呈薄片状，薄片的柔韧性好，可 挠曲，能抵抗