重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析.doc

I 摘摘 要要 中国疆域辽阔 地形地貌复杂多变 据不完全统计 85 的面积为山地和丘陵 是世界上滑坡灾 害较发育的国家 在中国尤其西部山区 滑坡中以顺层岩质滑坡规模最大 危害最大 它常常中断 交通 摧毁建筑 堵塞河道 掩埋村庄 由于滑坡的形成机制 影响因素都具有多样性 复杂性 以及滑坡灾害难于预测的特点 滑坡一直是全球研究的重要地质环境问题 本文以三峡库区上游的开县南山滑坡为研究对象 在收集整理地质结构 地形地貌以及水文地 质等资料的基础上 借助钻探 坑探和室内实验等手段 详细研究了南山滑坡发育的地质背景和滑 体 滑带 滑床特征 得出该滑坡主要发育一组优势结构面 层状岩层倾向与坡向相同 且地层倾 角小于坡角 为典型的顺层岩质滑坡 尔后详细分析了该类滑坡的形成机制和影响因素 明确了最 主要的诱因为大气降雨和坡脚切坡 最主要的运动形式为坡脚溃屈牵引 坡顶拉裂推移 在以上系 统分析的前提下论文采用赤平投影定性判断其稳定性 再采用极限平衡法和 FLAC3D数值模拟分析 方法定量评价了滑坡的现状稳定性及发展趋势 得出滑坡现状基本稳定 发展趋势欠稳定 此外 论文还线性评价了影响滑坡稳定性的敏感性因素 得出内摩擦角 值是影响滑坡稳定性最为敏感的 因素 通过以上研究希望能为此类滑坡的防范和治理提供借鉴和依据 关键词 关键词 南山顺层岩质滑坡 成因机制 影响因素 极限平衡法 FLAC3D Abstract China has a vast territory complicated geomorphology and topography According to an authority statistics that 85 of the land area is mountainous Each year a huge number of casualties and economic losses are caused by landslides and all of this made China be one of the most serious disaster countries Landslides which controlled by rock layers particularly in the western area of China often interrupted traffic destroy buildings blocked rivers and buried village due to their large scale and hazardous Because of the characteristics of landslides such as the diversified and complicated formation mechanism influencing factors and difficulty prediction landslides are always concerted by researchers as one of the most important geological environmental problem Kaixian Nansan landslide which is located in the upstream area of Sanxia reservoir is acted as the object of study in this article Based on the collection of local geological structure topography hydro geological material and with the means of drilling pitting laboratory experiment the study investigated the characteristics of gliding mass sliding zone and sliding and obtained that this landslide is a typical large scale layered rock landslide by the evidence that a group of dominant structural surface is developed in it and the tendency of layered rocks is similar with the slope one Then the paper thorough analysed the formation mechanism influence factors and definite weighting factors of the layer landslide defined that rainfall and the cut of slope toe are the dominant inducement toe buckling traction and the top of slope s II split impulse are the main movement formation Depended on the above researches stereographic projection is used to judge the landslide s stability limited equilibrium method and FLAC 3D numerical simulated analysis are employed to evaluate the present stability and developing trends in this paper Furthermore the study is used linear method to evaluate the sensitivity factor which affect the landslide stability obtain a conclusion that the angle of internal friction is the dominant factor which will influence the stability of landslide which will provide a reference and basis for the prevention and cure of such similar landslides Keyword Nansan layer rock landslide formation mechanism influence factor limited equilibrium method FLAC 3D 目目 录录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 1 研究的目的及意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 2 1 滑坡形成机理研究现状 1 1 2 2 顺层滑坡稳定性分析研究现状 3 1 3 研究的主要内容和技术路线 5 第第 2 2 章章 南山滑坡工程地质条件及基本特征南山滑坡工程地质条件及基本特征 7 7 2 1 自然地理概况 7 2 1 1 地理位置与交通 7 2 1 2 气象水文 7 2 1 3 地形地貌 8 2 1 4 地层岩性 8 2 1 5 地质构造及地震 9 2 1 6 水文地质条件 10 2 1 7 三峡水库调运 11 2 2 南山滑坡的基本特征 12 2 2 1 滑坡展布及形态特征 12 2 2 2 滑体特征 13 2 2 3 滑带 滑面 特征 13 2 2 4 滑床特征 13 2 2 5 滑体中地下水特征 14 2 2 6 滑体变形特征 15 2 3 南山滑坡的时间特征 18 2 4 南山滑坡的阶段性和复活性 18 第第 3 3 章章 滑坡形成原因及破坏机制分析滑坡形成原因及破坏机制分析 2020 3 1 滑坡的形成条件及影响因素分析 20 3 1 1 地形地貌和几何形态 20 III 3 1 2 地质构造因素 20 3 1 3 滑坡岩体结构特征 21 3 1 4 坡体岩性及力学性质 21 3 1 5 结构面的力学性质 22 3 1 6 地震应力 22 3 1 7 大气降水 22 3 1 8 人类活动 23 3 1 9 其他影响因素 24 3 2 滑坡的破坏机制分析 24 第第 4 4 章章 南山滑坡稳定性分析南山滑坡稳定性分析 2626 4 1 滑坡图解法定性分析 26 4 2 极限平衡法 26 4 2 1 极限平衡法的基本原理及计算公式 27 4 2 2 计算工况与计算模型 28 4 2 3 计算参数 31 4 2 4 稳定性评价 31 4 3 滑坡推力计算 32 4 3 1 计算公式 32 4 3 2 计算结果 33 4 4 影响因素敏感性分析 33 4 5 南山滑坡稳定性的数值模拟分析 34 4 5 1 FLAC3D原理 34 4 5 2 计算模型的建立 34 4 5 3 力学参数的选取 37 4 5 4 FLAC3D数值模拟分析 37 第第 5 5 章章 滑坡防治措施研究滑坡防治措施研究 4141 5 1 防治原则 41 5 2 防治措施建议 41 第第 6 6 章章 结论结论 4242 致致 谢谢 4444 参考文献参考文献 4646 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 4949 西南石油大学硕士研究生学位论文 1 第第 1 章章 绪论绪论 1 11 1 研究的研究的目的及意义目的及意义 近年来 随着全球经济的高速发展 我国的经济建设也取得了举世瞩目的成就 特别是进入 90 年代以来我国社会主义现代化建设更是迈入了空前发展的历史新阶段 城市建设 交通 水利水电 能源等行业为适应社会发展的需求 大肆兴建人类工程 如三峡 二滩 新城迁建 高速铁路等 随之而来的滑坡 崩塌也就越来越多 它常 常中断交通 摧毁厂矿 堵塞河道 掩埋村庄 给经济建设和人民生命财产安全带来 巨大损失 世界上许多国家都遭受了不同程度滑坡的危害 1 中国科学院成都山地灾害 与环境研究所根据所掌握的资料进行过估计 我国滑坡总数约 150 万个 滑坡每年造 成的经济损失约 20 30 亿元 近 10 年来 平均每年造成 1036 人死亡和失踪 约占自 然灾害死亡和失踪人数的三分之一 每年造成的直接经济损失达数十亿元人民币 2 图 1 1 西南地区更是地质灾害重灾区 其人员伤亡与经济损失位居全国之首 3 图 1 2 其中滑坡灾害是地质灾害中发生数量最多 危害最大的一种 约占 61 4 图 1 3 由于滑坡产生条件 影响因素的多样性 复杂性以及滑坡灾害具有的突发性强 危害性大 难于预测等特点 深入开展顺层滑坡形成机理和稳定性研究显得刻不容缓 为此 作者选择了 重庆开县南山滑坡形成机制与稳定性分析 作为论文题目 开展论文研究工作 论文试图以南山滑坡为典型 以大量的野外工程地质测绘和走访 调查以及钻探等现场资料为基础 以室内和现场试验为依据 以地质学 动力学 运动学为理论 对顺层岩质滑坡的成因条件 形成机制 影响因素和稳定性进行系 统分析研究 从而形成对该类滑坡的全面认识 这不仅对于减灾防灾 构建人与自然 和谐共存具有十分重要的意义 同时也为同类滑坡的防治工作提供依据和借鉴 1 21 2 国内外研究现状国内外研究现状 滑坡是指在一定的地质背景下 由于环境的改变 受到各种自然或人为载荷的影 响 破坏了原有的力学平衡 致使坡体在自重或者其他载荷的共同作用下以求寻找新 的平衡所做的向应力释放口移动的不良地质现象 滑坡根据滑体物质和结构因素可分 为 堆积层 土层 滑坡 岩质滑坡 变形体 根据滑体体积可分为小型 中型 大 型 巨型滑坡 其中以顺层滑坡最常见 最频发 规模最大 危害最大 1 2 11 2 1 滑坡形成机理研究现状滑坡形成机理研究现状 滑坡机理是滑坡灾害预测 预防 预报和有效防治的理论基础 因此 对滑坡发生 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 2 和运动机理的研究空前活跃 在国外 美国著名土力学者KTezrgah 5 l950 在研究土坡 图 1 1 全国地质灾害造成人员伤亡和经济损失情况 2001 2008 年 2 图 1 2 2007 年各地地质灾害发生数量与死亡 失踪人数对比图 3 稳定性问题时最先提出了孔隙水压力理论 认为在一定的斜坡应力状态与剪应力作用 下 岩土坡的破坏主要是潜在滑动面上孔隙水压力的增大引起的 孔隙水压力的增大 西南石油大学硕士研究生学位论文 3 减小了面上的有效正压力和摩擦阻力 从而减小了岩土体的抗剪强度 捷克学 O Zaurba 扎 图 1 3 2007 年不同地质灾害类型发生情况对比图 4 留巴 和 V Mned 门茨尔 6 1969 从土力学与岩土力学和工程地质学角度论述了滑坡形 成机理 P EKeni 7 1968 认为在运动过程中碎屑体排出的空气快速向上运动 使碎屑 体的各块体保持扩张状态 这种扩张导致块体间的摩擦系数降低 使碎屑流体化 碎 屑因此能够越过平坦的地面作高速远程运动 R L shreve 8 1968 认为超大型滑坡快速 滑出时 原斜坡前方的空气来不及从快速到来的滑体下排出 将形成一个压缩空气层 即所谓的气垫层 气垫使滑体 漂浮 在空中高速运动 许靖华 9 KJ Hsu 1975 提出 高速滑坡运动的 无粘性颗粒流说 PHbabib 10 1975 等人先后用 孔隙水压力的变化 来解释滑坡的形成机理 seed 11 1971 eidgger 12 2973 和 sassa 2955 13 等学者提 出了各自的计算法和滑坡体运动学模型 Melosh 14 1979 提出用声波场诱导感声流体 化机制解释大型高速滑坡机理 此外 还有许多学者也对与滑坡机理有关的问题进行 了多方面的探讨和研究 16 21 1 2 21 2 2 顺层滑坡稳定性分析研究现状顺层滑坡稳定性分析研究现状 对于顺层岩质边坡 其失稳机理 稳定性评价和预测同样已有了一定的研究 王 玉平等 22 在考虑自重 地震作用和地下水共同作用下建立二维顺层岩体边坡的简化力 学模型的基础上 根据弹性薄板的稳定理论 利用能量法探讨了顺层岩质边破溃屈失 稳的机理 并推导了相应的计算公式 孙强等 23 对顺层边坡的溃屈进行了研究 分析 了挠度变化 轴向变形 并在力学机制上建立基于拱效应的失稳尖点突变模型 得出 顺层滑坡的溃屈是突然发生的 可以用尖点突变模型来描述 赵青 24 等运用数值模拟 方法对顺层岩质边坡的稳定性进行了分析 李维光 25 26 分析了降雨条件下和地震作用 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 4 下顺层滑坡的稳定性和影响因素 郭学彬 27 等分析了爆破振动对顺层岩质边坡的稳定 性影响因素 石豫川 28 29 孙书伟 30 等运用物理模型试验方法对顺层岩质边坡的变形 破坏机理进行了研究 孙国富等 31 分析了由于滑移 弯曲变形形成的滑坡产生变形破 坏的地质力学机制与过程 冯君 32 用地质力学模型试验方法 对顺层岩质边坡进行开 挖破坏试验 同时在有限元分析的基础上 采用多层结构模型对顺层岩质路堑边坡稳 定性的影响因素进行了分析 龚文惠 33 运用有限元数值模拟和强度折减法原理 对顺 层岩体路堑边坡在开挖过程中不同阶段的应力 变形 结构面上的摩擦力和边坡的稳 定性等问题进行了模拟分析 得出了顺层岩体路堑边坡的应力场 位移场 结构面的 接触状况以及边坡的稳定性明显受开挖效应的影响 对滑坡稳定性研究的实质在于查明滑坡稳定性状况变化过程的发生 发展规律及 影响稳定性的主要因素 由此对滑坡稳定性现状及其未来的变化趋势做出评价与预测 进而有针对性的对后续的防治措施提供可行性方案 随着研究的不断发展 边坡的稳 定性分析主要有定性分析法和定量 半定量 分析法 1 定性分析方法 定性分析法主要是通过对滑坡区进行工程地质测绘和钻探勘查 分析和研究滑坡 的影响因素及可能发生的变形及破坏方式 结合经验初步判断其稳定性 其方法主要 包括历史成因分析法 工程类比法及图解法 1 历史成因分析法 该方法是根据滑坡发育的地质环境 水文地质条件 滑坡发育历史中的各种变形 破坏迹象及其基本规律对稳定性影响因素等进行综合分析 追溯边坡演变的全过程 对边坡稳定性的总体状况 趋势和区域性特征作出定性评价和预测 因此 该方法主 要是依靠经验 其主要应用于天然斜坡的稳定性评价 2 工程类比法 该方法也是一种经验性的方法 它是根据某一地区已存在的占优势的类似工程的 表现中总结出来的认识 对新工程进行稳定性初步评价 3 图解法 图解法包括赤平极射投影 实体比例投影与摩擦圆等方法 图解法主要用于岩质 高边坡的稳定性分析 它可快速 直观地分辨出控制高边坡的主要和次要结构面 从 而确定高边坡结构的稳定类型 判定不稳定块体的形状 规模及滑动方向 对用图解 法判定为不稳定的岩质高边坡 需进一步计算加以验证 2 定量分析方法 1 极限平衡法 极限平衡法是通过考虑斜坡上的由滑动面形成的隔离体或其分块的力学平衡来分 析斜坡在各种破坏模式下的受力状态 以及斜坡体上的抗滑力和下滑力之间的定量关 系 从而评价斜坡的稳定性 极限平衡法是滑坡稳定性分析计算的主要方法 也是工 程实践中应用最多的一种方法 西南石油大学硕士研究生学位论文 5 2 数值分析法 基于连续介质的数值分析方法有有限元法 FLAC 法等 有限单元法是将岩土体 看成变形体 有效的模拟材料的应力 应变关系 它可以处理各种复杂的边界条件以 及材料的非均匀性和各向异性 对边坡的应力分布 塑性区范围和位移等可进行有效 的模拟 FLAC 法 46 的基本原理类似于离散元法 但是却能像有限元那样适用于多种 材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解 在求解过程中 FLAC 采用了离 散元的动态松弛法 但它依然遵循连续介质的假设 基于不连续变形分析的方法中以块体系统连续变形分析法 DDA 34 35 和离散单元 法 DEM 39 38 最为著名 另外还有刚体弹簧元法 界面元法 39 40 陈胜宏提出的块体 单元方法 值得一提的是 1989 1993 年田家琦 汤伏全等 41 43 在相似材料模拟试验和 有限元分析基础上成功对滑坡的成因 机理和坡体稳定性进行了分析 3 物理模拟法 相似模拟实验是以相似理论 因次分析为依据的实验研究方法 是一种重要的科 学研究手段 它是在实验室内按相似理论制作与原型相似的模型 借助测试仪表观测 模型内力学参数及其分布规律 利用在模型上研究的结果 借以推断原型中可能发生 的力学现象以及岩体压力分布规律 从而解决岩体工程生产中的实际问题 这种研究 方法可人为控制和改变实验条件 从而可确定单因素或多因素对比研究问题影响的规 律 实验效应直观清楚 实验周期短 见效快 费用低 从近期的研究发展来看 滑坡的稳定性评价由定性分析逐步向半定量 定量分析 发展 并且可视化程度越来越高 1 31 3 研究的主要内容和技术路线研究的主要内容和技术路线 本论文以工程地质分析原理 构造地质学 工程力学等理论为指导 依据论文选 题目的 结合开县南山滑坡的特征 以 演化机制分析 和 量化评价 相结合为原 则 以 工程地质原型 建立地质力学模型 研究变形破坏机制 评价稳定性 提出防治措施 为思路 遵循 系统工程地质学 结构控制论 为方法 拟 从地质学 动力学 运动学及力学分析入手 深入分析南山滑坡的发育特征 研究变 形破坏机制 并通过线性分析确定不同影响因子的权重 从而找出影响南山滑坡的敏 感 关键因素 在稳定性研究方面先利用赤平投影定性分析 尔后采用极限平衡法定 量计算 最后再从边界条件和岩层结构入手 建立相应的力学模型 利用 FLAC3D数值 模拟分析其塑性和剪切应变率的变化 同时采用 Fos 计算方法验证南山滑坡的稳定性 进而根据滑坡防治原则提出经济合理的治理措施 根据以上思路确定本文的主要究内容包括八大部分 1 分析和总结滑坡区地质环境条件 在收集区域资料及以往工作资料的基础上 结合现场钻探 工程地质测绘和走访调查 充分掌握和总结滑坡区气象水文 区域地 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 6 质背景 地形地貌 地层岩性 地质构造 新构造运动及地震和水文地质条件 2 研究南山滑坡基本特征 在前期钻探和调查的基础上 对南山滑坡的形态特 征 滑体特征 滑床特征 滑带特征进行分析研究 3 研究南山滑坡形成机制 正确的理解滑坡失稳机制 是正确建立地质力学模 型的基础 在学习前人研究成果的基础上 从变形特征入手 运用动力学和运动学相 结合的分析方法对南山滑坡进行变形特征研究 总结出南山滑坡的形成机制和原理 4 南山滑坡的影响因素分析 根据对南山滑坡变形特征和形成演化过程的研究 明确滑坡的影响因素并确定权重因子 主要有地层岩性 地质构造 人类活动 降雨 地形地貌等 文章将对以上因素一一分析 5 评价影响因子权重 滑坡是在一定的地质条件下产生的 而某种条件又是 由若干因子所组成 本文将通过多次线性分析 确定敏感因子 6 稳定性研究 先利用赤平投影定性分析 再采用极限平衡法定量分析滑坡稳 定性和计算下滑力 综合评价其稳定性 7 数值模拟研究 论文将根据滑坡特征 形成机制和影响因素建立相应的地质 模型 采用 FLAC3D数值模拟分析其塑性和剪应变 同时采用 Fos 计算方法 验证其稳 定性 8 分析南山滑坡治理措施可行性 提出建议方案 本文拟采用的研究路线如图 1 4 坑坑探探钻钻探探野野外外工工程程地地质质测测绘绘 水水文文地地质质 室室内内试试验验 气气象象水水文文 地地层层岩岩性性地地质质构构造造不不良良地地质质作作用用人人类类活活动动地地形形地地貌貌 滑滑坡坡基基本本特特征征 岩岩层层特特征征滑滑体体特特征征滑滑床床特特征征结结构构面面特特征征变变形形破破坏坏特特征征形形态态特特征征 赤赤平平投投影影判判定定滑滑坡坡形形成成机机制制研研究究滑滑坡坡影影响响因因素素 定定性性分分析析 线线性性分分析析 建建立立地地质质模模型型 确确定定敏敏感感因因素素 极极限限平平衡衡法法定定量量计计算算 F FL LA AC C3 3D D数数值值模模拟拟 滑滑坡坡推推力力计计算算 滑滑坡坡防防治治建建议议措措施施 西南石油大学硕士研究生学位论文 7 图 1 4 技术路线图 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 8 第第 2 章章 南山滑坡工程地质条件及基本特征南山滑坡工程地质条件及基本特征 2 12 1 自然地理概况自然地理概况 2 1 12 1 1 地理位置地理位置与交通与交通 开县位于风景秀美的长江上游 地理位置介于北纬 30 49 30 31 41 30 东经 107 55 48 108 54 之间 属国际东 7 时区 行政区划隶属于重庆直辖市 开县北依巴 山 东邻巫溪 云阳 南接万州 西与四川省的宣汉 开江两县接壤 是重庆市区通 往巫溪 城口的必经之地 滑坡区位于重庆开县新县城广电中心对面开州大道西端南 侧 交通便利 图 2 1 图 2 1 滑坡区地理位置图 2 1 22 1 2 气象水文气象水文 滑坡区属于中纬度亚热带暖湿东南季风气候区 具有气候温和湿润 雨量丰沛 四季分明 夏秋多雨 冬春多雾 无霜期长 日照充足的特点 据开县气象资料 滑 坡区年平均气温 18 5 10 8 随海拔高度引起的气温立体差异十分明显 盛夏季节 县城平坝地区酷热难耐 气温高达 40 左右 而北部高山则凉爽如秋 区内多年平均 降雨量 1250mm 左右 多集中在 5 9 月间 占全年降雨量 70 其中 7 月份最多 月 均量达 187 mm 占全年雨量 15 12 月至次年 2 月为枯雨季节 仅占全年降雨量的 4 2 开县全年日照丰富 全年平均气温 18 60 年度月平均气温变化在 7 0 32 0 极端高低气温分别为 42 和 4 5 全年平均相对湿度 80 以 12 月份最大 滑坡区 开州大道 开州大道 1 公里 南河 西南石油大学硕士研究生学位论文 9 达 87 8 月份最小为 74 风向受季风气候和长江的影响 风速年平均 2 81m s 最 大风速 4 50m s 滑坡区海拔高程 180 300m 多年平均年降水量为 1230 1250mm 且多以暴雨或阵雨出现 年蒸发量达 1570mm 为降雨量的 1 26 倍 开县河流统属小江水系 境内有东河 南河 浦里河 3 条 是长江的上源和主要 支流 县境内大小溪流均汇合于渠口镇 流经云阳县 在云阳新县城双江镇注入长江 目前开县县城溯流而上的是南河 它发源于四川省的开江县 过去也称它为开江或江 里河 是开县的母亲河 南河宽 45 70m 枯水期水深 3 8m 左右 丰水期深 5 7m 左右 常年水位在 166 m 左右 常年洪水位在 170 m 左右 多年平均流量约 101 6m3 s 随着三峡工程移民搬迁完成 为了治理开县库区消落带生态环境问题 在开县城 区下游 4 5km 处 筑起一道水位调节坝 从而环绕主城区形成了一个水面积近 15km2 的湖泊 也称为前置库 汉丰湖 整个汉丰湖四面环山 湖中有岛屿和半岛 40 多个 大小河汊 20 多道 湖湾 30 多个 岸线逶迤曲折 湖面宽广秀丽 滑坡区处于汉丰湖 的西端南侧 汉丰湖为滑坡区内最低侵蚀基准面 地表水和地下水最终汇入汉丰湖 2 1 32 1 3 地形地貌地形地貌 在遭受地壳强烈挤压和水系的不断侵蚀切割作用下 开县境内形成了山地 丘陵 平坝 3 种地貌类型 7 个地貌单元 全县山地占 63 丘陵占 31 平坝占 6 大体是 六山三丘一分坝 滑坡区属于剥蚀低山丘陵单元 为一单斜坡体 坡高 120m 左右 坡向 336 348 坡度 10 42 海拔高度 180 300m 整个斜坡根据其地貌特点可分 为顶部 上部 中部 下部四部分 顶部坡体较缓 坡度 10 20 在 GPS 观测点附近和后山母体断开形成一弧形拉 裂缝 周围植被发育 灌木丛生 冲沟欠发育 未见人工排水沟 暴雨时节地表径流 不畅 雨水的下渗时间长 上部坡体较陡 坡度 35 42 植被发育 主要以柏树为主 拉张裂缝发育 缝深 0 5 3m 大多未被充填 坡体变形大 见大量崩落物和歪倒树木 墓碑 中部坡体稍缓 坡度 24 28 呈一直线型 覆盖层薄 大多基岩裸露 表层为泥 岩风化崩解产物和少量农作物 拉张裂缝在周界处发育 中部仅见一条垂直坡向的裂 缝 下部坡体为一大约 10m 高的陡边坡 据调查 在 08 09 年度修建开州大道时人工 爆破挖掘形成 陡坎下随处可见崩塌物和变形物 目前为止未做任何支挡 此为南山 滑坡的滑动提供了卸荷剪出口 见图 2 2 2 1 42 1 4 地层岩性地层岩性 根据现场调绘 工程地质钻探及室内岩土试验成果 结合区域地质资料 滑坡区 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 10 岩土层主要由第四系残坡积层和侏罗系中统沙溪庙组泥岩及砂岩组成 1 第四系残坡积层 Q4el dl 主要为碎石质粘土 粘土呈可塑状 稍湿 裹 少量腐殖物 碎石成份主要为泥岩 粉砂岩的强风化产物 一般呈次棱角状及棱角状 直径为 1 4 cm 最大块径达 10cm 含量 10 20 结构较松散 主要呈片状 块状 分布于南山滑坡上中部 厚度约 5 20cm 2 侏罗系 开县境内大部分地方均有分布 包括遂宁组 蓬莱镇组 沙溪庙组 自流井组 珍珠冲组 研究区缺失遂宁组和蓬莱镇组 直接出露上沙溪庙组岩层 在 勘探深度内主要以紫红 棕褐色泥岩为主 夹薄层灰白 灰绿色砂岩 1 上沙溪庙组 J2s 以紫红 棕褐色泥岩为主 夹灰 灰绿色厚层长石石英砂 岩 紫红色泥岩为强风化泥岩 粘土矿物以亲水矿物伊利石为主 遇水易膨胀 泥质 结构 层理构造模糊 矿物蚀变较明显 风化裂缝较发育 部分被方解石充填形成矿 物脉体 结晶完好 棕褐色泥岩含部分钙质团块和姜状结核 裂隙面铁锰氧化物浸染 灰色砂岩以长石 石英为主 少量云母和暗色矿物 泥质胶结为主 少量钙质胶结 胶结较疏松 裂缝被方解石全充填 泥岩岩心出筒破碎 敲击可断 砂岩岩心较完整 多呈短柱状 浅部层理不清晰或层面倾角较陡约 22 26 陡倾角节理较发育 少数裂 隙面可见光泽 该层广泛分布于滑坡区 在滑坡勘察阶段未钻穿 图 2 3 2 下沙溪庙组 J2s 据区域地质资料 该层上部灰 灰紫色厚层细粒长石石英 砂岩及紫红色泥岩 下部以紫红色泥岩 泥质粉砂岩夹灰黄色长石石英砂岩 厚 300 500m 图 2 2 南山滑坡全貌图 图 2 3 滑坡西侧出露的沙溪庙组地层 2 1 52 1 5 地质构造及地震地质构造及地震 据区域地质资料 开县位于川东褶皱带的交接部位 地质构造较复杂 以城口 峰断裂为界线 北为秦岭地槽 南为扬子准地台 开县沉积盖层出露齐全 侏罗纪末 的燕山运动使盖层产生强烈褶皱 由南向北依次形成了万州向斜 铁峰山背斜 梁平 向斜 假角山背斜 杠市向斜 天子城背斜 长房店向斜 图 2 4 滑坡区处于扬子准地台之次级构造单元四川台坳与大巴山台缘褶带二级构造带的 交接部位的假角山背斜北翼 据区域地质资料及本次野外实地调查查明 场地内及附 近无断层通过 假角山背斜为一轴部宽缓的短轴背斜 形态较完整 北东翼较陡 南 西南石油大学硕士研究生学位论文 11 西翼稍缓 两翼地层均为侏罗系中统沙溪庙组 北翼岩层产状为 338 346 22 30 滑坡区岩体历经多期构造活动的改造 构造成因裂隙发育 主要为 145 65 223 80 和 图 2 4 开县地区区域构造图 23 56 的高陡节理裂隙 多成组形成 X 型共轭剪切缝 裂隙间为方解石全充填和半 充填 组节理裂隙倾向为 142 148 倾角为 62 67 裂面较粗糙 张开度 1 3mm 局部闭合状 泥质充填或未充填 结合程度差 属硬性结构面 裂隙间距 1 3mm 延伸长度 2 4m 贯通性较差 组裂隙倾向为 220 230 倾角为 75 82 裂面较平整 张开度 1 3mm 局部 闭合状 泥质和钙质充填 结合程度一般 属硬性结构面 间距 2 4m 延伸 2 6m 贯通性较差 组裂隙倾向为 20 25 倾角为 51 58 裂面起伏粗糙 多呈阶梯状 泥质充 填 结合程度差 属硬性结构面 裂隙间距 4 6m 延伸长度 1 5 2 8m 贯通性差 根据 中国地震动峰值加速度区划图 GB18306 2010 2010 年 1 400 万 滑坡区抗震设防烈度为 度 地震动峰值加速度值为 0 05g 10 公里 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 12 2 1 62 1 6 水文地质条件水文地质条件 滑坡区地表水体贫乏 区域内无堰塘 河流和积水坑等 斜坡上发育三条顺坡向 冲沟 冲沟宽度在 0 5 4 0m 切割深度 0 5 1 0m 延伸长度 80 120m 冲沟仅在暴 雨季节存在短时间洪流 汇水面积约 0 3km2 冲刷力较强 滑坡区地下水类型主要包括基岩裂隙潜水及斜坡上部残坡积层中的孔隙潜水 前 者水位埋藏较深 仅在前缘钻孔中有所显示 后者仅靠大气降水垂直补给 水量微弱 水位动态变化大 1 残坡积层孔隙潜水 该类地下水主要赋存于斜坡上部残坡积层内 由于勘查期间正值旱季期 未测到 潜水水位 走访当地百姓得知 滑坡区上部坡积层在雨水期有大量潜水渗出 以此作 滋润农作物生长之用 但排泄时间有限 主要靠大气降水垂直补给 水量微弱 无统 一水位 2 基岩裂隙水 滑坡区基岩裂隙水主要赋存于泥砂岩互层的风化裂隙中 由于周边基岩切割深 地下水赋存条件差 在工程地质测绘过程中未见任何地下水露头显示 就整个斜坡而 言 岩体岩性主要为泥岩 富水性较差 加之坡体东 西 北三面切割深 便于地下 水排泄 故基岩裂隙水水量贫乏 钻探过程中多数钻孔显示水量甚微 近于干孔 部 分孔在钻进过程中存在漏水和不返水情况 根据对滑坡前缘地下水及地表水进行的水质分析试验 该地区水化学类型均为重 碳酸盐类水 矿化度一般为 0 1 0 4g L 对混凝土仅具弱腐蚀性 地表水 地下水的 补给条件差 排泄条件好 岩石富水性一般 对岩土体的影响中等 2 1 72 1 7 三峡水库调运三峡水库调运 滑坡区位于长江三峡库区上游 故还受三峡蓄水的影响 三峡库水位运行特征 根据 1993 年审定的 长江三峡工程初步设计报告 三峡工程采用一级开发 一次建 成 分期蓄水 连续移民的建设方针 分三期建设 1997 年大江截流第一期工程完工 1997 2003 年为第二期工程 2003 年 6 月水库蓄水至 135m 2003 年 2009 年为第三 期工程 2007 年 2009 年 水库按 135 0 156 0m 水位运行 2009 年工程竣工 其水 位呈周期性变化 每年的 6 月 10 月水位平均为 135m 每年的 10 月至第二年的 6 月 水位平均为 139m 三峡水库调度原则 汛期 6 9 月 一般按防洪调度限制水位 145 0m 运行 10 月初 开始蓄水 库水位控制在不高于正常蓄水位 175 0m 1 4 月为供水期 库水位控制在 不低于枯水期最低消落水位 155 0m 5 月末 6 月初水库水位降至防洪限制水位 145 0m 西南石油大学硕士研究生学位论文 13 遇 20 年一遇洪水 三峡水库最高调洪水位为 154 1m 遇 50 年一遇洪水 最高调 洪水位为 159 6m 遇 100 年一遇洪水 最高调洪水位为 166 5m 遇 1000 年一遇洪水 最高蓄洪水位不超过 175m 正常蓄水位 175 0m 的运行情况 三峡库区建成后 汛期 6 月中旬 9 月底 水库运行时的防洪限制水位为 145 0m 以便洪水来临时拦蓄洪水 若遇上洪水 坝前水位达到 147 2 m 5 年一遇 20 年 100 年和 1000 年一遇洪水坝前水位分别为 157 5 m 166 7m 和 175m 洪峰过后水库水 位又迅速降低到防洪限制水位 145 0m 以备可能再次发生洪水 三峡水库坝前水位在 145 0m 175 0m 145 0m 之间波动 水库水位变幅约为 30m 水库水位涨落是引起气 候变化和塌岸滑坡的主要因素之一 库区水位高程为吴淞高程系 转换为 1956 黄海高程系为吴淞高程基 1 69m 故库 区水位转换为黄海高程系后的防洪水位 173 31m 175 0 1 69 173 31 173 31 m 为滑 坡区的防洪水位高程 2 22 2 南山滑坡的基本特征南山滑坡的基本特征 南山滑坡体位于开县广电中心对面南山斜坡中下部 包括一个主滑坡和一个小型 次级滑坡 滑坡岩体发育一组优势结构面 岩层倾向和坡向相近 岩层倾角略小于坡 角 滑坡滑体由基岩构成 滑坡沿岩层层面滑动 为典型的顺层岩质滑坡 经钻探和 坑探得知 滑体为强风化泥岩 厚度在 0 6 12 8m 之间 整个滑坡滑体平均厚度为 7m 根据滑坡勘查规范定为中层滑坡 滑体体积约 14 0 105m3 属于大型滑坡 该滑 坡在大规模的切坡砍脚情况下 下部先滑 上部失去支撑而变形滑动 故该滑坡的运 动形式为牵引式 综合以上特征 南山滑坡为大型中层牵引式顺层岩质滑坡 图 2 5 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 14 图 2 5 南山滑坡特征图 2 2 12 2 1 滑坡展布及形态特征滑坡展布及形态特征 南山滑坡主要依据地表岩土体变形迹象及微地貌特征来圈定 其展布以东侧的冲 沟和西侧的滑移带为界 后缘以滑坡陡壁和宽大拉裂缝为界 前缘以高陡边坡剪出口 为界 滑坡整体呈近东西向展布 纵向长度约 500m 横向宽度约 400m 面积约 0 20km2 滑坡前缘海拔 188 0m 后缘海拔 274 0 m 滑坡体相对高差约 96 m 滑坡坡 向 330 340 坡度 20 38 南山滑坡在平面上呈圈椅状 纵向上略呈阶状 剖面形 态上大致呈直线型 2 2 22 2 2 滑体特征滑体特征 据勘探资料和工程地质测绘与调查可知 南山滑坡为岩质滑坡 滑面为岩层层面 滑体物质主要为侏罗系沙溪庙组紫红色泥岩夹薄层粉砂质泥岩 泥岩呈强风化状态 稍湿 泥质结构 遇水易崩解 层理构造模糊 矿物蚀变较明显 风化裂缝较发育 部分被方解石充填 图 2 6 局部见钙质团块和姜状结核 发育少量高角度裂隙 裂 隙面见少量铁锰氧化物浸染 岩芯出筒破碎 仅少量呈短柱状 图 2 7 手用力可折 断 敲击易碎 滑体厚度在 0 6 12 8m 表 2 1 变化趋势表现为 后缘稍薄 中部 稍厚 前缘较厚 东侧稍薄 西侧稍厚 但总体变化不大 整个滑体呈板状 受滑坡 滑动影响 滑体物质结构较松散 滑体内部主要结构面类型为节理 多呈闭合 少量 微张 结构面结合度差 裂面平直或稍呈波状 表面附有黑色铁质薄膜或泥质薄膜 少量被方解石充填 岩体被切割呈裂隙块状结构 依据 工程岩体分级标准 GB50218 94 滑体岩体完整程度属较破碎 完整 2 2 32 2 3 滑带 滑面 特征滑带 滑面 特征 滑动带的鉴别标志主要为层理面上的擦痕 镜面 岩芯破碎带等 根据本次勘察 钻探及坑探揭露 该滑坡沿砂泥岩结构面发生滑动 接触关系为整合接触 由于砂岩 岩性硬碎 在构造作用下裂隙较发育 透水性较好 而泥岩为相对隔水层 地下水在 泥岩层面一带活动 浸泡和软化泥岩 因而在其接触面的泥岩面上形成相对软弱的结 构面 从探坑开挖面上观察 泥岩与砂岩的接触面的结合程度为结合很差 滑带岩性 主要为强风化泥岩 该层岩芯呈碎块状 饼状 见少量角砾和擦痕镜面 存在风化裂 缝和泥化现象 滑动带具定向排列和明显的揉搓现象 在 TK7 的 1 6m 和 TK16 的 0 9m 处见擦痕 图 2 8 图 2 9 整个滑坡滑带埋深约 0 6 12 8m 呈上浅下深趋势 厚度 5 10cm 最厚 20 cm 主滑方向 337 滑带平面上呈板状 剖面上呈直线型 与 岩层层面基本一致 西南石油大学硕士研究生学位论文 15 2 2 42 2 4 滑床特征滑床特征 南山滑坡滑床物质主要由侏罗系中统沙溪庙组 J2s 粉细砂岩和棕褐 棕红色泥岩组 成 属硬软相间的不等厚互层结构 块状构造 岩层产状 343 22 28 滑坡上部滑 床岩石为灰绿 灰白色砂岩 中风化状 成分以长石 石英为主 次为云母片 含少 量暗色矿物 钙 泥质胶结 结构较疏松 岩芯较完整 大部分呈短柱状 一般 10 50cm 少量呈长柱状和破碎状 岩芯上见少量高角度裂缝 图 2 10 裂缝被方 解石部分充填 用手难以掰断 锤击可碎 声音较沉闷 岩芯采芯率 80 94 滑床中 下部岩石为棕褐色泥岩夹多层粉砂质泥岩和粉砂岩 中风化 块状构造 局部含钙质 团块 风化裂缝较发育 岩芯出筒较完整 大部分呈短柱状 一般 10 30cm 岩芯用 手难以折断 锤击可碎 声音清脆 中风化岩体力学强度 抗风化能力和抗侵蚀剥蚀 能力相对较好 图 2 11 综合分析滑床较稳定 表 2 1 勘探点滑体厚度一览表 开县滑坡勘探点统计表 钻孔编 号 坐标 X坐标 Y 孔口高 程 孔深 m 滑体厚度 m ZK137221 7949494 31245 3231 210 6 ZK237158 1349644 39225 4135 111 2 ZK337097 449787 58208 1324 412 8 ZK437158 4949439 99244 0130 110 2 ZK537069 5249582 33226 0831 512 3 ZK636977 1149730 17206 9730 712 8 ZK737302 5749524 88248 2828 89 5 ZK837258 5849674 06227 2132 610 1 ZK937219 9849805 98211 323111 2 ZK1037040 1349398 49237 0629 69 6 ZK1136845 449627 68211 0432 210 5 ZK1237405 3949563 79244 3229 99 3 ZK1337348 0449818 39217 4349 7 ZK1437496 8949729 83228 3929 59 ZK1537482 2649854 94219 51309 5 TK737125 6349307 67247 682 81 4 TK1636901 2949348 05231 8130 6 重庆开县南山滑坡形成机制及稳定性分析 16 2 2 52 2 5 滑体中地下水特征滑体中地下水特征 岩体中水具有两种作用 一是降低岩体强度 尤其是软弱结构面的抗剪强度 浸 水后的结构面会被软化和泥化 结构面的软化使强度明显降低 结构面的泥化将完全 改变其性态 抗压强度也随之降低 软弱结构面的物理力学性能的变化对斜 边 坡 变形和稳定性影响最为突出 它是造成边坡失稳的重要原因 44 二是改变坡体的应力 状态 主要是增加水压力 包括动 静两部分 地下水的存在会对岩体产生一定的水压 力 主要表现为沿张裂缝和贯通滑动面的空隙水压力以及沿坡体渗透形成的动水压力 这些水压力将减小有效正压力 降低抗滑力 从而导致岩体稳定性降低 45 南山滑坡滑体中地下水主要为泥砂岩互层的裂隙潜水 滑坡东西两侧各有一条切 割深度 4 0 8 0m 的冲沟 中部有一条宽 1 2m 切割深度为 0 6m 的冲沟 3 条主冲沟 纵坡降大 形成天然地表排水系统 据现场访问调查 三条冲沟在旱季均为干沟 在 暴雨季节有少量水流 地表水主要是接受大气降雨的补给 由于滑坡的滑移 滑坡后 缘地表裂缝发育 滑体物质较松散 为一部分地表水的下渗创造了良好的条件 另一 部分地表水则顺斜坡排入滑坡体两侧冲沟 据钻孔和探井资料 未揭露到地下水 但 在滑体和滑带附近 尤其后缘部位 岩芯稍湿润 主要为大气降水沿裂隙下渗所致 正是下渗降水减小了滑面上的有效应力和增加了下滑力 滑坡前缘受开挖卸荷的影响 应力释放过程中和外界对岩石的风化作用下 边坡面上形成了许多拉张裂隙 风化裂 隙 地表水 大气降水便沿裂隙进入坡体内部 降低岩体力学性能 总的来说 滑体 中地下水贫乏 2 2 62 2 6 滑体变形特征滑体变形特征 南山滑坡运动形式为前缘向后部牵引 推移式 近期已发生过滑动 目前处于基 本稳定状态 并有发展为不稳定状态的可能性 其变形特征主要表现为差异性垂直变 形和水平位移 根据滑坡区浅表调查 南山滑坡要素明显 在坡体前缘 中部及后缘 等部位均有活动变形迹象 南山滑坡具体的变形特征表现为陡壁 裂缝 台坎 崩塌 物 破裂体和滑舌 滑坡后缘拉裂错位形成弧形滑坡陡壁和拉裂缝 逐步发展形成拉裂槽 滑壁走向 76 85 略呈弧形 高 6 0 8 0m 长约 46 0m 形成的拉裂槽宽 3 0 5 0m 槽内见大量 崩塌岩体和碎块 有的岩体显示为顺层滑移 有的则为明显坠落 一般直径 30 200cm 最大直径 500cm 图 2 12 滑坡东侧因滑移形成冲沟 冲沟切割深度达 4 0 8 0m 沟宽 4 0 6 0m 沟