摘要:结合灾后应急勘察,通过大比例尺工程地质测绘及钻探等手段对维城乡后山堆积体结构进行了系统调查,认为后山堆积体为一古滑坡。滑坡形成前为一变质砂岩和千枚岩构成的顺向坡且顺坡面走向陡倾长大结构面发育,峡谷期河流的快速下蚀作用使斜坡前缘形成陡立临空面,重力作用下,坡体后缘顺层滑移拉裂并最终整体滑动形成古滑坡,运用理正软件搜索古滑坡潜在不稳定滑面,并对其稳定性进行计算和评价,认为其局部复活但整体处于稳定状态。
关键词:古滑坡;维城;形成机理;下蚀作用; 5•12汶川地震
中图分类号:P642.22文献标识码:A文章编号:1672-1683(2010)01-0039-05
Genetic Mechanism and Stability Evaluation of the Ancient Landslide at Houshan in Weicheng Township, Maoxian County, Sichuan Province
WANG Fu-hai,WANG Yun-sheng, WEI Peng,MA Hong-yu,SUN Gang,LUO Qi-long
(State Key Laboratory of Geo-Hazard Prevention and Geo-Environment Protection,
Chengdu University of Technology, Chengdu610059, China)
Abstract: Based on emergency exploration after Wenchuan earthquake,by large-scale engineering geological mapping and drilling, the authors systematically investigated the accumulation body of Houshan in Weicheng township, held that the accumulation body was an ancient landslide.The convex left bank in Weicheng used to be a consequent slope composed of metasandstone and phyllite before ancient landslide forming,under the role of the rapid river erosion in deep valley stage,the front part of the slope was cut into a steeply free face,under the slope gravity,posterior edge of slope rupture and bedding slip,finally an ancient landslide happened.In this paper, Lizheng software was used to search for potential instability slip surface in the ancient landslide,calculation and evaluation on its stability show that the ancient landslide is active partly, but whole slope is stable.
Key words: ancient landslide; Weicheng; genetic mechanism; incision action; 5•12 Wenchuan Earthquake
0 引言
前人研究[1]表明中国大陆大型滑坡发育最根本的原因是有利的地形地貌和强烈的内、外动力条件(地震、降雨)。茂县处于青藏高原东侧,受青藏高原第四纪以来持续隆升的影响以及河流的强烈切割作用形成高山峡谷地带,特殊的地质环境导致这一地区滑坡、崩塌等地质灾害发育[2]。5•12大地震发生时维城乡后山堆积体上巨大孤石发生崩塌并砸毁小学围墙,对维城乡政府所在地的学校、医院及乡政府数百人的生命安全造成了威胁。该堆积体位于茂县维城乡政府后山,汶川地震时该堆积体内部突出部位及公路内侧岩体发生局部坍塌,滚石从后山滚下,砸毁茂县中心小学后侧挡石墙。灾后计划在堆积体前部陡立段公路进行加宽,这将进一步影响其稳定性,威胁维城乡政府、中心小学、乡医院、供销社及中村居民约430人的安全。所以研究后山崩滑堆积体形成机理及发展趋势,并对其稳定性进行评价对防止灾害发生、乡政府、医院、乡中心小学是否搬迁及灾后重建有重要意义。
1 堆积体工程地质环境
1.1 地形地貌
后山堆积体位于赤不苏河中村河段,为深切峡谷,河流走向北西,由北西流向南东,两岸均为强烈的切割中山区。左岸坡度36°～45°,堆积体平面上呈锥状,坡度约40°,谷底顺河发育一级阶地,阶面宽约60 m,顺河长约300 m,坡度约3°,阶地上建有乡政府、小学、医院及民居等,小学以上1.5 km河段坡降小,小学以下河流坡降突然变陡。右岸坡度为38°～45°,下游侧为侏倭组陡崖,坡度约70°(图1)。
1.2 地层岩性
区内主要为新生界第四系冲洪积、崩坡积堆积物及滑坡堆积(Q4al、Q4col+dl、 Q3-4del)和中生界三叠系上统侏倭组(T3zh)。
①第四系全新统(Q4)。冲洪积层(Q4al):主要分布在赤不苏河右岸一级阶地,为角砾状、次圆状砾石及砂组成,最大粒
径约0.4 m,级配较差,厚度约5 m。
崩坡积层(Q4col+dl):主要分布在赤不苏河右岸一级阶地以上及山坡地带,为角砾状块石、碎石、砂及黏土组成,厚度约5 m。
滑坡堆积体(Q3-4del):分布于后山,主要由块石、碎石、砂、黏土组成,中部岩体较完整,两侧岩体破碎,棱角状明显。
②中生界三叠系上统侏倭组(T3zh)。为灰色中-厚层变质长石石英砂岩,变质钙质细粒石英砂岩夹炭质千枚岩和少量灰色薄-中层砂质灰岩。
1.3 地质构造
堆积体处于地处石大关弧形构造的外弧之后村倒转向斜轴部,轴向为北西向,向斜向南东方向仰起。向斜北东翼正常,地层产状为185°～198°∠49°～65°,南西翼倒转,地层产状为180°～190°∠48°～68°。向斜轴部地层为新都桥组、侏倭组,两翼地层分别为杂谷脑组。断层不发育,风化裂隙与构造节理较为发育。
1.4 水文地质
堆积体水文地质条件简单,地表水主要为崩塌南西侧山沟溪水和北西侧赤不苏河水体,终年不断,水质优良,径流排泄条件较好;地下水的主要类型为第四系松散层孔隙潜水与基岩裂隙水,富水性与岩性有关,大气降水入渗是区内地下水补给的主要来源。
2 堆积体基本特征
堆积体处于茂县维城乡中村中心小学后山。堆积体平面上向南西凸出,坡脚高程2 183 m,坡顶高程为2 416 m,地形坡度约36°～45°。其下基岩为三叠系上统侏倭组(T3zh)变质砂岩夹千枚岩,岩层产状198°∠49°,为顺向坡。堆积体两侧以沟为界,后缘以基岩出露为界。根据钻孔zk3和钻孔zk4资料可知一级阶地表层为厚0~2 m的耕植土,其下部为卵石层,厚约5 m,在卵石层下面为角砾状碎块石、碎石、砂及黏土。钻孔zk1和钻孔zk2揭示该堆积体主要为块石、碎石、砂及黏土,其中块石含量较多,zk1揭示岩体较为完整,zk2揭示岩体较破碎,多为碎块石。钻孔分布见图2。从现场勘察也可知堆积体中部岩体较为完整,产状未发生较大变化,向两侧岩体破碎且产状紊乱,说明该堆积体为整体下滑所致。推测堆积体平均厚度约85 m,长约392 m,横宽约450 m,体积约149×104 m3,危险区面积26 000 m2。其中堆积体内有局部岩体在5•12汶川地震时发生崩塌,分别位于堆积体中前部及公路削坡后内侧边坡。维城乡后山堆积体工程地质分区图及剖面图见图2、图3。堆积体上有崩滑产生的大小不一的块石,处于欠稳定状态,威胁乡政府、学校及当地居民的安全(图1、图4、图5、图6)。
图1 茂县维城乡后山堆积体全貌及分区
Fig.1 Accumulation body picture and scatteringin Houshan in Weicheng Town, Maoxian County
图2 茂县维城乡后山堆积体工程地质分区
Fig.2 Accumulation body engineering geology division inHoushan in Weicheng Town , Maoxian County
图3 茂县维城乡后山滑坡体剖面
Fig.3 Accumulation body profile of Houshan in Weicheng Town, Maoxian County
3 堆积体内崩塌区基本特征
崩塌一区位于公路内侧,长约180 m,岩性为三叠系上统侏倭组(T3zh)中层变质砂岩,局部加千枚岩。主要为修路切坡所致,节理发育,多将岩体切割成大小不一的块石,见有保持原岩层序呈碎裂状并未完全解体的巨大岩块,已崩塌掉落的块石在坡脚形成新的崩塌堆积体(图4、图5)。
图4 崩塌一区岩块出露1号点
Fig.4 Exposed rock block point 1 in the first area of collapse
图5 崩塌一区岩块出露2号点
Fig.5 Exposed rock block point in the second area of collapse
崩塌二区位于堆积体中部,主要为不稳定岩块及其坍塌堆积体,规模50×35×10 m,岩性为三叠系侏倭组(T3zh)变质砂岩夹千枚岩。坡度约60°~70°,为顺向坡,岩层产状为192°∠52°。不稳定岩块表面中风化~强风化,受裂隙切割强烈。5•12地震时发生崩塌,产生滚石砸毁维城小学后墙(图6)。
图6 5•12汶川地震时崩塌二区不稳定岩块滚落砸毁维城小学后墙
Fig.6 Instability rock block rolling off the second area of collapse break the backwall of Weicheng school in 5.12 earthquake
4 堆积体形成机制分析
维城中心小学后山堆积体形成机制如(图7)所示。维城后山处于河流转弯处的凸岸,为一顺向坡。在早期即第一阶段:由于河流下蚀作用,河谷应力场重分布,边坡浅表层岩体强烈卸荷[3],在斜坡前缘产生临空面,并使后缘及两侧产生拉裂缝,为滑坡的形成产生了边界条件[4]。第二阶段:在长年风化作用及河流继续下蚀作用下,斜坡后缘及两侧拉裂缝进一步发展,并趋于贯通[5],斜坡后缘形成平行与前缘临空面的长直拉裂缝,使该斜坡处于孤立状态,上部岩体沿下部千枚岩层面开始蠕滑[6]。第三阶段:在自重、降雨或地震作用下左岸岩体整体下滑至谷底,形成了滑坡堆积体[7],由于滑动缓慢,堆积体内部含有“假基岩”,即保持原岩层序的巨大岩块。从上下游河床纵比降的明显差异推断,当时滑坡堆积体曾堰塞赤布苏河,现在的滑坡前部陡立地形应是决口后河流下切形成的。滑坡堆积体内部孤石及坡体局部处于欠稳定状态,其中包括在河谷高边坡滑动时产生的巨大岩块,也有滚落的中小型岩块。公路两旁及崩滑体内部局部有“假基岩”出露,产状杂乱。表面被残坡积土覆盖。第四阶段:崩滑堆积体内部及公路内侧局部欠稳定岩块及孤石在地震作用下发生垮塌,巨大的块石砸毁茂县中心小学后墙(图6),又由于人类活动在坡面修筑公路,切坡造成本已掩盖的岩块出露,使岩体的完整性降低,岩体破碎,对斜坡的稳定性造成了较大的破坏。
5 堆积体稳定性评价
5.1 堆积体稳定性定性分析
堆积体上植被发育,后部为缓坡平台,地下水排泄量稳定;滑带呈可塑-坚硬状态,c、φ值较高;地表未见连续裂隙,经长期观测堆积体无变形迹象,目前整体处于稳定状态。堆积体工程地质分区见(图2)所示。
5.2 堆积体稳定性定量分析
5.2.1 计算方法
图7 茂县维城乡后山堆积体形成机制示意图
Fig.7 Genetic mechanism sketch map of accumulation body profile of Houshan in Weicheng Town, Maoxian County
选取堆积体代表性A-A′剖面(图3),应用理正软件对堆积体不利面进行搜索并进行稳定性计算。
5.2.2 计算工况
工况一:天然工况。荷载组合为滑体自重,滑(面)带抗剪参数取天然值,滑体重度取天然重度。
工况二:暴雨工况。荷载组合为滑体自重,滑(面)带抗剪参数取饱和值,滑体重度取饱水重度。
5.2.3 参数选取
重度:由于现场大容重试验成果测试值为表层数据,而深层密实度相对较高,加之土体中含有大块石,因此,结合室内试验结果,实际取天然重度为18 kN/m3,饱水重度为19.5 kN/m3。
抗剪强度:根据室内试验,天然状态取残余抗剪强度指标,暴雨状况下取饱况残余抗剪强度指标[8]。其抗剪强度指标如表1所示。
表1 室内试验抗剪强度参数统计表
Table 1 The statistical table of indoor anti-shear intensity
状态凝聚力c/kPa内摩擦角φ(°)
天然状态5235.2
暴雨状态4834.1
5.2.4 计算结果及稳定性评价
经计算得天然工况下稳定系数为1.234,暴雨工况下稳定系数为1.156。
对照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0218-2006)[9]对滑坡稳定状态的划分标准,古滑坡堆积体整体是稳定的,对下方
图8 剖面分块图
Fig.8 Profile block chart
图9 理正自动搜索不利面
Fig.9 the adverse side auto searched by Lizheng
学校及乡政府无威胁。
6 堆积体内崩塌区稳定性分析
6.1 崩塌一区稳定性分析
崩塌一区在拓宽道路等人类活动作用下,有可能使公路内侧斜坡发生滑塌式破坏[10],威胁下方学校及乡政府。下面分别对崩塌一区切坡较严重的两个岩块出露点(如图4、图5)边坡塌滑区范围进行计算。
根据《建筑边坡工程技术规范》(GB-50330-2002)[11],采用以下方法进行计算:L=Htgθ
式中:L—边坡坡顶滑塌区边缘至坡底边缘的水平投影距离;
H—边坡高度;θ—边坡的破裂角;这里θ取外倾硬性结构面倾角计算。
表2 边坡塌滑区范围计算
Table 2The calculate table of slope fall-down area
岩块出露点编号H/mθ(°)L/m
1号73012.12
2号73211.20
经计算两个岩块出露点边坡塌滑区范围均超过公路宽5 m,则边坡在人工切坡、地震力和暴雨作用时处于不稳定状态,可塌滑出公路范围,直接威胁下方的学校和乡政府。
6.2 崩塌二区稳定性分析
崩塌二区是在古滑坡形成时产生的不稳定岩块及孤石,在5•12地震时发生崩塌,巨大的滚石砸毁茂县维城乡中心小学后墙,给当地学生及居民安全产生较大影响。后对危岩体进行清危,现已处于稳定状态。
7 结论
通过对茂县维城乡中心小学后山不崩滑堆积体进行工程地质勘察和钻探认为其为一古滑坡。本文对古滑坡稳定性进行了计算和评价,认为其总体处于稳定状态,局部复活。古滑坡内部崩塌二区在5•12地震时发生崩塌,巨大的滚石砸毁维城中心小学后墙,后对其危岩体进行清危,现已处于稳定状态;坍塌一区由于修建公路切坡,降低了其稳定性、使其处于复活状态,在人为、地震作用下可能失稳威胁下方学校及乡政府人员安全。建议对崩塌一区的破碎岩块做喷锚,并在坡角做挡墙确保边坡稳定。
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