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北川县白什乡老街后山滑坡监测及失稳机制分析

2020-01-20 来源:步旅网
Journal ofEngineering Geology 工程地质学报 1004—9665/2015/23(4)一0760-09 DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2015.04.026 北川县白什乡老街后山滑坡监测及失稳机制分析 唐 然①② 邓 韧① 安世泽① (①四川省地质工程勘察院成都610072) 成都610059) (②成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室摘要北川县白什乡老街后山滑坡位于四J1l省绵阳市北川县城以西,该滑坡发现时已处于变形发展较快的状态,前缘多处 崩塌,坡面张拉裂缝密布。为了准确地判断滑坡的稳定性现状,预测预报滑坡的下滑时间指导避险,对滑坡开展了专业监测, 专业监测工作持续到了滑坡失稳下滑。本文对滑坡从监测到下滑的变形演化阶段进行了划分,对各变形阶段滑坡的监测成 果及变形破坏特征进行了分析研究。随后在此基础上分析滑坡形成演变过程及失稳机制,通过分析认为白什乡滑坡形成演 变模式为弯曲一拉裂(倾倒)变形模式,滑坡形成后失稳机制为推移式和牵引式复合型。根据监测成果及宏观变形迹象对滑坡 进行了分区,判断出滑坡失稳下滑的关键控制部位是滑坡前缘I一3区,因此I一3区监测数据是准确预测预报滑坡下滑时间的 关键数据。 关键词 白什乡滑坡中图分类号:P642.22 监测数据分析失稳机制 变形演化阶段预警预报 文献标识码:A DEFoRMATIoN MoNIToRING AND FAILURE MECHANISM ANALYSIS oF BAISHI LANDSLIDE IN BEICHUAN CoUNTY TANG Ran①②DENG Ren@ AN Shize① (( ̄Institute ofSichuan Engineering Geology,Chengdu 610072) (( ̄State Key Laboratory of eolGogical Hazard Prevention and eolGogical Environment Protection,Chengdu University of Technology, Chengdu 6 10059) Abstract The Baishi landslide is located at the west of Beichuan county,Mianyang,Sichuan Province.The landslide was detected due to fast deformation that caused several small collapses and falls in the front of the unstable slope as well as densely distributed tensile cracks in the slope.In order to better understand the stability status and estimate the failure time of the unstable slope,a comprehensive monitoring system was carried out after the deformation was reported.The monitoring was continued till the slope failed.This study analyzes the landslide deformation phases and failure mechanism using the monitoring data.The result shows that the failure mode of the Baishi landslide is bending-tensile(toppling).The failure has both the retrogressive and advancing features.The landslide is divided into several zones according to the spatial variation of deformation characteristics over the slope. The monitoring results indicate that the front part of the slope(Zone I-3)plays a key role in controlling landslide stability.Therefore,the monitoring data of this zone is significantly important for predicting the failure time of the whole landslide. 收稿日期:2015-03-21;收到修改稿日期:2015—05—27. 第一作者简介:唐然(1983-),男,硕士,高级工程师,主要从事地质灾害防治及监测等工作.Email:546488149@qq.con 23(4) 唐然等:北川县白什乡老街后山滑坡监测及失稳机制分析 765 550 5o0 450 2 400 350 250 牲200 150 詈詈誊誊善善 詈詈詈詈詈善詈砉善砉l  砉善詈善詈善善善善l l 日期/年/月/日 图1 1 中加速阶段位移速率曲线图 3.3.4加加速阶段监测成果分析 2007年7月7日到7月26日之间前缘BT3每 日断续产生崩塌,13崩塌量在200m。左右。从7月 7日开始滑坡位移速率整体持续上升,与中加速阶 段不同,曲线未出现上下波动的情况(图12)。 2150 1650 ll5O 650 150 £ £ £ 、 £ £ £ £ £ £ £ £ r苎-- g S S S S S S S g S S g 日期/年/月/日 图12加加速阶段位移速率曲线图 Fig.1 2 Velocity calves of accelerated acceleration stage TP1监测点位移速率曲线于7月17日出现了 异常,从图12中可见,其位移速率增长速度超越了 其他监测点,这代表着前缘稳定性的急剧下降,可以 作为滑坡进入加加速阶段的一个信号。 通过对TP1位移加速度分析发现(图13),7 月24日之前曲线围绕零值上下波动,24日以后位 移加速度开始持续上升,7月26日超过了预设警戒 值200mm・d~,因此于当El发布了临滑预警。 7月28日晚11:30时,滑坡体出现大规模滑 塌,7月29日凌晨1:O0时,滑坡堆积体阻断白水 河,形成长约150m的土石坝。此后滑体持续下滑, 截至7月31 Et,主滑体下滑基本完成,在下方白水 河内形成坝高约20m,长约350m的堰塞体。 4 白什乡滑坡形成及失稳机制分析 4.1 白什乡滑坡形成演变过程 白什乡滑坡发育于千枚岩反倾斜坡,斜坡的变 13强1年f A甩 图13 TP1监测点位移加速度曲线图 Fig.13 Acceleration curve of monitoring point TP1 形发展到形成滑坡大致经历了3个阶段,其变形模 式为弯曲一拉裂(倾倒),如图14所示。 (1)原始斜坡反倾岩层在自重应力作用下,前 缘首先开始向临空面产生类似于悬臂梁弯曲,弯曲 变形范围主要出现在斜坡表部。 (2)反倾岩层的弯曲变形逐渐由斜坡表层向坡 体内部发展。弯曲变形岩层之间互相错动并伴随拉 裂,由于千枚岩属于薄层状岩体,弯曲变形幅度可以 较大,变形体后部出现张拉裂缝。随着变形的发展, 岩层中原垂直层面的裂隙转向坡外倾斜,并在岩体 内部最大弯折带形成倾向于临空面的断续拉裂面 (张倬元等,1994)。 (3)弯曲变形加剧,岩层中倾向坡外的裂隙面 逐渐贯通,在滑坡中部板梁弯折的最大部位首先形 成滑面,具备了滑坡的基本要素。滑坡中部岩层的 变形带动上部岩层变形发展而使滑面首先向上贯 通,后缘拉裂变形形成滑坡壁进而形成滑坡。在后 部滑体的推挤作用下,滑面逐渐向下延伸,前缘表层 产生滑塌(Fan et a1.,2009)。 4.2 白什乡滑坡失稳机制分析 白什乡滑坡在监测初期处于弯曲一拉裂(倾倒) 模式的第3个阶段,滑面还未完全贯通。从图7、 图8中可见,前缘TP1监测点位移倾角曲线在所有 监测点中起伏最大,这应当是由于前缘岩体内弯折 带破裂面起伏不平所致,前缘滑面处于发展状态 (Xu et a1.,2011)。这期间前缘的变形主要表现为 鼓胀。 根据滑坡地表宏观变形迹象及变形模式的发展 变化,对滑坡不同的变形阶段进行了分区,如图15 所示。从前述监测资料分析得到,滑坡从开始监测 到下滑经历了匀速变形和加速变形两个大的阶段。 (1)在匀速变形阶段滑坡I区表现为推移变形 766 Journal ofEngineering Geology工程地质学报2015 图14白什乡滑坡形成演变示意图 罗 家 槽 沟 图15 白什乡滑坡各变形演化阶段地表裂缝分布及分区图 Fig.15 The surface cracks distribution and partitions of each deformation stage 模式,根据地表变形迹象分布特征,将滑坡I区分为 4个亚区(图15a),其中I.3区、I.4区都属于滑 模式,I.1区受到牵引。I.4区始终为主滑体位移 速率最小的区域,有强烈的阻滑作用。 从各个监测点位移倾角大小及变化趋势可以大 致推断出滑面的形态特征(唐然等,2007)。从图10 中各监测点的位移倾角大小可以看到,滑面位移倾 坡前缘受到推挤的区域,分布大量的鼓胀裂隙,I一3 区受推挤形成BT3崩塌。推移式滑坡一般在前缘 普遍发育纵向鼓胀裂缝,这是由于前缘滑移受阻,地 表受到压应力作用,但白什乡滑坡前缘临空条件较 好,前缘受推挤后立即向沟谷内产生崩滑,地表受到 拉应力作用,因此前缘裂缝分布与滑动方向近于垂 角总体上从后缘至前缘逐渐减小。根据图7、图8 中各监测点在滑动过程中位移倾角的变化状态,对 1—1 剖面滑面形态进行推测,如图16所示。总体 上,滑坡从后缘到前缘是逐渐变缓的趋势,但TP12 监测点位移倾角的变化与其他监测点相异,从监测 初期的38。左右增加到了44。,TP12处于滑面缓陡 交替的部位。这种滑面形态决定了I.2、I.3区整 体是推移式的变形模式,I一1区的变形受到牵引。 (3)如图15c所示,在中加速变形阶段,BT3范 围进一步向后方扩大,I.3区及I一5区后部裂缝已 直(乐琪浪等,2011)。I.5区位于滑坡右侧边界, 具有一定的临空面,滑坡受到侧向约束较少,因此在 I一1区的推挤作用下形成BT4崩塌。在匀速变形 阶段,前缘滑面未完全贯通,还有较强烈的阻滑作 用。从后缘到前缘都呈现出较强烈的推挤的态势 (范永波等,2013)。 (2)如图15b所示,在初加速变形阶段,I.3区 BT3连续几次崩塌使BT3范围逐渐增大,BT3后部 裂缝与BT4后部裂缝开始向对方延伸。滑坡已基 延伸贯通,基本合并为一个区,在中加速变形阶段崩 塌掉块持续不断。I一2、I一3、I.5作为整体产生滑 移。I一4区出现了BT5崩塌区,由于I一4区位移速 率远低于其他区域,与I一2区之间出现了剪切裂 本贯通,随着整体位移速率逐步增加,I.1区逐渐 出现分离趋势,中部出现张拉裂缝,将I.1区分为 I一1区,I一2区。I.2区及I.3区表现为推移变形 缝。通过分析认为,I.3区及I一4区持续的崩塌会 23(4)唐然等:北川县白什乡老街后山滑坡监测及失稳机制分析 767 50 100 l50 200 250 300 350 距离/m 图16 1—1 剖面地表位移矢量与推测滑面示意图 Fig.16 Vector quantity of surface displacement and speculation of slide surface of section 1—1 使滑坡整体逐渐失去支撑,进入加加速阶段。而I- 3区及I.4区是滑坡下滑的关键控制部位,其位移 速率和宏观变形迹象的异常变化都可能会是滑坡临 滑的前兆(王爱军等,2008)。 总结前述分析,白什乡滑坡在匀速变形阶段为 推移式变形模式,基本可以认为滑坡做整体滑移。 进入加速变形阶段后就出现了解体分离趋势,为推 移式和牵引式复合型。其中I一2区及I.3区可以 看作是一个滑块,与I.1区滑块分离。I.5区可看 作一个滑块,到中加速阶段后开始与I-2、I.3区合 并。I.4可看作一个滑块,主要起到阻滑作用。经 过分析认为滑坡产生变形模式上较大调整的原因是 匀速变形阶段,滑面还未完全形成,整体位移速率相 对不高,中前部滑面的贯通仍需要中后部滑体的推 移作用提供足够的剪应力,滑坡整体处于受推挤的 状态(Xu et a1.,2009)。滑面整体贯通后,由于滑坡 临空条件较好,此时滑坡的变形模式和失稳机理应 当主要取决于滑坡的物质组成和滑面的形态。 4.3 白什乡滑坡形成条件及影响因素 白什乡滑坡是一个在自然条件下形成的滑坡, 基本不受人类工程活动的影响。从原始斜坡开始变 形到发展为滑坡经历了漫长的历史。滑坡的形成条 件及影响因素可以归纳为以下几点: (1)高陡斜坡地形。滑坡所处地形高陡,位于 整个斜坡中上部,前缘距离河谷底部大于500m,滑 坡所处部位整体平均坡度接近40。,且平面上属于 “凸”状地形。这种地形地貌非常利于反倾岩层产 生弯曲一拉裂(倾倒)变形。 (2)地层岩性。滑坡发育在薄层状千枚岩岩体 中,千枚岩属于软岩,具有较大的变形空间,这也是 斜坡在自重应力作用下能向临空面产生较大变形从 而形成滑坡的先决条件。 (3)斜坡结构。斜坡倾向约170。,基岩岩层产 状25。~50。/25。~40。,属于较为典型的反倾岩层边 坡,这种特殊的坡体结构是产生弯曲一拉裂(倾倒) 变形的基本条件。 (4)降雨及地震。原始斜坡在漫长的变形演化 过程中,地震和降雨起到了重要的促进作用。千枚 岩遇水易软化,岩体向临空面的倾倒变形会逐渐加 剧。从斜坡整体地形来看,处于陡缓相交的部位,该 部位具有显著的地震放大效应,地震不仅会使岩体 松动,也会加速岩体弯折部位破裂面的延伸。 5结论 (1)通过对白什乡滑坡监测成果和宏观变形迹 象的分析,认为白什乡滑坡变形破坏模式为推移模 式和牵引模式复合型。主要的失稳机理为主滑体中 部I.2区为滑坡下滑主要驱动力,后缘I一1区受到 右侧I.5区和I.2区牵引。前缘I.3区受到I.2 区推挤而产生崩塌,前缘左侧边界1—4区为受挤压 区。滑坡的整体稳定性变化受到前缘I一3区阻滑 力变化的控制,崩塌是造成I一3区阻滑力减小的直 接因素,一旦I一3区阻滑力大幅下降,将会导致I-2 区的整体失稳,进而影响其他区域整体失稳。 (2)正确判断斜坡的变形演化阶段是滑坡准确 预警的基础。斜坡变形进入加速变形阶段是斜坡整 体失稳的前提。在斜坡变形的初始变形和等速变形 阶段,无论其变形速率或累计位移量值有多大,宏观 变形破坏迹象有多明显,在正常情况下都不会发生 整体失稳破坏;反之,一旦进入加速变形阶段,尤其 是临滑阶段,如果不采取应急工程措施,坡体的整体 下滑将不可避免。 (3)将监测成果数据与地表宏观变形发展变化 特征相互结合,对深入分析滑坡失稳机理有较大辅 助作用。正确判断滑坡变形机理和失稳模式才能确 定滑坡下滑的关键控制部位。而对滑坡的临滑预警 预报应在重点分析关键控制部位监测成果的基础上 开展 768 参考文献 Cheng X W,Deng A,Shang J H,et a1.2009.Dynamic monitoring of the control project of the Jietai Temple landslide in Beijing[J]. 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