黎家洞滑坡变形机制研究

陈全明,罗冠枝,王国卫

(湖南省地质环境监测总站，长沙　410007)



黎家洞滑坡变形机制研究

陈全明,罗冠枝,王国卫

(湖南省地质环境监测总站，长沙410007)

摘要：通常认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移-拉裂、滑移-弯曲模式为特征，但野外调查中，在陡倾顺层岩质边坡还发现一类特殊的变形破坏方式，即倾倒变形。以黎家洞滑坡为例，在阐明区内地质环境条件、滑坡的基本特征的基础上，应用数值模拟手段对该滑坡的倾倒变形机制进行了分析。研究成果为该类滑坡除险加固提供了参考依据。

关键词：地质灾害详细调查；滑坡；变形机制；倾倒

1项目背景

20世纪末以来，湖南省先后有计划的开展了122个县(市、区)地质灾害调查与区划工作，初步摸清了全县地质灾害分布情况，划分了易发区，建立了群测群防体系，有效地减轻了地质灾害损失。但随着社会经济的发展，人类工程活动日趋强烈，滑坡、崩塌、泥石流等呈加剧趋势，并形成了大量不稳定斜坡，严重危害人民群众生命财产安全和社会经济可持续发展。因此，开展更大比例尺精度更高的地质灾害调查，对我省今后地质灾害防治工作具有重要意义。

根据国务院颁发的《地质灾害防治条例》和湖南省《地质灾害防治规划》要求，在开展县(市)地质灾害调查与区划的基础上，在地质灾害高易发区开展地质灾害详细调查(比例尺1∶5万)，为各级政府制定地质灾害防治规划和实施地质灾害预警工程提供基础地质依据。为此，2012年湖南省国土资源厅决定开展溆浦县地质灾害详细调查工作，并将此任务下达湖南省地质环境监测总站。于2013年开展了地面调查工作。

黎家洞滑坡由本次地面调查阶段发现，选择其为研究对象，将对滑坡的形态、规模、岩土体结构、变形特征等进行综合分析，以确定滑坡的变形破坏模式，从而为对其有效治理提供依据。

2地质环境条件

黎家洞滑坡，位于湖南省怀化市溆浦县岗东乡镇江村9组。本区属浅变质岩中低山区，由震旦系、寒武系及奥陶系的浅变岩组成。山脉多呈长型状，其走向基本与构造方向一致，呈北东向。标高一般500～800 m，最高可达1 000～1 100 m，相对切深300～600 m。沟谷和河溪发育，河谷狭窄，礁滩裸露，陡崖、瀑布多见。基岩裸露，沿裂隙易产生崩塌，形成陡壁。山坡陡峭，坡角一般30°～45°，局部坡段可大于50°。从大地构造基本特征来看，区域构造隶属于新华夏系构造体系，北东向构造是境内最为显著的构造形迹。新构造运动不甚强烈，主要表现为区域差异性、间歇不均匀升降运动。根据《中国地震动峰值加速度分区图》(GB18306-2001)，区域内地震烈度区属Ⅵ度区，地震动反应谱特征周期值为0.35 s，地震动峰值加速度0.05 g。

3滑坡基本特征

3.1滑坡形态与规模

滑坡平面呈不规则形态，前缘至村级公路，高程362 m，后缘以拉张裂缝为界，高程385 m，前后缘高差约为23 m；两侧以不连续的剪切结构面为界，纵向坡面略呈凸形，坡度上缓下陡，总体坡度约50°。滑坡主滑方向145°，纵向长30 m，宽120 m，平均厚度3 m，预测体积为10 800 m3，为一浅层小型岩质滑坡(图1)。

图1　滑坡工程地质平面图1.剖面线;2.滑坡周界;3.地层界线;4.奥陶系中统烟溪组;5.奥陶系下统桥亭子组

3.2滑坡结构特征

滑坡体主要由奥陶系下统桥亭子组岩体组成，内部岩体仍可辨层次，但岩体上部发生倾倒变形，表层局部覆盖有第四系残坡积物，厚度分布不均，一般0～20 cm，多为粉质粘土夹碎石，呈黄褐色，碎石含量10%～20%，主要为砂质板岩，棱角较分明，粒径1～5 cm。滑床为奥陶系下统桥亭子组(O1q)黄绿色条带状砂质板岩，层面产状115°∠65°，层厚一般为2～5 cm，属于薄层状结构，岩体风化强烈，节理发育，层面倾向与坡向夹角呈30°，因此滑坡所在斜坡属于典型陡倾顺层岩质边坡。滑带上部主要沿着岩体倾倒折断面，下部沿着层面，滑带土厚约0.05 m，由粉质粘土夹少量碎石组成。滑坡体具体结构特征如图2所示。

图2　滑坡工程地质剖面图

3.3滑坡变形特征

据访问，该滑坡最早发生时间为2012年5月初，当时从后缘下滑岩土体约200 m3，所幸没有造成人员伤亡。从滑坡右侧来看，岩体上部发生倾倒变形，节理发育，岩体整体上较为破碎、架空明显(图3)。目前该滑坡仍不稳定，处于加速变形阶段，每逢雨期均有不等量的岩土体下滑，威胁前缘公路120 m，潜在经济损失人民币10万元。

图3　滑坡右侧变形特征

4滑坡成因机制分析

4.1地质分析

诸多变形迹象表明，黎家洞滑坡的变形破坏模式为滑移-倾倒型。从地貌形态上看，该滑坡发育于河谷的转折端，前缘与两侧开阔，临空条件较好，有利于斜坡的变形发展。斜坡岩性主要为陡倾坡外的薄层状砂质板岩，属于较软岩类，经过漫长的地质时期，在河谷连续下切、岸坡的形成以及坡体内自重应力场随之不断的产生相应的调整、并发生应力重分布等各种复杂地质作用下，岩体首先出现层间错动并伴随下滑，当下滑受阻前缘发生倾倒，进而发展到后缘，据现场调查得以证实(图4)。斜坡变形进一步发展，在人类修路切坡和暴雨等因素的诱发下，最终将沿着倾倒折断面发生滑坡。

图4　岩层滑移-倾倒现象

4.2数值模拟分析

(1) 模型的建立

依据现场调查及该滑坡工程地质平剖面图等现有资料，结合周边地质环境条件，并根据滑坡剖面图将其恢复到古地貌形态和相应的岩体结构，以此进行离散元动态数值模拟，再现斜坡变形破坏过程(图5)。

图5　计算模型

(2) 物理力学参数的选取

根据滑坡地质环境条件以及类比相关工程，综合选取斜坡各类介质的力学参数如表1。

表1　材料与结构面物理力学参数

(3) 计算结果及分析

对计算结果进行分析，在重力场条件下，该斜坡在演化初期，对应迭代时步为5万左右，总体以垂直位移为主，并且位移量相对斜坡来说不大，主要表现以层间错动，仅在坡脚地带出现岩层向临空面发生初始的弯曲变形(图6)。

图6　迭代5万时步斜坡的变形特征

随着计算迭代时步增加到10万附近，斜坡变形位移量增大并主要集中在坡表。由图7可知，此时除了斜坡前缘岩体弯曲加剧，坡体中后缘还是以层间的错动下滑运动为主。

斜坡继续变形演化，中后部岩体也不断的发生弯曲倾倒变形。整个坡体表部将发展成为一个倾倒变形体，随着不断的突破其折断带中的锁骨段，将持续发生位移变形，最终演化为滑坡地质灾害(图8)。

5滑坡防治建议

由于该滑坡仍处于不稳定状态，随时可能再次发生滑动，严重威胁过往村民和车辆的安全，因此根据实际情况，建议当地政府采取应急排危除险紧急措施：削掉滑坡上部倾倒岩体，适当分级放坡，坡脚修建挡土墙，并在受威胁路段两侧树立警示牌，提醒行人车辆防范山体滑坡。

图7　迭代10万时步斜坡的变形特征

图8迭代18万时步斜坡的变形特征

6结论

通过上述分析，得出如下结论：

(1) 在野外调查与地质分析的基础上，判定黎家洞滑坡的变形破坏模式为滑移-倾倒型。

(2) 借助离散元软件，根据实际建立数值模型进行计算，直观地再现了滑坡变形演变进程。

(3) 提出了一般防治措施：该滑坡目前处于不稳定状态，建议采取应急排危除险措施，及时排除险情，避免出现伤亡事故。

参考文献

[1]张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，1994.

[2]孙玉科，姚宝魁.我国岩质边坡变形破坏的主要地质模式[J].岩石力学与工程学报，1983,2(1):67-76.

[3]CRUDEN D M, HU X Q. Topples on underdip slopes in the Highwood Pass, Alberta, Canada[J]. Quarterly Journal of Engineering Geology, 1994, 27: 57-58.

[4]任光明，夏敏，李果，刘昌，张富荣.陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏特征研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28(增1)：3193-3200.

[5]黄润秋．20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J].岩石力学与工程学报，2007，26(3)：433-454．

[6]陈敏,刘良春,叶胜华.弯曲-拉裂型滑坡形成机制和稳定性分析——以木里河卡基娃滑坡为例[J].水文地质工程地质,2012,39(1):58-64.

[7]王卫华，李夕兵.离散元法及其在岩土工程中的应用综述[J].岩土工程技术，2005，19(4)：177-181.

[8]沈宝堂，王泳嘉.边坡破坏机制的离散单元法研究[J].东北工学院学报，1989,10(4)：349-354.

[9]陈全明，任光明，张海平，王军，唐尧.岩质边坡稳定性有限元数值模拟分析[J].中国农村水利水电，2010,(10)：73-76.

[10]施裕兵，李崇标，周波.西南某水电站右坝肩倾倒变形体发育特征及处理[J].四川水力发电，2006，25(6)：77-79.

[11]胥良.金沙江白鹤滩水电站金江滑坡成因机制及稳定性研究[D].成都理工大学硕士学位论文，2004.5.

[12]张健,王小群,王兰生，等.大光包滑坡启动机制的物理模拟试验[J].水文地质工程地质,2013,40(3):58-62.

STUDY ON FORMATION MECHANISM OF LEIJIADONG LANDSLIDE

CHEN Quan-ming,LUO Guan-zhi,WANG Guo-wei

(Hunan Institute of Geo-Environment Monitoring，Changsha，Hunan410007，China)

Abstract:Generally speaking,it is believed that slip-rupture and slip-bending are main characteristics of deformation and failure of bedding rock slope.However,it is found that there is another particular form of deform- ation and failure for steep bedding rock slope on situ survey,namely,toppling deformation.Taking Leijiadong Landslide for an example，on the basis of clarifying geological environment conditions in the region and basic characteristics factors of the landslide, the toppling deformation mechanism of the Landslide is been carried out mainly by numerical simulation．This study serves as a reference for the reinforcement of the Landslides．

Key words：detailed survey of geological disaster;landslide; formation mechanism;toppling

作者简介：陈全明(1984-),男,水工环地质工程师。工作岗位：地质灾害调查评价；主要从事地质灾害监测预警、地质环境调查评价工作。2011年6月毕业于成都理工大学，获得工学硕士学位。E-mail：285440219@qq.com

中图分类号：P642.22

文献标识码：A

收稿日期：2015-10-20改回日期：2015-11-17

文章编号：1006-4362(2016)01-0013-04