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黄土坡滑坡自2003年建立地表、地下监测系统及2005年建立地表群测群防系统以来的各项监测成果表明:坡体地表变形较强烈,裂缝众多,已直接影响了当地人民生命财产安全和社会安定。黄土坡滑坡一旦整体滑动,在175m水位时其涌浪所造成的灾害将可能影响整个三峡库区。虽然黄土坡滑坡上居民搬迁后,消除了滑坡滑动引起的直接危害,但黄土坡滑坡可能造成的涌浪对新县城及其对岸人民生命财产以及长江航道的间接危害依然存在。鉴于此,2009年中国地质大学(武汉)以黄土坡滑坡为主体,开始了巴东野外大型综合试验场的建设,并开展相关研究工作。
巴东野外大型综合试验场隧洞群的开挖,是自对黄土坡滑坡进行勘查研究以来,对黄土坡滑坡临江1#崩滑堆积体的滑体、滑带与滑床最为充分的揭露,为直接而深入研究黄土坡滑坡提供了非常有利的条件。
本论文利用巴东野外大型综合试验场建设有利条件,以巴东黄土坡滑坡临江1#崩滑体为研究对象,对黄土坡滑坡临江1#崩滑体的成因机制及其变形破坏方式进行了深入研究。主要研究内容与结论如下:
(1)临江1#崩滑体的空间形态和物质组成
①临江1#崩滑体的空间形态
隧洞开挖揭露的崩滑体形态特征和水文队勘察的钻孔资料以及深部位移监测资料表明:临江1#崩滑体大体上由1-1#和1-2#两个基本顺层基岩滑坡组成。1-1#滑坡基本上沿巴东组第三段第二层泥灰岩中的软弱夹层滑动;1-2#滑坡基本上沿巴东组第三段第一层白云质灰岩中的软弱夹层滑动。根据隧洞开挖资料,参考前期水文队勘察的工程地质平面图和剖面图,绘制了沿主滑方向五个平行纵剖面图和临江1#崩滑体滑床等高线图。成果表明:1-1#滑坡和1-2#滑坡滑动面形态相似,但1-2#滑坡滑动面相对高程较低。
②滑坡物质组成
滑体出露的位置在出洞口K0+723.2~KO+910.0m段,其物质组成为碎块石含粉质粘土。碎块石磨圆较差,棱角状,砾径在20cm~40cm之间,少数可达100cm,含量在65%~75%之间,主要是巴东组灰岩,泥灰岩,呈青灰色和灰黄色两种。砾石之间填充泥质,可见挤压构造,如光滑镜面、擦痕等,局部可见原生的层面或砾石定向排列,灰岩砾石可见一定的溶蚀现象。粉质粘土呈棕红色,含水量较高。
1-1#滑坡滑带出露于3#支洞K3+135.9~K3+139.6m区间,产状355°∠47°,滑带物质成分为棕红色粉质粘土,硬塑状,粘性大,厚度30~50cm,含碎石角砾,碎石角砾磨圆度高,为浑圆状,滑带与下覆岩体接触面、滑带内部均可见擦痕,擦痕产状0°∠42°。
1-2#滑坡滑带在主洞K0+654.1~KO+723.2m段和5#支洞K5+14.5~K5+21.7m段,滑带呈黄褐色、浅灰色,主要为粘土夹少量碎石,厚度约50~100cm,碎石含量约20%左右,粒径0.5~3.0cm,磨圆较好,局部见擦痕镜面。主洞中滑带产状354°∠34°,5#支洞中产状30°∠28°。
滑床主要为巴东组第三段薄层~中厚层灰黄色、青灰色泥灰岩,产状10~30°∠15~70°,层厚在10cm~100cm之间,节理发育。
(2)临江1#崩滑体形成机制
试验隧洞揭露的地质信息表明滑坡区主要地层岩性为巴东组第三段的青灰色灰岩、泥灰岩,岩性软硬相间,相对软弱的泥岩、泥灰岩及泥质灰岩亲水性强,易风化、软化形成缓坡地形,相对坚硬的灰岩、白云岩形成陡崖(坎)。正是这种软硬相间的地层组合,为黄土坡滑坡区崩滑体的产生提供了物质条件。
综合凉水溪剖面和试验洞内节理的发育规律可以得出,巴东组第三段(T2b3)岩层节理非常发育,存在四组典型的节理,四组节理与层面的组合把岩体切割成块状。与岩层走向一致的走向节理切割坡体内岩层,降低岩体强度,为斜坡的破坏提供后缘边界;与岩层走向垂直的倾向节理给斜坡的平面滑动提供较好的侧向边界。因此,巴东组第三段(T2b3)岩层中强烈发育的节理与岩层的组合是1#崩滑体形成的重要条件之一。
巴东组第三段的青灰色灰岩、泥灰岩中广泛发育软弱岩层,根据岩体力学中的一般规律,岩体破坏总是从岩体强度最薄弱的地方发生,滑坡滑动所依附的滑动面,必然会追踪地质体内部原有的软弱带、不同成因的结构面和其他潜在软弱面。隧洞揭露的所有软弱岩层和顺层滑动带上均有相互错动过的痕迹,充分证明了这一点。因此,可以认为巴东组第三段岩体中广泛发育的强度较低的软弱岩层是导致1#崩滑体形成的必要条件。
(3)临江1#崩滑体的变形破坏特点及其演化发展趋势
对湖北省地质环境监测总站(水文队)在1#崩滑体上11个GPS点和中国地质大学巴东野外试验场7个GPS卫星定位监测点历时9年的监测资料进行了认真分析,结果表明1#崩滑体无论是地表位移还是深部位移均呈现从后缘向前缘逐渐增大的趋势;深部位移监测表明1#崩滑体内深部变形大部分发生在主滑带附近,少量次级滑带也发生了错动变形,主滑带附近的位移速率一般大于次滑带附近的位移速率。深部位移监测表明1#崩滑体主滑方向为20°。
应力应变数值模拟结果表明:在天然重力场状态下,崩滑体水平方向位移明显大于竖直方向位移,这与监测资料相吻合,说明重力是导致崩滑体变形的主要因素;由应力场规律可知,沿崩滑体与基岩接触带均有明显的剪应力集中现象,该剪应力集中带对崩滑体沿基岩面的复活具有控制性的作用;由塑性区规律说明天然状态下崩滑堆积体的下部局部已处于塑性变形状态,其主要的控制层位是基岩面。
(4)临江1#崩滑体稳定性评价
计算所得1#崩滑体整体稳定性系数为1.4472656,即在天然状态下较高的稳定性系数,崩滑体表面剪应变增量最大的地方集中在两个滑坡体的前缘剪出口位置、1-2#滑坡的东侧边界和1-1#滑坡的东侧边界靠前缘部分,速度矢量与Y方向一致,指向主滑方向;五个剖面的剪应变增量图表明崩滑堆积体与基岩接触面即为潜在最危险滑动面。