本文通過野外調(diào)查、測繪、勘察及室內(nèi)試驗(yàn),結(jié)合FLAC23D數(shù)值模擬分析,對章古滑坡的演化機(jī)制及滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價(jià)。

滑坡工程地質(zhì)條件

章古滑坡位于北東-南西向龍門山斷裂帶,北西-南東向鮮水河斷裂帶和南北向大渡河斷裂帶的交接部位,區(qū)域內(nèi)次級小斷層發(fā)育,是我國地震最活躍的地區(qū)之一。該區(qū)地震基本烈度為度,地震峰值加速度為012g。區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性主要受鮮水河活動斷裂的控制,該斷裂為北西走向的弧形左旋走滑斷裂帶。區(qū)內(nèi)高山聳峙,溝谷深邃,相對高差懸殊,河谷呈/U0字形[223]。地層巖性為元古代的花崗巖,巖體較破碎,卸荷松弛強(qiáng)烈,主要發(fā)育四組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面:140bN43b;o112bN70b;103bN40b;211bN42b。

滑坡基本地質(zhì)特征

章古滑坡是一個(gè)巨大的巖質(zhì)滑坡,其母巖成分為元古代花崗巖。依據(jù)ESR測年,章古滑坡約形成于216萬年前。滑坡體平面形態(tài)呈/圈椅0狀,主滑方向95b,滑坡體縱向最大長度約為680m,前緣最大橫向?qū)挾燃s為1500m,滑坡體厚7010~350m,平均厚度為250m,(圖1),屬特大型滑坡滑坡后緣為一大的平臺,平臺高程約為1785m,前緣臨河為陡坎,平均坡度約50b,坡腳高程約1400m。堆積體左、右側(cè)各發(fā)育一條沖溝,將滑坡體分割為一孤立體。依據(jù)鉆孔資料和MT物探解譯,滑坡剪出口被河流沖積物所覆蓋(圖2、3),滑坡體主要由塊石和碎石組成,堆積體中間部位則由碎裂結(jié)構(gòu)的巨型塊石組成。滑坡土體以黃灰色為主,局部呈灰綠色,分選級配較差。碎石多為棱角狀,巨型塊石多為低強(qiáng)度、低密度的碎裂狀花崗巖體。滑坡體兩側(cè)緣的物質(zhì)樣本顯示,塊碎石呈棱角狀,粒徑20~60cm,少量塊石粒徑可達(dá)110m,塊石的主要物質(zhì)成分為花崗巖。滑坡體橫向谷表層的采砂點(diǎn)露頭可驗(yàn)證,該堆積體由塊石、碎石組成。滑坡體后緣的物質(zhì)組成與側(cè)緣的相似,均為碎塊石土,但是粒徑卻不相同,且受長時(shí)間風(fēng)化的影響,后緣碎石土中泥質(zhì)粉砂、輝綠巖碎屑的成分有所增加。滑帶區(qū):依據(jù)MT物探解譯成果,并與周圍環(huán)境相比較,章古滑坡滑帶區(qū)顯示為明顯的低電阻率區(qū)域(圖2),滑帶深約100~350m,其中滑坡體前緣埋深較較淺,中部較深,后緣再次變淺。滑帶區(qū)總體呈反/L0形,其中后半段較陡,長380m,傾角約70b,與前文涉及的第o組結(jié)構(gòu)面相吻合;前半段較緩,長440m,傾角約20b,與第組結(jié)構(gòu)面相對應(yīng)。基于MT物探解譯的低電阻率效應(yīng),并與其他發(fā)育于大渡河中上游的地震滑坡相類比,推測章古滑坡的滑帶主要由碎石和粘土組成。實(shí)地調(diào)查中,僅在滑坡體后緣平臺前沿斜坡段發(fā)現(xiàn)部分細(xì)小裂縫,未發(fā)現(xiàn)大變形跡象。

滑坡演化機(jī)制分析

大渡河地處川滇南北向構(gòu)造帶北段,地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷多次近東西向擠壓與拉張,形成近南北向中陡傾結(jié)構(gòu)面,河流流向與之平行或小角度相交,更為不利的是,區(qū)域最大主應(yīng)力方向與河流垂直,導(dǎo)致谷底及谷坡應(yīng)力集中程度高,卸荷作用強(qiáng)烈。在大渡河三級階地形成后,川西經(jīng)歷了一次長時(shí)間的強(qiáng)烈侵蝕階段,當(dāng)時(shí)的河床直接下切至現(xiàn)今基覆界面以下[1,2]。這次強(qiáng)烈的河谷下切活動,導(dǎo)致岸坡巖體下部從應(yīng)力高度集中階段過渡到卸荷松弛階段,破壞了斜坡巖體結(jié)構(gòu)的完整性,從而使巖體抗剪強(qiáng)度大幅度降低。最終,一次大地震觸發(fā)斜坡失穩(wěn)形成章古滑坡。章古滑坡從堰塞到翻壩,經(jīng)過長期侵蝕演化,最終形成現(xiàn)今地貌形態(tài)。其演化過程可概述為以下四個(gè)階段:河谷卸荷松弛、大渡河側(cè)蝕、強(qiáng)震滑坡和翻壩侵蝕,各階段詳情如下:

1.河谷卸荷松弛階段

大渡河演化歷史揭示,河谷可以區(qū)分為寬谷期和峽谷期兩個(gè)階段。二者的轉(zhuǎn)換在中更新世中期[4]。進(jìn)入峽谷期后,河谷強(qiáng)烈下切,且河谷走向與最大主應(yīng)力方向近于正交,卸荷十分強(qiáng)烈。高陡臨空面形成過程中,在河谷二次應(yīng)力場作用下,順坡向次生裂隙利用并遷就早期方向有利的順坡向陡緩裂隙發(fā)展,o組結(jié)構(gòu)面拉張,沿組結(jié)構(gòu)面剪切,/鎖固段0的應(yīng)力積累將使這部分巖體進(jìn)入累進(jìn)性破壞階段。在累進(jìn)性破壞的作用下/鎖固段0長度越來越短,邊坡的穩(wěn)定性大幅度降低(圖4a)。

2.大渡河側(cè)蝕階段

章古滑坡對岸存在一泥石流溝,其物源區(qū)為大渡河斷裂通過區(qū)域,該區(qū)巖體破碎,崩坡積物發(fā)育,物源十分豐富。大量泥石流堆積物擠占河道,迫使大渡河向右岸偏移,右岸側(cè)蝕作用加劇,加上斜坡前期卸荷松弛,安全儲備低,而坡腳處破碎巖體在大渡側(cè)蝕作用下不斷被帶走,最終在斜坡前緣形成高陡的臨空面,斜坡表層巖體穩(wěn)定性處于基本穩(wěn)定狀態(tài)(圖4b)。

3.強(qiáng)震觸發(fā)滑坡階段

加之章古滑坡位于高地震烈度區(qū)(度),距鮮水河斷裂僅10km。在一次強(qiáng)震作用下,地處高位的斜坡巖體因地形等影響對地震波具有明顯的放大效應(yīng)(據(jù)青川地震監(jiān)測結(jié)果,水平地震峰值加速度放大2-3倍),即坡體上部的地震動峰值加速度可達(dá)014~016g,如此強(qiáng)大的慣性力將處于臨界狀態(tài)的高位巖體拋出滑源區(qū)并瞬間堵塞大渡河(圖4c)。據(jù)堰塞砂層測年,章古滑坡形成年代距今約216萬年前。

4.翻壩侵蝕階段

滑坡體將大渡河堵塞后,河水位迅速上升,在滑坡體上游河段形成近30km長的堰塞湖(根據(jù)堰塞堆積分布,在金湯河口以上),經(jīng)歷很長一段時(shí)期的沉積作用后,形成深厚的河床覆蓋層(距章古滑坡5km的黃金坪電站河床覆蓋層厚達(dá)133m)。隨著河水位的不斷上升,湖水最終翻壩,并在長期的侵蝕作用下,大渡河重新切穿滑體,恢復(fù)暢通,伴隨左岸泥石流堆積扇的漸進(jìn)性擠占河道,導(dǎo)致大渡河侵蝕右岸,在其強(qiáng)烈的侵蝕作用下,章古滑坡體物質(zhì)不斷帶走,最終形成現(xiàn)今的地貌形態(tài)(圖4d)。據(jù)堆積體結(jié)構(gòu)對比,分布于章古滑坡對岸的花崗巖塊石殘留體與滑坡堆積體形成于同一時(shí)期。

滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

滑坡堆積體的變形及穩(wěn)定性分析是一個(gè)復(fù)雜的空間問題。其影響因素除滑坡體本身結(jié)構(gòu)條件(如巖性結(jié)構(gòu)、滑面形態(tài)等)以外,還與滑坡體平面及空間分布形態(tài)有關(guān),因此,針對不同類型的滑坡,需采用不同的分析方法和計(jì)算公式評價(jià)其穩(wěn)定狀態(tài)。本次采用美國Itasca咨詢公司開發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序FLAC23D對章古滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。FLAC23D可以準(zhǔn)確地模擬材料的屈服、塑性流動、軟化直至有限大變形,現(xiàn)已在巖土工程領(lǐng)域中得到廣泛運(yùn)用。

1.模型的建立

根據(jù)野外調(diào)查、測繪、物探等資料建立如圖5所示模型。模型順河方向(Y軸,滑坡橫寬方向,上游方向?yàn)檎?寬1635m,垂直河谷方向(X軸,滑坡縱長方向,順坡向?yàn)檎?長為955m,模型高度(Z軸,豎直方向,垂直向上為正)810m(模型底面高程:1100m,頂部高程:1910m)。邊坡模型的基巖和滑坡體采用實(shí)體單元模擬,滑面采用接觸面模擬,并將模型網(wǎng)分為79700個(gè)四面體單元,共計(jì)15775個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型底面采用三向約束,四周采用法向約束,地表為自由面。采用較常用的彈塑性模型,屈服準(zhǔn)則為莫爾-庫侖準(zhǔn)則。通過室內(nèi)巖土體試驗(yàn)及工程地質(zhì)類比估算相結(jié)合,模型中巖土體物理力學(xué)參數(shù)綜合取值見表1。計(jì)算時(shí),僅考慮巖土體的自重應(yīng)力場,不考慮構(gòu)造應(yīng)力場。