岳家山-西瓜坪地区滑坡破坏机理与运动特性研究

岳家山-西瓜坪地区滑坡破坏机理与运动特性研究

“5.12”四川地震发生时，石亭河流域岳家山-木平河段发生了大量的滑坡、崩塌和泥石流灾害。这座山遭到严重破坏。尤其是石亭河右支支流的巨大山坡，几乎完全堵塞了沟口的位置。沟口右侧约350m高的山整体崩溃，滑移者前突然冲向对岸，沟口处形成约80m的斜面。山坡上覆盖着道路、学校和许多房屋，导致70多人死亡和严重的经济财产损失。该滑坡发生部位距龙门山前山断裂垂直距离不足1km,为高烈度区巨(大)型滑坡的典型代表,由于其特殊的地质背景及动力环境,破坏、失稳机理及破坏后的运动与传统的重力作用下的滑坡和中等烈度区滑坡有明显区别:滑坡大规模震动破裂、滑体的高速或远程运动、高方量的堵江和泥石流隐患等。鉴此,本文研究与探讨了这些典型滑坡破坏机理与运动特性,为同类灾害预测提供了参考。岩石学和地质特征(1)地理位置与地形地貌。什邡市位于四川盆地西北部、龙门山区乡四川盆地过渡地段,岳家山位于什邡北部的红白镇境内,石亭江为什邡境内主干河流、长江支流。流域内以山地为主,属龙门山脉,山体雄厚,构造切割强烈,地形起伏变化较大,地貌形态复杂,滑坡发生部位原为一横向缓倾坡内岸坡,倾向石亭江下游,坡顶海拔高程约1400m,沟口处原公路高程约,岸坡坡度约31°,总体较平直,岸坡表面发育少量冲沟。斜坡东南侧为石亭江干流岸坡,坡度较陡,约41°,发育一条深切冲沟,切割深度约30～40m,沟内无常年流水。地震期间,干河沟沟口两侧岸坡均发生了不同程度的崩塌和滑坡,并在随后形成的泥石流共同作用下,岳家山分矿至干河沟沟口形成了长约2km的泥石流、崩塌及滑坡堆积物共同组成的天然巨大堆石坝体。其中,沟口部位堆积体体积约1140×104m3,原岸坡山体沿337°方向发生滑动,水平相对位移约230m及垂直位移140m,滑坡整体下座至沟谷中形成宽约700m的堆积坝体。(2)地层岩性。图1为研究区域地质图。出露的地层为:(1)澂江晋宁期闪长岩;(2)澂江晋宁期花岗闪长岩;(3)灯影组;(4)泥盆系上统;(5)二叠系下统;(6)二叠系上统;(7)三叠系下统;(8)河流;(9)断层;(10)滑坡边界。(3)构造背景。“5.12”汶川地震主要发震断裂为映秀-北川断裂带,分布于什邡、彭州境内,破裂带总体产状N50°E/NE∠72°,次级断裂发育,断面扭曲,产状变化较大,周边岩体多破碎,断裂带多见高碳化岩屑及泥质。红白-茶坪段为“5.12”地震诱发大型滑坡发育最密集区段,据统计,汶川地震诱发的大型滑坡半数位于该区段内。山坡基本特征基性岩岩型冲淤水岩由震后航拍影像(图2)可看出,滑坡边界及堆积特征明显。滑坡后缘发育一条陡立岩壁,走向与滑坡滑动方向近似垂直,两侧边界清晰,各出露一条陡立光壁。滑坡上游以原有冲沟为界,冲沟走向311°,下游边界贴近原岸坡山脊,揭露陡壁走向3°。滑坡后缘壁高陡,坡脚处已被崩塌堆积体覆盖,高约70m,长约260m,坡壁总体走向55°～60°,坡度约72°,坡壁不平直,呈波状起伏,壁面可见明显层面出露。岩性以灰白色中层状灰岩和细砂岩为主,砂岩内偶夹薄层紫红色泥岩,层面缓倾坡内,产状N37°E/SE∠20°,主要发育两组陡倾角结构面:一组与层面近直交,产状EW/N∠72°;一组倾坡外,产状N65°E/NW∠80°。往上游侧方向,岩壁壁面发生偏转,陡壁曲折延伸约140m,高40m,走向变化125°,偏转后的壁面与上游原有冲沟相交共同组成了滑坡的上游边界。该段岩壁揭露岩层产状随高程降低产状变化极大(图3(a))。原有山壁与滑坡体共同形成冲沟平缓开阔,坡度变化不明显,平均宽度约,沟内物质松散。由图可看出,滑坡与上游边界岩土体间无明显的挤压与摩擦痕迹,岩土体的破坏以崩落剥蚀为主。滑坡下游边界贴近原有山脊,出露一条与山脊走向近平行的岩壁,高约20m,与山体石亭江侧发育的冲沟在坡体中上部相交,出露的岩体结构差异明显,上部岩体较完整,出露弱风化灰黑色、灰白色中层状灰岩,岩层产状与后壁岩层产状基本一致,为N37°E∠SE22°,中下部岩体受表生及构造改造作用影响强烈,岩体总体呈灰黄色,揉皱褶曲明显,多破碎,产状与上部有明显区别(图3(b))。由图可看出,该处岩壁与滑坡边缘间沟谷较窄,与该段岩壁邻接的滑体仍保留原有地貌形态,植被基本未破坏,但其边缘部位受挤压、摩擦的迹象明显。可认为,滑坡在此部位与侧壁岩土体间曾发生剧烈的摩擦和错动。崩落岩坡面及地貌滑体物质纵向分布于宽约800m的河谷内,形成巨大的鼓丘状堰塞坝,最深厚达100m,靠近上游则略浅,约达30m。依据滑体物质组成性状的不同分为3个区。(1)Ⅰ区。位于滑体后部靠近后缘光壁1230m高程以上,是地震时及震后崩落的大量块石及碎石的堆积区,沿河宽约120m,坡度上陡下缓。上部坡度约51°～55°,崩落物质粒径小,大多在10～30cm,约占60%,间夹少量碎石颗粒及岩屑;下部坡度较缓,约35°～40°,以较大粒径的块石为主,砾径通常可达0.5～1.5m,最大直径4m。崩落岩体以灰岩为主,偶见少量砂岩间夹薄层泥岩。(2)Ⅱ区。位于1155m高程以上,是滑坡发生后斜坡后缘保存相对完好部分,一定程度上保持了原有坡体的地质结构特征。该区地貌形态上向前缘呈现洼地-台坎-台坎的3级结构特征:(1)滑坡洼地。在滑坡高速运动过程中前部不断雍积而后部拉裂陷落形成的。洼地后缘与崩积倒石锥邻接,前缘则形成多级台坎。洼地约230m×100m,地势平缓,表面植被保存完好但均倾向滑坡后缘(图4),树木倾角平均45°～60°。洼地边缘多处有张拉裂缝纵横发育,规模最大平行主滑方向延伸发育宽约10～100cm,长达10m。(2)Ⅱ-Ⅰ级台坎。约位于1150m高程部位,可见宽约15m,横河方向延伸约150m,平台高约5m,多条深大裂缝错乱分布,裂缝最大宽约3～5m。(3)Ⅱ-Ⅱ级台坎。约位于1146m高程部位,平台(8～20)m×200m×10m(宽×长×高)拉裂缝发育,多平直,平均宽30cm,可见深度30cm,走向240°,与滑动方向近垂直。拉裂缝最大宽约1m,深4m。平台前缘的台坎保留较完整,出露与后壁相似的岩体结构。(3)Ⅲ区。位于坡体前缘,堆覆于干河沟沟谷上方,是滑坡前部的主体,地表完全破坏,倾倒折断的树木、块石和胶结巨岩混杂分布,岩性以灰岩为主,多呈灰白、青黑色,块石粒径通常较大(图5),岩块溶蚀及胶结现象明显,局部出露未完全解体的岩块仍保持原岸坡的结构和层序。坡体前部的岩块不完全解体部分,可见沿层面的弯曲隆起和架空(图6)。滑动形成机制分析滑坡工程地质特征干河口滑坡的产生,除坡度较陡、易于滑动和最直接的地震动力作用影响外,原始岸坡结构均为滑坡破坏和破坏后运动的直接影响。通过对沟口对岸出露岩体和滑坡上下有边界的调查可推测,在滑坡发生前岸坡内存在一系列横向贯穿坡体的褶皱构造,导致其力学强度低于该地区其他岸坡。图7为滑坡工程地质剖面图。由图可看出:原始岸坡1260m高程以上主要为一套三叠系下统砂岩、细砂岩夹薄层紫灰色泥岩,岩层产状约为N40°E/SE∠22°～44°,岩层缓倾坡内。1260m高程以下中下部则出露二叠系中-薄层状灰岩、白云岩,岩体受构造改造作用强烈,褶皱发育,岩层产状凌乱,岩体完整性较差。综上所述,该岸坡整体为一上部较完整,下部则较破碎脆弱的结构,见图8。动的牵引作用滑体中后部虽经历了剧烈运动,但总体仍保留了原岸坡的地貌和结构。滑体后部由于斜坡主体突然运动的牵引作用产生滑坡洼地和台坎,但主体结构基本保留,前缘上游侧的滑体运动过程中由于骤然停止而导致岩体推挤产生翘曲隆起。滑体前部的岩土体由于前部受阻而向两翼解体,靠近下游侧的前缘主体由于厚度较大,在前方运动受阻和原有的侧向约束消失情况下,向石亭江方向散落形成堆积坝体。滑动形成机制分析岸坡地震反应条件(1)地形条件。坡体处于沟谷交汇部位,多面临空,易受动力作用影响。同时,沟谷宽度不大,对岸岸坡山体雄厚陡峻,限制了滑坡向前运动的空间,但东北侧却具备极好的临空条件。(2)构造地质作用条件。岸坡即为“5.12”地震地面运动最剧烈区段之一,且中央断裂及其分支基本平行于干河口延伸,距离不足1km,滑坡发生部位的岸坡又位于前山断裂的上盘。这些条件共同决定了岸坡部位所受的地震动力作用必然十分剧烈。(3)岩性及坡体结构条件。原始岸坡岩体以灰岩为主,岩性坚硬,上部岩体完整性较好,但中下部由于靠近中央断裂分支,受构造改造影响强烈,褶皱发育,岩体完整性差。地震发生时,山体的震动导致下部脆弱的基底溃裂解体,进一步导致山体拉裂而形成滑坡。下岸坡中下部岩相组织依据现场调查,结合工程地质相关理论分析可知,滑坡形成可分为如下阶段:(1)构造改造河流下切阶段。受构造运动影响,坡体基岩受断层运动的挤压、牵引作用逐渐弯曲并形成多组构造裂隙。在河流侵蚀作用下河谷下切逐渐形成当前岸坡,在卸荷及表生改造共同作用下岸坡中下部岩层中结构面十分发育。(2)坡体震裂、陡倾拉裂形成。地震引起了剧烈的地面运动,坡体受地震影响产生反复的张拉和剪切。岸坡中下部岩体由于岩体破碎完整性较差,内部裂隙在地震力作用下不断扩张直至互相贯通,而坡体后缘部位则在地表波动引起的反复拉-剪应力作用下产生陡立的张拉裂缝。(3)滑面贯通、滑体启动阶段。岸坡后缘拉裂缝逐渐向深部贯通,岸坡中下部的岩体首先发生溃裂解体。同时在地震力作用下,坡体上部与下部加速度的差异导致剪切作用,促进了坡体内部的节理逐渐与后缘拉裂的贯通形成滑面,随岸坡锁固段的突然剪断,山体在惯性下突然启动。(4)滑动堆积阶段。滑坡迅速冲过河谷,前部的坡体迅速冲抵对岸坡脚,受山体阻挡,迅速停止运动并堆积于此处,但两翼滑体表层的松散岩土体由于具备临空条件而迅速向两翼解体、堆积直至形成当前的地貌形态。b.构造运动破坏了岸坡的整体性,降低了其力学性能a.滑坡位于高烈度地区,汶川地震引起的剧烈地面运动是导致滑