双层结构型边坡蠕滑拉裂型大型滑坡成因分析

双层结构型边坡蠕滑拉裂型大型滑坡成因分析

1大型切层岩质滑坡区由于薄弱倾斜和独特的倾斜结构，吴江黄崖倾斜变形破坏较大（如吴江的黄崖斜面）。由于边坡稳定，对建筑物和人民的生命财产有很大的威胁。在青海省尖扎县境内黄河左岸尖扎盆地东侧周界与德恒隆起带交接部位的边缘斜坡上发育一大型切层岩质滑坡。滑坡区出露的地层主要为前震旦系尕让群片麻岩、片岩夹少量下古生代加里东期的花岗岩、第三系临夏组紫红色砾砂岩及砂砾岩夹灰绿色、灰白色泥岩。由于在该地段坡体中下部有一区域性F1断裂发育，受该断裂的影响，区内普遍有高为300～400m前震旦系坚硬变质岩形成的高陡斜坡直接覆盖于岩性较软的第三系红层泥岩之上。这种特殊的坡体结构，使该区前震旦系高陡斜坡的物理地质现象较发育。目前，对该类斜坡的研究多以地质定性分析为主。本文在地质分析的基础上，利用数值模拟方法再现该类斜坡演变的全过程。2斜向变形破坏过程分析2.1下下软质斜坡现场调查表明，前震旦系尕让群片麻岩、片岩(Anz-Gn)片理的产状总体倾向山内，产状为120°～130°∠50°～65°，片理的走向与岸坡近一致，呈逆向坡；而下部第三系上新统临夏组(N2L)泥岩岩层的倾角较平缓，产状总体为40°～60°∠5°～28°。该斜坡的物质成分客观上具有上硬下软的双层结构特征：上部为高度达300～400m的片麻岩、片岩夹花岗岩组成的硬层，该层岩体较坚硬，强度较高；下部分别为F1断裂带及第三系泥岩构成的软层，该层尤其是第三系泥岩强度较低，遇水易软化，是该斜坡的软弱基座，这为斜坡发育为一大型滑坡(图1)提供了基本的结构条件。结合斜坡所处的环境条件及坡体结构，斜坡变形破坏可分为以下4个阶段。(1)第三系泥岩后坡体深裂裂裂规律由于地壳强烈抬升，河谷下切，在高陡斜坡形成过程中，当河谷下切至下覆第三系泥岩后，河谷大面积卸荷，不仅使上覆的硬质变质岩因卸荷回弹，结构松弛，也使下部的断裂带与第三系泥岩的结构发生松弛变形，而且也使坡体内发育的陡倾面拉裂，尤其是在坡缘拉应力分布带，常形成一系列陡倾拉裂缝。(2)地表变形以变形为先导从岩体力学观点来看，该滑坡发育在一个下部有软弱基座，上部为较坚硬岩层组成的双层结构斜坡中。下部红层泥岩强度低，抗风化能力差。因此，在上覆高300～400m岸坡的重力作用下，下伏软层必然产生压缩，同时，由于斜坡应力场的重分布，在斜坡坡脚地带又是应力集中程度较高的部位，而该部位又长期处于黄河水位变幅影响带内，水的浸泡和风化作用使第三系泥岩变得更加软弱。在上述因素作用下，下部断裂带和泥岩层易发生压缩和塑性变形，甚至向临空面附近发生塑流挤出，为上覆岩层的变形提供了临空条件。因此，该类斜坡的变形多以软弱基座的压缩变形为先导。随着下伏第三系泥岩的压缩和塑性变形，不仅导致上覆坡体发生拉裂变形，而且使浅表部已发生卸荷松弛陡倾的片麻岩必然象悬臂板梁一样，在自重产生的弯矩作用下发生弯曲变形，且弯曲变形逐渐由下部向坡体后部扩展，发生弯曲变形的片理面间还要发生相互错动，并在坡体后缘又发生拉裂变形，拉裂缝逐渐由表部向深部扩展(图2)。(3)不同板梁结构面的稳定性板梁弯曲到一定程度后根部必然发生折断、压碎，而在滑坡区岩体内本身发育有倾向坡外的结构面，产状分别为258°～285°∠13°～40°与280°～305°∠50°～85°，尤其是前者缓倾结构面的发育，当岩层弯曲到一定程度，折断面跟踪该组结构面使坡体发生累进性破坏，最终沿各个板梁折断面形成一连续控制性弱面。(4)坡体应力场最大剪应力带的控制坡体中片麻岩的弯曲变形在各个折断面形成一连续的弱面后，上部的片麻岩及下部的断裂带、第三系红层岩体的变形折断变为受坡体应力场最大剪应力带控制。随着坡体前缘向临空面的蠕滑以及坡体后缘拉裂缝继续向深部扩展，当坡体内最大剪应力超过其底部弱面的抗剪强度时，即发生蠕滑拉裂型滑坡(图3)。2.2坡体变形场及演化为了验证上述分析，选取代表性剖面，考虑自重场作用下，采用UDEC(universaldistinctelementcode)程序按摩尔-库仑力学模型进行该斜坡演变过程的数值分析，计算选取的介质参数如表1。根据选取的剖面及主要介质参数，进行斜坡演变过程的数值分析结果表明，当迭代5000时步时，累计位移矢量在斜坡后缘一带较大，且位移方向以垂直向下为主，在坡体的左下部位移量很小；在坡体的中后部断裂带之上，位移方向发生偏转，基本与断裂带近垂直，愈向坡面，位移量愈大；靠近断裂带上盘附近的部分岩体、断裂带及其下部的第三系红层岩体总体向临空坡外位移，尤其是第三系红层岩体的位移基本以顺层或与层面呈小角度向坡外滑移；而在坡脚附近，因河谷中心一线为固定边界，较深部红层岩体向坡脚临空面处位移(图4)。上述岩体位移场反映了较软的断裂带及下部第三系红层在上部厚度较大的变质岩自重作用下的压缩及向临空面方向的塑性变形特征。随着迭代时步的增加，坡体的变形加剧，不仅坡体中下部的断裂带及第三系红层泥岩发生压缩变形及向临空面方向的挤出变形外，而且断裂带以及断裂带上部较坚硬的片麻岩也发生向坡下的倾倒变形，坡体的累计位移矢量、速率矢量也增大，坡体的变形总体向前缘坡脚临空面位移，且主要集中于浅表面地带，后缘地带还形成小的错坎，前缘地带坡岸明显向对岸突出的地形特征。随着坡体变形的继续，最大、最小主应力从坡脚开始在坡体内部逐渐向后缘地带形成显著的最大、最小主应力集中带(图5,6)，即坡体的演变过程在坡体一定深度形成了一最大剪应力集中带，当其应力超过岩体的抗剪强度时，则可导致坡体发生累进性破坏。图7是坡体在110700时步下的变形及速率矢量图，可见，由于下部软弱岩层的压缩变形甚至塑流挤出，导致了上部岩体显著的弯曲变形。上部较硬的岩层变形到一定程度，在最大弯曲部位折断；当一系列折断点形成较连续或连续的弱面时，坡体最终受最大剪应力控制而发生蠕滑拉裂型滑坡，而且前缘剪出口是位于距离河床底部一定高程的第三系红层中。上述模拟结果与现场调查的坡体变形破坏特征完全一致。3硬层结构坡厚层序地层变形破坏机理通过上述分析，可以得到如下认识：(1)斜坡所在地段客观上具有上硬下软的双层结构特征。上部高度达300～400m的片麻岩、片岩夹花岗岩组成的硬层又构成为逆向坡；下部为强度