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基于坡体变形特征分析的大型古滑坡体的层级和区块研究

更新时间:2016-07-05

随着我国山区高速公路建设的大力发展,大型古滑坡对高速公路的影响越来显著,其中部分古滑坡由于工程建设致使其复活发展,且体量大,需采取大量工程措施进行治理[1-4]。大型古滑坡具有地质条件复杂、破坏规模较大、稳定影响因素多等特点[5],对古滑坡的性质分析,需分析其坡体变形情况,主要包括滑坡地表裂缝变形、滑坡体深部位移变形,从而判定滑坡体的分层、分区和分区、分块状况等,以利于更准确性开展稳定性分析和工程综合治理措施的设计。目前,滑坡体的分层、分级较为常见[6-7],但对滑坡体分区、分块的研究较少。

为有效判断和掌握古滑坡体的变形、发展趋势、稳定性等,本文依托宁德市境高速公路建设过程中发育的飞鸾大型古滑坡复活的工程治理,结合滑坡体的地形、地貌、地质、水文等,分析滑坡体地表裂缝的分布位置、变形大小、裂缝形式以及滑坡体深部位移监测量值大小、变形曲线形状等,研究大型古滑坡体的分层、分级和分区、分块方法,以提高工程病害定性定量分析和工程措施方案确定的准确性。

1 飞鸾大型古滑坡概况

飞鸾大型古滑坡体位于沈海复线宁连高速公路 (宁德境)飞鸾枢纽互通I匝道SK9+630~IK0+313.5段。因高速公路建设需要,开挖老沈海高速公路右侧山体形成I匝道,I匝道坡顶上方有国道G104(见图1)。原设计该段边坡最高约 15m,第一级坡率 1∶1.0,第二级坡率 1∶1.25,采用普通植草防护。因路堑边坡开挖扰动,改变和破坏了古滑坡体的平衡与稳定,促使处于基本稳定状态的古滑坡体复活变形,滑坡体横宽约300m,纵长约300~350m,平均厚度约20m,总体积约200万m3,是一个大型的山体滑坡地质灾害。同时该滑坡区域内分布有沈海高速、沈海复线两条高速公路以及G104国道,为沿海南北交通的大动脉,该滑坡若发生古滑坡的整体复活,将严重危害和威胁公路畅通和交通安全,对该滑坡的分析与工程治理尤为重要。

图1 滑坡体场区全貌

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

滑坡场区为剥蚀丘陵地貌,天然坡度约15~25°,植被较发育。该滑坡场区地形地貌具有典型古滑坡特征[8](见图2),场区整体地形呈圈椅状,上部地形陡峻,中部变缓局部呈缓平台,下部地形较缓;滑坡场区山体顶部较缓,后山基岩出露;右侧(宁德侧)山脊基岩出露,滑坡前缘(滑舌)呈外凸状,并延伸至海平面;坡体上见有大量孤、滚石出露。

图2 典型古滑坡特征

2.2 地层岩性

滑坡场区坡体地层主要为残坡积土和燕山晚期侵入花岗岩。坡体岩体主要为坡积粘土、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩和微风化花岗岩等,局部段落存在碎块状强风化花岗岩,且相对较薄。古滑带位于砂土状强风化层底面,埋深约为33.3m,岩性呈黑色,带内岩芯呈砾石状,铁锰化强烈,岩质松散,手掰易碎,含少量腐植物。

(2)利用地表裂缝分布与性状判识。滑坡的地表变形裂缝,在滑坡体不同位置其受力不同,产生的裂缝特征与形状等特征不同[9],以此判识滑坡的周界、范围与块体分布,再结合其深部位移变形曲线、地形地貌等特征的对应关系,可对滑坡块体的分区、分块进行判识。

2.3 地质构造及气象水文

(3)3-3监测断面,监测孔ZK10、ZK9有明显变形反映。ZK10位于滑坡前部,明显变形深度约30m;ZK9位于滑坡中部,明显变形深度约26m。根据各监测孔变形推测滑坡滑动面情况,如图6所示。

④Softmax分类器:对经过神经网络处理的数据进行分类判断(跌倒或非跌倒)。分类器由两部分组成:首先通过一层线性变化计算输入数据属于某一类的未归一化概率:

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3 坡体变形分析

3.1 高速公路边坡变形

依据以上滑动面分层、分级原则与思路,分别分析其2、3监测断面滑动面分布情况如图5、图6所示。

3.2 国道G104路面及边沟变形

(3)利用深部位移监测曲线特征判识。依据深部位移监测曲线的变形样式判断坡体的变形稳定状态、变形深度及滑坡变形阶段[10-11],利用变形曲线拐点及其样式特征,判断坡体变形的趋势及位移发展情况[12],以此综合分析推测滑动面的具体深度和分层、分级等特点。

3.3 地表与建筑变形

(1)局部变形滑动面分析。根据高速路堑边坡塌方及国道变形开裂情况,分析滑坡前部局部存在2级的变形滑动面,其推测为局部浅层滑动面1和局部浅层滑动面2,如图4中局滑1、局滑2所示。

综上所述,笔者认为在以MS提供e航海服务的模式下,只有航海保障部门承担起海上服务区域协调人的角色,才能实现资源整合的最大化,且更有利于MS服务的推进发展。

3.4 深部位移变形

为查明本滑坡内部变形情况,结合滑坡地形地貌特点设置监测断面如图3所示。

(1) 1-1 监测断面, 监测孔 ZK6、ZK7、ZK8、ZK11、ZK13、ZK14有明显变形反映。ZK6位于滑坡前部,明显变形深度约19m;ZK7、ZK11位于滑坡中部,明显变形深度约26m;ZK13、ZK14位于滑坡中后部,明显变形深度约18m。根据各监测孔变形示意图及推测滑动面如图4所示。

(2)2-2监测断面,监测孔ZK16、ZK17有明显变形反映。ZK17位于滑坡中部,明显变形深度约25m;ZK16位于滑坡中后部,明显变形深度约16m。根据各监测孔变形推测滑坡滑动面情况,如图5所示。

滑坡场区内未见区域断裂构造带或活动性断层,但场区岩土层均匀性差,岩性接触带处岩体破碎且风化较强。滑坡场区地下水主要为坡残积风化层孔隙水和基岩裂隙水,水量较为丰富。坡残积层孔隙水主要分布于松散坡残积土中,为上层滞水,主要接受大气降水补给,顺地形排泄;基岩裂隙水主要赋存于深部基岩裂隙及构造带中,以构造破碎带相对富水。

4 滑坡体的层级和区块分析

4.1 滑坡体层级、区块分析基本原则

大型古滑坡一般体量较大,工程地质条件复杂,已有滑动面和潜在滑动面多,治理费用高,为使滑坡工程的解决方案更具体性、针对性、有效性,对该类滑坡体的性状分析,需采用分层、分级、分区、分块的方法进行综合分析,可依据以下基本原则:

(1)利用微地形地貌判识。主要以微地形陡坎、沟槽、坡体平台、坡体和前缘凸出部位等位置的分布情况进行判识。通常此类位置为古滑坡变形的界面,据此推测可能变形复活发生的位置,或变形周界可能的位置、后缘、侧界与出口,进一步可判识滑体的区、块分布特点。

图3 滑坡场区监测孔布置示意图

图4 1-1断面滑坡分层分级示意图

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国道G104外侧硬路肩位置出现开裂下沉,外侧水沟沟底开裂,局部边沟倾斜,主要体现为前部路堑边坡塌方下沉裂缝;国道G104往宁德侧右幅水泥路面中部出现纵向裂缝,延伸约15m;坡顶小庙周边的水泥地面出现多道裂缝,本区域裂缝主要位于滑坡前部,表现为前部挤压开裂特征。

(4)利用滑坡体的古滑带、软弱夹层及地层风化界面判识。滑坡的古滑带、软弱夹层为坡体易滑地层,坡体的地层风化界面由于力学性质差异致使坡体易沿此界面变形发展或牵引发展形成滑动面[13]。在工程治理中,通常深层的地层分化界面为滑坡潜在滑动面,作为工程防控的控制性滑动面。

4.2 滑动面层级分析

现以坡体深部位移监测断面1-1为例,结合地表及深部位移监测开展坡体滑动面分层分级分析。

图5 2-2断面滑坡分层分级示意图

图6 3-3断面滑坡分层分级示意图

滑坡场区踏勘,坡体上部山体局部区域发生坡体变形裂缝。山体上部坟墓出现明显张拉裂缝;坡体中部、国道下部的房屋及育苗场出现多道变形裂缝。该裂缝分布广,位于滑坡中部区域,主要体现为滑坡变形构筑物反射裂缝。

(2)滑坡上层多级滑动面分析。高速公路左侧为滨海滩涂,下覆坡积粘土,推测本滑坡前缘剪出口位于本区域;深部位移监测数据显示,监测孔ZK06、ZK07、ZK08监测变形曲线的明显变形较深,位于原古滑带附近,分析其变形曲线特征及其对应关系,同时结合地表构造物开裂和局部微地貌,分析推测其滑坡前部的上层第1处滑动面如图4中上滑1所示;依此分析,结合监测孔ZK11、ZK13监测变形曲线特征,分析推测其滑坡前部的上层第2处滑动面如图4中上滑2所示;结合监测孔ZK14监测变形曲线特征,及坡体地形地貌,分析推测其滑坡前部的上层第3处滑动面如图4中上滑3所示。

(3)滑坡下层多级滑动面分析。本古滑坡其砂土状强风化层与碎块状地层、中分化地层的风化界面为深层牵引变形发展的潜在滑动面,如图4所示。深部位移监测数据显示,监测孔ZK07、ZK13监测变形曲线的深层存在小量值变形反映,其深度位于坡体砂土状强风化与碎块状强风化界面处。结合坡体地形地貌,监测孔ZK14后部存在一处明显陡坎,其滑坡顶部监测孔ZK23存在明显变形反映,分析本滑坡深层存在潜在滑动面,可分为2级滑动面,分别为深层滑动面1和深层滑动面2,如图4中下滑1、下滑2所示。

高速公路边坡挡土墙IK0+100往大里程方向,多片挡墙伸缩缝处出现张拉裂缝,呈发展趋势;坡脚水泥硬化平台及混凝土浇筑的边沟出现裂缝,并延伸至道路路面;匝道K9+630~IK0+050段,沈海高速公路路面出现四道横向裂缝。本裂缝主要位于滑坡前缘,裂缝呈推移挤压变形特征。

确定配制强度:根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)中混凝土的配制强度公式fcu,0≥fcu,k+1.645σ及《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-2015)的关于σ取值的要求,确定配制强度为fcu,0=55+1.645×6.0=64.9MPa。

4.3 滑坡体区块分析

综合本滑坡场区的微地形地貌及其工程地质和地下水等条件,该大型古滑坡体具有多级多块的滑移特点与形态特征。通过对其各典型滑动面分层、分级的推测与分析,并结合坡体地形地貌及工程地质条件等,本滑坡分区、分块(图7所示)具体如下:

图7 滑坡分区分块示意图

(1)滑坡整体自下而上大致可以分为三个大区域(I、II、III区)和三个独立局部变形区域(A、B、C 区)。

(2)I区为滑坡主体部分,主要集中在滑坡的中部及下部区域。通过监测变形曲线分析,I区滑体内可再分出2个独立小区块,分别为I-1、I-2两个滑体块,主要表现为浅层滑动变形;其中I-1滑体块结合监测数据及地表变形反映,可再分为I-1-1、I-1-2两个局部滑体块,主要表现为局部的滑动变形特征。

(3)II区为滑坡的整体部分。其滑坡变形范围主要为:滑坡上部局部基岩出露,且后缘分布下错台坎地貌,分析其滑坡后缘位于下错台坎附近;滑坡右侧界受右侧山脊控制,该山脊为微风化基岩出露,山脊陡坎明显,分析其为该滑坡右侧界;滑坡左侧界受控于左侧山脊及山脊下部沟槽,分析该沟槽为老滑坡早期侧界变形陡坎,受雨水等侵蚀演化为坡体汇水冲沟,形成流水沟槽;滑坡前缘从坡体地貌分析,在匝道IK0+050段面,海滩形成外凸滑舌,分析前缘潜在出口位于海滩附近,由此向两侧延伸。

(4)III区位于II区滑坡的整体部分的后侧及左侧,分析为滑坡牵引变形部分。

而对于唯一性问题,1999年, Mischler和Wennberg首先在硬势和角截断条件下得到了一个最优的结果,即如果初值质量和能量有限, 能量保持守恒的解一定是唯一的[8].但是Wenenberg通过具体的例子表明方程存在能量增加的解[9].Toscani和Villani利用概率空间里的一个距离在麦克斯韦势、非角截断条件下得到了解的唯一性[10].最近,Desvillettes和Mouhot在初值满足一定条件下,在硬势及非角截断情形下得到了解的唯一性[3,11].

5 工程治理方案

本滑坡变形规模较大、变形复杂,变形滑动面深22m,潜在深层滑动面深约36m。依据对本滑坡典型滑动面的分层分级和变形块体的分区分块分析,明晰了本滑坡各变形块体的变形深度、范围、趋势及其各滑体的稳定状态。通过反分析方法计算分析滑坡各层级和区块的稳定系数,采用极限平衡法对该滑坡进行定量计算,坡体稳定安全系数按大于1.2控制,1-1断面考虑两层滑动面,计算滑坡推力为3000kN;2-2断面考虑两层滑动面,多级剪出口,计算滑坡推力为3000kN;3-3断面考虑深层控制滑动面,多级剪出口,计算滑坡推力为2600kN。

城市建成区的时空扩展变化分析主要基于地理信息系统的空间分析功能,并结合一定的数学方法,引入扩展强度指数、紧凑度指数和城市空间重心指数对城市建成区的扩展强度和扩展方向进行综合分析.

结合本滑坡场区具体情况,滑坡治理主要工程措施建议以采用预应力抗滑桩支挡加固为主,局部坡体的稳定以预应力锚索加固为主,并结合地表排水、地下排水为辅的综合工程整治措施。考虑抗滑桩实施的可行性和工程有效性,设计抗滑桩主要布置于国道104两侧。

低年段的语文学习是简单的,也是枯燥的,我想将简单的朗读教学与枯燥的识字教学有效地整合在一起,学生从枯燥的要我抄词语,小和尚念经有口无心式的朗读中变成有声有色的朗读,激情洋溢的朗读,变成我还要将读好的这些字词句写好,让学生快乐朗读,有效识字。

6 结语

对于地质条件复杂、体量大、稳定影响因素多的大型古滑坡,本文依托飞鸾大型古滑坡的工程综合治理,研究基于坡体变形分析的大型古滑坡体分层分级、分区分块方法与原则。结合地形、地貌、地质、水文等情况,调查分析古滑坡体地表裂缝的分布位置、变形大小、裂缝形式以及滑坡体深部位移监测量值大小、变形曲线形状等,通过微地形地貌判识、地表裂缝分布与性状判识、深部位移监测曲线特征判识、滑坡体的古滑带、软弱夹层及地层风化界面判识等进行大型古滑坡的分层分级、分区分块;在分层分级、分区分块的基础上,可有效开展古滑坡体的整体、区块、局部的稳定性分析,对工程病害综合治理方案的确定提供指导,为大型古滑坡的后续研究提供有价值的参考。

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曾俊铖
《福建交通科技》 2018年第02期
《福建交通科技》2018年第02期文献

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