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重庆市忠县吊钟坝滑坡群位于忠县县城西南约18km的望水乡钟坝河中上游段左右两侧的岸坡上,滑坡体分别处于望水乡的钟坝、中华两村,距长江交汇口仅12km。该滑坡群为老滑坡,在强降雨入渗作用下,先后发生了多次局部滑动,并造成了严重的经济损失。有关部门及单位对此滑坡进行了多次的详细勘察及防治,但其险情并未得到根治,该滑坡在暴雨诱发作用下仍有可能发生滑动。
为了研究吊钟坝滑坡群在降雨条件下的变形破坏机制,本文中对此滑坡群发育特征以及滑坡堆积体的物质组成特征、下伏基岩的岩性特征进行了归纳分析。在此基础上,建立了滑坡群三维数值计算模型,利用FLAC3D软件对滑坡群在天然状态下的稳定性情况进行了分析;并以Ⅰ-a滑坡为例,对不同降雨条件下滑坡体内位移、应力以及渗流场进行了模拟,并对计算结果进行分析,探讨了滑坡群在降雨作用下的变形破坏机制,取得了如下研究成果:
(1)吊钟坝滑坡区所处的特殊构造部位(干井背斜核部、次级构造发育、岩体相对破碎)及其特殊的岩性组合(须家河组砂岩与雷口坡组泥灰岩、灰岩等地层岩性软硬相间)造成了该区特殊的河谷形态;同时提供了广阔的第四系物质赋存空间,并进而演化形成了现有的崩塌体空间形态和变形表象。可见,吊钟坝滑坡的形成是河谷演化过程的必然,也是河谷演化过程中的中间产物。
(2)对滑坡区覆盖层以及基岩面形态特征进行分析可知,滑坡区经历过多次崩滑过程,各处覆盖层物质分布具有较大的差异性,影响到滑坡体中地下水的赋存状态以及降雨入渗过程。综合考虑滑坡区水文地质条件、滑坡物质成分等因素,在滑坡群的中后部以基岩面为最低水位控制面,前部以钟坝河水位为控制点。
(3)对滑坡体的变形特征进行了分析,研究了滑坡的变形过程,得出吊钟坝滑坡群变性破坏模式包括两种:牵引式滑坡(如Ⅰ-1滑坡),推移式滑坡(Ⅰ-2滑坡)。
(4)根据吊钟坝滑坡群发育特征建立滑坡群三维地质模型。利用AutoCAD以及Surer软件,提取滑坡地表以及基岩面的坐标数据,并利用FLAC3D软件建立了吊钟坝滑坡群三维地质模型。将吊钟坝滑坡群分为三个计算模型:Ⅰ号滑坡群分为两个,Ⅰ-a(包括Ⅰ-1滑坡与Ⅰ-4滑坡),Ⅰ-b(包括Ⅰ-2滑坡与Ⅰ-3滑坡);Ⅱ号滑坡群。滑坡模型地层分为两层:覆盖层,基岩层。计算模型中将覆盖层划为3层,基岩层划为2层。计算中选取Mohr-Coulomb本构模型。
(5)计算模型边界条件的确定如下:
①位移边界条件:模型X方向及Y方向两侧的边界以及模型底部的边界均采用刚性边界,且约束水平方向、竖直方向的位移,坡面为自由边界。
②应力边界条件:初始应力场采用自重应力场,重力加速度取10m/s2。
③渗流边界条件:坡面为自由渗流面,其余边界均为不透水边界。
(6)本次模拟中所采用的参数是综合考虑勘察试验结果以及前人勘察报告中的实验成果进行统计分析来确定的。利用FLAC3D软件对天然状态下滑坡群的稳定性进行了分析,并以Ⅰ-a滑坡为例,对降雨工况下滑坡体位移、应力以及渗流场的变化规律进行了模拟分析。采用如下两种降雨工况:等降雨持续时间下(24h)降雨强度分别为6mm/h、8nm/h、10mm/h时的耦合计算;等降雨强度下(4.5mm/h)降雨持续时长分别为1d、2d、3d时的耦合计算。
对数值模拟结果进行分析可得出以下结论:
①滑坡体在自重应力作用下在局部产生了一定的位移及速度:Ⅰ-1及Ⅰ-3滑坡的前缘、Ⅰ-2滑坡靠近钟坝河下游一侧的边界处、Ⅱ号滑坡前缘红庙一带有变形产生,但速度很小,最大速度分别为Ⅰ-a滑1.6e-7m/s、Ⅰ-b滑坡5.0e-5m/s、Ⅱ号滑坡2.5e-6m/s,滑坡体在自重作用下存在蠕滑变形,没有外力作用下,滑坡不会发生破坏;Ⅱ号滑坡后缘山前陡峻处变形及速度均较大,天然状态下易发生崩滑破坏。
②在等降雨时长以及等降雨强度条件下的流固耦合模拟结果中,Ⅰ-a滑坡产生了局部变形:Ⅰ-1滑坡的中部及前缘、Ⅰ-4滑坡中后缘;滑坡沿着岩土分界面向钟坝河滑动,滑动面前后不贯通,滑坡不会发生整体破坏;随着降雨强度的增大及降雨持续时间的增长,滑坡位移量逐渐增大,发生变形范围也逐渐扩大,滑动面逐渐贯通。滑坡的最大位移发生在Ⅰ-1滑坡南东侧边界外采石场处,在两种降雨工况下,此处位移增幅均为滑坡上最大,且在降雨强度为10mm/h以及降雨时长3d时位移发生明显突增,说明此时坡体已经发生破坏。Ⅰ-1滑坡中部及前缘、Ⅰ-4滑坡的后缘变形较小,而且随着降雨强度的增大以及降雨时长的延续,其位移增幅均较小。
③随着降雨强度的增大、降雨持续时间的延长,滑坡体内最大最小主应力极值均逐渐增大;Ⅰ-1滑坡边界的临空面处及中部隆起部位、Ⅰ-4滑坡中后缘较大范围内的最小主应力表现为拉应力,且拉应力值随着降雨强度的增大、降雨持续时间的延长也逐渐增大,这表明滑坡上述部位在降雨入渗的影响下产生了拉裂缝,极易产生拉裂破坏,且这些部位与降雨条件下滑坡体上最大位移的分布相吻合。
④在等降雨时长条件下,随着降雨强度的增大,坡体内的孔隙水压力值逐渐增大,滑坡堆积体的饱和区逐渐增大;在等降雨强度条件下,随着降雨持续时间的延长,坡体内的孔隙水压力值逐渐增大,滑坡堆积体饱和区范围逐渐增大。这说明随着降雨强度及降雨持续时间的延长,坡体内的地下水位面逐渐升高,滑坡堆积体饱和区范围逐渐增大,滑坡体上地势低洼的地带逐渐趋于饱和状态,坡体自重增加,坡体内的有效应力减小,这对滑坡稳定性是非常不利的。
综上所述,模拟结果与滑坡滑动的实际情况基本相符。经分析可知,滑坡在降雨条件下发生整体失稳的可能性很小,只在局部发生崩滑破坏,这取决于滑坡发育的地质条件,强度大、持续时间长的暴雨是诱发滑坡发生的外部因素。