藏东德弄弄巴古滑坡堆积体物理力学特征及稳定性分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.003

现代地质 ›› 2019, Vol. 33 ›› Issue (05): 1118-1127.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.003

藏东德弄弄巴古滑坡堆积体物理力学特征及稳定性分析

詹美强¹^,²^,³(), 葛永刚¹^,²(), 贾利蓉⁴, 严华¹^,²^,³

1.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都 610041
2.中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室,四川成都 610041
3.中国科学院大学,北京 100049
4.四川省苍梧县交通运输局,四川广元 628400

收稿日期:2018-07-30 修回日期:2019-04-24 出版日期:2019-10-26 发布日期:2019-10-28
通讯作者: 葛永刚
作者简介:葛永刚,男,研究员, 1974年出生,自然地理学专业,主要从事山地灾害及预警技术研究工作。Email: gyg@imde.ac.cn。
詹美强,男,硕士研究生,1994年出生,岩土工程专业,主要从事山地灾害防灾减灾技术研究。Email: geoloist_zhan@126.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41471010);国家自然科学基金项目(41790432)

Study on Physical and Mechanical Characteristics and Stability Analysis of Ancient Landslide Deposit in East Tibet

ZHAN Meiqiang¹^,²^,³(), GE Yonggang¹^,²(), JIA Lirong⁴, YAN Hua¹^,²^,³

1. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu,Sichuan 610041,China
2. Key Laboratory of Mountain Surface Process and Hazard, Chinese Academy of Sciences, Chengdu,Sichuan 610041,China
3. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China
4. Cangwu Road Transport Bureau,Guangyuan,Sichuan 628400,China

Received:2018-07-30 Revised:2019-04-24 Online:2019-10-26 Published:2019-10-28
Contact: GE Yonggang

摘要/Abstract

摘要：

拟建川藏铁路是自然、地质环境最为复杂的铁路工程,地质灾害作为局部乃至全线的关键控制节点,关乎川藏铁路建设的成败。野外调查表明,德弄弄巴古滑坡位于藏东地区藏曲河右岸一级阶地上,在川藏铁路选线或建设过程中备受关注,其稳定性是直接影响着铁路选线的必要条件。本文在野外调查的基础上, 对德弄弄巴古滑坡堆积体的物理力学特征和稳定性进行系统分析和计算。结果表明:天然工况下,组成德弄弄巴古滑坡的碎石土干密度达1.75 g/cm³以上,含水率低于4%,并且堆积体的黏聚力和内摩擦角与含水率呈显著相关性,随含水率增加而减小;基于FLAC^3D数值模拟和GEO-SLOPE稳定性分析表明,堆积体在天然和暴雨工况下整体稳定,但在强降雨条件下,坡脚和坡体后缘地形转折处稳定性较差,坡脚稳定性系数仅0.761。该滑坡在暴雨、地震和人类活动等作用下,极有可能发生局部失稳,影响铁路建设和坡体上居民安全,应进行必要的综合治理和稳定性监测。

关键词: 川藏铁路, 古滑坡, 物理力学特征, 数值模拟

Abstract:

The proposed Sichuan-Tibet Railway is the most complicated railway in nature and geological environment. The geological disaster, as a key control node of local and even the whole line, is related to the success or failure of Sichuan-Tibet Railway construction. Field investigation shows that the Denongnongba ancient landslide is located on the first order land of the right bank in Zangqu River, and has attracted much attention in the process of railway line selection or construction in Sichuan and Tibet, and its stability is a necessary condition for railway selection line. Based on field investigation, this paper systematically calculated and analyzed the physical and mechanical parameters and stability of the ancient landslide deposit. The results show that under natural conditions, the dry density of gravel is above 1.75 g/cm³, and the water content is less than 4%, and the cohesion and internal friction angle of the deposit are significantly correlated with water content, which decreases with the increase of water content. Based on FLAC^3D numerical simulation and GEO-SLOPE stability result, it is shown that the landslide deposit is stable under natural and rainstorm conditions, but the stability of toe and the posterior edge of slope is poor under heavy rainfall condition, and the stability coefficient of toe is only 0.761. Under the action of rainstorm, earthquake and human activity, the deposit is likely to be local instability, which affects the safety of railway construction and the residents on the slope, and it is necessary to take comprehensive management and stability monitoring to the landslide.

Key words: Sichuan-Tibet Railway, ancient landslide, physical and mechanical parameter, numerical simulation

中图分类号:

P642.2

詹美强, 葛永刚, 贾利蓉, 严华. 藏东德弄弄巴古滑坡堆积体物理力学特征及稳定性分析[J]. 现代地质, 2019, 33(05): 1118-1127.

ZHAN Meiqiang, GE Yonggang, JIA Lirong, YAN Hua. Study on Physical and Mechanical Characteristics and Stability Analysis of Ancient Landslide Deposit in East Tibet[J]. Geoscience, 2019, 33(05): 1118-1127.

图/表 15

图1 藏曲流域地层分布图 1.石炭系结晶灰岩、生物灰岩夹中基性火山岩;2.石炭系灰、深灰色结晶灰岩、中基性火生岩;3.泥盆系云母石英片岩、白云母钠长石英片岩;4.中基性火山岩及结晶灰岩、片岩;5.中酸性火山岩夹变质板岩、板岩;6.侏罗系粉砂岩、岩屑砂岩;7.白垩系砂岩夹钙质砾岩、砂砾岩;8.中生界—古生界并层;9.中元古界宁多岩群;10.三叠系砾岩、中基性火山岩;11.泥质灰岩、结晶灰岩;12.灰、深灰色板岩、粉砂岩及泥质灰岩;13.砾岩、砂岩、页岩;14.生物碎屑灰岩、结晶灰岩、板岩;15.砾岩、含砾砂岩、泥岩;16.辉长岩;17.黑云母花岗岩;18.花岗闪长岩;19.英云闪长岩;20.闪长岩;21.石英闪长岩;22.古滑坡体;23.居民区;24. 藏曲流域;25.金沙江;26.拟建铁路;27.断层

Fig.1 Stratigraphic distribution in the Zangqu River area

图2 德弄弄巴古滑坡平面图(等值线单位为m) A、B、C为滑坡堆积土体;D、E、F为残坡积土体

Fig.2 Plane map of the Denongnongba ancient landslide

图3 德弄弄巴古滑坡堆积体中部纵剖面

Fig.3 Engineering and geological profile of the Denongnongba ancient landslide

表1 德弄弄巴古堆积体基本物理性质

Table 1 Basic physical parameters of the Denongnongba ancient landslide deposit

采样点编号	天然密度/(g/cm³)	含水率/%	干密度/(g/cm³)	饱和度/%	孔隙比	渗透系数/(cm/s)	液限/%	塑限/%
A	1.80	3.0	1.75	0.82	0.51	6.5×10^-3	23.7	15.2
B	1.89	3.6	1.82	1.02	0.44	5.2×10^-3	20.5	13.8
C	2.03	2.8	1.97	0.83	0.34	3.5×10^-3	20.2	14.5
D	1.96	3.2	1.89	0.93	0.36	3.3×10^-3	20.3	10.2
E	2.15	2.7	2.09	0.84	0.26	1.0×10^-3	20.9	13.9
F	2.04	3.4	1.97	1.01	0.31	1.8×10^-3	22.7	12.3

图4 德弄弄巴古滑坡堆积体细颗粒含量与干密度关系

Fig.4 Relationship between fine particle content and dry density of samples from the Denongnongba ancient landslide deposit

图5 德弄弄巴古滑坡堆积体孔隙比与渗透系数关系

Fig.5 Relationship between void ratio and permeability coefficient of samples from the Denongnongba ancient landslide deposit

表2 德弄弄巴古滑坡堆积体土体样品矿物成分(%)

Table 2 Mineral compositions of samples from the Denong-nongba ancient landslide deposit(%)

样品编号	石英	云母	高岭石	方解石	长石
A-1	41.2	29.6	16.8	10.1	2.3
B-1	39.6	33.5	12.8	11.0	3.1
C-1	36.8	30.7	10.1	19.5	2.9
D-1	10.6	47.9	3.8	10.7	27.0
E-1	6.2	59.2	3.1	10.0	21.5
F-1	8.5	53.1	3.4	11.1	23.9

图6 德弄弄巴古滑坡堆积体样品塑限状态下抗剪强度

Fig.6 Curves of shear strength in plastic limit state for samples from the Denongnongba ancient landslide deposit

图7 德弄弄巴古滑坡堆积体样品液限状态下抗剪强度

Fig.7 Curves of shear strength in liquid limit state for samples from the Denongnongba ancient landslide deposit

表3 德弄弄巴古滑坡堆积体土样液、塑限状态下抗剪强度

Table 3 Shear strength parameters in liquid-plastic limit state for samples from the Denongnongba ancient landslide deposit

采样点编号	液、塑限状态	抗剪强度参数
采样点编号	液、塑限状态	黏聚力c/kPa	内摩擦角 $φ$ /(°)
A	塑限	32.8	38.6
A	液限	13.4	30.7
B	塑限	44.3	42.6
B	液限	17.8	37.2
C	塑限	38.1	36.7
C	液限	20.9	25.4
D	塑限	19.8	32.7
D	液限	6.3	28.2
E	塑限	14.5	42.4
E	液限	3.5	37.4
F	塑限	20.9	28.7
F	液限	6.5	24.4

表3 德弄弄巴古滑坡堆积体土样液、塑限状态下抗剪强度

Table 3 Shear strength parameters in liquid-plastic limit state for samples from the Denongnongba ancient landslide deposit

采样点编号	液、塑限状态	抗剪强度参数
采样点编号	液、塑限状态	黏聚力c/kPa	内摩擦角 $φ$ /(°)
A	塑限	32.8	38.6
A	液限	13.4	30.7
B	塑限	44.3	42.6
B	液限	17.8	37.2
C	塑限	38.1	36.7
C	液限	20.9	25.4
D	塑限	19.8	32.7
D	液限	6.3	28.2
E	塑限	14.5	42.4
E	液限	3.5	37.4
F	塑限	20.9	28.7
F	液限	6.5	24.4

图8 德弄弄巴堆积体三维地质模型

Fig.8 Three-dimensional geological model of the Denongnongba ancient landslide

表4 FLAC3D 数值模拟计算模型中岩土体物理力学参数取值

Table 4 Value of computation parameters of the FLAC3D computational model

地层	工况	泊松比	密度/(kg/m³)	黏聚力/kPa	内摩擦角/(°)	弹性模量/MPa	切变模量/MPa	体积模量/MPa
残坡积物	天然	0.26	1 831	23	33	65	25.6	47.1
残坡积物	暴雨	0.26	1 893	21	26	65	25.6	47.1
滑坡堆积体	天然	0.24	2 030	54	41	140	59.3	72.9
滑坡堆积体	暴雨	0.24	2 115	47	32	140	59.3	72.9
基岩	天然	0.27	2 200	140	46	56 000	22 580	35 897
基岩	暴雨	0.27	2 040	150	43	56 000	22 580	35 897

图9 FLAC3D数值计算结果

Fig.9 Results of numerical calculation by FLAC3D for the Denongnongba ancient landslide

表5 古堆积体不同计算方法的安全系数

Table 5 Safety factors of the Denongnongba ancient landslide calculated by GEO-SLOPE

工程条件	安全系数
工程条件	Morgenstern-Price	Janbu	Bishop	Ordinary
天然暴雨	古滑坡堆积体整体稳定性
	2.693	2.586	2.678	2.564
	1.928	1.866	1.933	1.850
天然暴雨	坡脚稳定性
	1.056	1.056	1.057	1.056
	0.761	0.761	0.761	0.761
天然暴雨	古滑坡堆积体后缘稳定性
	1.370	1.369	1.370	1.369
	1.031	1.030	1.031	1.030

图10 德弄弄巴古滑坡典型照片 (a)岩体破碎;(b)细微拉裂缝

Fig.10 Typical photos of the Denongnongba ancient landslide

参考文献 28

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