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梧州地区花岗岩风化土滑坡发育特征及应急治理研究
——以岑溪市三堡镇某花岗岩滑坡为例

2021-04-09

南方自然资源 2021年3期
关键词:坡脚梧州风化

(广西地质环境监测站,广西 南宁 530029)

花岗岩风化土由花岗岩残积土、全风化花岗岩及强风化花岗岩组成,其工程地质性质较差,遇水易软化、崩解,是地质灾害易发性岩土体。广西东南部是花岗岩的集中分布区,区内花岗岩风化程度较为严重,孕育了数以万计的花岗岩风化土[1]。花岗岩风化土不仅承袭了母岩不均匀的力学性质,而且还保留着原岩中的结构面和少量弱风化的花岗岩硬核,粒度呈现粗细混杂的特征,因此,花岗岩风化土不仅具有粘性土和砂类土的双重力学特性,而且还具有特殊的力学特性[2]。花岗岩风化土透水性较弱,在天然干燥条件下呈硬塑状态且抗剪强度高,营造出安全且不用支护的假象,但是内部结构松散,在局地暴雨与台风强降雨等灾害性天气的激发下,极易遇水软化、强度丧失,频繁地崩解破坏,诱发群发性的地质灾害[3]。花岗岩风化土引发的地质灾害尽管规模小,但是数量多、分布广、影响范围较大[4]。

梧州市位于广西东部,花岗岩在该地区分布广泛,每年由花岗岩风化土产生的滑坡、崩塌、坡面泥石流等地质灾害引发的地质环境问题层出不穷,因此有必要对梧州地区花岗岩风化土边坡地质灾害的发育特征及应急治理措施进行分析。

1 花岗岩风化土的特征

1.1 花岗岩风化带的划分

花岗岩风化带是地质作用和风化作用共同影响下形成的具有特殊工程特性的土,其工程分类方法和依据各有不同。国外Dearman(1976 年)在花岗岩风化壳分带的研究中将风化壳分为原岩、微风化、弱风化、强风化、全风化和残积土。国内学者对花岗岩风化带的划分进行了深入的研究,郭欣(1997 年)认为花岗岩风化带的划分应有宏观的地质特征描述和定量指标,其研究将花岗岩风化带划分为新鲜岩基、微风化、弱风化、强风化和全风化;刘靓(2003 年)采用定量的评价指标,将华南风化花岗岩按其定量指标划分为微风化、弱风化、强风化、全风化和残积土[5]。研究小组将梧州市花岗岩风化土定义为花岗岩残积土、全风化花岗岩及强风化花岗岩。

1.2 花岗岩风化土中各风化带的基本特征

梧州地区花岗岩表层风化极其严重,岩土体风化强烈,风化层厚度一般为5~20 m,局部达到60 m。

花岗岩残积土呈红褐、黄褐、灰黄夹白点斑状等色,以可硬塑状为主,为彻底的生物风化及化学风化作用的产物,原母岩结构构造已完全被破坏,原岩结构模糊不清,难以辨认,除石英外,其余风化成次生矿物,呈土状,厚度一般>5 m。

全风化层呈灰黄、灰白色,大部分矿物质已风化变质,结构基本被破碎,岩石呈粉质粘土状,厚度一般>5 m。

强风化层呈灰白、灰黑色,矿物质已风化变质,结构大部分被破坏,岩体破碎,裂隙发育,厚度一般>12 m。

弱风化层、微风化层呈浅灰、灰黑色,细——中粒结构,块状构造,岩体较完整,岩石裂隙较发育——微细发育,厚度一般>7 m。花岗岩风化土厚度大,斜坡稳定性差,土体饱和时易产生滑坡、崩塌等地质灾害。

2 花岗岩风化土地质灾害的发育特征

2.1 物质特征

花岗岩风化土的重要特征之一是土中粗粒含量较高,根据土的工程分类大多属于粗粒土和含粗粒细粒土。土体多为中细粒花岗岩风化而成的混合土,其中细砾粒及粗砂粒含量从浅往深整体趋势为逐渐增加,因此土体内摩擦角整体从浅往深为增大趋势。花岗岩风化土中粘粒的含量差异较大,一般粗颗粒花岗岩其风化残积土粘粒含量较少,细颗粒花岗岩其风化残积土粘粒含量相对较多。花岗岩风化土粘粒含量相对较少,当遇到水时会迅速崩解、饱和抗剪强度急剧降低。由于花岗岩类土质边坡组成土体的水稳性差,因此在边坡裸露面存在严重的水毁现象。梧州地区花岗岩风化土的矿物成分以石英、长石为主,次生矿物主要为伊利石和高岭石,该类次生矿物浸水时具有易软化、崩解的特性[6]。

2.2 抗剪强度特征

研究小组根据《梧州市地质灾害治理研究报告》(2008 年),对梧州地区花岗岩风化土滑坡中的滑体粘性土的全风化花岗岩的粘聚力和内摩擦角的取值进行统计分析,滑带土中的饱和直剪强度推荐值比天然直剪强度小很多(粘聚力16.885 kPa<22.19 kPa,内摩擦角13.97°<17.74°)。全风化花岗岩饱和直剪强度推荐值明显比天然直剪强度小很多(粘聚力25.025 kPa<31.6 kPa,内摩擦角21.85°<26.2°)。分析结果表明,花岗岩风化土在天然状态下具有较高的抗剪强度,但在强降雨影响下抗剪强度迅速降低,极易引发滑坡或崩塌等地质灾害[7]。

3 花岗岩风化土地质灾害的应急治理措施

基于梧州地区花岗岩风化土粘粒含量相对较少、遇水会迅速崩解,以及在饱和状态下其抗剪强度迅速降低的特点,研究小组提出以下4 种常用的应急治理措施:

(1)削方减载。花岗岩风化土发生崩塌或滑坡后,其后缘较陡峭,坡度多在50°~70°之间,为再次引发滑坡或崩塌等地质灾害提供了临空面。当再次遇到降雨等天气时,上部陡峭的岩土体容易再次产生崩落或滑落。因此,采用削方减载是应急处理的首选,也是一种既经济又有效的处理方式,对于高度较大的花岗岩风化土边坡,还应进行分级放坡,分级高度宜在5~10 m 之间,边坡坡度宜≤45°。

(2)回填反压。对于一些花岗岩风化土滑坡,滑坡体常常堆积于边坡坡脚,这部分滑坡堆积体对边坡会产生一个反压坡脚和稳固边坡的作用,若此时将滑坡体清除,反而有可能使边坡失去支挡而重新引起上部陡峭边坡再次发生崩塌或滑坡,同时,清除滑坡堆积体也会耗费大量的人力和财力。因此,对于这些花岗岩滑坡的应急处置,可以利用已滑落的堆积体以及放坡后的废石土进行适当回填反压坡脚,反压的同时需要注意将反压体进行适当分组放坡,以保证反压体和边坡两者能达到相对稳定的状态。

(3)截排水沟。花岗岩风化土受强降雨入渗影响时抗剪强度会迅速降低,极易引发滑坡或崩塌,因此合理的布置截排水沟极其重要。为防止降雨等地表水体渗入坡体,在边坡周围及分级平台上应布置截排水沟,当边坡上部自然斜坡的汇水面积较大时,应在自然斜坡的中部布置截排水沟,同时排水沟应作3 面光处理。

(4)坡面防护。花岗岩风化土具有遇水迅速崩解的特点,裸露的花岗岩边坡坡面上常常会因降雨冲刷而形成各种小冲槽,水土流失较严重,因此对裸露的花岗岩风化土边坡坡面应采用植草覆绿、临时喷砼、覆盖3色布等进行防护。

在地质灾害应急治理过程中,一般会选择以上4 种应急治理措施中的1 种或几种进行综合治理,从而达到最优效果。对于一些受地形或其他条件限制的边坡,当不能采用上述应急措施消除安全隐患时,应聘请有地质灾害相关资质的单位进行专门的勘查设计及永久性治理。

4 岑溪市三堡镇某花岗岩滑坡应急治理工程实例

4.1 滑坡基本特征

岑溪市三堡镇某花岗岩滑坡发生于2018年2 月底,滑坡周界清晰,平面形态呈长舌形。滑坡后缘靠近自然斜坡坡顶位置,后缘陡坎高10~20 m,坡度40°~70°,前缘剪出口为原自然斜坡坡脚位置。该滑坡主滑方向100°,滑坡体长约180 m,宽30~60 m,平均宽约40 m,厚6~8 m,平均厚度约6 m,体积约43 200 m3,属牵引式小型滑坡。该滑坡为花岗岩风化土内形成的土质滑坡,现已产生整体滑动,处于变形破坏阶段,滑面呈圆弧形,滑床为强风化花岗岩,滑坡体冲入坡脚冲沟处,影响范围为坡脚以下约120 m,对坡脚以下的农田和水塘造成损毁(见图1)。

图1 滑坡整体图

4.2 治理措施

研究小组根据该滑坡的地质环境特点、稳定性分析和变形破坏模式及危害对象,结合梧州地区花岗岩风化土边坡应急治理的经验,设计采用分级放坡+坡脚回填反压+排水工程+坡面绿化等措施进行综合治理(见图2)。

图2 滑坡治理断面示意图

4.3 应急治理效果

此应急治理工程施工完成后,由业主进行监测和养护。经过一个水文年以上的监测及养护,边坡稳定性及治理效果良好,达到了预期的效果(见图3)。

图3 绿化工程1 年后效果图

5 结语

(1)梧州地区花岗岩风化土由花岗岩残积土、全风化花岗岩及强风化花岗岩组成,岩土体风化强烈,风化层厚度一般为5~20 m,局部达到60 m。花岗岩风化土厚度大,斜坡稳定性差,土体饱和时易产生滑坡、崩塌等地质灾害。

(2)梧州地区花岗岩坡残积土的重要特征之一是土中粗粒含量较高,花岗岩风化土粘粒含量相对较少,遇水易迅速崩解;花岗岩风化土在天然状态下具有较高的抗剪强度,但在强降雨影响下抗剪强度迅速降低,极易引发滑坡或崩塌等地质灾害。

(3)在梧州地区,对花岗岩风化土边坡常用的应急治理措施有削方减载、回填反压、截排水沟、坡面防护等,在地质灾害应急治理过程中,一般选择这4 种应急治理措施中的1 种或几种进行综合治理,使地质灾害应急处置达到最优效果。

(4)以岑溪市三堡镇某花岗岩滑坡应急治理工程为实例。研究小组根据该滑坡的地质环境特点、稳定性分析和变形破坏模式及危害对象,结合梧州地区花岗岩风化土边坡应急治理的经验,此滑坡采用分级放坡+坡脚回填反压+排水工程+坡面绿化进行综合治理。结果表明其治理措施可行,治理效果良好,达到了预期的效果。

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