云南镇雄山体滑坡区域岩体物理力学参数值的确定

10月前浏览319

1. 引言

2024年1月22日6时许，云南昭通市镇雄县塘房镇凉水村发生了山体滑坡，造成18户房屋被掩埋44人遇难。专家调查组目前给出的结论是：(1) 陡峻的地形地貌为崩滑发生提供了条件；(2) 层状碎裂结构岩体是崩塌发生的主要内因及客观因素；(3) 前期降水持续下渗，软化岩体内软弱面，加之崩塌发生前雨雪导致地下水富集，达到其临界点，进而诱发崩塌发生。

客观地来讲，单就边坡的几何形状而言，这个边坡算不上"陡峻"，露天采矿的整体边坡角大都在38°~55°之间，而开采深度都是几百米甚至上千米。这个边坡的边坡角大约为40°。

在岩石工程中，“碎裂结构”通常指的是岩石中的破裂、弯曲和断开等现象，尽管岩石碎裂的尺寸没有一个确切的分界线，但通常来说，当岩石块被破碎成较小的碎石时，这些碎石可以称为“碎裂结构”，因此从岩体力学强度分级的角度来讲，这么大尺寸的块体称之为“碎裂结构”也有些不妥。

此外，抛开任何臆想和猜测，单从岩体力学的专业角度，雨雪导致“软化岩体内软弱面”的说法不够严谨，雨雪可能是滑坡的触发因素，但绝对不是滑坡发展的决定性因素。流体在岩石边坡节理中的流动对边坡稳定性虽有一定的影响，但作用没有想象中的那么大。

Anyway，本文的主要目的是确定滑坡区域岩石的物理力学性质，为稳定性分析提供更准确的输入参数值。

2. 岩石定名

对于大多数的煤田，煤层上部的覆盖层是沉积岩，通过参考大量的学术文献，发现煤层上部的覆盖层主要是粘土岩(Claystone)，当然根据沉积条件不同，也可能是其它类型的沉积岩，如泥岩、砂岩、和石灰岩等【沉积岩及其工程特性(Sedimentary Rocks)；三大类岩石的强度特性(C2)(中英文词汇对照)】。这一调查结果后来经过一位网友提供的地质图获得了证实，因此我们把滑坡区域的岩石名称定名为粘土岩(Claystone)。

3. 确定岩石参数值

目前在GeotechSet数据集中，共有544篇文献包含着粘土岩(Claystone)，显然逐篇回顾这么多文献需要花费大量时间，因此本文仅根据少量的文献来确定岩石的物理力学参数，以后如有时间再进行修正和完善。

在标准的RocProp数据库中，仅有两个粘土岩的样本：

(1) 一个来自爱达荷州的Palisades大坝

Density=21.58kN/m^3

UCS=8.27MPa

E=2830MPa

v=0.04

(2) 另一个来自德克萨斯州的Sanford大坝

Density=17.66kN/m^3

UCS=1.86MPa

E=260MPa

在Hoek-Brown中，粘土岩的UCS被划分到R2组别(weak)，建议的UCS=5-25MPa，mi=4

Olsen(1984)给出的粘土岩参数为：

Density=24kN/m^3

UCS=30MPa

E=1650MPa

fei=20°

由上述调查结果可以看出，粘土岩在不同沉积环境下的强度和变形参数存在着较大差异。根据滑坡后岩体呈现的状态，综合上述调查，最后确定的岩体参数如下：

4. 边坡稳定性分析

在【云南镇雄山体滑坡区域边坡稳定性分析 (包括边坡角的确定)】一文中已经作了一个初步稳定性分析，在那个分析中，使用了非常简单的假设，c=1kPa，内摩擦角fei=35°，有些同学对此表示怀疑甚至有点儿义愤填膺，其实在任何边坡稳定性分析和评估中，初期阶段使用一些最简单的计算是必要的，它能依靠工程判断力给出项目的"a big picture"，岩石工程问题是一个"有限数据"问题，模型和参数的确定总是由简单到复杂建立起来的。

使用上面推导出来的强度参数进行了一个简单的强度折减分析，计算的安全系数FOS=0.481