水庫(kù)蓄水對(duì)317國(guó)道某崩塌堆積體穩(wěn)定性影響

劉 海，沈軍輝，彭昌翠，司洪濤

水庫(kù)蓄水對(duì)317國(guó)道某崩塌堆積體穩(wěn)定性影響

劉 海，沈軍輝，彭昌翠，司洪濤

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

某堆積體滑坡位于獅子坪水電站近壩庫(kù)段右岸，屬崩塌堆積體在水庫(kù)庫(kù)水作用下沿基覆界面發(fā)生的后退式逐步破壞滑坡。2009年9月水庫(kù)初次蓄水導(dǎo)致了崩塌堆積體強(qiáng)烈變形破壞，對(duì)317國(guó)道造成極大的危害。研究該崩塌堆積體滑坡成因機(jī)制對(duì)317國(guó)道沿線同類型滑坡治理具有重要意義。從堆積體結(jié)構(gòu)以及賦存的地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合水庫(kù)蓄水過(guò)程坡體變形破壞跡象，研究了該崩塌堆積在水庫(kù)蓄水過(guò)程中的變形機(jī)制，評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)堆積體的穩(wěn)定性。分析表明：堆積體在現(xiàn)有2 490 m水位天然條件下處于蠕滑狀態(tài)，在暴雨及地震或水庫(kù)蓄水至正常蓄水位2 540 m的條件下，滑坡將發(fā)生失穩(wěn)破壞；堆積體進(jìn)行了必要的應(yīng)急治理后，目前處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

水庫(kù)蓄水；崩塌堆積體；變形機(jī)制；穩(wěn)定性

1 概 述

某堆積體滑坡位于四川省理縣獅子坪水電站近壩庫(kù)段右岸，317國(guó)道K849＋545至K849＋675里程段?；路搅考s41萬(wàn)m3，是屬崩塌堆積體在水庫(kù)庫(kù)水作用下沿基覆界面發(fā)生的后退式逐步破壞滑坡。2009年9月獅子坪水庫(kù)初次蓄水至2 490 m水位過(guò)程，崩塌堆積體出現(xiàn)了明顯的變形破壞跡象，表現(xiàn)為前緣發(fā)生較大規(guī)模坍塌，路基沉陷，內(nèi)、外側(cè)擋墻強(qiáng)烈破壞，排水溝剪斷等現(xiàn)象，對(duì)公路行車安全構(gòu)成極大的危害。

本文從堆積體結(jié)構(gòu)以及賦存的地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合水庫(kù)蓄水過(guò)程坡體變形破壞跡象，研究該崩塌堆積在水庫(kù)蓄水過(guò)程中的變形機(jī)制，評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)了堆積體穩(wěn)定性，并提出相應(yīng)的治理措施，對(duì)保障317國(guó)道的正常運(yùn)營(yíng)具有實(shí)際意義。

2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)位于雜谷腦河流域，此處雜谷腦河流向?yàn)镹35°W，獅子坪水庫(kù)正常蓄水位為2 540 m。河谷呈深切高山峽谷地貌，斜坡坡頂高程在3 000 m以上（圖1）。斜坡整體坡向?yàn)?3°，坡度在35°～60°不等，呈陡緩結(jié)合；地表沖溝不發(fā)育。

圖1 堆積體工程地質(zhì)平面圖Fig．1 Engineering geology plane figure of the deposit

研究區(qū)基巖斜坡由三疊系上統(tǒng)侏倭組（T3zh）組成，巖性主要為變質(zhì)砂、板巖互層，巖層產(chǎn)狀為280°～285°，∠60°～75°，與斜坡呈大角度相交，斜坡整體上為一陡傾橫向坡。斜坡中下部尤其緩坡凹槽部位發(fā)育大量崩塌堆積層。

庫(kù)區(qū)在大地構(gòu)造部位上隸屬于松潘－甘孜地槽褶皺帶范疇，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為大面積整體性、間歇性抬升為主。場(chǎng)地地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

研究區(qū)地處于川西高原氣候區(qū)，呈山地季風(fēng)氣候特點(diǎn)。多年平均氣溫11．2℃，多年平均降雨量為613．3 mm。

研究區(qū)地下水按賦存狀態(tài)主要為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水。其中第四系松散堆積層孔隙水主要賦存于崩塌堆積層中，受岸坡裂隙地下水和河流補(bǔ)給；雜谷腦河為最低排泄基準(zhǔn)面。

3 堆積體基本特征

3．1 形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征

堆積體發(fā)育于雜谷腦河右岸，整體上呈錐型，堆積體前緣高程約為2 450 m，后緣高程約為2 630 m，相對(duì)高差約180 m，堆積體表面平均坡度約40°（圖2），堆積體前緣沿雜谷腦河方向最大寬度約190 m，平均寬度約130 m，縱向長(zhǎng)度約274 m，平均厚度約20 m，堆積體的總方量約41萬(wàn)m3。

圖2 堆積體工程地質(zhì)剖面圖Fig．2 Engineering geology profile of the deposit

317國(guó)道改線公路在崩坡堆積體2 560～2 575 m高程一帶通過(guò)，公路外側(cè)路基形式為填方路堤，邊坡采用高約5 m的漿砌石衡重式擋土墻；公路內(nèi)側(cè)路基形式為開(kāi)挖路塹，為高約4 m漿砌石仰斜重力式擋墻＋錨桿格構(gòu)梁＋上邊坡截排水溝。

崩塌堆積體主要是以塊碎石土為主，碎石含量達(dá)65%～70%，巖性主要為砂、板巖為主，強(qiáng)風(fēng)化，粒徑一般為7～10 cm，最大塊石粒徑可達(dá)20 cm以上。呈棱角狀或次棱角狀，一般無(wú)磨圓度，崩塌堆積體成層性不明顯?？傮w上呈松散-半松散結(jié)構(gòu)。

3．2 變形破壞特征

2009年9月獅子坪水庫(kù)初次蓄水至2 490 m高程水位過(guò)程，崩塌堆積體出現(xiàn)了明顯的變形破裂跡象，主要表現(xiàn)為在坡體前緣出現(xiàn)較大規(guī)模的坍塌，坍塌方量在50～100 m3不等。

在高程2 560～2 575 m公路一帶，沿公路中心線一帶發(fā)育長(zhǎng)約130 m的圈弧狀橫向下錯(cuò)張拉裂縫，裂縫最大張開(kāi)度可達(dá)0．8 m，相對(duì)下錯(cuò)1．7 m（圖3）。

圖3 公路路面下錯(cuò)裂縫Fig．3 Cracks under the pavement

變形區(qū)內(nèi)路基沉陷，內(nèi)、外側(cè)擋墻局部下錯(cuò)開(kāi)裂，內(nèi)側(cè)路基沉陷最大達(dá)0．5 m，最大張開(kāi)度達(dá)10 cm（圖4）。

在公路內(nèi)側(cè)擋墻上方排水溝一帶發(fā)育有走向N40°W的橫向下錯(cuò)裂縫，裂縫長(zhǎng)約45 m，錯(cuò)距為0．3～0．7 m，上部排水溝被剪斷（圖5）。

圖4 內(nèi)側(cè)擋墻局部下錯(cuò)開(kāi)裂Fig．4 Partial cracking and dropping of the inner retaining wall

圖5 排水溝被剪斷Fig．5 Drainage ditch is snipped

4 滑坡成因及變形機(jī)制分析

該滑坡是具一定結(jié)構(gòu)的崩塌堆積體，在水庫(kù)庫(kù)水作用下沿基覆界面發(fā)生后退式蠕滑拉裂破壞形成的滑坡。

從坡體結(jié)構(gòu)來(lái)看，崩塌堆積體結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)差，極易形成次級(jí)滑體，進(jìn)而使坡體各部分間滑動(dòng)變形極不均勻，使坡體內(nèi)裂縫密集發(fā)育［3］。根據(jù)浸水邊坡穩(wěn)定性工程類比，在水位升降期間斜坡體穩(wěn)定性降低0．03～0．07。由于坡體本身結(jié)構(gòu)特殊，在庫(kù)水作用下，該崩塌堆積體發(fā)生整體滑坡的可能性要高于前緣局部坍塌。

目前水庫(kù)蓄水位為2 490 m，淹沒(méi)至堆積體斜坡1／3～1／2處，正常蓄水位為2 540 m。在水庫(kù)正常運(yùn)營(yíng)期間，當(dāng)水庫(kù)蓄水至2 540 m高程時(shí)，淹沒(méi)高程在堆積體斜坡1／2～2／3段，水庫(kù)升降水位對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響將加劇。蓄水后改變了岸坡的自然條件，兩岸地下水隨著庫(kù)水位蓄水而抬升，淹沒(méi)在水下的巖土體抗剪強(qiáng)度降低，并因受庫(kù)水浮托而失重，庫(kù)水作用造成水對(duì)滑帶的軟化效應(yīng)以及對(duì)滑體的懸浮減重效應(yīng)，從而誘發(fā)堆積體滑坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。

5 堆積體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

2009年9月初次蓄水至2 490 m以來(lái)，崩塌堆積體發(fā)生了明顯變形，主要變形表現(xiàn)為下錯(cuò)拉張裂縫、內(nèi)外擋墻破裂以及排水溝被剪斷，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。由于堆積體發(fā)生變形破壞，目前蓄水處于緩慢過(guò)程，堆積體處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；但隨著雨季的來(lái)臨，庫(kù)水位將急劇抬升，堆積體的穩(wěn)定性將逐漸降低。隨著庫(kù)水進(jìn)一步抬升，蓄水到正常水位2 540 m，水位波動(dòng)幅度為50 m，在此情況下堆積體將發(fā)生失穩(wěn)破壞。

5．1 計(jì)算模型

為進(jìn)一步分析堆積體的穩(wěn)定性，本文采用極限平衡條分法對(duì)該堆積體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算模型如圖6所示。

圖6 計(jì)算模型Fig．6 Calculation model

式中：K為穩(wěn)定系數(shù)；Ti為第i條塊下滑力（kN／m）；Ri為第i條塊抗滑力（kN／m）；PDi為第i條塊動(dòng)水壓力（kN／m）；Ai為第i條塊地震力（kN／m）；Ψj為第i條塊剩余下滑力傳遞至第i＋1條塊時(shí)的傳遞系數(shù)（j＝i時(shí)）；Qi為第i條塊自重標(biāo)準(zhǔn)值與附加荷載之和（kN／m）；Ci為第i條塊土的粘聚力（kPa）；φi為第i條塊土的內(nèi)摩擦角（°）；Li為第i條塊滑動(dòng)面長(zhǎng)度（m）；αi為第i條塊地下水流線平均傾角（°），取浸潤(rùn)曲線傾角與滑面傾角平均值，反傾取負(fù)值；i為地下水滲透坡度；γW為水的重度（kN／m3）；γ＇為巖土體的浮重度（kN／m3）；fi為第i條塊庫(kù)水流動(dòng)引起的浮托力（kN／m）；CL為浮托力系數(shù)，取CL＝0．178；v為滑動(dòng)巖體表面水流速（m／s），近似取河水流速；Ax為平行水流方向的單位寬度投影面積（m2）；α為水平地震力系數(shù)；Vid為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤(rùn)線以下體積（m3／m）；Fi為第i計(jì)算條塊所受地面荷載（kN）。

5．2 計(jì)算參數(shù)及計(jì)算工況選取

獅子坪水庫(kù)為河道水庫(kù)，需要考慮庫(kù)水位上升時(shí)的浮托力，本文僅對(duì)現(xiàn)有水位2 490 m及正常蓄水位2 540 m在天然、20年一遇暴雨及地震工況下計(jì)算其穩(wěn)定性。

在巖土體試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)堆積體變形破壞特征，取K＝1對(duì)崩塌堆積體在2 490 m水位極限穩(wěn)定下進(jìn)行反演，并結(jié)合工程類比，選取堆積體與基巖接觸面的巖土體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土體參數(shù)Table 1 Parameter selection for geotechnical engineering

地震設(shè)防烈度為Ⅶ度，水平地震加速度a＝0．15 g；庫(kù)水流動(dòng)速度取v＝1．8 m／s，取CL＝0．178。

5．3 計(jì)算結(jié)果及分析

計(jì)算結(jié)果表明（表2），獅子坪水庫(kù)保持原有水位2 490 m工況下，堆積體在暴雨和地震工況下的穩(wěn)定性均小于1，堆積體有可能失穩(wěn)的可能，若水位進(jìn)一步抬升，蓄水至2 540 m，堆積體穩(wěn)定系數(shù)在3種工況下小于1，崩塌堆積體失穩(wěn)的可能性更大；可以預(yù)測(cè)到，堆積體在暴雨、地震、水位大幅波動(dòng)及進(jìn)一步蓄水的條件下，將發(fā)生失穩(wěn)。

表2 各工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Tab le 2 The landslide stability coefficients under variousworking conditions

針對(duì)上述計(jì)算結(jié)果，為了進(jìn)一步控制堆積體變形破壞，尤其在雨季來(lái)臨之前防止堆積體失穩(wěn)，對(duì)該堆積體采取了應(yīng)急治理工程。主要手段為下?lián)鯄μ幵鲈O(shè)4排鋼管樁，樁徑146 mm，長(zhǎng)度18～20 m。施工完成后，路基變形減緩，坡體的變形得到有效控制，說(shuō)明治理措施已經(jīng)發(fā)揮有效作用。

其次，教育政策的區(qū)別化對(duì)待。國(guó)家對(duì)公辦園實(shí)行優(yōu)先扶持政策，財(cái)政補(bǔ)助公辦園，分配的事業(yè)編制名額多，工資待遇高、工作環(huán)境好，因此公辦園對(duì)學(xué)前教師具有很大的吸引力，從而使許多民辦園優(yōu)秀教師流向公辦園，加劇了教師資源配置不均衡。

6 結(jié)論及建議

（1）滑坡是具一定結(jié)構(gòu)的崩塌堆積體，在水庫(kù)庫(kù)水作用下沿基覆界面發(fā)生后退式蠕滑拉裂破壞形成的滑坡。破壞機(jī)理為軟化效應(yīng)以及懸浮減重誘發(fā)型。

（2）2009年9月獅子坪水庫(kù)初次蓄水至2 490 m高程水位過(guò)程，崩塌堆積體出現(xiàn)了明顯的變形破裂跡象，主要的變形表現(xiàn)為連續(xù)下錯(cuò)的拉張裂縫、內(nèi)外側(cè)擋墻的破壞及排水溝被剪斷。

（3）該崩塌堆積體目前處于蠕滑變形階段。通過(guò)對(duì)堆積體穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)，在天然、20年一遇暴雨、地震工況下均小于1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨、地震、水位大幅波動(dòng)及進(jìn)一步蓄水的條件下，將發(fā)生失穩(wěn)。

（4）該堆積體經(jīng)鋼管樁治理后路基變形減緩，堆積體變形跡象明顯得到控制，表明治理措施已經(jīng)起到有效的作用。

［1］ 陳立松，何沛云．水庫(kù)周邊水位變動(dòng)引起庫(kù)岸失穩(wěn)的成因分析［J］．浙江水利科技，2004，（4）：40－42．（CHEN Li-song，HE Pei-yun．Water Level Variation Analysis of the Causes of Bank Instability［J］．Zhejiang Hydrotech-nics，2004，（4）：40－42．（in Chinese））

［2］ 羅曉紅，李進(jìn)元．水庫(kù)蓄水對(duì)庫(kù)岸滑坡影響分析［J］．水電站設(shè)計(jì)，2003，（3）：61－64，69．（LUO Xiao-hong，LI Jin-yuan．Analysis of Reservoir Storage on the Impact of Bank Landslide［J］．Design of Hydroelectric Power Sta-tion，2003，（3）：61－64，69．（in Chinese））

［3］ 劉 宏，鄧榮貴，張倬元．四川寶珠寺水庫(kù)庫(kù)岸滑坡特征及成因分析［J］．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2001，（4）：48－52．（LIU Hong，DENG Rong-gui，ZHANG Zhuo-yuan．Characteristics and Genetic Analysis of the Land-slide along Baozhusi Reservoir Bank in Sichuan［J］．The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2001，（4）：48－52．（in Chinese））

［4］ 胡卸文，劉 娟，呂小平，等．雅礱江周家坪滑坡成因及穩(wěn)定性分析［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2009，（1）：10－13．（HU Xie-wen，LIU Juan，LV Xiao-ping，et al．Analy-sis of Genesis and Stability of Zhoujiaping Landslides on Yalong River［J］．Journal of Geological Hazards and Envi-ronment Preservation，2009，（1）：10－13．（in Chinese））

［5］ 伍保祥，沈軍輝．金沙江上游藏曲口滑坡成因機(jī)制及穩(wěn)定性分析［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2008，（1）：12－15．（WU Bao-xiang，SHEN Jun-hui，et al．Analysis of Origin and the Stability Evaluation of the Zangqukou Landslide of Jinshajiang［J］．Journal of Geological Hazards and Envi- ronment Preservation，2008，（1）：12－15．（in Chinese） ）

（編輯：曾小漢）

The Influence of Reservoir Impoundment on the Stability of Collapse Deposit Along 317 National Highway

LIU Hai，SHEN Jun-hui，PENG Chang-cui，SIHong-tao
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Located at the right bank of the reservoir near the dam site of Shiziping hydroelectric station，the studied

deposit landslide is a gradually destroyed retrograde landslide caused by the collapse deposit under the effect of res-ervoir water along the interface between deposit and bedrock．The first impoundment of the reservoir in September 2009 leads to intense deformation and failure of the collapse deposit，hence causes great harm to the 317 national highway．In this sense，it is of great significance to study the formation mechanism of the collapse deposit so as to prevent similar landslides from happening again．According to the geological condition，the structure of the slide-mass，and the deformation evidence of the slope during reservoir impoundment，the deformationmechanism is stud-ied，and the stability of the slidemass is evaluated and predicted．Results show thatwhen thewater reaches the nat-ural level of2 490m，the slidemasswill creep；when there is rainstorm，earthquake，orwhen thewater reaches the normal impoundment level of2 540m，failure of the slidemasswill occur．Currently the deposit landslide is relative-ly stable after proper emergencymeasureswere taken．

reservoir storage；the collapse deposit；deformation mechanism；stability

TU433

A

1001－5485（2011）04－0045－04

2010-08-02

劉 海（1984-），男，廣東茂名人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)及巖土體穩(wěn)定性研究，（電話）13699419132（電子信箱）gzlhai＠126．com