唐河水電站改線公路滑坡勘察及穩(wěn)定性分析

尚劍寶

(山西唐河水電有限責(zé)任公司，山西靈丘 030002)

滑坡是指斜坡巖土體由于邊界條件的改變及地下水活動、河流沖刷、人工切坡、地震活動等因素的影響，在重力作用下沿著一定的軟弱面(帶)，緩慢整體向下滑動的坡面變形現(xiàn)象［1-2］。中國是一個滑坡災(zāi)害極為頻繁的國家，尤其是在中國的西部地區(qū)，大型滑坡更是以其規(guī)模大、機制復(fù)雜、危害大等特點著稱于世。近年來，隨著經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展及自然因素的影響，滑坡災(zāi)害呈逐年加重趨勢［3-7］。全國每年因滑坡災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失在10億元以上，減災(zāi)防災(zāi)的任務(wù)非常重要，也非常繁重。

目前，國內(nèi)外關(guān)于滑坡的研究主要集中于預(yù)測預(yù)報、監(jiān)測預(yù)警、風(fēng)險評估、災(zāi)害防治和應(yīng)急救災(zāi)等方面［8-9］，本文根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測的結(jié)果，在合理分析滑坡形成機理的基礎(chǔ)上，采用定性、定量兩種方法［10］對唐河水電站滑坡的穩(wěn)定性作出評價，并提出防治措施的建議，以期為類似地質(zhì)自然災(zāi)害處治及預(yù)防提供參考。

1 地質(zhì)背景

滑坡區(qū)位于大同市靈丘縣東河南鄉(xiāng)韓淤地村西南約300m的唐河南岸，地處省道大(同)—靈(丘)公路(S203線)旁。由于唐河水庫的建設(shè)，將把庫區(qū)涉及的省道S203線K106～K109段淹沒，為保證大壩和順利建設(shè)及省道 S203線的安全運營，對 S203公路的K106～K111段進行改線，將本段公路向南移，提高到半山坡?；聟^(qū)地處中低山地區(qū)，公路北側(cè)的唐河河谷寬0.4～1.0 km，縱向坡度約為 8‰，河床高程為1 050m，南側(cè)岸坡坡角為 30°～35°，山體高程為1 100～1 165m，地形最大相對高差可達115m。大部分邊坡基巖裸露，岸坡較陡。

滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，自元古代以來，構(gòu)造運動巖漿侵入變質(zhì)作用等各種地質(zhì)活動頻繁，使區(qū)內(nèi)的節(jié)理裂隙非常發(fā)育。

滑坡區(qū)處于山西強地震帶的東部，地震活動相對較弱。靈丘縣境內(nèi)歷史上未發(fā)生過大于5級的地震，其周邊縣市也未發(fā)生過大于5級的地震。測區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.15g，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

滑坡區(qū)地表水主要為唐河河水，地下水則以潛水為主，以基巖裂隙水和松散巖類孔隙水的形式賦存?；鶐r裂隙水主要分布于唐河兩岸山區(qū)，賦存于片麻巖等結(jié)晶巖類的節(jié)理裂隙之中，受大氣降水補給，裂隙水以下降泉的形式排出地表。裂隙水含水較弱，分布也不均勻，均向唐河排泄。勘察區(qū)坡體在勘測范圍內(nèi)未見地下水。

2 滑坡體巖體特征

滑坡體主要由五臺群老潭溝組黑云斜長片麻狀、燕山期侵入變輝綠巖脈及殘坡積層組成。黑云斜長片麻巖的片麻理產(chǎn)狀多為140°～175°∠34°～36°。巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性較差。

根據(jù)鉆孔柱狀圖及地質(zhì)縱剖面圖，滑坡體中、上部主要為全風(fēng)化及強風(fēng)化堆積體，成份為土夾石;中下部滑體主要為卸荷裂隙以上的強風(fēng)化層，巖性主要為斜長片麻巖;底部為強風(fēng)化灰綠色砂(輝綠巖脈)，厚度約5～8m。

受多期構(gòu)造活動形成的斷層、節(jié)理的影響，同時受多期次侵入巖體的制約，巖體破碎，完整性差，風(fēng)化深度較大，局部囊狀風(fēng)化深槽處厚度達十多米;地表出露的巖石風(fēng)化程度較高，為全風(fēng)化和強風(fēng)化層。巖體強風(fēng)化層厚度為15.0～30.0m。

滑坡體上部發(fā)育五組節(jié)理裂隙(30°∠80°，8條/m，縫寬0.5～1 mm;280°∠59°，5～6條/m，縫寬1～2 mm;40°∠80°，10～15條/m，縫寬 1～2 mm;345°∠85°，1 條/m;25°∠25°，1 條/m)，大部分平直光滑，無充填物，延伸大于1m，僅少量有泥質(zhì)充填。

滑坡體下部發(fā)育五組節(jié)理裂隙(30°∠80°，1～2條/m，縫寬1～2 mm;345°∠85°，3～4條/m，縫寬1 mm;40°∠80°，3 條/m，縫寬1～2 mm;22°～36°∠25°～35°，1條/m;280°∠59°，1～2條/m)，大部分平直光滑，無充填物，延伸大于1m，僅少量有泥質(zhì)充填。

3 滑坡體形態(tài)特征

滑坡體分東部、西部和中部三部分。平面呈“半橢圓形”。

滑坡體后緣位于坡體上部天然氣輸氣管道南側(cè)的截排水溝下方，滑體后緣有寬1～5 cm的近東西向和北東向裂縫多處，最大裂縫寬約10 cm，垂直錯開約20 cm;滑體兩側(cè)分布有縱張裂縫，在滑坡體東側(cè)的三級馬道上，發(fā)育有5條走向40°～70°的裂縫，最大縫寬約2 cm;東側(cè)邊坡上的噴射混凝土面也已開裂;坡體西部沿45°∠78°的裂隙面發(fā)生運動，滑坡SN長約110m，EW寬約70m，滑體厚度10～20m，平均厚度15m，滑坡體積約10×104m3，滑動方向 354°，剪出口位于一級邊坡，中部為一中層、中小型工程活動型巖質(zhì)滑坡。

滑動面為折線形，主要是沿強風(fēng)化與中風(fēng)化層界線及節(jié)理裂隙面。根據(jù)在滑坡后緣施工探井揭露的滑動面情況:滑坡后緣滑動面傾角約70°，主要沿產(chǎn)狀為340°∠67°的節(jié)理面發(fā)生破壞;前緣剪出口位置大致位于下部一級邊坡中下部，距路面約3～5m，傾角約25°～31°，主要沿產(chǎn)狀為 22°～36°∠25°～35°的節(jié)理面發(fā)生破壞。

4 滑坡體形成機制及影響因素

公路施工過程中，由于路基開挖在本邊坡范圍內(nèi)形成了高約35m的高邊坡。高邊坡由三級馬道及四級邊坡組成，由于坡頂埋設(shè)有天然氣輸氣管道，將邊坡綜合坡率設(shè)計為1：0.5左右。開挖后原有的地形地貌變化較大，現(xiàn)有的這種地形條件有利于滑坡發(fā)生。

滑坡體主要為全風(fēng)化-強風(fēng)化花崗片麻巖，滑體中下部普遍分布一層灰綠色砂狀物(輝綠巖脈)，巖芯呈粉末狀?；麦w中上部主要沿灰綠色砂狀物發(fā)生滑動，前緣部分主要是沿產(chǎn)狀22°～36°∠25°～35°的節(jié)理、裂隙面，在重力和降水等外力作用下，容易發(fā)生滑動。

受多期構(gòu)造活動形成的斷層、節(jié)理的影響，同時受多期次侵入巖體的制約，巖體非常破碎，完整性極差，呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)或堆砌結(jié)構(gòu)，特別是順坡向的節(jié)理裂隙(或斷層)發(fā)育，受到外力作用或應(yīng)力改變以后，很容易發(fā)生坍塌或滑坡。

5 滑坡體穩(wěn)定性分析與評價

采用圖解法和條分法對滑坡穩(wěn)定性進行了分析與評價［10］。

5.1 圖解法

圖解法可直觀地看出裂隙面、巖層面與巖坡的關(guān)系，從而判斷坡體的運動方向和穩(wěn)定性。

滑坡體主要受巖坡面、巖層面、卸荷裂隙面、共軛“X”節(jié)理面的控制，這四組結(jié)構(gòu)面對危巖體的穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用，為此，以赤平極射投影平面圖反映其空間組合關(guān)系，從而分析其穩(wěn)定性。

滑坡體上部(四級邊坡)坡面產(chǎn)狀為0°∠63°，巖層產(chǎn)狀175°∠34°，四組結(jié)構(gòu)面分別為①50°∠60°、②260°∠80°、③340°∠67°、④5°∠81°(圖1)。結(jié)構(gòu)面(節(jié)理面)將邊坡巖體切割成碎塊狀，受坡面與節(jié)理面③④影響，邊坡穩(wěn)定性較差。

滑坡體下部(一級邊坡)坡面產(chǎn)狀為0°∠73°，巖層產(chǎn)狀140°∠36°，五組結(jié)構(gòu)面分別為①30°∠80°、②345°∠85°、③40°∠80°、④280°∠59°、⑤25°∠25°(圖2)。節(jié)理面將邊坡巖體切割成碎塊狀，尤其是坡面與節(jié)理面④⑤組合，所切割形成的巖塊極不穩(wěn)定，邊坡穩(wěn)定性很差。

圖1 滑坡體上部(四級邊坡)赤平投影

圖2 滑坡體下部(一級邊坡)赤平投影

5.2 條分法

滑坡體的滑面為折線，無地下水，滑坡體表面殘坡積覆蓋層薄，中灰綠巖脈所占比例小，滑坡體主要由強—全風(fēng)化的花崗片麻巖組成，滑坡體為均質(zhì)體。

(1)參數(shù)選取

現(xiàn)場對對四組巖土樣進行試驗，滑體天然狀態(tài)的容重為20 kN/m3。

室內(nèi)對十組巖土樣進行試驗，強風(fēng)化花崗片麻巖塊體干容重為24.1～25.3 kN/m3，平均為24.7 kN/m3;濕容重為25.2～26.0 kN/m3，平均為25.6 kN/m3。中風(fēng)化花崗片麻巖塊體干容重為25.7～26.7 kN/m3，平均為25.9 kN/m3;濕容重為26.3～27.0 kN/m3，平均為26.6 kN/m3。

綜合分析現(xiàn)場測試及室內(nèi)測試結(jié)果，并經(jīng)反演計算，干容重取24.7 kN/m3，濕容重取25.6 kN/m3，內(nèi)摩擦角取8°，黏聚力取24 kPa。

(2)計算

采用滑坡體滑動主軸方向地質(zhì)斷面，結(jié)合滑面(帶)的產(chǎn)狀和巖土性質(zhì)把滑體劃分為8個垂直條塊(圖3)進行計算。

圖3 計算簡圖

滑坡穩(wěn)定性系數(shù)采用式(1)計算［11］

滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.978，滑坡體不穩(wěn)定，處于蠕滑階段。

下滑力采用式(2)進行計算［11］

滑坡體前緣剩余下滑力為1 285.237 kN/m，需進行必要的支檔加固。

6 結(jié)論和建議

(1)滑坡平面呈“半橢圓形”，南北長約110m，東西寬約70m，滑體厚10～20m，平均厚15.0m，總體積約10萬m3，為中層、中小型工程活動型巖質(zhì)滑坡?；瑒用鏋檎劬€形，主要是沿強風(fēng)化與中風(fēng)化層界線及節(jié)理裂隙面。主滑方向354°，剪出口位于一級邊坡中部。

(2)滑坡屬工程活動型滑坡?；禄顒优cS203線公路改造切坡有關(guān)。

(3)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.978，滑坡體不穩(wěn)定，處于蠕滑階段。

(4)滑坡體前緣剩余下滑力為1 285.237 kN/m，需進行必要的支檔加固。

(5)建議對滑坡體的地裂縫及時進行回填，以防止雨水沿裂縫下滲，加劇坡體變形。

(6)建議對滑坡體進行變形監(jiān)測，為設(shè)計和運營提供支撐。

［1］中鐵一院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2007

［2］徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京:中國鐵道出版社，2001

［3］黃潤秋.20世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機制［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007，26(3):433-454

［4］殷坤龍，韓再生，李志中.國際滑坡研究的新進展［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2000，27(5):1-4

［5］李天斌，陳明東，王蘭生.滑坡實時跟蹤預(yù)報［M］.成都:成都科技大學(xué)出版社，1999

［6］段永侯.中國地質(zhì)災(zāi)害的基本特征與發(fā)展趨勢［J］.第四紀(jì)研究，1999，19(3):208-216

［7］段永侯.中國西部地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀趨勢和對策［J］.經(jīng)濟研究參考，2000，58(2):12-18

［8］文寶萍.滑坡預(yù)測預(yù)報研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.地學(xué)前緣，1996，3(1-2):86-92

［9］吳樹仁.突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害研究某些新進展［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2004，12(2):265-272

［10］尚永升，張海峰.滑坡災(zāi)害危險性評價方法研究綜述［J］.山西建筑，2006，32(24):87-8

［11］DZ/T 0218—2006 滑坡防治工程勘查規(guī)范［S］