三峽庫區(qū)楊家坪Ⅱ號(hào)滑坡穩(wěn)定性分析及工程治理

肖詩榮 田東方 胡志宇

（三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

三峽工程庫區(qū)存在大量的水庫型滑坡［1－2］，對(duì)這些滑坡，在三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理的不同階段和時(shí)期中（一期、二期、三期、后續(xù)規(guī)劃期），進(jìn)行了諸如工程治理、搬遷避讓和監(jiān)測預(yù)警的處治措施［3－6］.三峽庫區(qū)興山縣楊家坪滑坡即于三峽庫區(qū)三期地災(zāi)治理階段進(jìn)行了工程治理，開始于2007年12月，竣工于2008年12月.

楊家坪滑坡位于三峽庫區(qū)湖北省宜昌市興山縣古夫鎮(zhèn)深渡河村，南距高陽鎮(zhèn)7km，北距古夫鎮(zhèn)約10 km.復(fù)建后的209國道橫穿滑坡區(qū)，交通較為便利.楊家坪滑坡由3個(gè)滑坡體組成，其中，楊家坪Ⅱ號(hào)滑坡平面上呈近東西向展布的不規(guī)則扇形，滑坡前緣高程195m，后緣高程260m，縱長約180m，后緣寬約130m，前緣寬約250m，滑體面積約3.6×104m2，體積60×104m3（若不加說明，本文中滑坡均指楊家坪Ⅱ號(hào)滑坡）.

滑坡在治理前雖處于整體基本穩(wěn)定狀態(tài)，但存在較大的安全隱患.尤其是庫區(qū)移民復(fù)建公路209國道兩側(cè)滑坡地段地形較為高陡，局部見有土溜等小規(guī)模滑塌現(xiàn)象，雨后多見水流滲出，加之公路動(dòng)荷載的影響，穩(wěn)定性較差，坡體存在產(chǎn)生大規(guī)模變形破壞的可能.滑坡一旦失穩(wěn)，將危及滑坡區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)安全及移民復(fù)建公路的暢通，對(duì)其進(jìn)行綜合治理勢在必行.本文在滑坡破壞模式及穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，提出了格構(gòu)＋連續(xù)梁錨索等措施綜合治理方案.滑坡平面分布和治理措施，如圖1所示.

圖1 滑坡平面地質(zhì)示意圖（治理工程平面布置圖）

1 滑坡地質(zhì)環(huán)境與基本特征

1.1 地層巖性及地下水

滑坡區(qū)地層主要由第四系松散堆層和志留系中統(tǒng)砂帽組、泥盆系及二迭系下統(tǒng)棲霞組、茅口組碳酸鹽巖組成.滑坡區(qū)地表水系主要為古夫河及其支流大灣溝.滑坡區(qū)地下水主要為孔隙水.

1.2 物質(zhì)組成

1）滑體:主要為源于崩坡積層的碎塊石土，厚度12～25m.碎塊石土中石質(zhì)含量為70%～80%，塊石以灰?guī)r為主，偶見石英砂巖，塊徑1～40cm居多，大者達(dá)3m，碎塊石大小混雜，其間充有少量粉質(zhì)粘土.滑體物質(zhì)在縱向上顯示出由上至下土質(zhì)含量漸增，碎石成份漸趨復(fù)雜的特征.滑體厚度總體呈現(xiàn)出中部厚兩側(cè)、前后緣及兩側(cè)漸薄的特點(diǎn).以中部209國道（約200m高程）為界，滑坡分為公路上滑體和公路下滑體.

2）滑帶:厚0.2～1.0m，由后緣至前緣厚度漸大，巖性為紫紅色、瓦灰色含角礫粉質(zhì)粘土，角礫含量20%～30%，成份主要為砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，偶見少量灰?guī)r及頁巖殘片.角礫礫徑0.2～0.5cm，大者達(dá)1～2cm.多呈次棱角―次園狀，其表部偶見擦痕和磨光面.滑帶土結(jié)構(gòu)較為密實(shí)細(xì)膩，呈潮濕可塑狀.滑帶剖面形態(tài)為上陡下緩弧形，沿主滑方向傾角15～30°，前緣變緩至10°.

3）滑床:志留系中統(tǒng)沙帽組（S2sh）瓦灰色、紫紅色砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，巖層產(chǎn)狀140～160°∠28～42°.

1.3 變形特征及分析

治理前，滑坡處于整體相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，未見有整體滑移及大規(guī)模變形跡象.變形特征表現(xiàn)為局部拉裂坍滑，主要分布于北側(cè)大灣溝溝坡及209國道沿線路塹陡坡.2001年～2007年每年汛期雨季，高程205m一帶的公路內(nèi)側(cè)邊坡均發(fā)生不同規(guī)模的坍滑變形，并伴隨有近東西向剪切裂縫，縫長1～5m，寬0.2～2cm.2002年1月公路外側(cè)即滑坡前緣修建高5～6 m漿砌石擋墻進(jìn)行防護(hù)，公路內(nèi)側(cè)坍方明顯，且內(nèi)側(cè)擋墻多處剪裂，危及公路安全.上述變形主要發(fā)生于雨季，表明降水入滲與人類工程活動(dòng)是主要誘發(fā)因素.

治理前滑坡雖處于整體基本穩(wěn)定狀態(tài)，但由于地形起伏較大，209國道通過區(qū)段高陡臨空，滑體厚度變化較大，物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，利于水流集中入滲，且下伏為阻水的S2sh砂巖泥巖，存在諸多安全隱患.在特大暴雨、地震等不利因素迭加影響下有可能產(chǎn)生整體失穩(wěn)和大規(guī)模變形破壞.

2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算方法及基本理論

定量計(jì)算滑坡安全系數(shù)以及滑坡剩余推力，可為滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供參考和依據(jù)，是滑坡治理方案選擇和設(shè)計(jì)的重要組成部分.本文中，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算方法是先應(yīng)用Geo－Seep對(duì)坡體滲流場進(jìn)行計(jì)算，再將滲流場結(jié)果導(dǎo)入Geo－Slope，對(duì)坡體穩(wěn)定性以及剩余推力進(jìn)行計(jì)算.

1919年“五四”新文化運(yùn)動(dòng)，以民主、科學(xué)為旗幟，向中國傳統(tǒng)文化中的封建、保守的思想觀念層面發(fā)動(dòng)了最后的沖擊。這場文化領(lǐng)域的斗爭一直持續(xù)到1940年1月毛澤東發(fā)表著名的《新民主主義論》。毛澤東在《新民主主義論》中第一次提出并詳細(xì)闡述了中國的新民主主義綱領(lǐng)，其中就包括建設(shè)新民主主義文化體系。他指出：“這種新民主主義文化是民族的?！保?］706——主張中華民族的尊嚴(yán)和獨(dú)立，反對(duì)帝國主義壓迫和奴役文化；主張帶有民族特性的文化：民族的形式，新民主主義的內(nèi)容；主張革命的民族文化，與世界上一切民族的社會(huì)主義和新民主主義文化相聯(lián)合，共同形成世界新文化，消化和吸收外國的進(jìn)步文化，吸收其精華，排除其糟粕。

2.1 非飽和滲流理論

由于庫水位的變化和降雨作用，邊坡巖土體處在飽和與非飽和變化的狀態(tài)中，水在非飽和土中仍然服從達(dá)西定律，與飽和土中滲透系數(shù)k為定值不同的是，非飽和土中k是基質(zhì)吸力（ua－uw）或體積含水量θw的函數(shù).滲透系數(shù)k可由土水特征曲線（基質(zhì)吸力與體積含水量的關(guān)系曲線）推求得到.

根據(jù)水流連續(xù)性條件及假定孔隙氣壓力不隨時(shí)間變化，不考慮不同流體流動(dòng)同土結(jié)構(gòu)平衡條件之間的相互作用條件下（即不考慮孔隙水與孔隙氣的流動(dòng)對(duì)土體結(jié)構(gòu)的變形的影響），可得飽和與非飽和區(qū)的地下水非穩(wěn)定滲流控制方程為

當(dāng)水頭H不隨時(shí)間變化時(shí)，可得到地下水穩(wěn)態(tài)流控制方程:

式中，H 為水頭，為孔隙水壓力水頭與位置水頭之和，即H＝h＋y，h為壓力水頭（飽和區(qū)為正，非飽和區(qū)為負(fù)），y為位置水頭.在飽和區(qū)滲透系數(shù)為飽和值，與h無關(guān)，在非飽和區(qū)，是壓力水頭h的函數(shù)；hx、hy分別為x與y方向滲透系數(shù)；Q為微元體邊界流量；mw為體積含水量變化系數(shù)，其值為土水特征曲線的斜率；γw為水的容重.

2.2 傳遞系數(shù)法

折線滑動(dòng)法（也稱傳遞系數(shù)法）是剛體極限平衡法的一種.其計(jì)算公式如下:

式中，F(xiàn)s為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψi為傳遞系數(shù)；Ri為第i計(jì)算條塊滑體抗滑力（kN／m）；Ti為第i計(jì)算條塊滑體下滑力（kN／m）；Ni為第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面法線上的反力（kN／m）；ci為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；φi為第i計(jì)算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）；li為第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面長度（m）；αi為第i計(jì)算條塊地下水流線平均傾角，一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值（°），反傾時(shí)取負(fù)值；Wi為第i計(jì)算條塊自重與建筑等地面荷載之和（kN／m）；θi為第i計(jì)算條塊底面傾角（°），反傾時(shí)取負(fù)值；Pwi為第i計(jì)算條塊單位寬度的滲透壓力，作用方向傾角為αi（kN／m）；i為地下水滲透坡降；γw為水的容重（kN／m3）；Viu為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以上體積（m3／m）；Vid為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以下體積（m3／m）；γ為巖土體的天然容重（kN／m3）；γ′為巖土體的浮容重（kN／m3）；γsat為巖土體的飽和容重（kN／m3）；Fi為第i計(jì)算條塊所受地面荷載（kN）；

3 滑坡體穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算條件

根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘察技術(shù)要求》和三峽水庫調(diào)度方案，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算工況有:工況1:天然工況；工況2:175水位＋10年一遇暴雨.

計(jì)算所需參數(shù)取值主要參考地勘成果分析（包括原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)等）結(jié)合工程類比而定［1］，其中力學(xué)參數(shù)見表1，滲透系數(shù)見表2.

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)一覽表

表2 飽和滲透系數(shù)一覽表

3.2 計(jì)算剖面

根據(jù)地質(zhì)資料，共有Ⅲ－Ⅲ剖面，Ⅳ－Ⅳ剖面，Ⅴ－Ⅴ剖面，可供穩(wěn)定性分析.本文對(duì)這3個(gè)剖面分別進(jìn)行了計(jì)算.從計(jì)算結(jié)果來看，Ⅲ－Ⅲ剖面的穩(wěn)定性最差，而且其滑動(dòng)模式復(fù)雜；限于篇幅，文中重點(diǎn)介紹Ⅲ－Ⅲ剖面的計(jì)算過程和成果.

圖2 Ⅲ－Ⅲ剖面及破壞模式圖

3.3 滲流計(jì)算

滲流計(jì)算將Ⅲ－Ⅲ剖面簡化為3種材料，滑體、滑帶及滑床，有限元網(wǎng)格如圖3所示.根據(jù)滑坡勘察試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)室土體、巖體的一般性土水特征曲線試驗(yàn)和飽和滲透試驗(yàn)，結(jié)合SEEP／W材料庫給出的滲透性函數(shù)和含水率函數(shù)選用了的曲線.滲流計(jì)算結(jié)果如圖4所示.

對(duì)滑體典型剖面滲流分析可以看出:暴雨使地下水水位抬升的效果很明顯，10年一遇暴雨工況下，地下水位有了很大幅度的抬升，前緣排泄口高程分別抬升20～35m.連續(xù)暴雨的過程同樣可以看出，最危險(xiǎn)時(shí)刻的出現(xiàn)比起最大暴雨日來說有一定的滯后，達(dá)到地下水位最高時(shí)，才是滑體最危險(xiǎn)時(shí)刻，即連續(xù)降雨的最后一日，雨水充分下滲后，在穩(wěn)定性計(jì)算的暴雨工況中，以暴雨第9d水位線為準(zhǔn)，計(jì)算滑坡最大暴雨條件下剩余推力.

3.4 破壞模式及穩(wěn)定性計(jì)算

Ⅲ－Ⅲ剖面可分為公路上滑體及公路下滑體.經(jīng)地質(zhì)分析和Geo－slope搜索，對(duì)可能的破壞模式分析如下:公路上滑體可能整體從滑體前部高程約200m處剪出（模式1）；也可能在表層局部發(fā)生圓弧滑動(dòng)（模式2）.公路下滑體可能從滑體前部河床附近高程約173m處剪斷滑體滑出（模式3）；也可能表層局部發(fā)生圓弧滑動(dòng)（模式4）.具體見圖2.按照規(guī)范，滑坡安全系數(shù)取1.1，條分圖和剩余推力結(jié)果如圖5～10所示，剩余下滑力單位為kN.Ⅲ－Ⅲ剖面各破壞模式穩(wěn)定性計(jì)算分析結(jié)果匯總于表3.

圖5 Ⅲ－Ⅲ剖面公路上滑體條分示意圖

表3 Ⅲ－Ⅲ剖面破壞模式穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算分析表明，就主剖面Ⅲ－Ⅲ來說，公路上滑體天然工況下模式1 K＝1.159＞1.10，處于穩(wěn)定和安全狀態(tài)；模式2 K＝1.297＞1.10，處于穩(wěn)定和安全狀態(tài).在10年一遇暴雨工況下，模式1 K＝1.024＜1.1，處于極限平衡和不安全狀態(tài)；模式2 K＝1.114＞1.1，處于穩(wěn)定狀態(tài).即公路上滑體在在10年一遇暴雨工況下，整體處于極限平衡和不安全狀態(tài).

公路下滑體天然工況下模式3 K＝1.184＞1.10，處于穩(wěn)定和安全狀態(tài)；模式4 K＝1.254＞1.10，處于穩(wěn)定和安全狀態(tài).在10年一遇暴雨工況下，模式3 K＝0.944＜1.1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；模式4 K＝1.065＞1.1，處于基本穩(wěn)定但不安全狀態(tài).即公路下滑體在10年一遇暴雨工況下，整體處于不穩(wěn)定狀態(tài).

綜合分析表明，治理前滑坡天然工況下處于整體基本穩(wěn)定狀態(tài)，變形以局部剪切拉裂坍滑為主，但滑體結(jié)構(gòu)松散易于降水入滲，在10年一遇暴雨作用和影響下，滑坡整體處于極限平衡狀態(tài)，欠安全，存在產(chǎn)生大規(guī)模變形與整體滑移的可能.所以，滑坡治理工程應(yīng)主要針對(duì)楊家坪Ⅱ號(hào)滑坡的整體失穩(wěn)模式進(jìn)行治理.

4 滑坡工程治理方案及設(shè)計(jì)

滑坡采用格構(gòu)＋連續(xù)梁錨索等措施治理.工程布置如圖11所示.分A、B、C區(qū)治理:A區(qū)為連續(xù)梁錨索，錨索設(shè)計(jì)錨固力100t，排距3m，間距3m，共3排，連續(xù)梁截面尺寸500mm×500mm.B區(qū)為鋼筋混凝土格構(gòu)護(hù)坡，截面尺寸300mm×300mm，間距3m，排距3m.格構(gòu)中間種植植被，起護(hù)坡、綠化作用.C區(qū)采用格構(gòu)錨桿.格構(gòu)為鋼筋混凝土格構(gòu)，截面尺寸300mm×300mm，間距3m，排距3m.格構(gòu)中間種植植被，起護(hù)坡、綠化作用；錨桿間距排距3m，水平傾角21°，設(shè)計(jì)拉力100kN，長5～15m，共11排.

圖11 滑坡治理工程設(shè)計(jì)剖面示意圖

上述治理措施中，A區(qū)錨索用于抵抗公路上滑體剩余下滑力（模式1），C區(qū)錨桿用于抵抗公路下滑體剩余下滑力（模式3）.驗(yàn)算過程如下:

A區(qū)錨索:單寬剩余下滑力489.9kN，與水平線夾角15°，故水平推力為473.2kN；3m寬可產(chǎn)生水平下滑力1420kN.錨索設(shè)計(jì)拉力100t，共3排，入巖角33°，可產(chǎn)生的水平拉力2516kN.故滿足安全性要求.

C區(qū)錨桿:單寬剩余下滑力392.711kN，與水平線夾角37°，故水平推力為313.63kN；3m寬可產(chǎn)生水平下滑力940.90kN.錨桿設(shè)計(jì)拉力100kN，共11排，水平傾角21°，可產(chǎn)生的水平拉力1027kN.故滿足安全性要求.

5 結(jié) 語

1）楊家坪Ⅱ號(hào)滑坡屬土質(zhì)巖床類滑坡，滑體為崩坡積層的碎塊石土，厚度12～25m，滑床為志留系中統(tǒng)沙帽組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖.滑坡面積約3.6×104m2，體積60×104m3.

2）綜合分析表明，治理前滑坡天然工況下處于整體基本穩(wěn)定狀態(tài)，變形以局部剪切拉裂坍滑為主，但滑體結(jié)構(gòu)松散易于降水入滲，在10年一遇暴雨作用和影響下，滑坡整體處于極限平衡狀態(tài)，欠安全，存在產(chǎn)生大規(guī)模變形與整體滑移的可能.

3）楊家坪Ⅱ號(hào)滑坡工程治理方案采用格構(gòu)錨桿＋連續(xù)梁錨索等措施.滑坡從治理后至今，穩(wěn)定性良好，可見防護(hù)措施是合適的.

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