向家壩大橋滑坡穩(wěn)定性評價與防治研究

何鈺銘，王金波，楊儉波，廖偉杰，陳 雪

(湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，湖北宜昌 443000)

向家壩大橋滑坡［1］位于長江一級支流香溪河右岸，行政區(qū)劃隸屬湖北省秭歸縣歸州鎮(zhèn)鹽關(guān)村四組，225省道從滑坡右側(cè)通過，交通便利?；聟^(qū)內(nèi)居民大多為三峽庫區(qū)后靠移民，且連接225省道的向家壩大橋南側(cè)橋墩即位于滑坡體上。該滑坡近年來前緣坍滑、后部牽引區(qū)拉張裂縫及變形明顯，對居民及大橋構(gòu)成較大威脅。由于向家壩大橋滑坡危害性較大，采取搬遷與工程防治相結(jié)合，有針對性地對其采取了防治措施。

1 滑坡基本特征

1．1 形態(tài)特征

向家壩大橋滑坡東側(cè)后緣為覆蓋層僅1 m厚的基巖山脊，西側(cè)后緣覆蓋層較厚，為略凹的斜坡地形，在降雨及前緣受庫水位漲落影響下，近年來滑坡西側(cè)前緣出現(xiàn)明顯滑移，滑移距離約3 m，隨后牽引西側(cè)后部凹地內(nèi)土體變形，形成了目前滑坡形態(tài)的長舌狀牽引區(qū)，總體平面呈倒“凸”狀?；潞缶壐叱?76～280 m，寬約60 m;滑坡前緣西側(cè)為溪溝，溪溝在滑坡前緣中部匯入香溪河，前緣高程155～172 m;縱向上剖面形態(tài)呈階狀，滑坡主滑方向5°，縱長約330 m，橫向平均寬約 200 m，面積 6．6 × 104m2，體積 66 × 104m3［2］(圖1)。

1．2 變形特征

向家壩大橋滑坡變形主要出現(xiàn)在庫水位變化期間，總體分為兩次大范圍變形。

圖1 向家壩大橋滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig．1 Planar graph of engineering geology of Xiangjiaba landslide

首次變形主要在滑坡前部，平面上呈圓弧狀，主要表現(xiàn)為地表開裂下座、局部坍滑、房屋變形開裂等。地表開裂變形較明顯，裂縫較長，張開寬度較大，并伴有下座現(xiàn)象，裂縫延伸方向基本與所處陡坡(或陡坎)走向一致，局部坍滑主要出現(xiàn)在前緣高陡臨空面及西側(cè)邊界陡坎處?；聳|側(cè)后緣為覆蓋層厚僅1 m的基巖山脊，西側(cè)后緣覆蓋層平均厚約10 m，且為略凹的斜坡地形，凹地兩側(cè)均為基巖山脊，下伏基巖為石英砂巖夾泥質(zhì)砂巖，滲透性較差，為相對隔水層，凹地地形便于地下水富集匯流，西側(cè)前緣在175 m高程以下為一高約20 m，坡度30°～40°的溪溝岸坡。

滑坡的再次變形主要受降雨及庫水漲落的影響，近年來西側(cè)前緣滑移明顯，滑移距離約3 m，滑動后牽引西側(cè)后部凹地內(nèi)土體變形，形成了一平面上呈長舌狀的牽引區(qū)，因此，滑坡總體平面上呈倒“凸”狀?；w出現(xiàn)多條羽狀裂縫(照片1)，裂縫平均張開約30 cm，下座0．3 ～1．0 m，裂縫平均長約 30 m，西側(cè)邊界可見高約1 m的拉裂陡坎;滑坡東側(cè)滑體表部出現(xiàn)3條裂縫，裂縫總體走向近100°，裂縫平均張開約20 cm，北側(cè)下座0．1 ～0．5 m，裂縫平均長約30 m;局部坍滑主要出現(xiàn)在前緣高陡臨空面及西側(cè)邊界陡坎處(照片2)，坍滑平均寬約30 m，縱長20～60 m，坍滑體積約為360～2400 m3。

照片1 西側(cè)滑體多條拉張裂縫Photo 1 Tension frature of west side of sliding mass

照片2 前緣陡坡段坍滑變形Photo 2 Collapse and slide deformation of front steep slope

1．3 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

向家壩大橋滑坡系中型土質(zhì)滑坡，滑體主要由第四系殘坡積物組成以粉質(zhì)粘土夾碎石為主?；w總體西側(cè)較厚東側(cè)較薄，西側(cè)厚約16．5 m，東側(cè)厚約1～5 m，平均厚約10 m?；w兩側(cè)邊界處基巖出露(圖2)。

滑體結(jié)構(gòu)松散—稍密，碎塊石成分為泥質(zhì)砂巖和石英砂巖，土石比5∶5～6∶4;粉質(zhì)粘土，紅褐色，稍濕，可塑狀。

滑帶特征:滑帶為土巖界面，鉆孔揭露的滑帶土由黃褐色的碎石粘性土組成，碎石呈定向排列，存在向相同方向滑動跡象?；瑤劣鏊总浕?，力學(xué)性質(zhì)降低。

滑床特征:侏羅系下統(tǒng)桐竹園組(J1t)灰紅色薄—中層狀泥質(zhì)砂巖、灰白色中厚層狀石英砂巖。石英砂巖較堅硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng);泥質(zhì)砂巖相對較軟，抗風(fēng)化能力較差，力學(xué)強(qiáng)度低，透水性弱。

圖2 向家壩大橋滑坡1-1'縱剖面圖Fig．2 1-1'longitudinal section of Xiangjiaba landslide

2 滑坡變形影響因素與成因機(jī)制分析

2．1 變形影響因素

影響滑坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素主要包括滑坡的地貌形態(tài)和地層巖性及覆蓋層分布等;外部因素主要有庫水位動態(tài)、大氣降雨以及人類工程活動。

2．1．1 內(nèi)在因素

(1)地形地貌:滑坡區(qū)總體地勢南高北低，上部相對較陡，坡度35°;中部較緩，坡度10°，見有二級緩臺，表部變形多沿土坎蠕動;前緣為一陡坡，坡度約40°，坡高15～30 m，臨空條件好。

(2)地層巖性:滑坡區(qū)上覆巖性以粉質(zhì)粘土夾碎石為主，物質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散，透水性較好，利于水流的入滲與局部富集;下伏基巖透水性較弱，為相對隔水層，使上部土體軟化，力學(xué)強(qiáng)度降低，易產(chǎn)生變形破壞。

2．1．2 外部因素

(1)庫水位動態(tài):庫水位動態(tài)變化對滑坡穩(wěn)定性影響極大，主要有兩個方面的作用:其一是庫水抬升后，地表水滲入到坡體內(nèi)，浸泡軟化滑帶土，降低其物理力學(xué)指標(biāo)，同時使得坡體內(nèi)靜水壓力增大，不利于滑坡體的穩(wěn)定;其二是當(dāng)庫水位下降時，坡體內(nèi)空隙水壓力來不及消散，形成動水壓力，對穩(wěn)定極為不利。

(2)大氣降雨:降雨后，特別是連續(xù)暴雨后，由于降雨入滲，滑坡體內(nèi)地下水位迅速升高，致使滑坡體內(nèi)空隙水壓力隨之升高，同時滑坡體由于飽水而重度增加，增加了坡體荷載，不利于滑坡的穩(wěn)定。

(3)人類工程活動:人類工程活動對滑坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為坡面加載以及生活、農(nóng)業(yè)灌溉用水入滲等，這些均不利于滑坡的穩(wěn)定。

2．2 成因機(jī)制分析

向家壩大橋滑坡目前處于變形階段，滑坡體上變形跡象較明顯，軟弱面已經(jīng)形成了貫通，其中滑坡西側(cè)已滑動約3 m，從前緣溪溝溝底剪出，滑坡東側(cè)地面裂縫開裂及房屋變形現(xiàn)象較明顯，且存在進(jìn)一步擴(kuò)大的跡象。因此，滑坡體具有變形加速、再次形成滑坡的可能，遇降雨或庫水位漲落等不利因素影響極有可能進(jìn)一步產(chǎn)生變形破壞，甚至有可能導(dǎo)致滑坡整體復(fù)活后失穩(wěn)下滑。變形主要以裂縫加劇，并形成多條多級下座拉張裂縫，滑坡體沿前緣高陡臨空面底部剪出，發(fā)展趨勢為欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 滑坡穩(wěn)定性評價

3．1 計算模型、計算工況及計算參數(shù)

根據(jù)勘查資料，選取滑坡區(qū)實測縱剖面為原型作為穩(wěn)定性計算剖面(見圖3)，另外對向家壩大橋處鄰水岸坡陡坡部位的區(qū)域采用搜索最危險滑面進(jìn)行計算。根據(jù)滑體物質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)的差異性，結(jié)合地形和不利結(jié)構(gòu)面的變化特征進(jìn)行剖分。

圖3 向家壩大橋滑坡3-3'剖面穩(wěn)定性計算條分圖Fig．3 Calculation slice of 3-3'profile stability of Xiangjiaba landslide

根據(jù)變形特性、滑坡的變形主要影響因素(庫水和降雨)及三峽水庫蓄水后的運(yùn)行特點，設(shè)計工況主要考慮滑坡天然條件、三峽不同庫水位及水庫水位變化等情況。其中不同庫水位主要考慮三峽水庫運(yùn)行初期和正常蓄水期的最不利水位。詳細(xì)工況如表1。

勘查根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，在鉆孔及探槽中分層采取樣品，進(jìn)行巖土物理力學(xué)性質(zhì)試驗，滑坡穩(wěn)定性計算所涉及的巖土體類型為粉質(zhì)粘土夾碎石，計算取值主要根據(jù)現(xiàn)場大重度及室內(nèi)試驗結(jié)果，同時考慮到C、φ值與滑坡體物質(zhì)成分，潛在滑面形態(tài)與滑坡性質(zhì)的關(guān)系，在工程地質(zhì)力學(xué)分析的前提下，通過現(xiàn)場調(diào)查情況進(jìn)行反演分析獲取參數(shù)綜合確定，滑帶土計算參數(shù)建議值見表2。

表1 計算工況一覽表Table 1 Schedule of calculation cases

表2 計算參數(shù)建議值一覽表Table 2 Schedule of suggesfed values of calculation parameters

3．2 滑坡穩(wěn)定性評價結(jié)果分析

通過對滑坡體各剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析(表3)，由計算結(jié)果可知:1-1'剖面在不同工況下均小于設(shè)計安全系數(shù)，需對滑坡進(jìn)行治理;2-2'剖面在175 m、162 m靜止庫水位工況下，滑坡體穩(wěn)定系數(shù)均大于設(shè)計安全系數(shù)，但在庫水位下降時，穩(wěn)定系數(shù)則小于安全系數(shù)，需對滑坡進(jìn)行治理;3-3'剖面在不同工況下均小于設(shè)計安全系數(shù)，需對滑坡進(jìn)行治理。

當(dāng)庫水位從175 m降至145 m時，1-1'剖面穩(wěn)定系數(shù)為 0．998，滑坡處于臨界滑動狀態(tài)，2-2'剖面、3-3'剖面穩(wěn)定系數(shù)分別為 1．028、1．012，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，安全儲備較低，存在整體滑動可能。表明庫水位漲落對滑坡穩(wěn)定性影響較大。

當(dāng)庫水位從165 m降至145 m時，1-1'剖面、2-2'剖面、3-3'剖面穩(wěn)定系數(shù)分別為 1．018、1．036、1．048，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，安全儲備較低，存在整體滑動可能。表明庫水位漲落對滑坡穩(wěn)定性影響較大。

綜合評述，向家壩大橋滑坡目前處于變形階段，滑坡在天然狀態(tài)下未出現(xiàn)明顯變形加劇跡象，在三峽庫區(qū)水位漲落、暴雨或連續(xù)降雨時，滑坡西側(cè)地面裂縫出現(xiàn)加劇變形跡象，前緣溪溝處土體坍滑至溪溝內(nèi)堵塞溝道，滑坡東側(cè)產(chǎn)生少量變形裂縫，前緣局部坍滑有進(jìn)一步擴(kuò)展跡象，也反映出三峽庫區(qū)水位漲落對于滑坡體穩(wěn)定性有不利影響。

表3 向家壩大橋滑坡穩(wěn)定性計算一覽表Table 3 Schedule of stability calculation of Xiangjiaba landslide

4 向家壩大橋滑坡防治工程設(shè)計

圖4 3-3'剖面剩余下滑力曲線圖Fig．4 Residual sliding force of 3-3'profile

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及計算綜合分析后可知(滑坡推力曲線見圖4)，滑坡整體穩(wěn)定性較差，需進(jìn)行工程治理，由于滑坡首次變形時，跡象明顯，多處房屋地坪和坡體均變形拉裂下座，各級政府高度重視，已對滑坡區(qū)內(nèi)的居民采取了搬遷避讓措施，滑坡再次變形雖然強(qiáng)烈，拉裂形成多處高約1 m的下座階坎，但主要是對農(nóng)作物造成了少量破壞，未造成較大經(jīng)濟(jì)損失。向家壩大橋滑坡西側(cè)威脅對象主要為農(nóng)作物和前緣溪溝，溪溝內(nèi)水量較小，溪溝上、下游無房屋和居民區(qū)，且溪溝在滑坡前緣中部匯入香溪河，其可能產(chǎn)生的危害較小，本次防治措施主要為監(jiān)測;工程防治的重點為向家壩大橋南岸橋墩和225省道通過的滑坡東側(cè)(治理工程剖面布置見圖5)。

因此，對于滑坡的治理須對其整體穩(wěn)定情況、變形發(fā)展趨勢及所造成的危害等綜合考慮來確定方案，應(yīng)有針對性地進(jìn)行合理防治，確定治理工程措施，以較小的投資取得最好的防治工程效果。同時也須充分考慮施工技術(shù)條件、周邊施工環(huán)境及治理后與環(huán)境相互的協(xié)調(diào)性等各種制約因素。

圖5 治理工程3-3'剖面布置圖Fig．5 Layout drawing of 3-3'profile in regulation project

向家壩大橋滑坡采取的具體防治措施如下:

(1)工程治理措施。①對向家壩大橋兩側(cè)采用抗滑樁［3］進(jìn)行支擋，防止滑坡滑動對橋基構(gòu)成直接威脅。②在滑坡外圍布設(shè)排水工程，以充分?jǐn)r截雨季時的地表水，防止地表水大量滲入滑坡體內(nèi)。③在向家壩大橋兩側(cè)高程175～145 m處布設(shè)格構(gòu)錨桿護(hù)坡，防止庫岸再造對向家壩大橋橋基造成威脅，亦可對抗滑樁工程形成保護(hù)。

(2)監(jiān)測。對滑坡已形成的裂縫及坍滑點進(jìn)行宏觀巡視監(jiān)測，對治理工程進(jìn)行效果監(jiān)測，建立監(jiān)測網(wǎng)點。

5 結(jié)語

通過對向家壩大橋滑坡的基本特征、變形特征及發(fā)展趨勢、危害程度進(jìn)行綜合分析，結(jié)合現(xiàn)場實際情況有針對性地進(jìn)行治理工程布設(shè)，以達(dá)到滑坡治理的最優(yōu)防護(hù)效果。因而滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工程必須整體統(tǒng)籌考慮，使治理工程的防護(hù)目的更具針對性，并結(jié)合監(jiān)測工程進(jìn)一步完善防治工程效果，這對于該類地質(zhì)災(zāi)害治理思路有一定的參考意義。

［1］ 何鈺銘，馬振，廖偉杰，等．湖北省三峽庫區(qū)后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害防治秭歸縣向家壩大橋滑坡治理工程初步設(shè)計報告［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2010．

［2］ 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部．三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘查技術(shù)要求［M］．武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2014．

［3］ 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部．三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計技術(shù)要求［M］．武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2014．