三峽庫區(qū)秭歸縣廟灣滑坡勘查與防治建議

劉 敏 張 軍 伍兆陽

(1.湖北楚鵬工程勘察設(shè)計院，湖北 武漢 430034;2.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034)

前言

廟灣滑坡位于湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)三星店村3組，自三峽庫區(qū)2003年蓄水以來，該滑坡變形有加劇變形趨勢，近年來發(fā)現(xiàn)滑坡前緣三星大道外側(cè)修配廠擋墻和墻體出現(xiàn)不同程度的裂縫和局部下沉現(xiàn)象，影響滑坡體上96戶共287人，房屋96棟面積約5833m2、334省道320m及航運安全和217畝耕地，根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘查技術(shù)要求》(三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部，2004年12月)該滑坡危害程度等級為Ⅲ級。

1.勘查區(qū)自然條件及地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然條件

廟灣滑坡位于秭歸縣城西北部約39.7km的沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)三星店村，對外交通以公路為主，有334省道從廟灣滑坡上橫穿而過。

勘查區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤、雨量充沛、四季分明，降雨具連續(xù)集中的特點，雨季多暴雨。地表水系鑼鼓洞河發(fā)源于秭歸縣香爐山，從斜坡底部自南向北流過。從區(qū)內(nèi)主要河流及沖溝的流量變化情況來看，境內(nèi)河流及沖溝水量與大氣降雨密切相關(guān)。影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的水文因素主要是河水或沖溝水流對岸坡的沖刷和洪水漲落形成的動水壓力。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

勘查區(qū)地處鄂西褶皺山地構(gòu)造剝蝕低山區(qū)，河谷地貌發(fā)育?；虑熬壟R近自北向南向展布的鑼鼓洞河，滑坡區(qū)兩側(cè)溝道匯聚地表水后外排鑼鼓洞河。

勘查區(qū)出露地層有侏羅系下統(tǒng)香溪組 (J1x)和第四系松散堆積層 (Q)。根據(jù)巖土體類型、結(jié)構(gòu)、巖性及工程地質(zhì)特征，區(qū)內(nèi)巖土體大致可劃分為第四系松散巖類和較堅硬～軟弱巖類。

根據(jù)地下水賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，滑坡區(qū)主要有松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水兩種地下水類型。

勘查區(qū)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為為巖體風(fēng)化與崩解、滑坡變形?；伦冃我鸬男∫?guī)模的房屋開裂、地表裂縫、局部坍滑(塌)是滑坡變形破壞的主要方式。

2.滑坡基本情況

廟灣滑坡屬大型淺層巖土混合型滑坡，滑坡平面形態(tài)呈簸箕狀分布，滑坡體發(fā)育高程295m，最低點為鑼鼓鼓洞河河谷，主滑方向96°，滑坡天然坡角在20～25°之間，局部大于30°，總體表現(xiàn)為后緣緩，中部及前緣陡的特點?；驴v長550m，寬160～350m，滑坡面積12.85×104m2，滑體厚3.50～12.10m，平均厚約9.2m，滑體方量約118.22×104m3。

按照有關(guān)規(guī)范與工作設(shè)計要求，在勘查了該處滑坡規(guī)模、周界特征、滑坡空間形態(tài)特征、滑體特征、滑體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征、滑體厚度空間變化情況、滑動帶特征、滑床特征等相關(guān)情況后，將滑坡處巖土樣品帶至湖北省鄂東北地質(zhì)大隊實驗室進(jìn)行測試物理力學(xué)性質(zhì)，得出大量可靠數(shù)據(jù)。

3.滑坡影響因素與變形破壞機(jī)制

3.1 滑坡穩(wěn)定性影響因素

根據(jù)滑坡的性狀特征與近期變形主要特點分析，影響滑坡穩(wěn)定性的因素可分為內(nèi)在因素與外部因素兩類。內(nèi)在因素與滑坡區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件及自身特點有關(guān)，主要包括滑坡區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌條件與滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)條件以及坡體植被覆蓋程度等;外在因素主要有大氣降水、庫水位動態(tài)及人類工程活動等，現(xiàn)分述如下:

1、地形地貌:在地形地貌上，廟灣滑坡宏觀上總體呈現(xiàn)上緩下陡的折線型邊坡類型，中上部略顯低洼，具有良好的水流匯集入滲地形條件，滑坡前緣為構(gòu)造侵蝕的深切鑼鼓洞河，為滑坡提供了滑移臨空面，為滑坡變形破壞奠定了良好的基礎(chǔ)條件。

2、地層與構(gòu)造條件:滑坡區(qū)位于構(gòu)造上位于揚子準(zhǔn)地臺中上揚子臺褶皺帶的秭歸盆狀向斜南端、百福坪～流來觀背斜的南翼，區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要受北面的百福坪～流來觀背斜控制，未見較大規(guī)模的斷裂，但裂隙較為發(fā)育，主要發(fā)育兩組裂隙:①170°∠77°，面平直閉合，延長小于 1.5m，0.7m/條;②236°∠78°，面平直，延長1m，0.5m/條，兩組裂隙相切。裂隙的發(fā)育破壞了巖體的完整性，降低了巖石抗風(fēng)化能力，遇水軟化，力學(xué)強(qiáng)度較低，另外，滑坡區(qū)巖層產(chǎn)狀為110～120°∠15～25°，為順向坡，且侏羅系下統(tǒng)香溪組為軟硬相間易滑地層，易產(chǎn)生變形破壞，這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的有利組合，不利于斜坡的穩(wěn)定。

3、物質(zhì)結(jié)構(gòu):坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)較為松散，且各區(qū)段物質(zhì)結(jié)構(gòu)不盡相同，其物理力學(xué)性狀與含水透水性有較大差異，利于水流的入滲與局部富集。總體表現(xiàn)為上部為含碎石粉質(zhì)粘土、碎石土及碎塊石土，其下是由粉砂巖構(gòu)成的滑床頂面，坡體物質(zhì)在水流入滲后易軟化，力學(xué)強(qiáng)度降低，產(chǎn)生變形破壞。特定的巖性組合為滑坡變形奠定了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)條件。

4、庫水位動態(tài):庫水位動態(tài)變化對滑坡的穩(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，地表水體滲入到坡體內(nèi)，浸泡軟化滑帶土，降低其力學(xué)強(qiáng)度，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)定性極為不利。

5、大氣降雨:大氣降雨對于滑坡的穩(wěn)定性也是一個十分不利的因素。降雨后，特別是連續(xù)的暴雨后，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，滑坡土體由于飽水而重度增加，增加了坡體荷載，同時降水入滲還使巖土體泡水后力學(xué)強(qiáng)度降低，不利于滑坡的穩(wěn)定。

6、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)不合理的農(nóng)業(yè)耕作及農(nóng)業(yè)灌溉用水入滲等，對滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了較大的破壞，降低了斜坡抗沖蝕能力和局部穩(wěn)定性，增加了大氣降雨的入滲速度和入滲量，對斜坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性均產(chǎn)生了一定的不利影響。

3.2 滑坡變形機(jī)理與破壞機(jī)制分析

根據(jù)滑坡變形特點、影響因素綜合分析，滑坡現(xiàn)階段變形系滑坡前緣建房加載，人工修筑階梯狀平臺種柑橘破壞坡體結(jié)構(gòu)，前緣鑼鼓洞河沖蝕下切，使坡體前緣臨空，在大氣降水入滲及庫水位波動的迭加作用下導(dǎo)致的局部變形，滑坡整體目前仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。但由于表層為殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎石、碎石土、及碎裂巖體結(jié)構(gòu)松散，透水性較好，而下伏巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層均為軟質(zhì)巖石，透水性差，在兩者接觸面附近易形成地下水富集順接觸面向坡下滲流，在地下水的淋濾作用下，表部松散堆積物中的細(xì)小顆粒也容易在巖土接觸面附近富集，從而易形成滑動面。加之滑坡前緣的邊坡臨空高陡，原巖的穩(wěn)定狀態(tài)受到破壞，在長期的風(fēng)化作用、大氣降水作用以及其他人類活動綜合影響下，滑坡體前緣高陡邊坡易產(chǎn)生掉塊、崩塌等變形破壞，斜坡的整體安全裕度不高。在不利因素的影響下，存在較大的安全隱患，坡體存在整體失穩(wěn)的可能。最大可能的變形破壞方式為斜坡高陡坡底部巖土體坍滑下座，牽引斜坡中后部坡體產(chǎn)生滑移，危及滑坡區(qū)居民生命財產(chǎn)安全。

4.滑坡穩(wěn)定性分析評價

4.1 滑坡變形宏觀分析

4.1.1 滑坡變形特征

通過滑坡地面變形調(diào)查發(fā)現(xiàn)整體上近期未發(fā)現(xiàn)有大的變形跡象，僅發(fā)現(xiàn)有局部的、小規(guī)模的房屋開裂、地表裂縫、局部坍滑 (塌)跡象 (共6處，如圖1)，其變形特征主要受持續(xù)降降及庫水位波動影響。

圖1 廟灣滑坡變形跡象圖

4.1.2 滑坡變形宏觀分析

據(jù)調(diào)訪，廟灣滑坡前緣蓄水后每年都出現(xiàn)坍滑的現(xiàn)象，方量一般小于10m3，洪水到來后被沖走。從裂縫發(fā)育部位和房屋變形情況分析，在長期降雨的條件下，廟灣滑坡前緣、中前緣有較大的變形，房屋裂縫變形值最大達(dá)到2～3cm，這些現(xiàn)象均表明廟灣滑坡前緣穩(wěn)定性差;廟灣滑坡前緣變形向中后緣擴(kuò)展的范圍不大，目前穩(wěn)定性較好。

三峽庫區(qū)2003年蓄水以來，該滑坡變形有加劇變形趨勢，近年來發(fā)現(xiàn)滑坡前緣三星大道外則修配廠擋墻和墻體出現(xiàn)不同程度的裂縫和局部下沉現(xiàn)象，表明滑坡對水庫回水條件反映明顯，其穩(wěn)定性明顯降低。

4.2 滑坡穩(wěn)定性極限平衡法應(yīng)用

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》，滑坡穩(wěn)定性分析計算采用剛體極限平衡法。原理是:破壞面 (滑面)形狀根據(jù)具體情況假定，而不是按塑性理論計算得到的;其次，破壞面所圍限的巖土體不需要滿足塑性條件，僅需在滑動面上滿足塑性條件即可 (亦即把坡體當(dāng)作剛體來處理)，而不是象塑性理論那樣要求坡體內(nèi)部每一點均需滿足塑性條件。對巖土體進(jìn)行穩(wěn)定性評價時，首先假設(shè)滑面，滑面可為各種形態(tài);然后根據(jù)滑面確定極限抗力，再求得穩(wěn)定系數(shù)。由于滑面是假設(shè)的，具有較大的不確定性，從各個滑面所求得的安全系數(shù)可能會有較大差異，其中最小的值最接近于問題的解答，相應(yīng)的破壞面就是該邊坡最危險的滑面。

5.庫岸再造及塌岸預(yù)測

5.1 影響塌岸的影響因素

影響塌岸的因素很多，分靜態(tài)條件和動態(tài)因素，靜態(tài)因素主要包括岸坡類型、坡面形態(tài)物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)，動態(tài)因素主要包括降水與地表水的入滲、加載、庫水位波動、流水侵蝕、新構(gòu)造運動及地震，其中動力因素為誘發(fā)因素。

5.1.1 靜態(tài)條件

1、廟灣滑坡為巖土混合型滑坡。

2、史家坡滑坡坡面形態(tài)以凸形坡為主，局部為凹形坡，后緣多呈階狀，局部為陡坎，平均坡角18°～23°。

3、物質(zhì)組成以滑坡堆積的粉質(zhì)粘土夾碎石、碎 (塊)石土、塊裂巖為主，一般呈稍密～密實狀態(tài)，透水性較弱，局部有相對隔水層，易形成潛在的滑動面。

4、廟灣滑坡最大滑體厚度達(dá)12.1m。

6、蓄水前每遇汛期，滑坡前緣有坍滑現(xiàn)象。

7、下伏基巖為侏羅系下統(tǒng)香溪組 (J1x)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，為一順向坡。

5.1.2 動態(tài)因素

降水與地表水的入滲:暴雨易觸發(fā)塌岸，大暴雨過程中，具有一定匯水面積的斜坡或崩滑堆積體能匯集大量地表水入滲碎塊石土中，使地下水位迅速抬升，空隙水壓力和浮托力驟然增高，并軟化蠕滑帶土或潛在滑移面的軟弱層，使其力學(xué)強(qiáng)度大大降低，因而導(dǎo)致滑坡。

秭歸縣地處鄂西暴雨中心地帶，最大年降雨量1522.4mm，最小年降雨量694.8mm，一小時最大降雨量達(dá)75.2mm，一旦最大降雨量達(dá)193.3mm，三日最大降雨量達(dá)500余mm。地表水的入滲使臨庫水位地段坡體軟化，斜坡內(nèi)飽水，對岸坡穩(wěn)定極為不利。

庫區(qū)蓄水:由于三峽水利樞紐具有防洪的功能，因此在豐水季節(jié)三峽為庫區(qū)水位要降低，余出庫容量，但庫水升降必然會導(dǎo)致岸坡的局部不穩(wěn)。水庫高水位時，岸坡浸泡于水面以下，軟弱層或潛在滑動帶受水浸潤軟化，同時地下位抬升，坡體內(nèi)靜水壓力增大;當(dāng)水位由175m驟降至145m時，坡體外水柱壓力迅速消失，坡體內(nèi)地下水來不及排出而產(chǎn)生超孔隙水壓力，對坡體穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。庫水位由145～175m、175～145m的波動是一個長期循環(huán)往復(fù)作用過程，在這個過程中，除江水沖刷、浸泡岸坡、浸潤軟化坡體內(nèi)軟弱層、不斷形成坡體內(nèi)外水壓力驟變外，還會導(dǎo)致坡體內(nèi)細(xì)粒物質(zhì)被攜帶走，為岸坡再造提供破壞空間。

風(fēng)浪:三峽庫區(qū)蓄水175m后，滑坡前緣水面寬度將達(dá)到150m，按秭歸常年最大風(fēng)速 (24m/s)計算，江面風(fēng)浪高將達(dá)2.2m;平均風(fēng)速 (2.7m/s)計算，河面風(fēng)浪高將達(dá)0.8m，這是庫岸再造的主要動力之一，極易引起滑坡前緣岸坡的局部坍塌。

地震影響:大型水庫蓄水后由于應(yīng)力的重新調(diào)整的因素，極易引起水庫誘發(fā)地震，資料表明，三峽庫區(qū)蓄水后秭歸縣境內(nèi)多次引起小型水庫型誘發(fā)地震。地震的振動對臨庫水岸坡的危害極大，也容易造成岸坡的局部坍塌。

5.2 塌岸預(yù)測

5.2.1 預(yù)測方法及參數(shù)的選定

塌岸預(yù)測方法采用類比圖解法以實測的巖土體洪水線以下的穩(wěn)定坡角和洪水線以上的自然坡角為基礎(chǔ)，對蓄水至175m水位后的庫岸進(jìn)行塌岸預(yù)測 (圖1)。

圖1 類比圖解法示意圖

本次塌岸預(yù)測，正常高水位取175m，消落水位取145m。根據(jù)岸坡實測穩(wěn)定坡角，并參照有關(guān)資料(《三期地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃秭歸縣庫岸勘查報告》，長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院)和周邊地區(qū)經(jīng)驗(《長江三峽庫區(qū)移民遷建新址重大地質(zhì)災(zāi)害及防治研究》，殷躍平等著)進(jìn)行類比，綜合確定本次塌岸預(yù)測所采用的穩(wěn)定坡角。

6.滑坡發(fā)展變化趨勢及危害性預(yù)測

廟灣滑坡為一巖土混合型滑坡，后緣高程295m，前緣高程137m，主滑方向96°，滑坡縱長550m，寬160～350m，面積12.85×104m2，滑體厚 3.50～12.10m，平均厚約9.20m，滑體方量約118.22×104m3。根據(jù)滑坡形態(tài)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，近期變形特點，綜合分析，廟灣滑坡系由鑼鼓洞河下切，坡體前緣臨空，在河水側(cè)蝕沖刷與大氣降水入滲的迭加作用產(chǎn)生的滑移所致。目前滑坡仍處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，由于滑坡東側(cè)臨近鑼鼓洞河，具良好的滑移臨空面，滑體的安全裕度不大，隨著三峽庫區(qū)水位的抬升，滑體的前緣將被庫水淹沒，存在較大的安全隱患，在庫水效應(yīng)，溝道水流沖刷與上部水流入滲的綜合作用下，坡體存在整體失穩(wěn)的可能，最大可能的變形破壞方式為前緣坍滑漸趨高陡，使上部坡體穩(wěn)定程度降低，進(jìn)而牽引上部坡體產(chǎn)生滑移，危及滑坡區(qū)居民生命財產(chǎn)安全。

7.滑坡防治方案建議

滑坡目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但滑坡前緣臨近三星大道外則修配廠陡坡段一帶近期變形較為明顯，在暴雨及庫水位波動影響下，局部存在產(chǎn)生較大規(guī)模變形破壞的可能，對滑坡整體穩(wěn)定存在較大的潛在危害。本著防治工程應(yīng)與環(huán)境保護(hù)、土地利用相結(jié)合，工程設(shè)計必須安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工簡便、遵循各類工程配合使用、綜合治理的原則，根據(jù)各類變形體的性狀特征及危害程度 (潛在危害)以維護(hù)坡體整體穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生重大地質(zhì)災(zāi)害，本滑坡治理工程主要布置在滑坡前緣變形區(qū)一帶，主要工程措施是對滑坡前緣變形區(qū)進(jìn)行抗滑樁支擋，技術(shù)上簡易可行，施工工藝成熟可靠，治理效果具長期性。

廟灣滑坡防治工程主要針對前緣變形區(qū)，實施的主要工程應(yīng)是:因該滑坡位于沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)中部，在城鎮(zhèn)的建設(shè)過程中，已修建了完善的排水措施，因此只需對滑坡前緣變形區(qū)進(jìn)行支擋。設(shè)抗滑樁支擋進(jìn)行工程治理，技術(shù)上簡易可行，施工工藝成熟可靠，治理效果具長期性，綜合而論，合理可行。

建議保持維護(hù)好滑坡區(qū)地形地貌現(xiàn)狀，杜絕在滑坡區(qū)實施大挖大填的人為活動，盡可能減少對滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境的破壞，避免因地形改變而造成斜坡失穩(wěn);建議對滑坡區(qū)后緣分布的二個水塘將其填埋，減少水流入滲對坡體穩(wěn)定的不良影響。

下步工作應(yīng)結(jié)合防治工程效果監(jiān)測，在勘查區(qū)設(shè)立完善適宜的變形監(jiān)測系統(tǒng)，組建相應(yīng)的變形監(jiān)測機(jī)構(gòu)，與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害群測群防工作相結(jié)合，全面開展變形監(jiān)測與防治工程效果監(jiān)測，以掌握變形動態(tài)，及時了解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生發(fā)展規(guī)律，檢驗防治工程效果，為不斷完善地質(zhì)災(zāi)害防治方案提供依據(jù)。

［1］劉衡秋.三峽庫區(qū)萬州駙馬滑坡基本特征及形成演化機(jī)制分析［A］.第八屆全國工程地質(zhì)大會論文集［C］.2008

［2］張常亮，李同錄.三峽庫區(qū)滑坡治理設(shè)計中主要問題的探討［A］.中國地質(zhì)學(xué)會工程地質(zhì)專業(yè)委員會2007年學(xué)術(shù)年會暨“生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)工程地質(zhì)”學(xué)術(shù)論壇論文集［C］.2007

［3］譚立勤，晏鄂川，劉廣潤.三峽庫區(qū)崩塌滑坡工程防治效果評價體系研究［A］.第三屆湖北科技論壇優(yōu)秀論文集［C］.2005