臥虎山水庫(kù)3#滑坡體成因分析及其治理措施

王和平, 王登科, 王 斐

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003; 2.加拿大艾爾伯特大學(xué),艾爾伯特 埃德蒙頓 T6HOC7)

臥虎山水庫(kù)3#滑坡體成因分析及其治理措施

王和平1, 王登科1, 王 斐2

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003; 2.加拿大艾爾伯特大學(xué),艾爾伯特 埃德蒙頓 T6HOC7)

在分析已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,對(duì)滑坡體產(chǎn)生的原因進(jìn)行論證,采用EMU中的Sarma法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明3#滑坡體沿某一方向具備滑動(dòng)的可能。采用抗滑樁與地表排水相結(jié)合的方法,使3#滑坡體得到了有效治理。

滑坡;滑動(dòng)面;夾泥;主滑帶;邊坡穩(wěn)定

濟(jì)南市臥虎山水庫(kù)庫(kù)周存在滑坡(變形)體21處,規(guī)模大小不一,性質(zhì)各異。其中1#、2#、3#、20#滑坡體對(duì)水庫(kù)安全影響較大。前期,山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)上述4個(gè)滑坡體進(jìn)行過(guò)專門研究,并進(jìn)行過(guò)局部處理。右岸20#滑坡體經(jīng)過(guò)鋪蓋處理,對(duì)水庫(kù)安全影響不大。左岸1#、2#滑坡體經(jīng)過(guò)前期處理,已經(jīng)基本滿足穩(wěn)定要求。近年來(lái),只在水庫(kù)左岸3#滑坡體前緣出現(xiàn)了局部裂縫、沿滑動(dòng)面有泥質(zhì)溢出等現(xiàn)象。為了保證水庫(kù)左岸溢洪道和水庫(kù)下游人民的安全,需要對(duì)3#滑坡體進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

1 基本地質(zhì)條件

1.1 滑坡體地形地貌

3#滑坡體位于左岸溢洪道進(jìn)口段岸坡上,坡面傾向北或北東,是一個(gè)滑面在縱剖面上表現(xiàn)為弧形的多級(jí)滑坡。由于沿弧型斷面錯(cuò)落造成的轉(zhuǎn)動(dòng),使滑體巖層與正常巖層形成反傾關(guān)系。3-1滑坡后緣已經(jīng)被后期崩—坡積物充填,高程185～200 m;3-2滑坡地形呈緩坡?tīng)?地層向內(nèi)傾斜;3-3滑坡頂面高程135.0 m,現(xiàn)為省級(jí)公路。滑坡前緣位于庫(kù)水位以下,高程約125 m?；聝蓚?cè)均為沖溝[1]。

根據(jù)本次勘探結(jié)果,滑坡體在平面上呈扇形分布,滑體厚度13～45 m,最大體積為200×104m3。

1.2 滑坡體物質(zhì)組成

滑坡體的地層分布(圖1):

(1) 3-1滑坡后緣被第四系全新統(tǒng)崩—坡積物充填,巖性為大塊石夾土,滑體主要由灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r組成,傾向山內(nèi)。滑動(dòng)面為軟硬巖層的軟弱面。

(2) 3-2滑坡主要由寒武系中統(tǒng)灰?guī)r、泥灰?guī)r、薄層頁(yè)巖夾細(xì)砂巖、云母質(zhì)頁(yè)巖等組成,呈30°～45°傾向山內(nèi)。灰?guī)r、泥灰?guī)r呈中厚層狀;薄層頁(yè)巖、云母質(zhì)頁(yè)巖頁(yè)理明顯。

圖1 臥虎山水庫(kù)3#滑坡體地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of No.3 landslide of Wohushan reservoir

(3) 3-3滑坡體主要由泥質(zhì)頁(yè)巖夾砂質(zhì)云母頁(yè)巖、疙瘩狀灰?guī)r、頁(yè)巖等組成,底部有10 cm純泥型軟弱夾層。

3#滑坡是由于早期巖石重力失穩(wěn)而形成的,為推移式厚層巖石滑坡?；麦w結(jié)構(gòu)松散,含水量高,易變形。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)勘探、豎井開(kāi)挖可知,滑坡體內(nèi)目前情況下處于干燥狀態(tài),有利于滑坡體的穩(wěn)定。

2 工程地質(zhì)特性

本次除險(xiǎn)加固工程對(duì)于滑體土的化學(xué)成分、礦物成分沒(méi)有進(jìn)行重新檢驗(yàn)分析,只進(jìn)行了顆粒分析,見(jiàn)表1,而化學(xué)成分、礦物成分、力學(xué)指標(biāo)主要依據(jù)前期試驗(yàn)資料。從已有的資料可知:①夾泥中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量較高,而CaO和MgO的含量較低;②夾泥的礦物成分以蒙脫石、伊利石為主,含有少量綠泥石、方解石和白云巖。

根據(jù)已由試驗(yàn)資料,結(jié)合3#滑體土性質(zhì),提出滑體(巖)土力學(xué)指標(biāo)建議值如表2。

3 滑坡原因分析及穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 滑坡成因

臥虎山滑坡體為破碎的灰?guī)r、泥灰?guī)r、薄層頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等組成,局部裂隙發(fā)育,遇水軟化,為滑坡形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。軟弱結(jié)構(gòu)面和主滑面為順坡向,軟弱結(jié)構(gòu)面一旦遇水,抗滑力減小,為邊坡滑動(dòng)提供了結(jié)構(gòu)面?；瑤恋耐杆韵鄬?duì)較差,地下水沿巖層頂面或底面一帶徑流,軟化滑帶物質(zhì)形成軟弱帶,為滑坡形成提供了滑動(dòng)介質(zhì)?；轮胁苛严断鄬?duì)發(fā)育,為地下水的入滲提供了通道,使滑帶中含水量增加,巖體軟化,滑體抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低,從而誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。人類活動(dòng),如大爆破使得滑坡體進(jìn)一步破碎、松動(dòng),加之前緣開(kāi)挖,前緣形成臨空面,邊坡的應(yīng)力平衡被打破,從而引起新的滑動(dòng)。

表1 3#滑坡體夾層物質(zhì)顆分試驗(yàn)成果匯總表

表2 3#滑坡體夾層、巖體力學(xué)指標(biāo)建議值

3.2 滑坡穩(wěn)定計(jì)算

為了簡(jiǎn)化計(jì)算,3#滑坡體穩(wěn)定計(jì)算采用圖2的剖面進(jìn)行計(jì)算,簡(jiǎn)單地認(rèn)為3-1、3-2、3-3滑坡體的底界面為連續(xù)主滑動(dòng)面。按滑體沿軟弱面和主滑帶滑動(dòng)兩種工況考慮。主要采用巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析的程序EMU(Energy Method Upper Bound Limit Analysis)中的Sarma法計(jì)算,即計(jì)算假定條塊的底面和側(cè)面均達(dá)到極限平衡,可通過(guò)靜力平衡條件獲得極限狀態(tài)的臨界加速度ηb,計(jì)算K值。

圖2 臥虎山水庫(kù)3#滑坡體穩(wěn)定計(jì)算剖面圖Fig.2 Profile of stability calculation of No.3 landslide of Wohushan reservoir

安全系數(shù)k的確定:根據(jù)《水利水電邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL386—2007)的規(guī)定[2],采用極限平衡法計(jì)算的邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)滿足規(guī)范中表3.4.2抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn),而表3.4.2邊坡級(jí)別的確定則是依據(jù)規(guī)范中表3.2.2邊坡的級(jí)別與建筑物級(jí)別的對(duì)照關(guān)系確定。確定建筑物邊坡級(jí)別為3級(jí),相應(yīng)邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.15。

3.2.1 加固前邊坡穩(wěn)定計(jì)算

按沿軟弱面滑動(dòng)和主滑動(dòng)面滑動(dòng)兩種工況進(jìn)行計(jì)算[3],如表3。

由表3可知:3#滑坡體沿主滑帶滑動(dòng)方向不滿足邊坡穩(wěn)定要求。

表3 滑坡體按不同滑動(dòng)面滑動(dòng)安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

3.2.2 設(shè)計(jì)抗滑力后邊坡穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,沿3#滑坡體主滑帶滑動(dòng)方向需要增加邊坡抗滑力。運(yùn)用EMU程序,對(duì)不穩(wěn)定邊坡施加設(shè)計(jì)抗滑力,使抗滑穩(wěn)定系數(shù)K滿足穩(wěn)定要求。計(jì)算成果如表4。

表4 滑坡體增加設(shè)計(jì)抗滑力后安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

4 滑坡治理措施及效果

4.1 滑坡治理措施

臥虎山滑坡體治理采用抗滑樁和布置表層排水治理,其優(yōu)點(diǎn)為:①抗滑樁可以埋入地下,對(duì)周圍建筑物和環(huán)境影響較小。②抗滑樁樁長(zhǎng)、樁徑以及樁頂、樁底高程可以在開(kāi)挖豎井的過(guò)程中,依據(jù)地質(zhì)情況的變化進(jìn)行調(diào)整。③抗滑樁布置比較靈活,可以分散使用,也可以集中成排布置。施工方法簡(jiǎn)單,施工過(guò)程中可直觀檢查,施工質(zhì)量可以得到保證。

表層排水設(shè)計(jì)是在滑坡體邊界以外大約6 m處,設(shè)計(jì)一條環(huán)形截水溝。在滑坡范圍內(nèi)設(shè)計(jì)樹(shù)枝狀排水溝,排水溝位置盡量避免橫切滑坡體。主溝和滑坡移動(dòng)方向一致,支溝與滑坡移動(dòng)方向呈30°～45°,支溝間距20～30 m。

4.2 滑坡治理效果

根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果,進(jìn)水渠段滑坡體以3剖面方向?yàn)榛瑒?dòng)方向,每延米設(shè)計(jì)抗滑力為1 000 kN?？够瑯对O(shè)計(jì)尺寸為矩形,尺寸3 m×4 m,樁短邊與滑動(dòng)方向垂直,共布置12根樁。經(jīng)過(guò)增加設(shè)計(jì)抗滑力后的穩(wěn)定計(jì)算,滑坡體的抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足要求,滑坡體穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

(1) 臥虎山水庫(kù)庫(kù)周滑坡體21處,對(duì)水庫(kù)影響較大的有1#、2#、3#、20#滑坡體,經(jīng)過(guò)前期治理,1#、2#、20#滑坡體對(duì)水庫(kù)的影響已經(jīng)降到最小,而對(duì)水庫(kù)安全具有影響的只有3#滑坡體。

(2) 3#滑坡體主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、塊體結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件等因素共同影響。3#滑坡體本身為古老滑坡體,經(jīng)過(guò)多次的滑動(dòng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于近期人類活動(dòng)使得重新復(fù)活,對(duì)水庫(kù)安全造成威脅。

(3) 經(jīng)計(jì)算3#滑坡體沿主滑帶滑動(dòng)方向安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。增加設(shè)計(jì)抗滑力后,安全系數(shù)滿足規(guī)范要求,加固后的邊坡穩(wěn)定性得到提高。

(4) 臥虎山滑坡體治理采用抗滑樁和布置表層排水治理。抗滑樁優(yōu)點(diǎn)為:對(duì)周圍建筑物和環(huán)境影響較小;抗滑樁的樁長(zhǎng)、樁徑以及樁頂、樁底高程可以在開(kāi)挖豎井的過(guò)程中依據(jù)地質(zhì)情況的變化進(jìn)行調(diào)整;抗滑樁布置比較靈活,施工過(guò)程中可直觀檢查,施工質(zhì)量可以得到保證。

[1] 王和平,侯清波,高旭輝,等.濟(jì)南市臥虎山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].鄭州:黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,2008.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部.水利水電邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范:SL386—2007[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2007.

[3] 李志乾,志曉紅,王和平,等.山東省濟(jì)南市臥虎山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].鄭州:黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,2008.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Genetic Analysis and Control Measures of 3#Landslide of Wohushan Reservoir

WANG Heping1, WANG Dengke1, WANG Fei2

(1.YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003; 2.CanadaAlbertUniversityAlbertT6HOC7)

This article characterizes existing geological information,and analyzes the mechanism of the landslide. The Sarma option of EMU software had been used to calculate the stability of the landslide. The calculation results indicates that the landslide has the potentiality sliding along the sliding plane. The integrated measures of resisting pile and surface water drainage system is employed to control the landslide for long time purpose.

landslide; sliding surface; mud; main sliding zone; slope stability

2016-05-06;改回日期:2016-05-18

王和平(1962-),男,高級(jí)工程師,工程地質(zhì)專業(yè),從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:wanghpyrec@126.com

P642.22

A

1671-1211(2016)03-0395-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.034

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.026.html 數(shù)字出版日期:2016-05-05 15:31