環(huán)江河堤滑坡工程地質(zhì)問題探討

覃曉毅，黃 玲，覃慶忠

（廣西河池水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 河池 547000）

環(huán)江河堤滑坡工程地質(zhì)問題探討

覃曉毅，黃 玲，覃慶忠

（廣西河池水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 河池 547000）

通過對環(huán)江河堤右0+790～0+887滑坡的成因分析和穩(wěn)定性評價，探討了中小河流河道防洪整治工程中遇到的工程地質(zhì)問題及勘測工作要點。

河堤；滑坡；成因；評價；工程地質(zhì)；問題

環(huán)江縣城區(qū)河道防洪整治工程右0+790～0+887滑坡位于大環(huán)江流域環(huán)江縣城段右岸，距下游下湘水電站約8 km。工程在完成漿砌石護腳施工后，2 010年7月20日，由于連續(xù)降雨，下湘水電站蓄水至高水位，右0+790～0+887段（長97 m）親水平臺內(nèi)側(cè)護岸填土平臺出現(xiàn)多處寬0.5～5 cm的縱向裂縫，上下錯位0.5～20 cm，連續(xù)縫長約80 m，呈弧形，略向河床收攏。根據(jù)臨時觀測，從8月24日～9月2日，其水平最大位移達14.6 mm/d，垂直最大位移達9.3 mm/d。由于滑坡的蠕動變形，給工程施工及安全帶來了危害。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

環(huán)江城區(qū)總體地形地貌為低山剝蝕地貌，大環(huán)江自北向南流經(jīng)城區(qū)中部，老城區(qū)（左岸）為大環(huán)江一級階地沖積地貌。根據(jù)局域地質(zhì)資料，場地附近出露的地質(zhì)主要為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階上段（C1y2），巖性為灰黑色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖及炭質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)新的活動性斷層，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性良好。地震動峰值加速度小于0.05 g，地震基本烈度小于6度。

大環(huán)江屬龍江一級支流，流域面積2 891 km2，主河道長155 km，平均坡降3.4‰。1998年，大環(huán)江下游下湘水電站落成，其閘壩堰頂高程185.0 m，電站按30年一遇洪水設(shè)計（壩前設(shè)計洪水位195.5 m），200年一遇洪水校核（壩前校核水位198.18 m），正常水位193.0m，死水位188.0m，調(diào)節(jié)庫容260萬m3，系日調(diào)節(jié)電站。滑坡的形成及破壞與下湘水電站密切關(guān)聯(lián)。

2 滑坡地質(zhì)條件

2.1 地形地貌特征

滑坡段河道平直，水流平緩。由于河流下切，原始岸坡為20°～40°，岸坡較陡。洪水時，岸坡低凹處多沉積沖積物，形成岸坡沖積層。右0+790～0+887滑坡就發(fā)生在岸坡低凹處沖積層上。

2.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

滑坡發(fā)育于第四系河流沖積粉質(zhì)粘土層中，為土質(zhì)滑坡，滑坡體、滑床及滑動帶，根據(jù)巖土類型基本特征自上而下共分6層（見圖1）：

圖1 右0+790～0+887滑坡工程地質(zhì)剖面示意圖

2.2.1 滑坡體

根據(jù)物質(zhì)組成和土性特征，滑坡體土共分2層：

①新近堆積素填土（Qml）：土體稍濕，主要由粉質(zhì)粘土及碎石組成。受施工振動碾壓，土體結(jié)構(gòu)呈松散～稍密狀態(tài)；

②河流沖積成因粉質(zhì)粘土（Qal）：灰黑色，可塑狀，結(jié)構(gòu)稍密，局部砂粒達到粉土、粉砂，析水反應(yīng)明顯，稍有搖震反應(yīng)。

2.2.2 滑動帶

滑坡以土層與基巖界面為主要滑帶，后緣滑帶位于殘積成因粉質(zhì)粘土上，前緣與沖積成因砂卵石接觸?；鎯A向近NE61°SW，滑面坡度5°～30°。滑坡為接觸性滑坡，其滑帶土主要由力學(xué)性質(zhì)較弱的河流沖積成因粉質(zhì)粘土組成。土體處于殘余強度狀態(tài)。

2.2.3 滑床

滑床為第四系沖積成因砂卵石、殘積成因粉質(zhì)粘土及強～弱風(fēng)化炭質(zhì)頁巖共4層：

③第四系沖積成因砂卵石（Qal）：雜色，結(jié)構(gòu)松散～稍密，礫間充填粉砂及粉質(zhì)粘土；

④第四系殘積成因粉質(zhì)粘土（Qel）：棕黃色，結(jié)構(gòu)致密，土質(zhì)均勻，呈堅硬-硬塑狀；

⑤強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖（C1y2）：灰黑色，片狀構(gòu)造，巖石極軟，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級；

⑥弱風(fēng)化炭質(zhì)頁巖（C1y2）：灰黑色，片狀構(gòu)造，巖石極軟，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

2.3 水文地質(zhì)條件

滑坡體位于庫區(qū)邊上，前緣為水庫所淹沒，其土體為沖積成因粉質(zhì)粘土（Qal），為飽水且不透水軟弱土層。坡體內(nèi)水位與庫水位基本一致，并隨庫水位的漲落而一起漲落。庫水位對其影響極大。

3 滑坡成因分析

3.1 巖性組合及堆載

從其物質(zhì)組成來看，滑體土主要為沖積成因可塑粉質(zhì)粘土（第②層），其孔隙度大，土質(zhì)松軟，局部含砂粒較多，達到粉土、粉砂級，稍有搖震反應(yīng)；滑床巖土為殘積成因硬塑粉質(zhì)粘土（第④層）及強～弱風(fēng)化炭質(zhì)頁巖（第⑤、⑥層）。由于土巖層的軟硬結(jié)合，使沖積成因可塑粉質(zhì)粘土與下部殘積成因硬塑粉質(zhì)粘土及第強～中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖形成了天然的差異結(jié)構(gòu)面。同時，由于河堤道路施工，在沖積成因可塑粉質(zhì)粘土上填壓了約2.0 m厚的填土，給滑坡體增加了荷載。

3.2 人為因素

在建河段河堤部位原來竹林茂盛，根系發(fā)達，對表層土體具有加固的作用。河道整治時將竹林全部砍伐，使河岸土體失去了原有的保護層。

而另一方面，岸坡原來土體為沖積成因可塑粉質(zhì)粘土層，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部顆粒較粗，達到粉土、粉砂級，且土體多飽和。施工時對其上部填土進行機械碾壓振動，造成下部粉質(zhì)粘土層（夾粉土、粉砂）發(fā)生液化，改變了滑體土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低土體的抗剪強度。

3.3 自然因素

由于當(dāng)?shù)剡B續(xù)半年極少降雨，加上前期堤岸施工放水，滑坡體大部分暴露于庫水面以上，土體干燥、開裂。7月中旬，隨著當(dāng)?shù)貜娊涤辏孪嫠娬具M行防洪水位調(diào)節(jié)，庫水位從施工時的低水位迅速上升到正常水位，并進入水庫日調(diào)節(jié)程序。這一方面軟化了滑帶巖土，減小其抗剪強度和阻滑力，另一方面由于土體飽和，增加了滑體土的重量。而庫水位調(diào)節(jié)又產(chǎn)生動水壓力，加速了滑坡的形成。

從整體來看，滑坡體的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征為滑坡的形成提供了基本條件，人為的砍伐竹林、增加荷載及振動碾壓又造成土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，降低了土體的抗剪強度，是滑坡形成的主因。而大氣降水及庫水位調(diào)節(jié)則是滑坡形成的直接誘發(fā)因素。因此，該滑坡是多種因素綜合作用的結(jié)果。

4 滑坡穩(wěn)定性分析及評價[1、2]

4.1 計算工況及荷載組合

滑坡前緣部分受下湘水電站庫水浸泡，屬涉水滑坡，其荷載組合主要涉及水庫運行工況和暴雨工況的組合。本次穩(wěn)定性計算采用天然條件下水庫靜止水位工況（工況一）及水庫水位降落工況（工況二）兩種：

（1）工況一的荷載組合為：自重（天然）＋地表荷載＋正常水位（193.20 m，靜止）；

（2）工況二的荷載組合為：自重（飽和）＋地表荷載＋水位驟降1 m/d（庫前水位從193.00 m驟降到188.00 m）。

4.2 計算指標參數(shù)的選取

根據(jù)試驗成果及反分析計算，結(jié)合相似滑坡工程經(jīng)驗值，綜合確定滑坡計算各參數(shù)見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)表

4.3 庫水驟降時浸潤線計算

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》（2004年12月），河（庫）水位驟降時，地下水位浸潤線可按下式計算：

式中：h0，0——下降前的河（庫）水位（從隔水層頂面起算），m；

h0，t——下降后的河（庫）水位（從隔水層頂面起算），m；

hx，t——河（庫）水位下降后計算點的地下水位（從隔水層頂面起算），m；

F（λ）——河（庫）水位對地下水位的影響系數(shù)，可查表；

t——河（庫）水位下降所經(jīng)歷的時間，s；

a——導(dǎo)水系數(shù)，m2/s；

K——滲透系數(shù)，m/s；

M——含水層厚度，m；

μ——給水度；

x——水位下降后計算點到河（庫）岸距離，m。

4.4 計算模型的確定

滑坡為土質(zhì)滑坡，厚度小，其滑動面呈折線狀，結(jié)合三峽庫區(qū)滑坡治理的工程經(jīng)驗，本次滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)計算采用《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001（2009版））推薦的折線法（按力平衡原理推導(dǎo)的力傳遞系數(shù)）[1]，并對滑坡體內(nèi)地下水位以下記入浮托力和動水壓力。

4.5 滑坡穩(wěn)定性計算及評價

本次計算采用折線法，滑坡穩(wěn)定計算成果綜合統(tǒng)計及評價見表2：

綜合上述，滑坡在193.0 m水位天然條件下（工況一）處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨＋庫水驟降下（工況二）穩(wěn)定安全系數(shù)為0.98，處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)?；绿幱谌鋭訑D壓變形狀態(tài)。從計算結(jié)果也可以看出，滑坡的穩(wěn)定直接受降雨及庫水位上下調(diào)節(jié)的影響。

表2 滑坡穩(wěn)定計算成果表

5 工程地質(zhì)問題探討[3-5]

5.1 滲透穩(wěn)定問題

中小河流多為季節(jié)性河流，其河水流速、流量等受季節(jié)性影響很大，多以夏秋季水量充沛，水位較高，并出現(xiàn)洪水等。而冬春季節(jié)雨量較少，河水流量也達到最低。因此，河床岸坡多受水流的交替作用，并對岸坡土體形成滲流。水在土中的滲流不僅對于某一接觸面作用有壓力且土粒本身也受到孔隙水流拖曳力的作用。在滲透力作用下，土體中的某些顆粒被滲透水流攜帶走，使土石變松散，強度降低，工程上稱為滲透變形。

5.2 砂土液化問題

河流是地表水與地質(zhì)結(jié)構(gòu)長期作用的結(jié)果，洪水及河流下切時常在岸坡低凹處形成沉積，其物質(zhì)組成復(fù)雜，顆粒不均，分選性差，局部含砂土、粉土，機械碾壓振動時易人為造成砂土的液化。砂土液化可導(dǎo)致堤防強度失效而滑移、堤防的沉陷和不均勻沉陷，堤身開裂，使堤防受到破壞。

5.3 岸坡穩(wěn)定問題

主要為堤基、堤身的土抗滑穩(wěn)定、抗沖穩(wěn)定問題。由于中小河流多屬河槽型的，岸坡較傾陡。從右0+790～0+887滑坡來看，無論是滲透作用還是砂土液化等，最終都演變成岸坡穩(wěn)定問題。堤防土體為可塑軟粘土（或淤泥），為飽水且不透水軟弱土層，受水的浸濕軟化作用、滲透變形作用和水流沖刷作用，堤基抗坍滑能力低，在增載及碾壓振動作用下容易形成滑坡、塌岸等，造成岸坡失穩(wěn)。

5.4 工程地質(zhì)勘測工作要點

5.4.1 加強工程地質(zhì)分析強調(diào)工程地質(zhì)勘察的針對性

中小河流主要以山區(qū)河流為主，處于河流形成的早期階段，河流發(fā)育以下切為主，局部伴有側(cè)向侵蝕，并在低凹部位形成斑點狀沉積。經(jīng)過人類多年的自然改造及河流下切變遷，河岸沉積與原始岸坡在地表特征上基本上不存在截然的差異，這給堤防地質(zhì)勘察工作帶來了難度。河道整治勘察屬于線性勘察，其勘察條件比較差。如何在艱難的環(huán)境中做到有針對性地勘察論證，減少勘察費用支出，窺避工程風(fēng)險，這就需要我們在工作中加強工程地質(zhì)分析。即嚴格按照規(guī)程規(guī)范要求做好野外工作，結(jié)合前人的資料成果準確做出地質(zhì)判斷，分析地質(zhì)成果。

5.4.2 加強施工地質(zhì)跟蹤網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常

施工地質(zhì)是地質(zhì)工作的重要組成部分。它能對施工過程中的工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題進行合理的補充判斷和處理，消除地質(zhì)隱患，為進一步優(yōu)化設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)，能對施工中選擇合理、有效的措施提出適當(dāng)?shù)慕ㄗh，并對工程的后期安全運行進行指導(dǎo)。河道整治勘察屬于線性工程，勘探點不可能作用于堤線下方的每一個部位。因此，施工開挖時的地質(zhì)跟蹤工作就顯得特別的重要了。為及時做好地質(zhì)工作，保障建設(shè)堤防的工程質(zhì)量和安全，施工時應(yīng)做好地質(zhì)驗槽工作

[1]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]SL188-2005，堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程[S].

[3] 傅靜安，龔新法，袁民豪.富陽二中滑坡穩(wěn)定性評價及防治措施[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2007（1）：51-55.

[4] 劉普勝.分析堤防工程隱患做好堤防工程地質(zhì)勘察[J].西部探礦工程，2003（6）：178-179.

[5] 韋 港，冀建疆.堤防工程地質(zhì)勘察中的若干問題[J].水利水電技術(shù)，2001（3）：56-60.

（責(zé)任編輯：周 群）

Discussion on land slide and engineering geological problems of Huangjiang river dike

QIN Xiao-yi,HUANG Ling,QIN Qing-zhong
（Hechi Water and Power Investigation and Design Institute of Guangxi,Hechi 547000,China）

Landslide had occurred in the right 0+790～0+887 section of Huangjiang river dike.The authors ana?lyzed the causes and evaluated the stability,discussed the engineering geological problems of mid-and small river harnessing projects and key points of geological investigation.

River dike;landslide;causes;evaluate;engineering geology;problem

P642.22

B

1003-1510（2016）02-0043-04

2016-01-11

覃曉毅（1981-），男（壯族），廣西東蘭人，廣西河池水利電力勘測設(shè)計研究院工程師，學(xué)士，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察設(shè)計工作。