重慶萬州區(qū)長灘鎮(zhèn)碾家梁滑坡可能的次生災(zāi)害快速預(yù)測與對策

周志東，林芳芳，吳海燕

(武警水電三總隊(duì)，溫江　611135)

?

重慶萬州區(qū)長灘鎮(zhèn)碾家梁滑坡可能的次生災(zāi)害快速預(yù)測與對策

周志東，林芳芳，吳海燕

(武警水電三總隊(duì)，溫江611135)

重慶萬州長灘鎮(zhèn)碾家梁滑坡是一個(gè)古老的緩傾角滑移—彎曲型滑坡。2015年5月，隨著重慶雨季的來臨以及人類的等不利因素的影響，古滑坡復(fù)活，根據(jù)監(jiān)測，每天以1～2個(gè)mm級的速度下滑，形成潛在險(xiǎn)情。本文分析了滑坡控制因子，如果下滑至磨刀石河，可能形成的次生災(zāi)害，尤其是堰塞湖的堆高、潰壩的可能性、下泄壩前流量等做出了初步估算和分析，為次生災(zāi)害的防治提供必要的依據(jù)。

碾家梁滑坡；次生災(zāi)害；快速預(yù)測

1　滑坡簡介

重慶市碾家梁滑坡位于重慶市萬州區(qū)長灘鎮(zhèn)境內(nèi)的318國道旁，其為一古老滑坡，滑坡體由于公路隧道施工、堆渣以及2015年4～5月連續(xù)降雨等因素的影響，古滑坡開始復(fù)活，出現(xiàn)變形跡象，每天以1～2個(gè)mm級的速度下滑。該滑坡體主要由三疊系須家河組砂巖和泥巖互層、第四系坡積物等組成?；麦w縱向長約700 m，橫向長約500 m，滑體厚度約30 m，總方量約700×104m3，滑面為基巖，巖層傾角約28°～30°，為一深層的基巖滑坡。滑坡體下方為磨刀石河，河床寬度約59.7 m，上下游已經(jīng)開發(fā)了多級水電站，上游攔蓄庫容約9 000×104m3，下游水庫有效攔蓄庫容約600×104m3，下游城鎮(zhèn)行洪標(biāo)準(zhǔn)一般為20 a一遇，個(gè)別鎮(zhèn)只有10 a一遇。

2　滑坡控制因子

控制滑坡的主要因子主要有三大類：一是邊坡的幾何要素，如坡度、坡長等；二是邊坡巖土體的力學(xué)性質(zhì)，如C,φ等；三是外因，即賦存環(huán)境，如降水、荷載、地震、人類活動、凍融等。碾家梁滑坡表現(xiàn)為一個(gè)緩傾巖層的滑移-彎曲型滑坡，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，主要有以下控制因子：

(1) 巖性：緩傾角(小于30°)滑移-彎曲型的滑坡，巖層為三疊系須家河組地層，巖性為砂巖與泥巖互層，C、φ相對較小。

(2) 巖層厚度：巖層厚度一般在10～60 cm之間，主要為薄層、中層狀構(gòu)造。這種巖層厚度有利于巖層的滑移-彎曲變形。

(3) 降雨：2015年4～5月，重慶進(jìn)入雨季，特別是5月，連續(xù)多次暴雨，導(dǎo)致河水上漲，地表水通過地表裂縫等進(jìn)入滑體內(nèi)

(4) 地下水：該區(qū)域地層主要為須家河組的砂巖和泥巖互層、第四系堆積物或者坡積物，其中砂巖透水地層，含有較多的地下水。堆積物和坡積物主要為粘性的粉砂質(zhì)土和砂質(zhì)土，具有中等到弱透水性，含有滯留水等。地下水一般由降水和河水補(bǔ)充。地下水增加了滑體的靜水壓力，弱化巖體，軟化結(jié)構(gòu)面，特別是滑面潤滑，抗滑力下降，增加了滑坡下滑的可能性。

(5) 加載：由于臨近高速公路出渣設(shè)置在滑坡體上，給滑坡體增加約20×104m3的砂巖與泥巖石渣，導(dǎo)致邊坡荷載增大，從而增大了邊坡的下滑力。

(6) 隧道施工爆破振動：位于碾家梁滑坡山體內(nèi)，穿越山體的高速公路平行滑坡通過，施工采用鉆爆法施工，可能對滑坡產(chǎn)生一定的振動影響。

綜上所述，由于巖層為砂巖、泥巖等軟硬相間的緩傾角巖層，在暴雨、人類活動等的影響下，產(chǎn)生了滑坡復(fù)活，滑坡已處于加速滑動初期。

3　滑坡可能造成的次生災(zāi)害預(yù)測

滑坡下側(cè)為磨刀石溪，產(chǎn)生次生災(zāi)害主要為堰塞湖，堰塞湖蓄水對上游形成淹沒區(qū)，一旦潰決對下游形成洪流，可能沖毀下游的設(shè)施和造成人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。

3.1堰塞湖堆高與總庫容預(yù)測

根據(jù)1932年A.Ham斜坡滑動或者滑塌路線的長度L或者上升對岸的高度H，可以通過磨擦角φ用圖解確定(圖1)。

圖1　滑動整體移動的距離與上升到　　　對岸斜坡的高度示意圖

1995年，黃潤秋、劉漢超、柴賀軍等根據(jù)所收集的資料得到了滑落高度H1與堰體堆高H2的關(guān)系：

H2=0.330 2H1-14.98

式中,x為輸出向量,ε為加性噪聲污染。假設(shè)加性噪聲ε符合均值為0,方差為的正態(tài)分布,即則觀察值y的先驗(yàn)分布為

(1)

相關(guān)系數(shù)r=0.888。

根據(jù)上述公式，可以計(jì)算得到堰塞體堆高約39.28 m?？傻蒙嫌?98高程的范圍內(nèi)，屬于淹沒區(qū)域，因此，如果不采取工程等措施，上游約295高程以下的居民屬于搬遷對象。涉及的范圍較廣，上游多個(gè)鎮(zhèn)的居民需要搬遷。另外，由已知的蓄水高程及淹沒面積，估算堰塞湖的蓄水量約1.0×108m3。

3.2堰塞湖潰壩缺口寬度b估算

根據(jù)黃河水利委員會的經(jīng)驗(yàn)公式：

(2)

其中,W為堰塞湖潰壩時(shí)的蓄水量，m3；B為主壩長度，m；K為堰塞湖潰壩流量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算系數(shù)，粘土類壩體取0.65，壤土類壩體取1.30；H為堰前水頭或最大壩高，m。

經(jīng)過計(jì)算，如果不采取措施，潰壩寬度等于堰塞體的寬度，即有可能造成瞬間全潰壩的情形，導(dǎo)致下游造成不可估量的損失。

3.3堰塞湖潰壩最大流量Qmax估算

一般情況，經(jīng)過簡化，堰塞湖潰壩最大流量Qmax可以采用肖克列奇公式進(jìn)行估算：

(3)

其中，H0為水庫壩前淤積面以上水深，m；g為重力加速度，取9.8；其他符號與式(2)同。

經(jīng)過分析估算，壩前最大流量約為13 954 m3/s，即使流量沿程衰減，也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下游某鎮(zhèn)的10 a一遇防洪的洪水標(biāo)準(zhǔn)。即使經(jīng)過沿程演進(jìn)衰減，也遠(yuǎn)大于下游的防洪能力，會造成下游多個(gè)城鎮(zhèn)的不可估量的損失。

4　處置措施分析

對于已經(jīng)存在的滑坡復(fù)活，應(yīng)該做好以下幾方面的工作和準(zhǔn)備：

(1) 必須建立監(jiān)測網(wǎng)，對滑坡的表層和深部位移進(jìn)行有效、較為全面的監(jiān)測，通過得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析研判滑坡滑動的規(guī)律和所處的階段。

(2) 必須對深部進(jìn)行必要的鉆探或者其他手段，獲取深部的地質(zhì)信息。得到可能的治理措施。治理主要首先排水，做好排水措施，然后，可以采取減載、抗滑樁或者錨索等措施進(jìn)行綜合治理。

(3) 根據(jù)地質(zhì)監(jiān)測和地勘結(jié)果，如果滑坡處于加速滑移階段，進(jìn)入難以控制的累進(jìn)性破壞階段，即超過了邊坡可以承受的“最大絕對變形量”，達(dá)到了人類難以控制的時(shí)候，滑坡將滑入磨刀石溪，產(chǎn)生滑坡堵江，形成堰塞湖。綜合前面所述，由于堰塞湖庫容近億，自然狀態(tài)下，可能形成瞬間全潰情形。因而必須采取人工措施，建議采用人工開挖泄流槽的方式，控制泄流對堰塞湖進(jìn)行應(yīng)急處理。根據(jù)上游汛期入庫流量Q入，和上游攔蓄庫容近1×108m3的實(shí)際，可能有4 d左右的泄流槽開挖時(shí)間。根據(jù)分析，開挖泄流槽的長度約450 m，如果每天1.5×104m3，4 d可以開挖6×104m3，泄流槽設(shè)計(jì)成深8 m，底寬5 m，左右邊坡1∶1.5進(jìn)出口采用鋼筋籠塊石護(hù)坡，延緩潰決時(shí)間，控制泄流速度。

泄流槽泄流計(jì)算：

(4)

式中,n為糙率系數(shù)；B為水面寬度，m；Q為泄流量，m3；R為水力半徑，m；J為槽底坡降。

采取人工，開挖泄流，降低庫容，鋼筋籠護(hù)坡，減緩潰決時(shí)間，控制泄流速度，可以控制最大流量在3 000～4 000 m3/s之間，滿足下游20 a一遇的洪水要求，對下游個(gè)別防洪標(biāo)準(zhǔn)只有10 a一遇的城鎮(zhèn)，建議采用沙袋、充氣防洪墻等措施對防洪堤進(jìn)行臨時(shí)加高，局部采用塊石、樁基等措施加固。

5　結(jié)論與探討

重慶萬州長灘鎮(zhèn)碾家梁滑坡是一個(gè)典型的緩傾角滑移-彎曲型古滑坡，由于巖層為砂巖、泥巖等軟硬相間的緩傾角巖層，在暴雨、人類活動等的影響下，產(chǎn)生了滑坡復(fù)活，滑坡已處于加速滑動初期。如果無法進(jìn)行治理，可能發(fā)生的次生災(zāi)害將是滑坡堵江，形成堰塞湖。根據(jù)初步計(jì)算，堰塞湖堆高約39.8 m，庫容約1.0×108m3，如不采取工程措施，自然潰決時(shí)，可能的情形是瞬間全潰，壩前流量將達(dá)到13 954 m3/s，遠(yuǎn)高于下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)。如果通過工程處理，控制泄流時(shí)間和流量，可以控制在20 a一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

本文是一個(gè)初步的估算和分析，有些結(jié)論值得進(jìn)一步探討和研究。特別是對堰塞湖堆高、潰壩可能性、壩前流量等值得采用物理模擬和數(shù)值模擬等方法繼續(xù)研究。

[1]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理(第3版)[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2007。

[2]黃潤秋，許強(qiáng).中國典型災(zāi)難性滑坡[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[3]周志東.西藏易貢山體滑坡特征及其成因機(jī)制初探[A].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)論文集[C].2001.

[4]鄭穎人，趙尚毅，時(shí)衛(wèi)民.有限元強(qiáng)度折減法在土坡和巖坡中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(19)：3381-3388.

[5]周志東，陶然，等.高原高寒地區(qū)邊坡變形破壞機(jī)制與綜合治理[M].西南交大出版社，2015.6.

POSSIBLE SECONDARY DISASTERS RAPID PREDICTION AND COUNTERMEASURES OF NIANJIALIANG LANDSLIDE IN CHANGTAN TOWN WANZHOU CHONGQING

ZHOU Zhi-dong,LIN Fang-fang，WU Hai-yan

(Armed Police Hydropower Third Corps, Wenjiang Chengdu611135,China)

Nianjialiang landslide in Changtan town Wanzhou Chongqing is a old slip-bending landslide with low-angle dip. Due to the rain season and influenceof human activities, it leads to landslide resurrection. Based on monitoring data, the landslide slips 1～2 millimeters everyday and it causes potential danger. Landslide controlling factors are analyzed in this paper. If it slips to the Modaoshi River, the secondary disasters will form. It will provide the basis for the prevention and control of secondary disasters through calculation and analysis of lake pile high, the possibility of dam break, flow in the front of dam etc.

Nianjialiang landslide; secondary disaster; rapid prediction

1006-4362(2016)03-0017-03

2016-03-01改回日期：2016-06-20

P642.22

A

周志東(1969-)，男，湖南新化人，高級工程師，博士，從事水利水電施工技術(shù)和應(yīng)急救援等工作。E-mail:463525748@qq.com