大華橋水電站滄江橋-營盤滑坡穩(wěn)定性分析及初步治理

張永輝，宮海靈，劉增杰

(中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司，北京 100024)

大華橋水電站滄江橋-營盤滑坡體位于庫區(qū)中段，距離壩址24 km，滑坡體積約2 600×104m3，為特大型滑坡，其上部有營盤鎮(zhèn)，常住人口近萬人。因此，滑坡穩(wěn)定性、失穩(wěn)模式以及對居民點的影響是水庫運行過程中需重點關(guān)注的問題，對該滑坡進(jìn)行合理評價及科學(xué)防治就顯得非常必要。

1 滑坡概況

1.1 自然地理及區(qū)域地質(zhì)

工程區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣溫高、降水量大，多年平均氣溫11.2 ℃，極端最高氣溫31.7 ℃，極端最低氣溫-10.2 ℃。蘭坪站多年平均降水量為973.8 mm，降水量年內(nèi)分配不均勻，6月～9月降水量較大，暴雨強度年最大為119.8 mm。區(qū)域穩(wěn)定性主要受外圍地震活動的影響，歷史地震對場址的最大影響烈度為Ⅵ度，50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.15g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

1.2 地形地質(zhì)

滄江橋-營盤滑坡體前緣高程約1 445 m，后緣高程2 100 m，沿江長度近1 000 m，體積約2 600×104m3，正常蓄水位1 477 m時，將淹沒滑坡前緣32 m。根據(jù)滑坡穩(wěn)定狀態(tài)總體劃分為3個區(qū)：前緣Ⅰ區(qū)地貌形態(tài)明顯，呈圈椅狀，分布高程1 445～1 590 m，自然地形坡度總體較緩，一般10°～25°，體積約700×104m3，滑坡體上部地形較破碎，分布有較多的小沖溝，根據(jù)其穩(wěn)定性及滑移特征，Ⅰ區(qū)又劃分為2個亞區(qū)，上游側(cè)為Ⅰ-1區(qū)，下游側(cè)為Ⅰ-2區(qū)。Ⅱ區(qū)分布高程1 590～1 850 m，自然地形坡度較緩，一般10°～23°，體積約1 000×104m3，其上為營盤鎮(zhèn)所在地。Ⅲ區(qū)位于營盤鎮(zhèn)后緣，分布高程1 850～2 100 m，體積約960×104m3，滑坡自然地形坡度整體上從東北至西南逐漸變緩，高程1 910 m以上坡度約17 °，以下坡度約30°?；碌匦翁卣饕妶D1。

圖1 滄江橋-營盤滑坡影像及分區(qū)

滑坡組成物質(zhì)主要為碎石質(zhì)粘、粉土夾塊石、巖屑，厚度中部一般30 m，后緣及兩側(cè)一般20 m左右，結(jié)構(gòu)松散，局部架空，穩(wěn)定性差，屬覆蓋層滑坡。下伏地層為傾倒變形的全、強風(fēng)化紫紅色板巖、粉砂巖，巖石多呈碎塊、碎片狀?；麦w內(nèi)泉點或濕地較發(fā)育，地下水豐富，埋深分布不均，一般15～40 m，且地表多分布水田，補給源充分。

滑坡Ⅰ區(qū)前緣鉆孔中可見滑帶分布，底滑面高程為1 450～1 470 m，底滑面埋深16～31 m，滑帶厚0.1～0.4 m。滑帶物質(zhì)一般為含礫粉質(zhì)粘土，紅褐及黃褐色，軟塑狀，礫石含量為10%～30%，粒徑0.3～1 cm，次棱角狀，含少量片狀巖屑，滑帶分布不連續(xù)。Ⅱ區(qū)部分鉆孔揭露底滑面高程為1 584～1 646 m，底滑面埋深7～20 m，滑帶厚0.5～1.0 m?；瑤е饕挥诟采w層中上部，分布不連續(xù)?；瑤炼酁檎惩痢⒎圪|(zhì)粘土，顆粒相對細(xì)，透水性差，具有一定的隔水作用?；瑤梁看?，多呈軟塑狀。

1.3 滑坡變形特征

地表調(diào)查表明，滑坡前緣坡體表面發(fā)育較多的張拉裂縫，主要集中在滑坡Ⅰ區(qū)后緣，既有新生成的張裂縫，也殘存有老裂縫，同時地面存在有多處新老錯落陡坎，局部有塌滑現(xiàn)象，裂縫延伸長，寬度大，該區(qū)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)；Ⅱ區(qū)裂縫相對較少，僅在局部淺表層滑坡附近有發(fā)育；Ⅲ區(qū)地表裂縫較少，未發(fā)現(xiàn)明顯變形特征。

Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，Ⅰ區(qū)測斜孔孔口位移速率0.04～0.78 mm/d，深層監(jiān)測孔多損壞，說明其位移變形較大。Ⅱ區(qū)測斜孔孔口位移最大速率為0.02～0.96 mm/d，以淺表層滑移為主，目前處于蠕滑狀態(tài)。GNSS測點資料表明，Dx(向上游為正)變形速率為-0.02～0.6 mm/d，Dy(向河床為負(fù))變形速率為-1.39～0.00 mm/d，Dh(沿高程降低為負(fù))變形速率為-1.03～0.01 mm/d?？傮w位移方向為向江側(cè)偏上游，且沿江公路以下(Ⅰ區(qū))表面位移速率要大于公路以上(Ⅱ區(qū))的位移速率。

1.4 滑坡成因機(jī)制分析

促使形成滑坡的3大基本要素是臨空面、軟弱滑帶和地下水，這3大要素的有機(jī)組合決定了滑坡的形成、發(fā)展過程和穩(wěn)定狀態(tài)。因此，滑坡的形成和穩(wěn)定狀態(tài)與其特有的區(qū)域環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地下水等有很大關(guān)系。

瀾滄江流域地處橫斷山脈，屬高山峽谷地貌，山脈總體走向北北西向，河流亦呈北北西或近南北向展布，與地質(zhì)構(gòu)造線近乎一致。在區(qū)域構(gòu)造作用的影響下，形成一系列的復(fù)式背斜，河流沿瀾滄江逆沖斷裂發(fā)育。滄江橋-營盤滑坡地層以侏羅系軟弱巖層為主，巖層陡立，巖性主要為千枚狀板巖夾少量的變質(zhì)砂巖，強度低，在瀾滄江河谷下切及側(cè)蝕過程中，斜坡前緣臨空，陡傾角的板巖向河谷方向產(chǎn)生傾倒變形，在地下水等內(nèi)外營力的作用下，產(chǎn)生多次折斷及局部滑移，在原地堆積獲得了新的臨時穩(wěn)定狀態(tài)；傾倒折斷的巖體呈散體結(jié)構(gòu)，架空現(xiàn)象嚴(yán)重，風(fēng)化加速，經(jīng)物理化學(xué)作用形成土石混合體，由于堆積物透水性好，大氣降水大量滲入，巖體濕水軟化，強度不斷降低，在地下水及地表水的影響下產(chǎn)生滑移。同時，由于已滑滑坡的后壁形成臨空面，又為未滑動滑體提供了滑移空間，進(jìn)而導(dǎo)致漸進(jìn)連鎖反應(yīng)，使得滑坡各分區(qū)有失穩(wěn)的趨勢。隨著滑移的發(fā)生，滑坡內(nèi)部應(yīng)力重新分布。

大村斷裂分支斷裂在滑坡Ⅰ區(qū)中下部通過，產(chǎn)狀近SN，W∠70°，寬5～10 m，斷裂帶及影響帶巖體破碎，為地下水的滲透和運動創(chuàng)造了良好的條件，局部構(gòu)造裂隙水的出露，對滑坡的形成和發(fā)展起到控制作用。雨季降雨以及滑坡上灌溉水下滲是誘發(fā)滑坡的主要因素之一。沿江公路從滑坡Ⅰ區(qū)的中后緣通過，改變了滑坡Ⅰ區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和排水條件，使滑坡Ⅰ區(qū)出現(xiàn)新的應(yīng)力調(diào)整。目前，Ⅱ區(qū)上大量的建筑及人類活動，導(dǎo)致荷載增加、地下水及地表水活動加強，也是影響滑坡Ⅰ區(qū)穩(wěn)定的主要因素。

總之，滄江橋-營盤滑坡是不同期次形成的古滑坡，前緣滄江橋滑坡為最新期次滑坡，各區(qū)滑動時間不一致，不存在統(tǒng)一的滑動面。從滑動力學(xué)角度分析，屬牽引式滑坡。

2 穩(wěn)定性分析

2.1 計算方法及參數(shù)

考慮滑坡上部城鎮(zhèn)居民的重要性，滄江橋-營盤滑坡屬B類水庫邊坡，邊坡級別為Ⅰ級。穩(wěn)定性計算分析主要考慮各典型斷面在不同工況下邊坡穩(wěn)定狀況，計算分析方法采用摩根斯頓-普萊斯法(M-P)和簡化畢肖普法(Bishop)。假定邊坡滑動方向與河床水流方向垂直，向河床內(nèi)滑動，選取了7個剖面進(jìn)行滑坡穩(wěn)定計算，計算模式分為沿覆蓋層土體內(nèi)部滑動、沿基覆界線深層整體剪出2種形式。采用的土體物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)變形監(jiān)測成果采用反演分析獲得，其中Ⅰ區(qū)土體內(nèi)摩擦角φ為19.8°，粘聚力c為18.6 MPa；Ⅱ區(qū)土體內(nèi)摩擦角φ為22.3°，粘聚力c為19.5 MPa。

2.2 穩(wěn)定性計算

采用天然狀況(庫水位1 445 m)、天然狀況+降雨、天然狀況+地震，正常蓄水位(庫水位1 477 m)、正常蓄水位+降雨、正常蓄水位+地震、庫水驟降等7種不同工況，根據(jù)選用的參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性計算。Ⅰ區(qū)典型斷面的穩(wěn)定性計算結(jié)果詳見表1。Ⅱ區(qū)蓄水前穩(wěn)定性計算結(jié)果如表2所示。假定在Ⅰ區(qū)已經(jīng)整體失穩(wěn)的極端條件下，Ⅱ區(qū)蓄水后，采用M-P沿基覆界線深層整體剪出，獨立穩(wěn)定性計算結(jié)果高于規(guī)范的要求值(見表3)，僅部分?jǐn)嗝姘踩６容^小。目前監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，Ⅱ區(qū)部分地段已出現(xiàn)蠕滑變形，滑動面基本位于滑坡體內(nèi)中部及淺表層位置，后期應(yīng)持續(xù)觀測，并考慮采取適當(dāng)工程措施防止Ⅱ區(qū)變形繼續(xù)擴(kuò)大，以致影響上部的居民生活。

表1 Ⅰ區(qū)典型斷面不同工況下的安全系數(shù)

表2 蓄水前Ⅱ區(qū)典型斷面不同工況下的安全系數(shù)

表3 蓄水后Ⅱ區(qū)典型斷面不同工況下的安全系數(shù)

2.3 穩(wěn)定性評價

滑坡各區(qū)地形上相對獨立，變形特征及程度差異性大，從居民點、水田種植等狀況分析，各區(qū)并未發(fā)生同步的整體滑動，長期以來其活動方式以解體式蠕變?yōu)橹饕愋?。因此，從宏觀上來看，滄江橋-營盤滑坡目前整體處于蠕動變形狀態(tài)，不具有統(tǒng)一的滑面。典型斷面在蓄水前、蓄水后各個工況條件下的穩(wěn)定分析計算表明，滄江橋-營盤滑坡體Ⅱ區(qū)整體穩(wěn)定性較好；Ⅰ區(qū)處于基本穩(wěn)定～臨界穩(wěn)定狀態(tài)。其中，Ⅰ-2區(qū)整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部存在穩(wěn)定性較差的淺表層滑移；Ⅰ-1區(qū)則處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

3 工程防治設(shè)計

滑坡防治原則為動態(tài)控制、整體規(guī)劃、分期治理，以控制滄江橋-營盤滑坡變形，安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，確保水庫蓄水后滑坡前緣不致垮塌，進(jìn)而牽引滑坡上部變形影響營盤鎮(zhèn)居民的生活為目標(biāo)。根據(jù)治理效果及變形監(jiān)測情況，再考慮是否開展二期治理。

3.1 防治方案

在滑坡前緣布置抗滑樁和壓腳填筑，并設(shè)置截排水措施?；路乐喂矂澐譃锳、B、C、D等4個區(qū)，其中A、B、C區(qū)采用1～2排滑樁，樁徑2 m，

間距4～6 m，樁深30～50 m不等，前緣設(shè)置壓腳；D區(qū)僅采用壓腳填筑。各區(qū)壓腳分高程1 462.5 m平臺及高程1 477.5 m平臺，寬度分別是16 m和15 m，坡比1∶2。沿抗滑樁平臺及開挖坡面布設(shè)系統(tǒng)截排水措施，底部布置排水深孔，上部開挖邊坡坡面上布置系統(tǒng)排水孔，坡腳設(shè)置排水溝。防治方案見圖2。

圖2 防治方案

3.2 三維有限元分析

為分析滑坡加固后變形特征，對滑坡進(jìn)行了三維有限元應(yīng)力應(yīng)變分析。三維模型表面根據(jù)等高線差值形成空間曲面，根據(jù)地質(zhì)資料進(jìn)行分區(qū)、確定各層界限。計算模型與計算網(wǎng)絡(luò)見圖3。同時，模型中考慮了抗滑樁加固，見圖4。計算模型采用理想彈塑性模型，屈服準(zhǔn)則為摩爾-庫倫強度準(zhǔn)則，計算模型四周法向約束，底部固定約束。根據(jù)三維模型，對滑坡初始應(yīng)力場進(jìn)行了分析，并考慮了庫水位升降、地下水位上升、地震、抗滑樁、壓腳處理等對邊坡應(yīng)力變形的影響，分析了各典型斷面整體位移分布、塑性區(qū)分布特征。

圖3 計算模型與計算網(wǎng)絡(luò)

圖4 抗滑樁示意

正常蓄水位時典型斷面模擬結(jié)果見圖5。水位由1 477 m驟降至1 472 m時典型斷面模擬結(jié)果見圖6。壓腳后典型斷面模擬結(jié)果見圖7。

圖5 正常蓄水位時典型斷面模擬結(jié)果

圖6 水位驟降時典型斷面模擬結(jié)果

圖7 壓腳后典型斷面模擬結(jié)果

根據(jù)模擬成果分析，采取工程處理措施后，水庫蓄水或驟降后整體位移影響范圍為Ⅰ-1、Ⅰ-2區(qū)及水位以下范圍，其他區(qū)域未見明顯位移集中區(qū)，以指向河床位移為主；地下水位升高后邊坡變形較大，數(shù)值分析成果超過40 cm，集中分布的4個區(qū)域能與現(xiàn)有裂縫及滑坡位置較好對應(yīng)；正常蓄水位及水位驟降時位移在抗滑樁附近均出現(xiàn)明顯變化，抗滑樁上、下方出現(xiàn)明顯的位移間斷，最大位移均位于抗滑樁下方，說明在水庫蓄水過程中抗滑樁能有效限制抗滑樁上部滑坡體變形，加固效果明顯；7度地震作用下位移變化集中區(qū)域主要分為5個區(qū)域，在抗滑樁附近無明顯位移突變，地震作用明顯，抗滑樁基本失效，邊坡穩(wěn)定性差；壓腳對邊坡變形與穩(wěn)定的影響計算成果表明，壓腳對水位升降條件下邊坡變形影響較大，對降雨和地震條件下影響很小。

3.3 穩(wěn)定性評價

經(jīng)抗滑樁和壓腳填筑措施處理后，各斷面計算表明，Ⅰ-1區(qū)整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.22，各工況均滿足規(guī)范要求，局部穩(wěn)定安全系數(shù)為1.19。Ⅰ-2區(qū)整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定安全系數(shù)各工況均滿足規(guī)范要求，整體穩(wěn)定性相比較Ⅰ-1區(qū)稍好。穩(wěn)定計算表明，不同區(qū)域采取抗滑樁+壓腳填筑和排水措施的防治方案，能有效提高邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)?；轮卫砬昂笕惨妶D8。

圖8 滑坡全貌

3.3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

滑坡防治施工于2018年1月底完成。為合理有效評價滄江橋-營盤滑坡工程防治效果，選取2018年1月～7月監(jiān)測點變形速率與2017年1月～7月數(shù)據(jù)進(jìn)行平行對比分析。測斜孔孔口變形速率對比見表4，測斜孔滑動面變形速率對比見表5，GNSS位移速率對比見表6。

3.3.2治理效果

從位移變形速率對比來看，防治工程完成后，滑坡體Ⅰ區(qū)監(jiān)測孔孔口位移速率與同期相比多處于減緩狀態(tài)，局部變形速率減少較多；Ⅱ區(qū)監(jiān)測孔孔口位移速率與同期相比處于基本持平狀態(tài)，并沒有因為水庫蓄水而增大。Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)深層滑移面變形速率變化不明顯，基本保持一致。Ⅰ區(qū)地表GNSS位移速率向江側(cè)位移及沿高程變化減緩明顯，Ⅱ區(qū)變化不大。從監(jiān)測點位移速率分析，滑坡體防治措施起到了抑制滑坡體前緣變形的作用，水庫蓄水后，滑坡前緣未發(fā)生塌滑，滑坡各區(qū)變形未發(fā)生明顯變化。

6個抗滑樁上24支鋼筋計監(jiān)測成果表明，目前抗滑樁鋼筋計處于較低應(yīng)力水平，實測應(yīng)力在-10.07～16.70 MPa之間，應(yīng)力變化過程平穩(wěn)，抗滑樁尚未完全受力，抗滑樁未見明顯變形。

4 幾點思考

(1)滑坡的形成是多因素綜合作用的結(jié)果，對滑坡的防治需查明滑坡形成條件、變形破壞機(jī)制、變形特征等，有針對性地采用綜合防治工程措施。針對滄江橋-營盤特大型滑坡，采取前緣抗滑樁+壓腳、系統(tǒng)截排水措施是合適的。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，滑坡體防治措施抑制了滑坡體淺表層變形，治理效果初見成效。

表4 測斜孔孔口變形監(jiān)測成果

表5 測斜孔滑動面變形監(jiān)測成果

表6 GNSS位移速率對比 mm/d

(2)根據(jù)防治工程完工后7個月的監(jiān)測資料，對比分析滑坡的治理效果時間尚短，需結(jié)合大量的監(jiān)測資料、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查等進(jìn)行更深入的專題研究。由于滑坡成因復(fù)雜，滑帶土強度參數(shù)的選取、滑坡推力的計算不確定因素較多，故滑坡的防治方案的確定多以經(jīng)驗為主，往往會導(dǎo)致防治工程過于保守或治理不當(dāng)，加上滑坡治理多為隱蔽工程，對滑坡治理后的效果評價特別是經(jīng)濟(jì)性評價較難，這也是今后需重點研究的內(nèi)容。

(3)該滑坡防治設(shè)計時曾采用大截面挖孔鋼筋混凝土抗滑樁，但由于滑坡內(nèi)地下水豐富，滑體結(jié)構(gòu)松散，人工開挖困難，且安全隱患大，最終采用了機(jī)械旋挖鉆孔樁，其具有布置靈活、施工簡單、快速、對滑坡擾動小等特點，但施工中塌孔嚴(yán)重。方案設(shè)計時，要充分考慮滑坡的物質(zhì)組成、地下水分布等因素，采取合理的設(shè)計方案及施工手段。

(4)系統(tǒng)截排水設(shè)計主要采用水平深鉆孔，但現(xiàn)場針對性差，造成部分排水孔無地下水排出；受表面灌溉水的影響，滑坡地表水的治理不到位，需統(tǒng)籌考慮地下水及地表水的補排，對地表水以攔截和旁引為原則，對地下水采用垂直水平鉆孔與深部水平排水廊道相結(jié)合的排水體系，盡量減少地下水的入滲。

(5)減重和反壓工程是滑坡防治的有效經(jīng)濟(jì)手段。對滄江橋-營盤滑坡來講，不具備減重的條件，反壓首先要判定主滑面及抗滑段位置，在抗滑段進(jìn)行有效的反壓。由于該滑坡不具有統(tǒng)一的滑面，分區(qū)特征明顯，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)分界處地形較陡，選擇Ⅰ區(qū)前緣反壓對限制滑坡變形作用明顯，但對Ⅱ區(qū)的效果尚需時間檢驗。