高陡巖質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性研究

王學(xué)謙 閆秀英 郭鑫

摘? ? 要 ：以夏瓊寺滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理為例，對(duì)類似地質(zhì)災(zāi)害特征和形成機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，以避免發(fā)生重大地質(zhì)災(zāi)害，確定災(zāi)害的防治方案。

關(guān)鍵詞：滑坡;危巖體;變形監(jiān)測(cè);治理方案

1? 引言

夏瓊寺，在查甫藏族鄉(xiāng)以南 9.5 km的夏瓊山，南坡近于直立的崖體為老滑坡的后壁，最大高度約120m，海拔2746m，后壁中上部東側(cè)有寺院文物建筑13間。

2016年8月29日15時(shí)，老滑坡體后壁中上部禪洞頂處砂卵礫石層發(fā)生崩塌，主滑方向近南，崩塌體長(zhǎng)約12m、寬約40m、平均厚約3m，規(guī)模約1440m3，崩塌體造成9間禪房被毀、21尊佛像及其它文物被埋。目前，滑坡后壁危巖體仍存在多條卸荷裂隙，其中較大的一條長(zhǎng)約20m的裂縫，存在長(zhǎng)約8m、寬約20m、平均厚度2m～5m，體積約320m3～800m3的危巖體，對(duì)下部禪洞（13間禪房、21尊佛像）及相鄰文物建筑群構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如圖1，圖2。

2? 夏瓊寺滑坡的基本特征

2.1? 滑坡周界及形態(tài)特征

夏瓊寺滑坡為一老滑坡，發(fā)育黃河北岸低山丘陵區(qū)，物質(zhì)組成為黃土、泥巖切層滑坡，平面形態(tài)上呈簸箕形，整體傾向南，南北縱長(zhǎng)2150m，東西寬800m～1700m，平均厚25m，體積0.67×108m3，殘留體積0.35×108m3，規(guī)模為巨型?；w在剖面上呈凹型，相對(duì)高差約500m，表面呈階梯形，滑坡總體坡度30°～35°，滑坡后壁危巖體呈圈椅狀，高達(dá)40m，滑壁傾向南，傾角90°，滑坡共發(fā)育三級(jí)平臺(tái)，滑坡中后緣為一級(jí)平臺(tái)，長(zhǎng) 490m，寬50m～130m，平臺(tái)前緣及兩側(cè)沖溝發(fā)育，切深 5m～10m，沖溝向源侵蝕嚴(yán)重;二級(jí)平臺(tái)長(zhǎng)約480m，寬約250m，平臺(tái)東西兩側(cè)沖溝發(fā)育強(qiáng)烈，地形切割破碎，側(cè)蝕嚴(yán)重;三級(jí)平臺(tái)呈不規(guī)則狀，前緣反翹，殘留長(zhǎng)約340m，寬約180m，平臺(tái)兩緣沖溝發(fā)育，切深10m～20m，地形破碎，滑坡前緣呈不規(guī)則狀，覆蓋于黃河Ⅱ級(jí)階地面上，可見礫石層被擠壓拖帶現(xiàn)象，現(xiàn)前緣高出康揚(yáng)水電站庫(kù)區(qū)水位7m。

2.2? 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

該滑坡體巖性組成較復(fù)雜，除母巖泥巖、砂巖、砂礫巖混雜堆積外，還有滑坡后壁危巖體高處的黃土及底礫石介入，無(wú)規(guī)律可循。從滑坡鉆孔揭露的滑體堆積物及沖溝觀察，后緣至前緣大多數(shù)堆積體混雜堆積，滑坡中后部局部地段塊體完整性較好，無(wú)方向，無(wú)層次與其它堆積體混雜堆積。滑帶土依不同部位厚度亦有不同，滑坡中前緣滑帶位于Ⅱ級(jí)階地表部，因上覆土體巨大推力作用，滑帶土呈軟塑狀，稍濕，擦痕不明顯，厚0.5m～4.4m，滑體后部滑帶位于強(qiáng)風(fēng)化泥巖中滑帶厚0.6m～1.0m滑帶土結(jié)構(gòu)破碎，呈碎裂狀（圖3）。

2.3? 滑坡形成機(jī)制

根據(jù)滑坡區(qū)區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)特征分析，該滑坡曾發(fā)生二次滑動(dòng)，較早一期滑動(dòng)發(fā)生于區(qū)內(nèi)Ⅲ級(jí)階地形成之前，此后，黃河河水不斷侵蝕滑坡前緣，并形成Ⅲ級(jí)階地，Ⅲ級(jí)階地前緣高出河水位43m，致使滑坡前緣形成高100m 的臨空面，具較大勢(shì)能滑坡體在重力作用下向河谷方向變形產(chǎn)生位移，坡腳應(yīng)力集中急劇增加，加之降水在坡體表部匯集，沿裂隙入滲，不僅增大了坡體的重力，而且形成較弱帶，軟弱帶與坡體應(yīng)力集中區(qū)貫通，坡體整體失穩(wěn)，在重力作用下沿其滑動(dòng)，并在坡腳處剪出形成第二期滑坡，從第二期滑坡滑床位于黃河Ⅱ級(jí)基座階地臺(tái)面，第二次滑坡的發(fā)生不晚于Ⅱ級(jí)階地時(shí)期。

3? 夏瓊寺危巖體

3.1? 危巖體基本形態(tài)

夏瓊寺滑坡發(fā)生之后，其滑坡后壁危巖體形成了高陡危巖體。危巖體高約110 m、坡度約 55°～75°（下緩上陡，后緣呈近直立狀），其中后部時(shí)有崩塌、落石產(chǎn)生。其中夏瓊寺的核心建筑之一禪洞即位于該危巖體的中部略偏下位置，在誘發(fā)因素作用下，隨時(shí)都可能發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)下部禪洞（13間禪房、21尊佛像）及相鄰文物構(gòu)成嚴(yán)重威脅，且危巖體頂部及側(cè)部排水不暢增加了崩塌發(fā)生的概率。

3.2? 危巖體形成機(jī)制

危巖體形成的條件主要包含兩個(gè)，一是地形地貌條件，即危巖體多發(fā)生在高陡近直立崖體上;二是構(gòu)造條件，即危巖體由多個(gè)結(jié)構(gòu)面切割，能夠形成崩塌體。

危巖體的誘發(fā)因素，降雨、震動(dòng)及人類活動(dòng)三個(gè)主要誘發(fā)因素。就夏瓊寺危巖體而言，滑坡發(fā)生滑動(dòng)后形成了高陡后壁崖體，最大高度超過(guò)百米，使其具備了形成危巖體的地形地貌條件;滑坡后壁危巖體因失去支撐，打破了原有應(yīng)力平衡狀態(tài)，崖體臨空面應(yīng)力得到釋放，產(chǎn)生多道卸荷裂隙，使其具備了形成危巖體的構(gòu)造條件。

在降雨、地震或凍融等誘發(fā)因素的作用下，危巖體失穩(wěn)形成崩塌，危及夏瓊寺古建筑群;2016 年 8 月禪洞頂部的崩塌地質(zhì)災(zāi)害正是在暴雨的誘發(fā)作用下產(chǎn)生的。夏瓊寺危巖體的形成，應(yīng)力松弛是內(nèi)在主導(dǎo)因素?；禄啤纬筛叨秆卤凇卤趹?yīng)力松弛→形成張拉裂隙→裂隙相互切割→形成危巖體→誘發(fā)崩塌滑坡滑移→形成高陡崖壁→崖壁應(yīng)力松弛→形成張拉裂隙→裂隙相互切割→形成危巖體→誘發(fā)崩塌。在危巖體發(fā)生崩塌后，危巖體背后的崖壁失去支撐，將再次發(fā)生應(yīng)力松弛，產(chǎn)生新的張拉裂隙，形成新的危巖體，直至整個(gè)崖體的坡度降低至穩(wěn)定坡角以內(nèi)。

3.3? 危巖體形成原因分析

夏瓊寺滑坡已經(jīng)穩(wěn)定上百年，沒(méi)有變形跡象，目前對(duì)夏瓊寺尚不構(gòu)成威脅;但夏瓊寺滑坡后壁危巖體，在多種因素的綜合作用下，時(shí)有小型崩塌發(fā)生，不斷松弛剝落，直接威脅到禪洞的安全，間接影響到阿拉巴雜殿、大經(jīng)堂、寺管會(huì)、醫(yī)學(xué)院等文物建筑，對(duì)寺院文物建筑的安全造成了巨大隱患，給寺院僧眾與朝拜民眾帶來(lái)了巨大的心理壓力。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，夏瓊寺滑坡后壁危巖體發(fā)生病害的影響主要有以下幾個(gè)方面：

（1）環(huán)境因素：夏瓊寺滑坡后壁危巖體是夏瓊寺滑坡發(fā)生大規(guī)?；瑒?dòng)之后的產(chǎn)物，且符合滑坡的一般特征，即滑坡后壁危巖體呈高陡形態(tài)，最大高度約110m;滑坡后壁危巖體在失去支撐之后，必然發(fā)生松弛，在坡口線之后形成卸荷裂隙，年長(zhǎng)日久，裂隙不斷擴(kuò)展，直到崩塌;然后卸荷裂隙向后發(fā)展，再次發(fā)生崩塌，如此循環(huán)，直至坡體坡度降低到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）地層因素：夏瓊寺滑坡后壁危巖體表層為風(fēng)成黃土，其下為冰水、沖洪積而成的砂卵礫石層，弱膠結(jié);下伏基巖為泥巖與砂巖互層，在滑坡后壁危巖體坡腳出露;黃土與弱膠結(jié)的砂卵礫石層，暴露于空氣之中，受風(fēng)雨侵蝕，在溫差、冰劈等不利條件作用下，易風(fēng)化形成崩塌體。

（3）地震和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是坡體發(fā)生崩塌病害的重要影響因素，夏瓊寺屬Ⅶ度烈度區(qū)，地震活動(dòng)比較頻繁，地震作用下將加速坡體松弛，甚至直接引起坡體坍塌。

（4）短時(shí)暴雨是坡體崩塌病害的直接誘發(fā)因素，夏瓊寺所在區(qū)域降雨多集中在每年的 6～9月，降水量占年降水量的69.2%以上，其中以 7、8 月兩月最多，約占年降水量的43%，并多為暴雨和陣雨;短時(shí)間的強(qiáng)降雨往往是坡體失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素。

因此，夏瓊寺滑坡后壁危巖體地質(zhì)災(zāi)害并非由單一因素引起，而是由多種不利因素綜合作用的結(jié)果。

4? 設(shè)計(jì)原則

（1）不改變文物體的原狀，保護(hù)文物真實(shí)性原則。病害治理時(shí)不破壞、不干擾、不損傷文物的原有狀態(tài)及歷史信息，同時(shí)保持文物載體、文物環(huán)境自然狀態(tài)的真實(shí)性和完整性，盡可能減少或避免加固工程措施造成的干擾和影響。

（2）保護(hù)工程遵循 可識(shí)別性和可持續(xù)性的保護(hù)原則。

（3）堅(jiān)持最小干預(yù)原則，嚴(yán)格控制工程范圍、規(guī)模與工程量。針對(duì)現(xiàn)狀勘察結(jié)論，明確加固范圍和重點(diǎn)區(qū)域，注意保持原有地形、地貌和環(huán)境特征，避免過(guò)度干預(yù)。

（4）所用新材料和新工藝應(yīng)遵循“現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、檢測(cè)合格、逐步使用”的原則。

（5）堅(jiān)持 “既有病害根治、可能病害監(jiān)測(cè)預(yù)防”的原則。

（6）多重誘發(fā)因素綜合考慮的原則。根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，分析文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的巖土破壞機(jī)理，同時(shí)考慮暴雨洪水、地震等突發(fā)因素。

（7）在安全可靠的前提下，兼顧經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行。

（8）本次加固設(shè)計(jì)，堅(jiān)持 “動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”的原則。

設(shè)計(jì)參數(shù)的選取：巖土體物理力學(xué)參數(shù)：結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，綜合選取。濕陷性黃土：γ=16.4kN/m3，c=7.0kPa，[Φ]=21.3°;

角礫（卵石土）：γ=21.0kN/m3，c=8kPa，[Φ]=35.0°;

依據(jù)滑坡剩余下滑力的計(jì)算方法分別計(jì)算自然工況、暴雨工況及地震工況等三種工況狀態(tài)下主軸滑面的滑坡剩余下滑力，剩余下滑力較大的工況作為滑坡治理工程設(shè)計(jì)依據(jù)。

計(jì)算時(shí)選取分別選取夏瓊寺滑坡后壁危巖體的主軸斷面作為設(shè)計(jì)控制斷面，采用反算抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分三種工況計(jì)算剩余下滑力，結(jié)果較大者作為該滑坡治理工程設(shè)計(jì)的控制滑坡推力。計(jì)算結(jié)果見表1。

5? 治理方案

5.1? 預(yù)應(yīng)錨索地梁

在標(biāo)高 2730m～2760m等高線之間設(shè)置錨索地梁加固夏瓊寺滑坡后壁危巖體腰部。錨索地梁加固的高度根據(jù)坡體的走勢(shì)確定;錨索的長(zhǎng)度根據(jù)錨索地梁設(shè)置的位置及坡體的形態(tài)與下滑力的大小確定。錨索采用7ΦS15.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，錨索水平間距與豎向間距均為 3.5m，鉆孔孔徑Φ130mm，孔內(nèi)灌注M30純水泥漿;錨索最長(zhǎng)為39m，最短為18m，錨固段長(zhǎng)12m，嵌入穩(wěn)定基巖。

地梁采用C35鋼筋混凝土現(xiàn)澆，截面尺寸為 60cm×60cm，地梁的長(zhǎng)度分為兩種：設(shè)3 孔錨索地梁，長(zhǎng)11.4m;設(shè)2孔錨索地梁，長(zhǎng)7.6m，地梁嵌入坡面10cm。預(yù)應(yīng)力錨索地梁加固夏瓊寺危巖體腰部，可以保證該危巖體不會(huì)發(fā)生大規(guī)模的崩塌，不會(huì)對(duì)古建筑群造成毀滅性的破壞。

5.2? 錨桿

自 2760m等高線之上，采用錨桿掛 SNS 防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行加固防護(hù)。錨桿采用直徑32mm鋼筋（HRB400級(jí)）制作，長(zhǎng) 9m，孔徑90mm，灌注 M30 純水泥漿，錨桿縱橫向間距均為4.5m。錨桿端頭設(shè)置環(huán)形掛接鋼筋，采用22mm 鋼筋制作（HRB400級(jí)），拉環(huán)直徑不小于 5cm。錨桿加固夏瓊寺危巖體中上部，可以確保該部位中小型危巖體的穩(wěn)定，防止中小型崩塌的產(chǎn)生。

5.3? SNS防護(hù)網(wǎng)

在 2760m等高線之上，利用坡體加固錨桿掛設(shè) SNS 防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，以解決坡體表層的掉塊、崩塌問(wèn)題。SNS 防護(hù)網(wǎng)，主支撐繩縱橫向間距為 4.5m，采用Φ16鋼絲繩制作。

在該方案中采用的 SNS防護(hù)網(wǎng)，為主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，能夠起到主動(dòng)防護(hù)的作用。即崖體表面發(fā)生小型崩塌時(shí)，可以起到主動(dòng)攔截的作用，防止崩塌體墜落損壞古建筑。

5.4? 坡體排水設(shè)施優(yōu)化

在陡崖坡口線外 6m 設(shè)置截水溝，攔截地表水，防止地表水匯入陡崖面，進(jìn)入危巖體裂隙，誘發(fā)崩塌。截水溝采用 C30 鋼筋混凝土澆筑，表面采用仿古磚飾面;壁厚 20cm，深 30cm;截面等腰呈梯形上口寬 57cm，下口寬 28cm。

對(duì)臨崖建筑區(qū)的排水設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化，一方面縮短排水路徑，另一方面完善排水設(shè)施。排水路徑詳見設(shè)計(jì)圖紙，排水溝采用 C30 鋼筋混凝土澆筑，防止水溝斷裂，過(guò)水滲入濕陷性黃土，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。排水溝內(nèi)壁采用仿古磚飾面，上口采用仿古磚覆蓋，過(guò)水?dāng)嗝娉叽?24cm×12cm。

地表水是危巖體發(fā)生崩塌的主要誘發(fā)因素，通過(guò)在坡頂及兩側(cè)設(shè)置截排水溝，可以切斷匯入坡體的水流，避免誘發(fā)崩塌。

6? 變形監(jiān)測(cè)

6.1? 文物建筑沉降觀測(cè)

考慮工程施工可能對(duì)文物建筑結(jié)構(gòu)造成一定的影響，應(yīng)對(duì)部分距離較近的古建筑進(jìn)行沉降觀測(cè)。同樣，在治理工程實(shí)施過(guò)程中，相關(guān)工程措施距文物建筑較近，為確保安全，應(yīng)對(duì)禪洞及鄰近文物建筑進(jìn)行沉降觀測(cè)。文物建筑沉降觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在古建筑外墻角點(diǎn)處，其設(shè)置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，禪洞臨崖邊設(shè)置 3 個(gè)，文殊殿臨崖邊設(shè)置 2 個(gè);在施工期間每周觀測(cè) 1 次，施工結(jié)束后，每月觀測(cè) 1 次，連續(xù)觀測(cè)1年，若沉降穩(wěn)定，可停止觀測(cè)。

6.2? 地表位移監(jiān)測(cè)

針對(duì)夏瓊寺滑坡后壁危巖體，為觀測(cè)滑坡后壁危巖體的變形演化機(jī)理、確保施工安全，同時(shí)為工后工程效果評(píng)價(jià)提供依據(jù)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的地表位移監(jiān)測(cè)，沿滑坡后壁危巖體共設(shè)置 4 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

7? 結(jié)論

夏瓊寺南側(cè)陡崖已屹立上百年，雖然沒(méi)有發(fā)生大范圍的崩塌，但小規(guī)模的崩塌則時(shí)有發(fā)生。在暴雨的誘發(fā)作用下，禪洞正上方危巖體曾發(fā)生小規(guī)模崩塌，致使其下部禪洞建筑與佛像損失嚴(yán)重;同時(shí)也為我們敲響了警鐘——夏瓊寺滑坡后壁危巖體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)對(duì)夏瓊寺滑坡危巖體的分析、設(shè)計(jì)及治理，希望日后能對(duì)我們類似工程起到一定的參考借鑒作用。