小井溝水庫干渠平面型工程滑坡的成因分析及應(yīng)用

張登旺

(四川省水利規(guī)劃研究院，成都，610072)

0 引言

小井溝水庫干渠全長30.38km，以明渠為主，明渠總長約21.90km，共分為7個施工標(biāo)段，于2012年2月開工建設(shè)。干渠布置方案為：從小井溝水庫左岸放水洞取水，干渠行經(jīng)禮佳、保華、度新等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，止于榮縣雙溪水庫，再由雙溪水庫向自貢市提供工業(yè)、生活用水。干渠沿線巖層總體為軟硬相間的中～厚層狀砂、泥巖互層巖組，泥巖夾層較多，部分渠段泥質(zhì)夾層達(dá)10余層；巖層產(chǎn)狀總體為N60°～75°E/SE∠7°～22°，呈單斜構(gòu)造。受干渠起止點(diǎn)位置、地形、渠尾底高程的制約，干渠走向總體為北東向，明渠走向與巖層走向不可避免地存在平行或小角度相交的情況，因此，明渠渠槽邊坡存在較多順層邊坡穩(wěn)定問題。

1 滑坡的工程地質(zhì)條件

小井溝水庫干渠團(tuán)頂山明渠段(干渠原樁號7+780～7+890)在山體坡腳大致順巖層走向通過，明渠為梯形明渠，最大開挖深度16.5m，底寬12m。該段明渠左側(cè)團(tuán)頂山山體為單斜面山，地形坡度20°～30°。裸露基巖為侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組(J2S1)灰、紫灰色中厚～厚層狀砂巖、粉砂巖夾極薄層暗紫紅色泥巖。巖層總體產(chǎn)狀為N60°～70°E/SE∠10°～22°。2012年4月8日中午，團(tuán)頂山明渠段左側(cè)山體產(chǎn)生邊坡滑動。滑坡體沖入已開挖成型的明渠中，掩埋整個明渠，同時滑體向左側(cè)臨空面沖出約3m。據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪，團(tuán)頂山滑坡體寬度約80m，長度約110m，高度約10m～13m，滑坡體積約12萬m3?；麦w后緣形成一條長60m、寬10m～15m、深11m的拉裂槽；滑坡體右側(cè)形成一道長約100m、寬0.2m～1.5m、深10m～13m的拉裂縫，見圖1。

圖1 團(tuán)頂山滑坡后緣拉裂槽及滑面(左)和滑坡右側(cè)拉裂縫全貌(右)

該滑坡山體的巖體有兩個特征：(1)滑坡段山體皆為砂巖(粉砂巖)夾薄層泥巖，砂巖巖體受兩組構(gòu)造裂隙切割，完整性差。一組裂隙產(chǎn)狀N50°～80°E/NW或SE∠75°～88°，長30m～70m，為邊坡橫向切割面；另一組裂隙產(chǎn)狀N10°～35°W/SW或NE∠70°～75°，多數(shù)近于垂直山坡方向。上述兩組裂隙形成“X”節(jié)理，與層面節(jié)理組合，呈現(xiàn)“兩陡一緩”的結(jié)構(gòu)模式，三組結(jié)構(gòu)面將巖體切割成棱塊狀，巖體解體嚴(yán)重。(2)砂巖與砂巖(或粉砂巖)層面間夾極薄層含水量較高的暗紫紅色泥巖夾層。地表露頭可見泥巖夾層，且發(fā)現(xiàn)有泥化現(xiàn)象。渠道邊坡開挖揭示：邊坡巖體中沿層面存在軟弱泥化夾層，泥化夾層厚1.5mm～30mm，由紫紅、灰白色粉質(zhì)粘土組成，粉質(zhì)粘土飽和，呈軟塑狀，顆粒細(xì)膩，表面十分光滑。

該滑坡段的明渠走向與巖層的關(guān)系是：(1)開挖渠道位于單斜山體的下部，存在對單斜山體的切腳開挖問題，形成了臨空面；(2)渠道走向北東向與巖層走向小角度斜交，兩者走向總體一致；(3)渠道內(nèi)側(cè)坡面傾向南，渠道開挖坡比為1∶0.5～1∶0.75，渠道坡面與巖層傾向總體一致，但渠道邊坡坡角大于巖層傾角，形成層狀順向巖質(zhì)邊坡類型，渠道邊坡典型斷面見圖2。

圖2 團(tuán)頂山平面滑坡典型斷面

2 滑坡成因及穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡成因分析

為了分析團(tuán)頂山滑坡的成因，從內(nèi)因和外因兩個方面進(jìn)行滑坡成因分析。

巖石的巖性構(gòu)造是滑動的內(nèi)因：(1)從地層巖性上說，該滑坡巖性為軟硬相間的砂、泥巖互層巖組，泥巖夾層較多，是典型的易滑地層。(2)巖層傾角10°～22°，有產(chǎn)生滑動的動力條件。(3)巖體受層面節(jié)理和“X”構(gòu)造裂隙切割，呈現(xiàn)“兩陡一緩”的結(jié)構(gòu)模式，導(dǎo)致巖體解體嚴(yán)重，完整性差。(4)邊坡巖體中沿層面存在的軟弱泥化夾層是巖體滑動的控制性軟弱結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致滑坡整體沿泥化夾層順層向臨空面滑動。

基巖滑動的外因有以下因素：(1)渠道走向與巖層走向一致或小夾角相交，形成了與巖層傾向一致的順向邊坡，且邊坡坡角大于巖層傾角，工程開挖形成的臨空面為順向坡的滑動提供了最基礎(chǔ)的條件，邊坡巖體在重力作用下極易沿軟弱結(jié)構(gòu)面向臨空方向發(fā)生滑動變形。(2)從水文地質(zhì)條件方面看，邊坡淺表層巖體卸荷裂隙、層面節(jié)理的連通性好，有利于地表水的入滲。當(dāng)?shù)厍捌陂L時間降雨，使巖土體飽水增重、孔隙水壓力增加、裂隙面動水壓力增大，惡化了泥化夾層的抗剪能力。(3)工程開挖采用爆破施工，頻繁的爆破震動和沖擊作用弱化了泥化夾層強(qiáng)度，泥化夾層強(qiáng)度值降低到大致與殘余剪強(qiáng)度值一致。(4)開挖方式不恰當(dāng)，未按先分層支護(hù)、后分段開挖的原則進(jìn)行，在未對順向邊坡采取預(yù)先錨固的情況下，渠道邊坡采用一挖到底的開挖方式。

2.2 滑坡穩(wěn)定性分析

團(tuán)頂山滑坡是沿泥化夾層順層向臨空面滑動的平面滑坡，對滑帶土(泥化夾層)現(xiàn)場取樣試驗(yàn)可知，泥化夾層砂粒含量14.83%～25.52%，粉粒含量36.60%～53.15%，粘粒含量31.52%～40.63%，自由膨脹率為36%～60%，滑帶土具弱膨脹性[1]。在前期的勘察中，在樞紐區(qū)對泥化夾層做了4組現(xiàn)場大剪試驗(yàn)，泥化夾層抗剪強(qiáng)度為C=0～30kPa，f=0.374～0.471。經(jīng)地質(zhì)綜合分析后，確定泥化夾層抗剪強(qiáng)度的地質(zhì)建議值為f=0.20～0.22，C=0kPa。依據(jù)地質(zhì)測繪、取樣試驗(yàn)等成果，對團(tuán)頂山滑坡按平面滑動公式進(jìn)行穩(wěn)定性分析和反演分析計(jì)算，計(jì)算成果見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性分析與反演分析計(jì)算

根據(jù)反分析計(jì)算成果，確定滑帶土(泥化夾層)強(qiáng)度為C=3kPa，φ=10°，與地質(zhì)建議值接近。

綜上，團(tuán)頂山滑坡是在地層巖性、構(gòu)造、水文條件、不當(dāng)?shù)氖┕し绞降葪l件下產(chǎn)生的典型的基巖平面滑動，是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。其核心是順層發(fā)育的泥化夾層強(qiáng)度較低，控制了邊坡的穩(wěn)定；爆破的震動和沖擊作用降低了泥化夾層強(qiáng)度，促使滑坡加速滑動。

3 分析成果應(yīng)用

團(tuán)頂山滑坡主要是順層發(fā)育的泥化夾層強(qiáng)度降低而引起，其有兩個核心特征：

(1)工程邊坡為順向邊坡，地形坡度在15°～22°；

(2)延伸性好的泥化夾層沿層面展布。將其成果應(yīng)用于施工地質(zhì)排查和預(yù)報工作中，獲得了極大成功。

地質(zhì)預(yù)報工作程序?yàn)椋菏紫?，重點(diǎn)對有泥化夾層出露、地形坡度在30°以下的明渠順層邊坡測繪1～3個典型地質(zhì)橫斷面[4]；其次，類比采用滑帶土(泥化夾層)強(qiáng)度對典型地質(zhì)斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，統(tǒng)計(jì)欠穩(wěn)定邊坡數(shù)量(穩(wěn)定系數(shù)為1.0～1.05的邊坡[5])；第三，對欠穩(wěn)定邊坡進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)核和排查，排查重點(diǎn)為邊坡巖體的變形情況(如裂隙長、寬變化，巖層產(chǎn)狀復(fù)核、開挖邊坡坡面是否有變形突起等)；最后，對有變形跡象的欠穩(wěn)定邊坡以地質(zhì)預(yù)報單通知業(yè)主。

通過上述工作流程對項(xiàng)目所有明渠順層邊坡進(jìn)行了排查，對花花碑等4處危險性高的欠穩(wěn)定邊坡及時向業(yè)主發(fā)送地質(zhì)預(yù)報單，以便業(yè)主組織參建各方撤離相關(guān)機(jī)具及人員，成功地避免了更大規(guī)模的損失。4次預(yù)報準(zhǔn)確的滑坡為：第一處為2012年4月20日滑動的花花碑滑坡(在原樁號6+100～6+300明渠段)、第二處為2012年4月26日滑動的李家山滑坡(在原樁號8+935～9+130明渠段)、第三處為2012年4月22日滑動的爛田碥滑坡(在原樁號5+116～5+327半挖半填明渠段)和第四處為2012年5月1日凌晨滑動的周家灣小學(xué)滑坡(在原樁號16+100～16+180明渠段)，該滑坡的滑動是因4月28日-4月30日集中降雨所致。

4 結(jié)論

通過分析團(tuán)頂山平面型工程滑坡的成因，將其核心成果應(yīng)用于施工地質(zhì)排查和預(yù)報工作中，準(zhǔn)確地預(yù)報了花花碑滑坡等4個滑坡，提高了地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確性，避免了更大規(guī)模的財產(chǎn)損失，同時為干渠滑坡段線路調(diào)整或改變渠道形式提供有力的技術(shù)支撐。小井溝水庫干渠工程發(fā)生的5處工程滑坡皆為基巖滑坡，是巖體在內(nèi)因和外因共同作用下的平面滑動。內(nèi)因是巖體完整性差、巖石軟硬相間、層間發(fā)育有多層泥化夾層；外因是切腳開挖形成臨空面、一坡到底式的不當(dāng)爆破開挖方式和降雨入滲等外部因素。其中工程切腳是誘因，爆破和降雨入滲是滑動破壞的控制性外因，也是最敏感的因素。