某復建公路滑坡成因機制分析及穩(wěn)定性評價★

楊 群，謝立廣，沈習文

(1.成都師范學院，四川 成都 611130；2.四川交通職業(yè)技術學院，四川 成都 611130;3.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610030)

大型水電站工程主要由主體(樞紐)工程、庫區(qū)配套工程、輸變電工程等組成。庫區(qū)配套工程又包括庫區(qū)復建公路、移民安置點、碼頭、景觀綠化等。庫區(qū)復建公路是由于水庫蓄水后淹沒了現有公路，為了保證庫區(qū)交通的暢通而進行的復建[1-3]。復建公路是水庫蓄水后兩岸居民的交通出行、庫區(qū)客貨運、汛期防洪搶險的重要通道[4]，涉及的地質地形條件復雜多樣，易發(fā)生各種地質災害，尤其是公路邊坡工程存在較多安全隱患,直接影響公路的安全運營[5]。據統計: 2019年間共發(fā)生6 181起地質災害，其中，滑坡4 220起，占比高達68.27%，共造成經濟損失27.69億元[6]。為避免和盡量減少滑坡災害造成的經濟損失和人員傷亡以及對工程建設的影響，研究滑坡地質類型、成因機制及其穩(wěn)定性顯得尤為重要[7-8]。本文以某復建公路滑坡為工程背景，對其變形特征、成因機制、穩(wěn)定性評價以及防治措施建議方面進行了較為系統的研究，為類似工程提供參考。

1 工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的溪洛渡峽谷，距兩縣城分別為20 km和7 km。水庫總庫容122.3億 m3，正常蓄水位600 m。該復建公路滑坡區(qū)位于項目K3+420～K6+620段，金沙江左岸，雷波縣境內，滑坡上游段金沙江流向為近西，滑坡段流向為西南，滑坡下游段流向為西北，河流流向變化較快，滑坡位于凹岸側。滑坡體分布在高程480 m(水位以下)～740 m之間，總體坡度呈陡緩陡分布，水位高程600 m以下約35°～45°，水位高程600 m～800 m段約25°～35°，800 m以上坡度約45°～60°。斜坡上植被較發(fā)育，覆蓋率約50%，主要為低矮灌木、花椒林和雜草。

2 滑坡區(qū)巖土工程地質條件

工程區(qū)地層主要由基巖和第四系覆蓋層組成?；鶐r主要為寒武系和奧陶系地層，巖性為黑色頁巖、泥質灰?guī)r、磚紅色粉砂巖、砂巖、泥巖、白云巖等，沿線巖層傾向變化不大，只是傾角有一定變化，產狀為N70°～80°E/SE∠15°～60°，節(jié)理裂隙主要為臨空面卸荷裂隙，沿金沙江岸岸坡呈反傾岸坡。

覆蓋層主要為崩坡積、堆積角礫土和洪積、坡積堆積砂層，廣泛分布于河床～800 m高程段，厚度約10 m～40 m，總體上黏土含量較高，性狀較差?；麦w至下游沖溝部位高程750 m以下連續(xù)分布有厚度較大的洪積、坡積的角礫土和沖積形成的砂層，角礫土黏土含量較高，砂層主要位于下游沖溝附近。

地下水為第四系松散堆積物孔隙水和基巖裂隙水?？紫端饕艽髿饨涤晗聺B補給，以泉水、潛水蒸發(fā)及向地表水體排泄的形式集中排泄，動態(tài)隨季節(jié)、降雨變化大?；鶐r裂隙水賦存在沿線基巖裂隙中，主要接受降雨和地表水補給。水質分析表明，路線區(qū)地表水、地下水的HCO3-離子含量、pH值、侵蝕性CO2含量、Mg2+離子含量及SO42-離子含量對鋼筋混凝土結構呈微腐蝕性。

根據GB 18306—2015中國地震動參數區(qū)劃圖，工程區(qū)50 a超越概率10 %的地震動峰值加速度為0.15g，相應的地震基本烈度為7度。

3 滑坡區(qū)變形特征及形成機制分析

3.1 變形現狀

該滑坡目前已整體復活，最大后緣高程約760 m，上下游以山脊為界?；麦w上裂縫發(fā)育，規(guī)模較大、集中分布的大致分為5類，變形范圍及裂縫分布見圖1。

1號裂縫：為滑坡邊界裂縫，總長度超過500 m，貫通性好，最大高程約760 m，上游切斷公路后延伸至江面，下游發(fā)育至公路以下塌岸部位。裂縫在后緣處形成寬1 m～3 m的拉裂帶，滑移距離3 m～5 m，滑塌后形成呈“M”型的陡壁；上游側裂縫寬10 cm～20 cm，滑坡體向河道方向擠出明顯，穿越公路處路基形成高約1.5 m的錯臺；下游段裂縫規(guī)模相對較小，縫寬5 cm～10 cm，主要為滑坡主體溜滑后牽引導致的拉裂縫。

2號裂縫：位于滑坡下游邊界與公路交匯部位，裂縫長約200 m，為主要側向裂縫，平行發(fā)育2條，間距2 m～3 m，公路以上方向延伸為N10°W，以下轉向N30°W。裂縫張開10 cm～20 cm，錯臺高度普遍為20 cm～30 cm，最大處達2 m，且可見傾角10°～15°擦痕。裂縫穿過公路處已多次將路基錯斷，目前錯臺高約1.5 m。

3號裂縫：分布于滑坡體上游側、公路上方720 m～660 m高程附近。裂縫主要發(fā)育3條，間距20 m～30 m，近于垂直金沙江河道發(fā)育，高處端頭止于邊界裂縫，向下延伸至公路附近。裂縫長度60 m～100 m，寬10 cm～30 cm，下游側滑坡體沿該組裂縫下錯10 cm～30 cm，可見擦痕。

4號裂縫：分布于滑坡體中部公路內側670 m高程附近的緩臺前緣，為縱橫裂縫交錯密集發(fā)育區(qū)域，以N25°W順河 方向發(fā)育的為主裂縫，間距0.7 m～2.0 m，張開20 cm～50 cm，錯臺20 cm～30 cm，縱向裂縫方向N30°E，張開10 cm～30 cm，無明顯錯臺。該處因縱橫裂縫的密集發(fā)育，坡體被切割呈塊狀。

5號裂縫：分布于滑坡體中部，高程約620 m～630 m的緩臺前緣，為裂縫集中發(fā)育區(qū)域。順河向裂縫發(fā)育十余條，方向近EW，長度多在50 m～80 m之間，間距2 m～5 m，張開寬度一般30 cm～50 cm，局部可達1 m，外側下錯50 cm～100 cm；橫河向裂縫延伸方向為N25°E，共發(fā)育5條左右，長度30 m～50 m，張開50 cm～100 cm。緩臺上，縱橫裂縫交織發(fā)育，多處形成拉陷帶，呈解體狀態(tài)，前緣已形成滑移、垮塌。

除了上述規(guī)模較大、集中發(fā)育的裂縫外，滑坡體上多處分布隨機短小裂縫。下游段660 m高程以下已形成較大范圍的塌岸，且滑壁后部形成多條裂縫。

3.2 形成機制分析

1)地形條件。

滑坡位于金沙江左岸，河流在此處轉彎，為一凹岸岸坡，岸坡坡度呈陡緩陡分布，水位高程600 m以下約35°～45°，水位高程600 m～800 m段約25°～35°，800 m以上坡度約45°～60°。前緣長期受金沙江河水沖刷，岸坡蓄水以前就處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

2)地層巖性影響。

滑坡物質為黑色頁巖風化而成的角礫土，表層結構較為松散，自身力學性質較差。

3)水庫蓄水影響。

滑坡產生變形與蓄水相關性較明顯。水庫蓄水至正常水位600 m時，坡體下游溝側涉及的房屋出現較大裂縫；坡體前緣水位線附近出現了多處垮塌，塌岸斷面角度均較為高陡，坡體中的耕園地已出現較大面積的垮滑，滑坡后緣及側邊出現多處拉裂，耕地呈豆腐塊狀的開裂，已無法繼續(xù)耕作；滑坡上的公路路基產生拉裂破壞，公路內側邊坡產生塌滑，路基上分布拉裂縫寬一般5 cm～20 cm，沉陷約10 cm～30 cm，內外側擋墻均有破壞，公路內側邊坡塌滑最高高程約740 m，后緣形成高約2 m～5 m的錯臺。

4)復建公路外側堆填等外力影響。

復建公路從滑坡體中后部位置穿過，路基外側堆填了大量施工筑路材料，增加了滑坡下滑力，加劇了滑坡的變形。

5)降雨影響。

在滑坡體邊界形成后，降雨是加劇坡體變形的因素，雨水沿已有地表裂縫入滲，進一步弱化了巖土體的性質，降低了巖土體的物理力學強度，使邊坡更易于產生變形。

4 穩(wěn)定性分析與評價

現場的勘察結果表明，該工程區(qū)滑坡目前已整體復活，滑坡體上裂縫發(fā)育，規(guī)模較大，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為了工程安全，有必要深入評價其穩(wěn)定性[9]。

4.1 計算參數

滑坡區(qū)鉆孔資料顯示，滑坡底部有清晰的滑帶分布，滑帶為灰黃色泥夾角礫，綜合土樣實驗資料以及工程區(qū)類似工程對比，滑坡計算參數建議值見表1。

表1 滑坡計算參數建議值

4.2 穩(wěn)定性評價標準

《公路路基設計規(guī)范》中規(guī)定：滑坡穩(wěn)定性計算應考慮下列三種工況[10]。

正常工況：邊坡處于天然狀態(tài)下的工況。

非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況。

非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用下的工況。

鑒于該滑坡位于水庫區(qū)，復建公路等級為四級，工程所在地區(qū)的設計基本地震動峰值加速度為0.15g，根據《公路工程抗震規(guī)范》滑坡體穩(wěn)定性分析計算安全系數控制值。

4.3 穩(wěn)定性計算

滑坡穩(wěn)定性計算采用傳遞系數法隱式解，運用鐵二院滑坡分析計算軟件。計算剖面示意圖見圖2，計算結果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算成果

4.4 監(jiān)測成果

在滑坡區(qū)布置了2個地表監(jiān)測點，監(jiān)測期間經歷了14個階段的水位變化，涉及4個水位上升期、4個庫水位下降期、3個高水位運行期和3個低水位運行期，各測點特征值見表3。

表3 測點累計位移量統計表

方向規(guī)定：X方向指向下游為+，反之為-；Y方向指向對岸為+，反之為-；H方向沉降為+，反之為-。

由表3可知，X方向的最大累積位移變化量為3 609.6 mm；Y方向的最大累積位移變化量為10 936.1 mm；H方向的最大累積位移變化量為6 978.3 mm。同時結合不同庫水位階段平面合位移與沉降以及變形速率的數據分析，可看出該滑坡區(qū)整體向河谷偏上游方向變位，變形方向約為N12°W；總體上看，隨著時間的推移，滑坡位移增量持續(xù)增加，變形速率未見收斂[10]。

4.5 穩(wěn)定性評價

從表2得出，滑坡在蓄水至正常蓄水位600 m時，天然工況下穩(wěn)定系數為0.98，暴雨工況下穩(wěn)定系數為0.88，地震工況下穩(wěn)定系數為0.89，水位由600 m降至540 m時穩(wěn)定系數為0.90，滑坡均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足規(guī)范要求的安全控制標準。

通過對地表變形監(jiān)測點累計位移、不同庫水位階段平面合位移與沉降以及變形速率的數據分析可得出：隨著時間的推移，滑坡位移增量持續(xù)增加，變形速率未見收斂，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結論與建議

經過野外勘察及室內分析，查明了滑坡區(qū)基本地質條件，分析了滑坡區(qū)變形特征及成因，通過穩(wěn)定性計算及監(jiān)測數據主要得出以下結論及建議：

1)該滑坡為一覆蓋層滑坡，且滑坡物質為角礫土，為黑色頁巖風化而成，自身力學性質較差；水庫蓄水、復建公路外側不合理堆放、降雨等因素，導致坡體穩(wěn)定性變差。

2)通過穩(wěn)定性計算分析得知，滑坡在蓄水至正常蓄水位600 m時，天然工況下穩(wěn)定系數為0.98，暴雨工況下穩(wěn)定系數為0.88，地震工況下穩(wěn)定系數為0.89，降水至540 m時穩(wěn)定系數為0.90，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3)通過對地表變形監(jiān)測點累計位移、不同庫水位階段平面合位移與沉降以及變形速率的數據分析可得知：隨著時間的推移，滑坡位移增量持續(xù)增加，變形速率未見收斂，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4)滑坡穩(wěn)定系數不滿足規(guī)范要求的安全控制標準，并且滑坡推力巨大，同時考慮該區(qū)段不良地質病害點連續(xù)集中分布，建議設置隧道對該段進行繞避處理。