西北口水庫溢洪道右側(cè)滑坡體穩(wěn)定性分析與治理方案

摘 要：受暴雨影響，西北口水庫溢洪道右側(cè)滑坡體出現(xiàn)過局部垮塌，穩(wěn)定性計算分析表明滑坡體Ⅰ區(qū)在各工況條件下穩(wěn)定系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，需要進行加固處理。根據(jù)滑坡體特征，針對性地進行了滑坡治理方案篩選，確定了地表截排水+抗滑樁+前緣回填+格構(gòu)護坡加固的工程治理方案。計算結(jié)果表明治理方案實施可有效提高邊坡穩(wěn)定性，可為類似滑坡體治理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：滑坡體；穩(wěn)定性分析；治理方案

中圖分類號：TU43 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

中國滑坡災(zāi)害發(fā)生極為頻繁，根據(jù)自然資源部《全國地質(zhì)災(zāi)害通報（2019）》，2019年全國共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害6 181起，其中滑坡4 220起，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的68.27%。全國6 181起地質(zhì)災(zāi)害中，自然因素（降雨等）引發(fā)的有5 904起，占總數(shù)的95.5%；人為因素（采礦和切坡等）引發(fā)的有277起，占總數(shù)的4.5%?；聻?zāi)害嚴(yán)重影響了水庫的正常運行和工程的可持續(xù)發(fā)展，隨著極端天氣事件的頻繁發(fā)生，短時間強降水引起的中淺層滑坡應(yīng)引起高度重視。

西北口水庫工程位于長江一級支流黃柏河中游，系黃柏河流域梯級開發(fā)的主體骨干工程，是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪、攔砂、養(yǎng)殖等綜合效益的大（2）型水庫。樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪隧洞、發(fā)電放空隧洞和電站等五大建筑組成，溢洪道為岸邊開敞式，布置在大壩右岸，由進口段、閘室控制段段、泄槽段、消能防沖段組成，長215 m。溢洪道右岸邊坡主要組成為覆蓋于古河道的滑塌堆積體，現(xiàn)山體滑塌堆積體邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，前期勘察報告也未見大規(guī)模失穩(wěn)記錄。2008年7月20日，西北口水庫遭遇強降雨天氣，3 h降雨量達(dá)到106 mm，溢洪道泄槽段右側(cè)山體前緣發(fā)生局部垮塌，為防止山體繼續(xù)滑坡，采取了截排水措施；2016年西北口水庫大壩安全鑒定結(jié)果認(rèn)為該邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。鑒于此，針對西北口水庫溢洪道右側(cè)邊坡滑坡特征，對已有工程中淺層滑坡治理方案進行研究，并采用二維剛體極限平衡法進行穩(wěn)定計算，提出合理的治理方案，為類似滑坡體治理提供借鑒。

1 滑坡特征

1.1 地形地貌

溢洪道布置于右岸山體，右孔泄槽段緊靠山體，溢洪道左、右側(cè)邊墻均為鋼筋混凝土擋墻。溢洪道右岸山體靠近溢洪道處有一山體平臺，高程307～308 m，此山體平臺表層為大壩施工期間堆填而成，土石較松軟，厚2～3 m，下部為崩坡積碎石土。平臺后山坡有兩條自然山溝，在地表水長期沖刷作用下，沿山溝及兩側(cè)崩坡積（殘坡積）松散土（碎石）匯集或堆積于溝口地帶。高程307～308 m平臺和山坡結(jié)合處修建了一條長110 m、寬1.0 m的山體排水溝。

滑坡體前緣高程267～330 m，后緣最大高程約341 m。高程307～308 m平臺以上山坡坡角一般為28°～38°，局部達(dá)45°；平臺以下山坡坡角為38°～42°。山頂高程455～480 m。

1.2 滑坡體物質(zhì)組成

溢洪道布置地段右岸山體現(xiàn)均為第四系所覆蓋，表層植被發(fā)育，其物質(zhì)組成主要為碎石、塊石夾黏土，常見架空現(xiàn)象；據(jù)高程312 m處的PD7、PD8平硐揭露，其組成主要為碎裂巖，多具有層次，傾向北東，傾角20°左右，高傾角裂隙發(fā)育，張開寬度達(dá)數(shù)十厘米，填有黏土和碎石，巖石被切割為大小不等的巖塊；下覆基巖為白云巖，在滑塌體和基巖接觸處分布有一層黏土夾卵石，厚0.8～2.0 m，本次勘探在鉆孔ZK12揭露到一層厚約3.2 m砂夾碎石層，與河流沖積沉積產(chǎn)物相似。

山體平臺后山坡有兩條自然山溝，沿溝谷地段分布有崩坡積層Qdl+col碎石土，其物質(zhì)主要為黏土、粉土夾碎石、塊石。此外溢洪道右壩肩上部分布少量人工堆積碎塊石層。

1.3 滑坡體結(jié)構(gòu)特征

溢洪道右側(cè)滑坡體分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩個子區(qū)（見圖1）。

1.3.1 Ⅰ區(qū)

Ⅰ區(qū)滑坡體前緣緊臨溢洪道，前緣高程267～291 m，后緣位于高程307 m平臺上，主滑方向330°，滑坡縱向長約52 m，橫向?qū)捈s90 m，面積0.3萬m2，體積約2.74萬m3。根據(jù)鉆探成果揭露，Ⅰ區(qū)內(nèi)鉆孔ZK11覆蓋層厚度15.8 m，主要成分為崩坡積塊石、碎石夾粉土，其中底部為一層厚度50 cm的含礫粉質(zhì)黏土；鉆孔ZK12覆蓋層厚度26.9 m，為崩坡積物，其中上部為碎石土，下部（孔深22.3～25.1 m）為中粗砂夾碎石。

1.3.2 Ⅱ區(qū)

Ⅱ區(qū)滑坡體前緣西至壩頂右岸平臺，東至排水溝下游約12 m，前緣高程267～330 m，后緣最大高程341 m，滑坡縱向長約78 m，橫向?qū)捈s160 m，面積0.97萬m2，體積約9.54萬m3。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及前期安全鑒定勘察成果，Ⅱ區(qū)覆蓋層上部見少量殘坡積堆積粉土，下部厚度12～20 m，成分為碎石夾土及滑塌碎裂巖塊，在上游側(cè)及坡頂為人工堆積塊石層。

1.4 滑坡水文地質(zhì)

由于滑坡體內(nèi)碎石透水性較好，地下水埋深位于滑體體底面以下，最小深達(dá)21.95 m，加之基巖面以下約10 m范圍內(nèi)巖體透水性較好，壓水試驗平均透水率達(dá)10 Lu，天然狀態(tài)下滑坡體處于無水干燥狀，對滑坡體穩(wěn)定條件有利。

據(jù)鉆探成果揭露，滑體體土體注水試驗成果表明滲透系數(shù)一般為2.21×10-3～4.89×10-3 cm/s，以中等透水為主，表層透水性較強，注水量大于40 L/min。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

溢洪道右岸邊坡主要組成為覆蓋于古河道的滑塌堆積體，在其表層尤其是邊坡地帶一定深度范圍內(nèi)，為鈣質(zhì)、泥質(zhì)、膠結(jié)或半膠結(jié)的角礫石所填充，現(xiàn)山體滑塌堆積體邊坡處于基本穩(wěn)定狀，前期勘察報告也未見大規(guī)模失穩(wěn)記錄。加之基巖面總體傾向右下山里，起伏不大，滑坡區(qū)地下水位埋深較大，位于滑坡體以下20余米，沿基巖面產(chǎn)生整體滑移的可能性較小。

據(jù)鉆探成果揭露，滑坡體內(nèi)碎石土的成分有黏土、粉土，呈不規(guī)則分布于滑坡體內(nèi)，地質(zhì)剖面上難以尋找出一個以土類為主構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)滑移面。本次勘察1-1′地質(zhì)剖面（見圖2），沿基巖面分布的含礫粉質(zhì)黏土（ZK12有中粗砂分布）可構(gòu)成潛在滑移面，其傾角約11°，低于試驗力摩擦角15.9°?；麦w難以沿基巖面向坡外產(chǎn)生整體滑移，最有可能的是前緣與其上碎石土組合產(chǎn)生的圓弧形滑移破壞。

2.1 邊坡級別及安全標(biāo)準(zhǔn)

溢洪道為2級建筑物，若其右側(cè)滑坡失穩(wěn)，會嚴(yán)重威脅溢洪道的安全，按照《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL386—2007）[1]有關(guān)規(guī)定，溢洪道右側(cè)滑坡體屬于2級邊坡。2級邊坡設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)見表1，溢洪道右側(cè)滑坡取2級邊坡下限值。

2.2 荷載組合及工況

根據(jù)地質(zhì)勘探成果，滑坡體覆蓋層為中等透水，下伏基巖表層9 m范圍為中等透水，以下為弱-微透水；地下水位觀測成果表明，地下水位在基巖面以下26.31 m，水位最大變幅為4.36 m，主要受降雨影響所致。可以認(rèn)為，暴雨期間降雨匯流入滲滑坡體后，由上部覆蓋層入滲至下伏基巖，覆蓋層內(nèi)無地下水頭作用，但是需考慮覆蓋層飽和引起的參數(shù)變化。

工程區(qū)地震烈度為6度，按照《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》（SL203—97）[2]有關(guān)規(guī)定，可不進行抗震計算，因此不計入地震荷載。

因此，主要按天然狀態(tài)（正常運用條件）和暴雨狀態(tài)（非常運用條件Ⅰ）分別考慮，天然狀態(tài)僅考慮天然土體自重作用；暴雨狀態(tài)考慮飽和土體自重作用，不考慮地下水頭的作用，但考慮覆蓋層飽和引起的物理力學(xué)參數(shù)變化。

2.3 破壞模式

滑坡體Ⅰ區(qū)成分主要為碎石土，Ⅱ區(qū)成分主要為碎裂巖，下伏基巖坡度較平緩，因此其破壞模式主要考慮圓弧形滑動破壞，具體破壞模式見圖3。

2.4 巖土物理力學(xué)參數(shù)

巖土物理力學(xué)參數(shù)采用地質(zhì)建議值，見表2。

2.5 穩(wěn)定計算結(jié)果

滑坡體穩(wěn)定性分析采用二維剛體極限平衡

法[3-4]，利用傳遞系數(shù)法進行抗滑穩(wěn)定計算，各工況計算結(jié)果見表3?？芍?，滑坡體Ⅰ區(qū)在正常運用條件和非常運用條件Ⅰ下均不滿足規(guī)范要求，需要進行加固處理；Ⅱ區(qū)在正常運用條件和非常運用條件Ⅰ均滿足規(guī)范要求。

3 治理方案設(shè)計

3.1 方案選擇

常見的滑坡治理措施有排水、削坡、壓坡、錨固、支擋等[5-6]。西北口溢洪道右側(cè)山體失穩(wěn)主要破壞形式為Ⅰ區(qū)表層碎石土滑移破壞，根據(jù)工程調(diào)研，此類滑坡治理措施主要為前緣支擋加固+地表防滲排水。實際過程中，應(yīng)結(jié)合治理對象的破壞模式、地形地質(zhì)條件、施工條件對滑坡治理方案進行個性化設(shè)計。

3.1.1 排水

滑坡的發(fā)生和發(fā)展與地表水的作用有密切的關(guān)系，滑坡體周邊匯集的地表水、降雨的滲透等，容易誘發(fā)滑坡或使滑坡活動激化，因此排水措施是必要的。

溢洪道右側(cè)滑坡體后緣匯水總面積約5萬m2，匯水流量較大，容易對滑坡體坡面造成沖刷破壞，而且雨水入滲會造成坡體飽和、土體參數(shù)弱化，降低滑坡體的穩(wěn)定性。因此，排水是有效的治理措施。

3.1.2 削坡

多數(shù)情況下，導(dǎo)致滑坡體變形或失穩(wěn)的荷載是其自重，削坡減載措施可以有效地降低滑坡運動的下滑力，是提高滑坡體穩(wěn)定性最具實效的工程措施之一。

溢洪道右側(cè)滑坡體及滑塌堆積體總高度達(dá)180 m

（見圖2），滑坡體后緣滑塌堆積體厚達(dá)數(shù)十米，其物質(zhì)組成主要為碎石、塊石夾黏土，常見架空現(xiàn)象，加之后緣斜坡坡角稍陡，斜坡坡角一般為28°～38°，局部達(dá)45°，采用削坡方案可能引發(fā)上部滑塌堆積體產(chǎn)生進一步的拉裂破壞與滑移，并危及溢洪道右岸山體整體穩(wěn)定。因此，削坡方案不可取。

3.1.3 壓坡

因河流或溝谷水流的沖刷而誘發(fā)滑坡的實例十分普遍，治理措施多采取在滑坡前緣拋石、堆砌石籠、漿砌塊石、混凝土澆筑等護腳，使滑坡坡腳免受水流沖蝕。

由于溢洪道右側(cè)滑坡體前緣為溢洪道，不具備在前緣設(shè)置大體積壓坡體的條件，因此不宜采用壓坡方案。

3.1.4 格構(gòu)錨固

20世紀(jì)90年代末開始，格構(gòu)錨固在我國中、小型滑坡處理中得到廣泛應(yīng)用。一般當(dāng)滑坡處于非穩(wěn)定時期，有變形發(fā)生時，尤其是當(dāng)進一步削坡條件受到限制時，采取這種處理措施較為合適。格構(gòu)錨固技術(shù)結(jié)構(gòu)主要由預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力錨索（錨桿）與混凝土格架組成。

溢洪道右側(cè)滑坡體物質(zhì)為碎石土，其水平厚度達(dá)20 m以上，可采用能較好地適應(yīng)地形的混凝土格構(gòu)進行坡面防護。若采用錨桿（索）加固，其深度需達(dá)25 m以上，且須采用套管跟進造孔，施工難度較大，造價較高，因此不宜采用錨桿（索）加固方案。

3.1.5 支擋

抗滑樁支擋依靠樁嵌入較堅硬穩(wěn)定的地層中，樁與樁周巖土體相互嵌固并將滑坡推力傳遞到穩(wěn)定地層，利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動抗力來平衡滑坡推力，是一種大截面?zhèn)认蚴芎傻目够谓ㄖ铩?/p>

溢洪道右側(cè)滑坡體前緣垂直厚度約10 m，且下伏基巖為白云巖，巖體完整性較好，若采用抗滑樁加固，其深度約18 m以內(nèi)，且抗滑樁對小規(guī)模滑坡的加固效果一般較好。因此，抗滑樁支擋是滑坡體Ⅰ區(qū)治理的有效措施[7]。

根據(jù)溢洪道右側(cè)滑坡體地質(zhì)特征、分區(qū)穩(wěn)定性以及上述方案論證結(jié)果，確定滑坡體治理措施為地表截排水、抗滑樁支擋和坡面防護等。

3.2 地表截排水設(shè)計

滑坡體后緣匯水總面積約5萬m2，為防止后緣及側(cè)緣的地表匯水進入滑坡體內(nèi)，在其邊界2～5 m以外設(shè)置1條后緣截水溝，見圖4。后緣截水溝總長約300 m，沿滑坡體Ⅱ區(qū)邊界從上游往下游布置，按高程由高往低布置，最終排入溢洪道挑坎下游沖坑內(nèi)。

按100 a一遇暴雨強度設(shè)計截水溝排水流量。根據(jù)截水溝的過流條件，按明槽恒定均勻流計算截水溝的凈斷面大小，同時考慮匯流量大小及不沖不淤流速。截水溝按梯形斷面設(shè)計。經(jīng)計算，后緣截水溝凈斷面尺寸為（0.8 m+1.2 m）×0.8 m（（下底寬+上底寬）×高）。

截水溝采用鋼筋混凝土襯砌，混凝土等級C25，二級配，厚30 cm，排水溝底部設(shè)置10 cm厚碎石墊層。截水溝溝底坡度按實際地形選取，當(dāng)坡度較陡，流速高于不沖流速時，設(shè)置消能臺階，臺階每級高度0.5 m，每級長度根據(jù)現(xiàn)場地形條件確定。

3.3 抗滑樁支擋設(shè)計

在滑坡體Ⅰ區(qū)前緣布置一排抗滑樁，近平行于溢洪道右側(cè)邊墻布置，距離溢洪道邊墻約13 m，見圖5。滑坡體共布置18根抗滑樁，斷面尺寸2 m×3 m，樁中心間距5 m，樁長15～18 m，嵌巖段長度6～8 m。樁身采用C30三級配混凝土，縱筋采用HRB400鋼筋，箍筋采用HRB335鋼筋。

抗滑樁設(shè)計支擋力850 kN/m，抗滑樁內(nèi)力計算采用“K”法?？够瑯跺^固段為中等風(fēng)化狀態(tài)的白云巖，類比工程經(jīng)驗，取白云巖地基系數(shù)為800 MN/m3。

抗滑樁的內(nèi)力計算結(jié)果特征值見表4。

3.4 前緣回填設(shè)計

滑坡體前緣2008年曾發(fā)生小規(guī)?；壳盎课坏匦伪容^低凹，其內(nèi)側(cè)邊坡易再次發(fā)生滑塌，影響抗滑樁樁前土體的抗滑力。因此，清理垮塌部位的表面植被、腐殖土等后，在該部位回填碎石或塊石，回填坡比1∶2，可利用抗滑樁和右岸新增灌漿平洞開挖石料回填，回填后應(yīng)進行壓實整平。

3.5 格構(gòu)護坡設(shè)計

為防止溢洪道右側(cè)滑坡體發(fā)生淺表層滑塌，對滑坡體高程310 m以下邊坡坡面進行清理整平，采用鋼筋混凝土格構(gòu)進行護坡，混凝土等級為C25，格構(gòu)間距3 m×3 m，格構(gòu)斷面尺寸為30 cm×40 cm（寬×深），格構(gòu)交點處設(shè)置Φ28砂漿錨桿，錨桿長度為6 m，格構(gòu)內(nèi)回填20 cm厚種植土，并撒播草籽進行植草護坡。

3.6 治理后穩(wěn)定性分析

溢洪道右側(cè)滑坡體Ⅰ區(qū)治理后各工況穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果見表5。可以看出，滑坡體Ⅰ區(qū)治理后，各工況均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 論

西北口溢洪道右側(cè)滑坡體物質(zhì)組成主要為碎石、塊石夾黏土，補充勘察地質(zhì)成果表明溢洪道右側(cè)山體滑塌堆積體邊坡沿基巖面產(chǎn)生整體滑移可能性較小，最有可能的是前緣與其上碎石土組合產(chǎn)生的圓弧形滑移破壞。

根據(jù)穩(wěn)定性分析計算結(jié)果可知：滑坡體Ⅰ區(qū)在正常運用條件和非常運用條件Ⅰ下穩(wěn)定系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，Ⅱ區(qū)在正常運用條件和非常運用條件Ⅰ下穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

根據(jù)西北口溢洪道右側(cè)滑坡體的主要破壞模式、地形地質(zhì)條件、施工條件，針對性地進行了滑坡治理方案篩選，最終確定了地表截排水+抗滑樁+前緣回填+格構(gòu)護坡加固的工程治理方案。計算結(jié)果表明治理方案實施可有效提高邊坡穩(wěn)定性，可為類似滑坡體治理提供借鑒。

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Stability Analysis and Treatment Plan for the Slide Body on the Right Side of Xibeikou Reservoir Spillway

XIONG Yao，MIN Zhenghui，HUANG Xiaoyan

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：Due to heavy rainfall，a localized collapse occurred on the right side of the the Xibeikou Reservoir spillway. Stability analyses indicates that the stability coefficient of the landslide area Ⅰ does not meet the specification requirements under various working condition，which needs reinforcement treatment. Based on the characteristics of the landslide，we determine a landslide remediation plan which includes surface interception and drainage，anti-slip piles，leading edge backfill，and grid protection slope reinforcement. The calculation results indicate that the implementation of the treatment plan can effectively improve the slope stability and can provide reference for the treatment of similar landslide.

Key words：slide body；stability analysis；treatment plan