邸海燕

（西安外事學(xué)院 西安 710077）

黑河水庫引水洞上部滑坡的穩(wěn)定性分析及防治

邸海燕

（西安外事學(xué)院 西安 710077）

黑河水庫引水洞上部滑坡對庫區(qū)的安全，尤其對引水洞口放水塔構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。本文運(yùn)用極限平衡法中的Morgenstern-Price法、不平衡推力傳遞系數(shù)法對滑坡的穩(wěn)定性問題進(jìn)行穩(wěn)定性分析和評價，并根據(jù)滑坡工程地質(zhì)特征和穩(wěn)定性分析結(jié)果，結(jié)合該地區(qū)已有滑坡的防治工程經(jīng)驗(yàn)，提出了“上部卸載削坡+抗滑樁+表層防護(hù)處理+排水工程”的滑坡體綜合治理方案。

黑河引水洞滑坡；穩(wěn)定性分析；極限平衡；綜合治理方案

前言

黑河水利樞紐工程是一項(xiàng)以解決西安城市供水為主，兼顧灌溉、防洪等綜合利用的大型水利工程，作為西安市人民群眾的“生命線”工程，確保水庫的安全尤為重要。然而，從2004年起，右壩肩坡體上游靠近引水洞放水塔附近的高邊坡部分地段發(fā)生明顯的變形破壞現(xiàn)象；特別是2005年夏季以來，由于降雨量比往年明顯增多，坡體滲水量的增加導(dǎo)致邊坡變形加速，坡體中上部出現(xiàn)多處錯動和拉張裂縫，部分區(qū)段噴護(hù)層發(fā)生嚴(yán)重的開裂和脫落，坡體局部地段甚至發(fā)生嚴(yán)重滑塌[1]。該邊坡已經(jīng)發(fā)展成為一個對庫區(qū)安全，尤其是對放水塔構(gòu)成嚴(yán)重威脅的不穩(wěn)定變形體，滑坡處理與整治勢在必行。本文運(yùn)用極限平衡法中的Morgenstern-Price法、不平衡推力傳遞系數(shù)法對該滑坡的穩(wěn)定性問題進(jìn)行穩(wěn)定性分析和評價；并根據(jù)滑坡工程地質(zhì)特征和穩(wěn)定性分析結(jié)果，在參考該地區(qū)已有滑坡的防治工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合該滑坡的特點(diǎn)進(jìn)行了滑坡體綜合治理方案設(shè)計。

1 滑坡體工程地質(zhì)條件概況

1.1 地形地貌

滑坡體位于黑河水庫大壩右岸引水洞上部NE30°方向，約150m處的高陡邊坡上，坡度為38°～40°，滑坡后緣出露的是相對穩(wěn)定的基巖，左邊界落在一個地貌不太明顯的小沖溝中?；掠疫吔缇o鄰下游區(qū)已治理的2號滑坡，滑坡左翼中下部段有噴護(hù)層、導(dǎo)水渠等工程防護(hù)措施，坡體滑動后已遭破壞。滑坡上部約海拔720m以上地形相對寬緩，坡度角25°～33°。具體位置見黑河水庫高邊坡工程地質(zhì)平面圖[2]（圖1）。

圖1 滑坡平面分布圖

1.2 地層巖性

研究區(qū)滑坡地段基巖主要為前震旦系寬坪群大鎮(zhèn)溝組綠泥石片巖（Sc）和云母石英片巖（Se）軟弱變質(zhì)巖，其片理面產(chǎn)狀穩(wěn)定，基本呈條帶狀展布。覆蓋層為第四系殘坡積物（及滑坡碎裂巖（巖為云母石英片巖、綠泥石片巖）。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)位于秦嶺東西向構(gòu)造帶北緣西駱峪——田峪背斜南翼，巖層傾向SSW～SE，傾角32o～60°，走向約NW 290°～NE70°?；聟^(qū)由于長期受S-N向擠壓應(yīng)力的作用，斷層、節(jié)理裂隙較發(fā)育。

1.4 地下水

據(jù)平洞揭露，滑坡體內(nèi)存在一定量的不穩(wěn)定地下水，且主要為地表降水形成的滲入水。

2 穩(wěn)定計算

2.1 計算方案的選取

本次滑坡穩(wěn)定性計算所用剖面是A1-A'1剖面（圖2），為了便于比較，沿主滑方向，假定在滑動面已經(jīng)貫通的情況下，采用極限平衡法對斜坡體進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

2.2 材料參數(shù)選取

滑坡體的密度參數(shù)確定：滑體中主要為基巖(云母石英片巖)滑動后形成的碎裂巖體，僅在地表有壤土夾碎石土。因此，碎裂巖按其母巖(云母石英片巖)試驗(yàn)值的85%取值。取值結(jié)果見表1。

表1 滑坡巖土體的容重（ρ）選用值

滑坡底滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的確定：根據(jù)探洞中地質(zhì)資料及試驗(yàn)結(jié)果，滑帶土天然含水率較高，且已具可塑狀態(tài)，所以得到的C、φ相對較小。通過選取典型的剖面進(jìn)行了計算，計算時考慮到變形體的底滑面尚未完全貫通，仍有部分基巖未剪斷，具有一定的強(qiáng)度對滑坡體的穩(wěn)定性有利，所以在選取參數(shù)時，參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整，具體取用值見表2。

表2 抗剪強(qiáng)度參數(shù)(C，φ)采用值

2.3 計算結(jié)果分析

根據(jù)滑坡體剖面（主滑方向），采用Geoslope軟件建立相關(guān)邊坡模型，利用Morgenstern-Price法對斜坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行了計算分析，結(jié)果Fs=1.06。斜坡體整體處于臨界平衡狀態(tài)，需要進(jìn)行防治與處理。

依據(jù)滑坡剖面圖，采用不平衡推力傳遞系數(shù)法將斜坡體進(jìn)行塊體剖分，據(jù)此條塊剖分結(jié)果，按斜坡體飽水狀態(tài)進(jìn)行了穩(wěn)定系數(shù)、剩余推力的計算及穩(wěn)定性評價。其中，在設(shè)計剩余下滑推力計算中，安全系數(shù)均按1.15考慮，結(jié)果見表3，可見采用這種方法計算的結(jié)果與前面兩種方法是一致的，穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.04斜坡體處于臨界平衡狀態(tài)，需要對其進(jìn)行防治與處理。

表3 剩余推力計算結(jié)果

3 治理方案的選擇

穩(wěn)定性計算分析與評價結(jié)果表明，該滑坡已成為一個對庫區(qū)，尤其是對放水塔構(gòu)成嚴(yán)重威脅的不穩(wěn)定斜坡體，因此滑坡處理與整治迫在眉睫。

有前面的計算可知滑坡推力較大，如果直接用抗滑樁支擋，需要增大樁的截面尺寸或用兩排抗滑樁支擋，造價太高；由于坡體基巖物理力學(xué)性能較差、節(jié)理裂隙較發(fā)育，如果對滑坡變形體采取削坡并全部清除的整治措施不僅花費(fèi)代價太大，而且在清除了變形體之后的坡體，仍然需要護(hù)坡處置。因此對于先全部清除再護(hù)坡的方案不僅造價高，而且對于現(xiàn)有的場地條件其施工難度太大，不予采用。

考慮到滑坡表層土體為破碎巖土體，且厚度不大，當(dāng)清除掉表層土體，不僅可以增加滑坡變形體的穩(wěn)定系數(shù)，而且可開挖到比較新鮮的巖土體層面，防止土體掉塊或崩滑，使坡體表層處于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)。所以可以首先進(jìn)行部分削坡處理。表層開挖后如果不進(jìn)行護(hù)面處理，易被風(fēng)化產(chǎn)生新的破碎巖土體和節(jié)理裂隙，這樣地表水容易入滲導(dǎo)致滑坡體的變形破壞，因此必須進(jìn)行坡面的防護(hù)措施。

處理掉表層破碎土體后，滑坡體的深層滑動面經(jīng)計算后推力也較大，而坡體較陡，空間上形成一個陡斜面，必須采取能深入滑動面并且提供較大的抵抗力的支擋措施。根據(jù)現(xiàn)有的工程治理案例來說，抗滑樁是最佳選擇，而一般的支擋結(jié)構(gòu)不能深入滑動面下并且提供抵抗力，并且坡體下面為強(qiáng)—中等風(fēng)化基巖，能為抗滑樁提供較大的抗力。

水是影響滑坡穩(wěn)定性的一個重要的影響因素。由于坡體破碎節(jié)理裂隙大量發(fā)育，水分很容易入滲到坡體內(nèi)部，所以此次滑坡治理需考慮排水措施。

綜上所述，為了保證滑坡的穩(wěn)定性和治理工程的合理經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)滑坡工程地質(zhì)情況和穩(wěn)定性分析結(jié)果，結(jié)合該地區(qū)已有滑坡的防治工程措施，采取卸載削坡+抗滑樁+表層防護(hù)處理+排水工程的綜合方案來治理該滑坡[1][3]。具體為以下幾個方面：

（1）上部卸荷削坡：挖除已經(jīng)滑動的表部松散體和中—后部局部較厚的變形體。

（2）設(shè)置抗滑樁錨固：對挖方削坡之后剩余的變形體用抗滑樁進(jìn)行錨固處理，錨固段長度應(yīng)當(dāng)大于所剩余的變形體厚度而進(jìn)一步深入到變形體底界之下的相對穩(wěn)定巖體之中。

（3）表層防護(hù)加排水溝：為防止地表水對坡面的沖刷和防止地表水的入滲，對開挖后露出的比較新鮮的巖土體層面，采用錨噴支護(hù)及排水設(shè)計。

4 綜合治理設(shè)計

4.1 削方

削方主要是挖除已經(jīng)滑動的表部松散體和中—后部局部較厚的變形體。根據(jù)坡體空間形態(tài)和變形破壞特征，從滑坡前緣陡坎起按計算對滑坡進(jìn)行削坡，具體從滑坡前緣起向上按坡度1∶1和1∶1.5分8級削坡，分級削坡平臺寬3m。

4.2 抗滑樁設(shè)計

本方案采用傳遞系數(shù)法計算滑坡推力，以彈性樁模型按K法、樁底為鉸接端時計算樁的內(nèi)力，具體計算步驟如下：

4.2.1 滑坡推力計算

由于黑河引水洞上部滑坡的穩(wěn)定性對引水洞的安全運(yùn)行至關(guān)重要，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[4]以及《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》[5]，邊坡防治等級屬于Ⅱ級，設(shè)計安全系數(shù)為1.25。按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[6]的規(guī)定，計算時考慮地震力對滑坡的影響，設(shè)計地震烈度按抗震設(shè)防烈度8度考慮?；峦屏τ嬎惴椒ú捎脗鬟f系數(shù)法，削方之后滑坡體在前緣出口處的剩余下滑力En=1400kN/m，樁前處的滑坡推力為E=2200kN/m。

4.2.2 抗滑樁設(shè)置

依據(jù)以上分析及剩余力的計算結(jié)果，結(jié)合滑坡剖面形態(tài)特征和該地區(qū)類似滑坡的防治工程經(jīng)驗(yàn)，對抗滑樁尺寸、間距按相關(guān)規(guī)范[7][8][9]分別進(jìn)行設(shè)計，見圖3。沿基本垂直與滑坡主軸方向布設(shè)抗滑樁，即在滑坡前緣670m高程一帶布設(shè)一排抗滑樁，樁的間距（中至中）l=6m，共12根，樁斷面為矩形bXa=2m X3m，截面寬度2m，高3.0m，長邊平行于滑動方向。抗滑樁設(shè)計樁長H=14m，其中受荷段H1=7m，進(jìn)入基巖段H2=7m。施工時可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況對樁長作適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)剪力隨深度變化可知，在滑動面處附近由于樁剪力過大，可適當(dāng)加密。為了增加整個設(shè)計結(jié)構(gòu)的連貫性和整體性，更好地把力分配到各根樁上，樁頂可用冠梁連接起來，從而提高整個支擋體系的支擋效果。

4.3 護(hù)坡處理

卸載放坡坡面采用Φ25砂漿錨桿進(jìn)行護(hù)坡處理，根長3m，沿坡面2m X2m梅花型布設(shè)。同時坡面掛鋼筋網(wǎng)，間距200mm X200mm，噴C20混凝土厚度15cm。噴射時注意預(yù)埋排水管。

4.4 排水溝布設(shè)

在坡面各級平臺設(shè)置水平排水溝，根據(jù)地形特點(diǎn)排水溝縱向比降i=1/200，寬30cm、深50cm。在邊坡處理范圍邊沿順坡向設(shè)置豎向排水溝，各級水平排水溝出口與豎向排水溝銜接，并要與原排水溝銜接。地下排水設(shè)施采用Φ10圓形泄水孔，排水管采用PVC塑料管，豎直面3m X3m梅花形布設(shè)，排水孔以5O左右的坡度向坡體內(nèi)延伸。

該主題工程完工后對滑坡體進(jìn)行了變形監(jiān)測，滑坡變形體基本已進(jìn)入穩(wěn)定階段，滑坡的變形得到很好的控制，說明此方案合理可行。

5 結(jié)論

（1）本文采用極限平衡法中的Morgenstern-Price法、不平衡推力傳遞法對不穩(wěn)定斜坡體的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)接近1，滑坡體處于臨界平衡狀態(tài)，可知當(dāng)考慮地震力影響和強(qiáng)降水等不利的自然營力作用下滑坡體很難保持穩(wěn)定，滑坡的治理勢在必行。

（2）比較了幾種滑坡治理方案：坡體基巖物理力學(xué)性能較差、節(jié)理裂隙較發(fā)育，對滑坡變形體采取削坡并全部清除的整治措施花費(fèi)代價太大，而且對于現(xiàn)有的場地條件其施工難度太大，不予采用；部分削坡處理（削去表層碎石土之后）及坡面做防護(hù)措施，滑坡變形體穩(wěn)定性系數(shù)有所提高但并未達(dá)到安全所需要求。因此，在采用部分削坡處理之后，還須進(jìn)行錨固與表層防護(hù)相結(jié)合的處理措施。

（3）根據(jù)對滑坡治理方案的比較，考慮本次工程的重要程度[10]（臨近水庫，并且滑坡體威脅到水庫放水塔）及該滑坡的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的治理措施以及施工要求，以經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行為指導(dǎo)，對已產(chǎn)生的滑坡變形體采用上部卸載削坡加抗滑樁加表層防護(hù)處理加排水工程的綜合治理方案，實(shí)踐證明該方案是安全可靠的。

[1]邸海燕．黑河水庫引水洞上部滑坡穩(wěn)定性分析與治理設(shè)計[D]．西安：長安大學(xué),2009.

[2]馬潤勇,彭建兵,毛彥龍.西安金盆水庫放水塔附近滑坡特征及成因分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2006,14(4).

[3]段君.旬陽黨家壩滑坡綜合分析評價及防治方案優(yōu)選研究[D],西安:長安大學(xué),2006.

[4]GB50330—2002,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]．

[5]DZ/T0219—2006,滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S]．

[6]GB50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]．

[7]TB10025—2001,鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．

[8]GB50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．

[9]鐵道部工務(wù)局.鐵路路基工程技術(shù)手冊[M].北京:中國鐵道出版社,1979.

[10]丘建金,文建鵬,高偉.深圳光匯油庫邊坡穩(wěn)定性分析及工程治理[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009,28(11).

Stability Analysisand Measureson Landslidesover Tunnelsat Heihe Reservoir in the City of Xi'an

Landslides brought serious threats to the safety of the reservoir,especially to thewater tower,By using the limited equilibrium methods of Morgenstern-Priceand imbalance thrust force,thew riterof the paper analyzed and evaluated the stability of the slope stability state.Based on Engineering geologicalcharacteristicsof landslideand stability analysis,combining thepreviousprevention and treatmentof landslidesexperiences in this region,the author put forth a comprehensive treatment-scheme including"unload theupward of landslide+install anti-slide pile+setup drainage system+using boltprotection the surface"for the referencesof the readers.

the landslideofHeihe reservoir;stability analysis;limiting equilibriummethod;comprehensive treatment-scheme

TU 413.6+2

A

1671-9107（2011）07-0029-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.07.029

2011-05-05

邸海燕（1984-），女，漢族，安徽亳州人，助理講師，主要從事土力學(xué)與地基基礎(chǔ)教學(xué)與研究。

余詠梅