李欣杰 陳劍平 潘玉珍 李佳琦 馬玉飛 許 鵬

(1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院;2.長江三峽勘測研究院有限公司;3.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院)

在怒江巖桑樹地區(qū)，滑坡一直以來都是頻繁發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，加上該地區(qū)地勢比較險(xiǎn)要，治理起來也很困難。在我國，對滑坡治理的研究經(jīng)過了很長的時(shí)間，滑坡工程治理的方法有很多［1-2］，經(jīng)過對比分析，錨索抗滑樁在邊坡加固的使用在類似地區(qū)使用比較廣泛［3］。我國在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)出現(xiàn)抗滑樁中添加錨索這一技術(shù)，在樁的上端施加一個(gè)拉力，就可以大大地減少抗滑樁的埋置深度，這樣就可以在經(jīng)濟(jì)上取得可觀的效益。

同時(shí)對滑坡穩(wěn)定性評價(jià)的方法，我國的研究歷史也比較長。離散單元法［4］、有限元方法、剛體極限平衡法［5］等發(fā)展較快。在剛體極限平衡法中，應(yīng)用GeoStudio軟件［6］對滑坡進(jìn)行模擬分析，可以得出滑坡的安全系數(shù)以及滑坡最危險(xiǎn)滑面。但添加錨索抗滑樁后，該軟件就不能很好地計(jì)算出支護(hù)的效果，也不能更準(zhǔn)確的計(jì)算出配筋的數(shù)量。而理正軟件不能計(jì)算出安全系數(shù)，卻能很好地模擬出滑坡添加支護(hù)措施后的效果。因此，考慮到兩者之間的優(yōu)劣性，本研究將兩者合二為一對滑坡進(jìn)行分析。

1 滑坡地質(zhì)環(huán)境概況

干田壩滑坡位于云南省保山市境內(nèi)的怒江下游干流上，該堆積體所在的怒江河段呈現(xiàn)波狀，兩岸山坡相對比較陡峻，平均坡度為35°～45°，坡面總體走向?yàn)楸睎|—南西向，局部為懸崖峭壁。

該區(qū)大地構(gòu)造屬于岡底斯—念青唐古拉褶皺系之二級構(gòu)造褔貢－鎮(zhèn)康褶皺帶中芒市褶皺束與保山－永德褶皺束交界處。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中許多斷裂帶規(guī)模宏大。其裂隙主要包括卸荷裂隙、層間裂隙。該區(qū)地表大部分為第四系覆蓋層，僅局部見有基巖露頭。

該區(qū)域地下水較豐富，其類型主要有松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶水、基巖裂隙水，受地形、巖性和水文氣象的控制，具有季節(jié)性變化特點(diǎn)。

該滑坡體的全貌見圖1所示。

圖1 滑坡全貌

2 滑坡基本特征及成因機(jī)制

2.1 滑坡基本特征

該滑坡位于怒江左岸，體積約為175萬m3，依據(jù)國土資源部行業(yè)規(guī)范，該滑坡屬于大型滑坡。堆積體的前緣和后緣第四系堆積體的厚度比堆積體中部薄，上游稍比下游薄，坡度厚度3～28 m，平均厚度為12.5 m，屬于中層滑坡。

該區(qū)域高程800 m以上平均坡度35°;以下坡度稍陡，平均坡度40°?？拷缶壣嫌蝹?cè)邊界高程900～950 m，分布有殘坡積物，主要由棕紅色碎石土、土夾碎石組成，成分主要為灰?guī)r，含少量白云巖、砂巖;土為黏土、粉質(zhì)黏土。在高程750～800 m間，多處見基巖出露，為志留系中上統(tǒng)泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄層狀，呈強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，呈半解體狀，并有傾倒變形現(xiàn)象，產(chǎn)狀為66°∠34°。根據(jù)平硐揭露基巖正常產(chǎn)狀為120°～130°∠50°～65°。

2.2 滑坡變形特征

該區(qū)基巖強(qiáng)卸荷帶內(nèi)，存在較多架空現(xiàn)象，形成裂縫，多充填巖塊、碎塊及次生黃泥，部分形成孔洞;層理變形破壞嚴(yán)重，不連續(xù)出露，較難辨認(rèn);巖體極破碎，呈塊狀、碎塊狀，部分呈碎屑狀，成硐條件較差，需進(jìn)行支護(hù)。且多見有順層的剪切破碎帶以及規(guī)模較小的斷層發(fā)育，其發(fā)育部分，巖體多具有風(fēng)化加劇現(xiàn)象;部分已完全解體，呈較密實(shí)塊石、碎石夾土及碎屑狀。

各平硐所揭露的巖體各風(fēng)化帶的深度見表1。

表1 各平硐揭露巖體各風(fēng)化帶深度 m

在PDG01、PDG03平硐覆蓋層與基巖接觸部位，由于受到上部覆蓋層牽引的影響，基巖產(chǎn)生了明顯的被牽引、蠕變的現(xiàn)象。在坡體中部的PDG03平硐硐深91 m之前，巖體風(fēng)化、卸荷強(qiáng)烈，完整性相對來說比較差，多呈散體—碎裂結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀為65°～75°∠18°～32°，巖層傾角隨著硐深的加大逐漸變陡，至硐深91 m以后產(chǎn)狀相對穩(wěn)定，優(yōu)勢產(chǎn)狀80°～135°∠47°～65°。這一現(xiàn)象揭示了巖體具有較為明顯的傾倒變形跡象。

該區(qū)地表未見變形破壞跡象。據(jù)鉆孔、平硐揭露，堆積體內(nèi)部未見明顯不利結(jié)構(gòu)面，覆蓋層與基巖界面亦未見蠕變、滑動(dòng)跡象與滑面。但基巖強(qiáng)卸荷帶內(nèi)，裂隙(主要為卸荷裂隙)、斷層、層間剪切帶較發(fā)育，巖體具有明顯傾倒變形跡象，且完整性差，多呈碎裂—散體結(jié)構(gòu)，多具有風(fēng)化加劇現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)明顯統(tǒng)一滑面或軟弱面［7-8］。

按照堆積體各區(qū)的變形和工程地質(zhì)特征，該岸坡屬于傾倒型蠕動(dòng)變形邊坡，且具有以下比較明顯的變形特征:

(1)岸坡基巖巖體向臨空一側(cè)傾倒。巖體中卸荷裂隙發(fā)育，多張開，呈上寬下窄的特征，部分巖體伴隨有架空現(xiàn)象。

(2)由于巖層依次向臨空側(cè)傾倒，伴隨構(gòu)造應(yīng)力的影響，層與層之間多發(fā)生有層間剪切帶，帶內(nèi)巖體完整性極差，多呈散體—碎裂結(jié)構(gòu)，且風(fēng)化加?。?］。

(3)基巖變形體與下部較完整巖體呈漸變型的交接關(guān)系。巖層的產(chǎn)狀也將發(fā)生變化，同時(shí)層間剪切、卸荷裂隙等這些次生結(jié)構(gòu)面將仍然可見。

(4)在垂直的方向上也將展示一定的分帶特性，從地表向深部大致分為2個(gè)帶:①崩坡積帶;②蠕動(dòng)傾倒變形帶。

2.3 滑坡成因機(jī)制

該堆積體下伏基巖傾向山里，巖層走向與坡面走向夾角為47°～52°，因此岸坡的類型為逆向坡，這是產(chǎn)生傾倒變形破壞的巖體結(jié)構(gòu)條件。為了更好的演示出滑坡的變形機(jī)制，繪制出變形示意圖，如圖2所示:圖2(a)為岸坡巖體伴隨地殼抬升，巖體中構(gòu)造應(yīng)力、自重應(yīng)力的釋放，巖體在淺表層發(fā)生卸荷回彈變形，使得淺表部巖體產(chǎn)生拉張破裂，原有結(jié)構(gòu)面擴(kuò)展破壞，并產(chǎn)生新的次生結(jié)構(gòu)面;圖2(b)為巖體追蹤軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生傾倒變形;隨著地表徑流、地表水的入滲、侵蝕，巖體風(fēng)化加劇，加之高頻率地震的反復(fù)作用，使得結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度進(jìn)一步惡化，并相互貫穿，巖體被切割、破壞了;圖2(c)為開挖后，上部巖體失去支撐巖體，沿著陡傾角結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生錯(cuò)落式的破壞，并堆積于坡腳，此時(shí)坡腳堆積物對邊坡巖體起到反壓作用，使邊坡巖體能維持相對穩(wěn)定狀態(tài);圖2(d)為上述作用的影響將更加突出，在自重應(yīng)力的長期作用下，導(dǎo)致岸坡巖體解體、松動(dòng)。

圖2 滑坡變形示意

3 滑坡穩(wěn)定性分析的數(shù)值模擬

3.1 模型參數(shù)的選取

在本次滑坡的分析中，將主要用到的是極限平衡法，極限平衡法的優(yōu)點(diǎn)是在不能給出應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)變形圖像的情況下，也能對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性給出比較精確的結(jié)論。目前在很多大型水電工程中都有應(yīng)用，比如錦屏梯級電站的庫區(qū)邊坡，三峽庫區(qū)邊坡等。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)以及滑動(dòng)面巖土體的特征，確定滑體內(nèi)各種材料的參數(shù)，如表2。

表2 模型各材料物理力學(xué)參數(shù)取值

3.2 模型的建立、安全系數(shù)的計(jì)算

本研究所采用的是Geo Studio軟件來計(jì)算此邊坡的安全系數(shù)，建立模型如圖3所示。

圖3 滑坡計(jì)算模型

在計(jì)算安全系數(shù)時(shí)，主要以 bishop法、Janbu法、M－P法，通過計(jì)算可得安全系數(shù)如表3所示。

表3 滑坡安全系數(shù)

通過表3可以看出，該滑坡最小的安全系數(shù)為1.033。即使現(xiàn)在比較穩(wěn)定，但該地區(qū)位于地震烈度為Ⅷ度，加上該水庫蓄水之后，勢必會對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以，應(yīng)加一些防護(hù)措施使其保持穩(wěn)定，在本研究中將應(yīng)用理正軟件中的滑坡推力計(jì)算以及抗滑樁2個(gè)模塊對其進(jìn)行支護(hù)處理。

4 抗滑樁方案設(shè)計(jì)

4.1 模型的建立

利用理正巖土抗滑樁設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行錨索抗滑樁［10-12］的設(shè)計(jì)(如圖4所示)。在抗滑樁位置設(shè)置的過程中，應(yīng)使抗滑樁距離剪出口位置較近，保證抗滑樁與剪出口之間滑坡體的穩(wěn)定性，同時(shí)要使滑坡體不從樁前剪出，確保其安全性。

圖4 堆積體滑坡剖面

為了確保堆積體穩(wěn)定，同時(shí)也考慮到實(shí)際施工的可操作性，在理正軟件中對抗滑樁、錨索的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終本著既能保證堆積體穩(wěn)定、工程造價(jià)又比較合理的原則，確定出的各個(gè)參數(shù)如表4。

表4 錨索抗滑樁參數(shù)

4.2 支護(hù)結(jié)果分析

通過計(jì)算，可繪制出樁身彎矩、剪力圖，分別如圖5、圖6所示。

圖5 樁身彎矩

圖6 樁身剪力

由圖5、圖6中可以清楚的觀測出樁身彎矩、剪力的分布情況。樁身的彎矩隨著深度的增加首先面?zhèn)瘸尸F(xiàn)增長，樁身面?zhèn)茸畲髲澗刂禐?92.947 kN·m，距離樁頂6.767 m，隨后呈現(xiàn)背側(cè)彎矩增長，背側(cè)最大彎矩值為2 839.357 kN·m，距離樁頂16.75 m。在剪力圖中可以觀測到，樁身剪力隨深度的增加變化的比較快，樁身最大剪力為834.768 kN，距離樁頂21.563 m。樁身的位移最大值為49 mm。

由以上數(shù)據(jù)可以得出，樁身在堆積體的下滑推力作用下能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，并且樁身的剪力、彎矩都比較合理，能夠使樁身不被破壞。在鋼筋布置上，面?zhèn)瓤v筋最大值為14 000 mm2，背側(cè)縱筋最大值為15 015 mm2，箍筋最大值為654 mm2。

5 結(jié)論

(1)通過對堆積體岸坡的工程地質(zhì)特點(diǎn)及變形特征分類的分析，其屬于傾倒性蠕動(dòng)變形邊坡，堆積體所在岸坡結(jié)構(gòu)屬典型的巖土復(fù)合型岸坡。

(2)所建立的模型是充分考慮到國內(nèi)外對滑坡治理的經(jīng)驗(yàn)、對該地區(qū)自然地質(zhì)條件的勘察、對滑坡整體特征的掌握，所以該錨索抗滑樁方案是相對比較合理的。

(3)通過運(yùn)用極限平衡分析法對該滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)可知，該滑坡目前處于相對比較穩(wěn)定的狀態(tài)，但是其一直保持安全的可能性較低。加上錨索抗滑樁之后，該邊坡的下滑推力明顯減少，可見該滑坡在地震發(fā)生或者水位上升后都可保持穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)將該方案用于滑坡中，效果顯著，對周圍地區(qū)以及工程地質(zhì)條件相似地區(qū)的滑坡治理都是一個(gè)很好地示范作用。

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