王和平, 王登科, 王 斐

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南 鄭州 450003; 2.加拿大艾爾伯特大學(xué),艾爾伯特 埃德蒙頓 T6HOC7)

臥虎山水庫3#滑坡體成因分析及其治理措施

王和平1, 王登科1, 王 斐2

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南 鄭州 450003; 2.加拿大艾爾伯特大學(xué),艾爾伯特 埃德蒙頓 T6HOC7)

在分析已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,對滑坡體產(chǎn)生的原因進(jìn)行論證,采用EMU中的Sarma法對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算,結(jié)果表明3#滑坡體沿某一方向具備滑動的可能。采用抗滑樁與地表排水相結(jié)合的方法,使3#滑坡體得到了有效治理。

滑坡;滑動面;夾泥;主滑帶;邊坡穩(wěn)定

濟(jì)南市臥虎山水庫庫周存在滑坡(變形)體21處,規(guī)模大小不一,性質(zhì)各異。其中1#、2#、3#、20#滑坡體對水庫安全影響較大。前期,山東省水利勘測設(shè)計院對上述4個滑坡體進(jìn)行過專門研究,并進(jìn)行過局部處理。右岸20#滑坡體經(jīng)過鋪蓋處理,對水庫安全影響不大。左岸1#、2#滑坡體經(jīng)過前期處理,已經(jīng)基本滿足穩(wěn)定要求。近年來,只在水庫左岸3#滑坡體前緣出現(xiàn)了局部裂縫、沿滑動面有泥質(zhì)溢出等現(xiàn)象。為了保證水庫左岸溢洪道和水庫下游人民的安全,需要對3#滑坡體進(jìn)行除險加固。

1 基本地質(zhì)條件

1.1 滑坡體地形地貌

3#滑坡體位于左岸溢洪道進(jìn)口段岸坡上,坡面傾向北或北東,是一個滑面在縱剖面上表現(xiàn)為弧形的多級滑坡。由于沿弧型斷面錯落造成的轉(zhuǎn)動,使滑體巖層與正常巖層形成反傾關(guān)系。3-1滑坡后緣已經(jīng)被后期崩—坡積物充填,高程185～200 m;3-2滑坡地形呈緩坡狀,地層向內(nèi)傾斜;3-3滑坡頂面高程135.0 m,現(xiàn)為省級公路。滑坡前緣位于庫水位以下,高程約125 m。滑坡兩側(cè)均為沖溝[1]。

根據(jù)本次勘探結(jié)果,滑坡體在平面上呈扇形分布,滑體厚度13～45 m,最大體積為200×104m3。

1.2 滑坡體物質(zhì)組成

滑坡體的地層分布(圖1):

(1) 3-1滑坡后緣被第四系全新統(tǒng)崩—坡積物充填,巖性為大塊石夾土,滑體主要由灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r組成,傾向山內(nèi)?；瑒用鏋檐浻矌r層的軟弱面。

(2) 3-2滑坡主要由寒武系中統(tǒng)灰?guī)r、泥灰?guī)r、薄層頁巖夾細(xì)砂巖、云母質(zhì)頁巖等組成,呈30°～45°傾向山內(nèi)。灰?guī)r、泥灰?guī)r呈中厚層狀;薄層頁巖、云母質(zhì)頁巖頁理明顯。

圖1 臥虎山水庫3#滑坡體地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of No.3 landslide of Wohushan reservoir

(3) 3-3滑坡體主要由泥質(zhì)頁巖夾砂質(zhì)云母頁巖、疙瘩狀灰?guī)r、頁巖等組成,底部有10 cm純泥型軟弱夾層。

3#滑坡是由于早期巖石重力失穩(wěn)而形成的,為推移式厚層巖石滑坡?；麦w結(jié)構(gòu)松散,含水量高,易變形。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和現(xiàn)場勘探、豎井開挖可知,滑坡體內(nèi)目前情況下處于干燥狀態(tài),有利于滑坡體的穩(wěn)定。

2 工程地質(zhì)特性

本次除險加固工程對于滑體土的化學(xué)成分、礦物成分沒有進(jìn)行重新檢驗分析,只進(jìn)行了顆粒分析,見表1,而化學(xué)成分、礦物成分、力學(xué)指標(biāo)主要依據(jù)前期試驗資料。從已有的資料可知:①夾泥中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量較高,而CaO和MgO的含量較低;②夾泥的礦物成分以蒙脫石、伊利石為主,含有少量綠泥石、方解石和白云巖。

根據(jù)已由試驗資料,結(jié)合3#滑體土性質(zhì),提出滑體(巖)土力學(xué)指標(biāo)建議值如表2。

3 滑坡原因分析及穩(wěn)定性計算

3.1 滑坡成因

臥虎山滑坡體為破碎的灰?guī)r、泥灰?guī)r、薄層頁巖、砂質(zhì)頁巖等組成,局部裂隙發(fā)育,遇水軟化,為滑坡形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。軟弱結(jié)構(gòu)面和主滑面為順坡向,軟弱結(jié)構(gòu)面一旦遇水,抗滑力減小,為邊坡滑動提供了結(jié)構(gòu)面?；瑤恋耐杆韵鄬^差,地下水沿巖層頂面或底面一帶徑流,軟化滑帶物質(zhì)形成軟弱帶,為滑坡形成提供了滑動介質(zhì)?；轮胁苛严断鄬Πl(fā)育,為地下水的入滲提供了通道,使滑帶中含水量增加,巖體軟化,滑體抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低,從而誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。人類活動,如大爆破使得滑坡體進(jìn)一步破碎、松動,加之前緣開挖,前緣形成臨空面,邊坡的應(yīng)力平衡被打破,從而引起新的滑動。

表1 3#滑坡體夾層物質(zhì)顆分試驗成果匯總表

表2 3#滑坡體夾層、巖體力學(xué)指標(biāo)建議值

3.2 滑坡穩(wěn)定計算

為了簡化計算,3#滑坡體穩(wěn)定計算采用圖2的剖面進(jìn)行計算,簡單地認(rèn)為3-1、3-2、3-3滑坡體的底界面為連續(xù)主滑動面。按滑體沿軟弱面和主滑帶滑動兩種工況考慮。主要采用巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析的程序EMU(Energy Method Upper Bound Limit Analysis)中的Sarma法計算,即計算假定條塊的底面和側(cè)面均達(dá)到極限平衡,可通過靜力平衡條件獲得極限狀態(tài)的臨界加速度ηb,計算K值。

圖2 臥虎山水庫3#滑坡體穩(wěn)定計算剖面圖Fig.2 Profile of stability calculation of No.3 landslide of Wohushan reservoir

安全系數(shù)k的確定:根據(jù)《水利水電邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL386—2007)的規(guī)定[2],采用極限平衡法計算的邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)滿足規(guī)范中表3.4.2抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn),而表3.4.2邊坡級別的確定則是依據(jù)規(guī)范中表3.2.2邊坡的級別與建筑物級別的對照關(guān)系確定。確定建筑物邊坡級別為3級,相應(yīng)邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.15。

3.2.1 加固前邊坡穩(wěn)定計算

按沿軟弱面滑動和主滑動面滑動兩種工況進(jìn)行計算[3],如表3。

由表3可知:3#滑坡體沿主滑帶滑動方向不滿足邊坡穩(wěn)定要求。

表3 滑坡體按不同滑動面滑動安全系數(shù)計算結(jié)果表

3.2.2 設(shè)計抗滑力后邊坡穩(wěn)定計算

根據(jù)上述計算結(jié)果,沿3#滑坡體主滑帶滑動方向需要增加邊坡抗滑力。運用EMU程序,對不穩(wěn)定邊坡施加設(shè)計抗滑力,使抗滑穩(wěn)定系數(shù)K滿足穩(wěn)定要求。計算成果如表4。

表4 滑坡體增加設(shè)計抗滑力后安全系數(shù)計算結(jié)果表

4 滑坡治理措施及效果

4.1 滑坡治理措施

臥虎山滑坡體治理采用抗滑樁和布置表層排水治理,其優(yōu)點為:①抗滑樁可以埋入地下,對周圍建筑物和環(huán)境影響較小。②抗滑樁樁長、樁徑以及樁頂、樁底高程可以在開挖豎井的過程中,依據(jù)地質(zhì)情況的變化進(jìn)行調(diào)整。③抗滑樁布置比較靈活,可以分散使用,也可以集中成排布置。施工方法簡單,施工過程中可直觀檢查,施工質(zhì)量可以得到保證。

表層排水設(shè)計是在滑坡體邊界以外大約6 m處,設(shè)計一條環(huán)形截水溝。在滑坡范圍內(nèi)設(shè)計樹枝狀排水溝,排水溝位置盡量避免橫切滑坡體。主溝和滑坡移動方向一致,支溝與滑坡移動方向呈30°～45°,支溝間距20～30 m。

4.2 滑坡治理效果

根據(jù)表3的計算結(jié)果,進(jìn)水渠段滑坡體以3剖面方向為滑動方向,每延米設(shè)計抗滑力為1 000 kN?？够瑯对O(shè)計尺寸為矩形,尺寸3 m×4 m,樁短邊與滑動方向垂直,共布置12根樁。經(jīng)過增加設(shè)計抗滑力后的穩(wěn)定計算,滑坡體的抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足要求,滑坡體穩(wěn)定。

5 結(jié)語

(1) 臥虎山水庫庫周滑坡體21處,對水庫影響較大的有1#、2#、3#、20#滑坡體,經(jīng)過前期治理,1#、2#、20#滑坡體對水庫的影響已經(jīng)降到最小,而對水庫安全具有影響的只有3#滑坡體。

(2) 3#滑坡體主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、塊體結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件等因素共同影響。3#滑坡體本身為古老滑坡體,經(jīng)過多次的滑動基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于近期人類活動使得重新復(fù)活,對水庫安全造成威脅。

(3) 經(jīng)計算3#滑坡體沿主滑帶滑動方向安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。增加設(shè)計抗滑力后,安全系數(shù)滿足規(guī)范要求,加固后的邊坡穩(wěn)定性得到提高。

(4) 臥虎山滑坡體治理采用抗滑樁和布置表層排水治理?？够瑯秲?yōu)點為:對周圍建筑物和環(huán)境影響較小;抗滑樁的樁長、樁徑以及樁頂、樁底高程可以在開挖豎井的過程中依據(jù)地質(zhì)情況的變化進(jìn)行調(diào)整;抗滑樁布置比較靈活,施工過程中可直觀檢查,施工質(zhì)量可以得到保證。

[1] 王和平,侯清波,高旭輝,等.濟(jì)南市臥虎山水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告[R].鄭州:黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,2008.

[2] 中華人民共和國水利部.水利水電邊坡設(shè)計規(guī)范:SL386—2007[S].北京:中國水利水電出版社,2007.

[3] 李志乾,志曉紅,王和平,等.山東省濟(jì)南市臥虎山水庫除險加固工程初步設(shè)計報告[R].鄭州:黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,2008.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Genetic Analysis and Control Measures of 3#Landslide of Wohushan Reservoir

WANG Heping1, WANG Dengke1, WANG Fei2

(1.YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003; 2.CanadaAlbertUniversityAlbertT6HOC7)

This article characterizes existing geological information,and analyzes the mechanism of the landslide. The Sarma option of EMU software had been used to calculate the stability of the landslide. The calculation results indicates that the landslide has the potentiality sliding along the sliding plane. The integrated measures of resisting pile and surface water drainage system is employed to control the landslide for long time purpose.

landslide; sliding surface; mud; main sliding zone; slope stability

2016-05-06;改回日期:2016-05-18

王和平(1962-),男,高級工程師,工程地質(zhì)專業(yè),從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:wanghpyrec@126.com

P642.22

A

1671-1211(2016)03-0395-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.034

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.026.html 數(shù)字出版日期:2016-05-05 15:31