肖紅宇（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

五強(qiáng)溪庫區(qū)肖家橋反向邊坡變形機(jī)理分析

肖紅宇
（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

肖家橋變形邊坡為一個(gè)典型的緩傾角反向邊坡，相對(duì)而言有利于邊坡穩(wěn)定，但是由于其巖性軟硬交替，節(jié)理裂隙發(fā)育，在雨水作用下，軟巖軟化、崩解等作用下，邊坡產(chǎn)生沉降、拉裂、蠕變等方面變形，從而導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)大范圍的變形。文章在綜合分析邊坡巖土結(jié)構(gòu)及工程特性的基礎(chǔ)上，對(duì)肖家橋邊坡的變形機(jī)理進(jìn)行了分析。

反向邊坡 粉砂質(zhì)泥巖 變形邊坡

前言

五強(qiáng)溪電站是湖南省最大的水力發(fā)電站之一，庫區(qū)位于沅水干流上，庫容42億m3，為大（I）型水庫。由于庫區(qū)內(nèi)邊坡變形、滑坡分布較多[1]，是庫區(qū)主要地質(zhì)問題之一[2]，國(guó)內(nèi)工程技術(shù)人員對(duì)其做了大量的研究工作[3～4]。肖家橋變形邊坡位于五強(qiáng)溪水庫庫區(qū)沅陵縣肖家橋鄉(xiāng)周家溪村，邊坡高約45 m，其邊坡坡比為1∶1.25，坡度38°～42°。邊坡下部有鄉(xiāng)中學(xué)和鄉(xiāng)完小2所學(xué)校及1條主要交通公路，故當(dāng)?shù)卣?003年對(duì)邊坡進(jìn)行了加固處理，坡腳修建了3 m高擋墻，坡面設(shè)置了混凝土梁，如圖1。通過平面地質(zhì)調(diào)查，邊坡為巖質(zhì)邊坡，其巖層走向與坡面走向近似平行，傾向與坡向相反，屬于典型的反向坡，通常為較穩(wěn)定的邊坡結(jié)構(gòu)[5]。但2010年7月中旬，沅陵縣普降大雨，邊坡出現(xiàn)大面積的變形現(xiàn)象，坡頂出現(xiàn)了大量的塌陷洞，坡面上出現(xiàn)了大量裂縫，同時(shí)混凝土梁大量被折斷，下部擋墻向公路出現(xiàn)了位移破壞，直接威脅到中、小學(xué)以及坡下公路的安全。針對(duì)這種反常的變形現(xiàn)象，本文從巖性、地形、巖體構(gòu)造、地下水等方面對(duì)其進(jìn)行剖析，對(duì)邊坡變形機(jī)理進(jìn)行分析，為邊坡防治提供科學(xué)的依據(jù)。

1 基本地質(zhì)條件

肖家橋反向邊坡山頭最高海拔標(biāo)高159.8 m，河谷最低標(biāo)高85.8 m，相對(duì)高差74 m，地形坡度一般38°～42°，坡面走向N46°E，溝谷發(fā)育，地形切割中等，屬剝蝕丘陵地貌。

邊坡的主要地層巖性為中生代白堊系上統(tǒng)（K2）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖等，三種巖性呈互層分布，一般層厚為（2～5.5）m，如圖1。巖層產(chǎn)狀為N65°E·NW∠2°～11°，傾向坡內(nèi)，邊坡屬于典型的反向坡。邊坡巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，大多為陡傾角節(jié)理，主要發(fā)育有兩組節(jié)理：第一組產(chǎn)狀為N40°～55° E·SE∠75°，與邊坡走向基本平行，平直、張開、無充填，一般寬約2 cm，延伸長(zhǎng)一般長(zhǎng)大于10 m，發(fā)育頻率約2.0 m/條。第二組產(chǎn)狀為N10°～20°W·NE∠85°，與邊坡走向近似垂直，平直光滑、張開、無充填寬（2～20）cm，延伸短，一般長(zhǎng)約（2～5）m，發(fā)育頻率（2～2.5）m/條。在兩組節(jié)理作用下，邊坡巖體被切割成巖塊，完整性較差。邊坡內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水，賦存于邊坡巖體的節(jié)理裂隙中，水量隨季節(jié)性變化較大，雨季或暴雨時(shí)，節(jié)理裂隙充滿水，邊坡內(nèi)地下水位較高，旱季時(shí)，水量貧乏，地下水位較低。

圖1 肖家橋變形邊坡剖面圖

2 邊坡巖土工程特性

邊坡主要由粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等3種巖性組成，通過取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，其試驗(yàn)主要參數(shù)見表1，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料及試驗(yàn)資料，各巖性主要特性如表2。

表1 巖石物理力學(xué)性試驗(yàn)表

表2 巖土工程特性表

由表1、表2可以看出，組成邊坡的主要巖性力學(xué)性質(zhì)差別較大，其中砂巖為堅(jiān)硬巖，巖體強(qiáng)度高，不易軟化；泥質(zhì)粉砂巖，強(qiáng)度次之，巖石強(qiáng)度相對(duì)較低，遇水軟化性一般；粉砂質(zhì)泥巖，巖石強(qiáng)度低，遇水軟化嚴(yán)重，飽水后壓縮性較高，易崩解，失水干裂，且粘土礦物含量高，具有膨脹性，故易發(fā)生壓縮、膨脹、蠕變等變形。

3 邊坡變形機(jī)理分析

根據(jù)邊坡巖土結(jié)構(gòu)特征及巖土工程特性分析，邊坡變形存在沉降、拉裂、蠕變、滑移等多種變形方式，分述如下：

（1）沉降。由于邊坡中存在多層軟巖（粉砂質(zhì)泥巖）夾層，由室內(nèi)試驗(yàn)可知，軟巖軟化系數(shù)較低，雨季時(shí)，巖土體飽水，粉砂質(zhì)泥巖軟化，抗壓強(qiáng)度降低，產(chǎn)生壓縮變形，導(dǎo)致邊坡整體沉降，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，坡面上原有的混凝土梁在沉降作用下大量折斷；另一方面，泥質(zhì)粉砂巖具有崩解性，邊坡中地下水位雨季時(shí)上升，旱季降低，在地下水位的交替作用下，泥質(zhì)粉砂巖產(chǎn)生崩解，崩解物被地下水帶走后，在邊坡中形成巖石架空現(xiàn)象，通過鉆孔孔內(nèi)攝影發(fā)現(xiàn)多處架空段（見圖2），且上部硬質(zhì)巖石被節(jié)理裂隙切割成巖塊，整體性差，上部巖體于架空部位發(fā)生局部沉降變形。

（2）拉裂。由于邊坡巖石節(jié)理發(fā)育，巖石被節(jié)理切割成小的塊體，每逢雨季，特別是連續(xù)暴雨時(shí)，巖石裂隙充滿水，不能及時(shí)排出，在巖石中產(chǎn)生靜水壓力，對(duì)巖石產(chǎn)生劈裂作用；另一方面，由于地下水水流作用，對(duì)邊坡形成了動(dòng)水壓力，從而使得邊坡后緣拉裂，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，邊坡上部出現(xiàn)大量裂縫。同時(shí)粉砂質(zhì)泥巖中含粘土礦物，具有膨脹性，坡面巖石飽水時(shí)，泥質(zhì)粉砂巖向外膨脹，從而使邊坡變形加劇，原有裂縫加寬。

（3）蠕變。由于邊坡中軟巖（粉砂質(zhì)泥巖）在雨季時(shí)，受水浸泡軟化，抗剪強(qiáng)度降低，產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致粉砂質(zhì)泥巖產(chǎn)生蠕變流動(dòng)變形[6]，通過鉆孔孔內(nèi)攝影，發(fā)現(xiàn)多處揉皺變形，見圖3。

圖2 架空

圖3 揉皺變形

（4）滑移。由于邊坡巖層為緩傾角反向坡，一般傾角為2°～11°，傾角較小，當(dāng)軟巖層（粉砂質(zhì)泥巖）產(chǎn)生沉降變形，其邊坡表部巖石發(fā)生傾角反向，原傾向坡內(nèi)的巖層轉(zhuǎn)為傾向坡外，邊坡從反向坡轉(zhuǎn)為順向坡，從而導(dǎo)致巖石沿層面發(fā)生滑移，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)邊坡下部擋墻在滑移作用下向坡外鼓出。

綜合以上，邊坡變形為以上幾種變形綜合形成的，在地下水作用下，邊坡中泥質(zhì)粉砂巖軟化或崩解架空，導(dǎo)致邊坡發(fā)生沉降；由于邊坡硬質(zhì)巖土被節(jié)理裂隙分割成巖塊，整體性差，且原巖層傾角較緩，邊坡外部硬質(zhì)巖土沉降后導(dǎo)致傾角反向，原為反向坡轉(zhuǎn)為緩傾角順向坡，導(dǎo)致邊坡向坡腳發(fā)生滑移；當(dāng)暴雨或長(zhǎng)時(shí)間雨水作用下，邊坡結(jié)構(gòu)面充滿水，對(duì)邊坡產(chǎn)生向外的靜水壓力和動(dòng)水壓力，加速了邊坡向外位移的速度，同時(shí)由于粉砂質(zhì)泥軟化后，抗剪強(qiáng)度低，易發(fā)生蠕變等，最終形成連續(xù)的破壞面，如圖1，導(dǎo)致整個(gè)邊坡失穩(wěn)。

4 結(jié) 論

（1）肖家橋變形邊坡屬于典型的緩傾角逆向坡，邊坡巖性為軟硬相間分布，由于其中粉砂質(zhì)泥巖具有遇水軟化、崩解、膨脹等特點(diǎn)的，在暴雨季節(jié)，導(dǎo)致邊坡發(fā)生沉降變形。從而導(dǎo)致巖層發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成緩傾角的順向坡，導(dǎo)致邊坡向坡腳發(fā)生滑移。

（2）由于粉砂質(zhì)泥巖飽水后，易發(fā)生塑性變形，在上部堅(jiān)硬巖石重力作用下發(fā)生蠕變，導(dǎo)致上部堅(jiān)硬巖石向邊坡外產(chǎn)生蠕動(dòng)流動(dòng)變形。

（3）當(dāng)遇暴雨或長(zhǎng)時(shí)間雨水作用時(shí)，邊坡結(jié)構(gòu)面充滿水，對(duì)邊坡產(chǎn)生向外的靜水壓力和動(dòng)水壓力，加速了邊坡變形的速度。

[1]李文君.湖南五強(qiáng)溪庫區(qū)滑坡分布特征及成因探討 [J].國(guó)土資源導(dǎo)刊，2012，（10）.

[2]王常敏.五強(qiáng)溪水電站的主要地質(zhì)問題[J].水力發(fā)電，1994，（11）.

[3]熊立新.五強(qiáng)溪左岸高邊坡穩(wěn)定分析[J].湖南水利水電，2012，（1）.

[4]李頌軍，蘆冰.常吉高速公路五強(qiáng)溪庫岸邊坡穩(wěn)定分析及處理[J].湖南水利水電，2012，（5）.

[5]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)[M].北京.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[6]金德濂.水利水電邊坡的工程地質(zhì)分類 [J].西北水電，2000，（4）.

2016-05-06）

肖紅宇（1979-），男，湖南隆回人，碩士，工程師，主要從事水利工程地質(zhì)勘察工作。