任東偉，曾亮亮，張 洪，李長(zhǎng)濤

（云南交投集團(tuán)公路建設(shè)有限公司，云南 昆明 650200）

0 引 言

邊（滑）坡是自然作用下或者人類(lèi)工程活動(dòng)下地形演替并再次堆積穩(wěn)定的產(chǎn)物，由于人和工程的存在，才需要對(duì)邊（滑）坡的安全威脅進(jìn)行評(píng)估。人類(lèi)自古逐水而居，現(xiàn)在興建水利工程，也是為了最大化利用水資源，興利除弊。但人類(lèi)對(duì)于自然的認(rèn)知和邊（滑）坡穩(wěn)定性的認(rèn)知，相對(duì)于動(dòng)輒上億年的地質(zhì)歷史時(shí)期，是短暫的，認(rèn)知是有限的。因此，需要慎重對(duì)待涉水邊坡工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和處治。

一般在興建水庫(kù)的地區(qū)，后建工程也都會(huì)評(píng)估庫(kù)水對(duì)既有邊坡工程的安全威脅，包括：①塌岸寬度預(yù)測(cè)，評(píng)估塌岸造成的中長(zhǎng)期安全威脅［1-4］；②涉水邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，評(píng)估水位變化及巖土體遇水軟化對(duì)邊坡靜動(dòng)力穩(wěn)定性造成的綜合影響［5-7］；③對(duì)既有邊坡安全的跟蹤監(jiān)測(cè)及評(píng)估，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，可能威脅已建、在建和擬建工程安全的，需要跟蹤監(jiān)測(cè)，目的是準(zhǔn)確評(píng)估工程安全威脅和環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)［8-11］。雖然做了這么多研究，但是仍有很多擾動(dòng)因素難以準(zhǔn)確評(píng)估，這就需要對(duì)這類(lèi)工程，尤其是危害后果嚴(yán)重的工程，利用不同分析方法和技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，目的是獲取定性經(jīng)驗(yàn)和定量認(rèn)知，為后續(xù)工程提供類(lèi)比借鑒，提升涉水邊坡的勘察設(shè)計(jì)及防治水平［12-15］。

本文針對(duì)地震和庫(kù)水綜合作用下某庫(kù)區(qū)崩滑堆積體邊坡穩(wěn)定性劣化機(jī)制評(píng)價(jià)難題，在不同階段工作對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和既有資料的時(shí)空耦合分析，結(jié)合不同階段的變形破壞跡象和地震事件調(diào)查，揭示坡體擾動(dòng)的主導(dǎo)因素，探討邊坡的劣化機(jī)制，提出針對(duì)性處置建議，可為類(lèi)似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 建設(shè)項(xiàng)目及周邊環(huán)境

溪洛渡水電站位于云南永善縣和四川雷波縣交界的金沙江上，工程發(fā)電、攔砂、防洪、調(diào)水與航運(yùn)并重，采用混凝土雙曲拱壩，壩高285.5 m，總裝機(jī)容量1.4×107kW，年均發(fā)電5.7×1011kWh。電站2002年立項(xiàng)，2003年籌建，2004年開(kāi)工，2013年7月運(yùn)行，2015年10月全面竣工。

在建的沿金沙江公路某連續(xù)剛構(gòu)及T形梁大橋?yàn)?×21+73+130+73+3×21 m，全長(zhǎng)410 m，緊鄰金沙江，跨越牛欄江，位于兩江交匯口。起點(diǎn)樁號(hào)K0+199，止點(diǎn)樁號(hào)K0+605。橋墩最大高度71 m，蓄水位601 m，四級(jí)單向通航，詳見(jiàn)圖1。

圖1 水電站庫(kù)區(qū)、橋梁工程與邊坡Fig.1 Location of reservoir， bridge and slope

1.2 崩塌堆積體邊坡

橋梁工程位于兩江交匯位置，從地形地貌看，橋梁上部坡體為歷史崩滑堆積體邊坡，主要指向牛欄江，部分斜指金沙江，坡體物質(zhì)主要為砂頁(yè)巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等擾動(dòng)巖體，勘察期間未見(jiàn)坡面變形跡象，坡體穩(wěn)定，詳見(jiàn)圖2。

圖2 崩塌堆積體邊坡Fig.2 Slope derived from collapse-slide accumulation

2 地震災(zāi)變時(shí)空劣化機(jī)制辨析

2.1 穩(wěn)定性劣化導(dǎo)致的工程問(wèn)題簡(jiǎn)述

2012年該大橋開(kāi)始勘察，江面水位528 m高程；2013年上半年大橋開(kāi)建；2013年7月-2014年9月水電站逐步蓄水至580 m高程；2014年4月5日永善地震，邊坡局部開(kāi)裂；2014年8月3日魯?shù)榈卣?，地震過(guò)后坡面多處開(kāi)裂；2014年9月之后，蓄水至600 m高程；之后隨季節(jié)漲落，年變化幅度在50 m左右；2014年9月，大橋施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)墩臺(tái)出現(xiàn)位移；2014年-迄今，停工并進(jìn)行了震后勘察和監(jiān)測(cè)，目前變形繼續(xù)發(fā)展，沒(méi)有收斂趨勢(shì)；2016年8月，專(zhuān)家組建議評(píng)估且處置穩(wěn)定后方可繼續(xù)施工。

2.2 時(shí)空序列分析揭示的致災(zāi)主因

將地面調(diào)查和既有資料按時(shí)空序列對(duì)比分析，揭示的地震致災(zāi)證據(jù)和邊坡穩(wěn)定性劣化過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 崩塌堆積體邊坡穩(wěn)定性劣化時(shí)間序列證據(jù)Fig.3 Temporal series evidences of the collapse-slide slope stability deterioration

根據(jù)工程建設(shè)前后的坡面調(diào)查對(duì)比，工程活動(dòng)本身規(guī)模有限，影響可控；溪洛渡水電站初期蓄水，對(duì)坡體的影響同樣有限；永善地震，最大震級(jí)5.3級(jí)，余震38次，對(duì)坡體產(chǎn)生一定影響，巖體部分?jǐn)_動(dòng)，造成坡面局部破裂，裂縫寬度8～13 cm，但長(zhǎng)度有限，距離橋位有一定距離；魯?shù)榈卣穑畲笳鸺?jí)6.5級(jí)，余震1 335 次，震級(jí)和余震頻次均大于永善地震，對(duì)坡體的影響更為顯著，巖體擾動(dòng)顯著，造成坡面多處破裂，裂縫長(zhǎng)度和數(shù)量發(fā)展迅速，引道和施工場(chǎng)地多處開(kāi)裂，永善岸橋臺(tái)、1號(hào)墩、3號(hào)墩、4號(hào)墩發(fā)生顯著位移，平均位移超過(guò)15 cm。這說(shuō)明地震對(duì)永善岸邊坡巖土體的擾動(dòng)顯著，震松效應(yīng)顯著，擾動(dòng)巖土體在高蓄水位下性能軟化，使得坡體前緣產(chǎn)生不同規(guī)模的崩滑不穩(wěn)定現(xiàn)象，這也是崩塌堆積體邊坡由穩(wěn)定發(fā)展為基本穩(wěn)定再到欠穩(wěn)定的根本原因。

2.3 坡體擾動(dòng)及穩(wěn)定性劣化

該場(chǎng)地，位于兩江交匯位置，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，微地貌發(fā)育，各方重視，工作逐步深入，認(rèn)知逐步加深，將歷史認(rèn)知資料整理成圖4。

圖4 崩塌堆積體邊坡擾動(dòng)及劣化論據(jù)Fig.4 Historical arguments of the slope disturbance and deterioration mechanism

不良地質(zhì)體和不穩(wěn)定跡象的空間分布特征表明，永善岸邊坡在地震發(fā)生后，坡面發(fā)展多條裂縫，坡體擾動(dòng)顯著，前緣坡面更為破碎，多處產(chǎn)生崩滑等局部穩(wěn)定問(wèn)題。永善岸金沙江側(cè)H59滑坡、沖溝、局部崩滑、坡面沖刷等造成臨金沙江側(cè)邊坡局部不穩(wěn)定，長(zhǎng)期作用會(huì)影響橋位結(jié)構(gòu)安全；臨牛欄江側(cè)，坡面多處局部崩滑，沖溝部位崩塌嚴(yán)重，長(zhǎng)期作用會(huì)嚴(yán)重影響永善岸穩(wěn)定性。綜上，永善岸不同規(guī)模不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生和發(fā)展的空間關(guān)系證明了地震對(duì)該岸的影響顯著，即永善地震前永善岸邊坡基本穩(wěn)定，永善地震造成該側(cè)坡體產(chǎn)生一定程度擾動(dòng)，但沒(méi)有到威脅工程安全的程度；魯?shù)榈卣鹪斐捎郎瓢镀麦w產(chǎn)生顯著擾動(dòng)，已經(jīng)威脅到工程安全；高水位加劇了這些不穩(wěn)定現(xiàn)象的規(guī)模和危害程度，目前已經(jīng)嚴(yán)重影響到橋梁結(jié)構(gòu)安全。

3.4 數(shù)值計(jì)算揭示的穩(wěn)定性演化機(jī)制

利用Slide軟件，建立地質(zhì)模型，考慮實(shí)際庫(kù)水變化條件，計(jì)算模型見(jiàn)圖5，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 邊坡計(jì)算參數(shù)Tab.1 Computing parameters of slope

圖5 邊坡計(jì)算模型Fig.5 Computing model of the slope

將整體和局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果整理成圖6，穩(wěn)定性系數(shù)和考慮力的補(bǔ)償效應(yīng)的加固力統(tǒng)計(jì)列于表2。限于篇幅，僅列出最不利的情況。

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Computing results of slope stability

圖6 邊坡整體和局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果圖Fig.6 Computing results of slope overall and local stability

由圖6和表2可知，545～580 m高程水位，邊坡整體和局部穩(wěn)定性系數(shù)，均小于1.30安全標(biāo)準(zhǔn)，大于1.05，基本穩(wěn)定，所需加固力20015-1473717kN/m；600 m蓄水高程，邊坡整體和局部穩(wěn)定性系數(shù)，均小于1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，所需加固力急劇增加至197 421 kN/m。若考慮抗滑樁截面尺寸為2 m×4 m，抗滑樁間距為8 m，則單根抗滑樁承受的最小下滑力20 015 kN/m×8 m=160 120 kN。一般單根抗滑樁可以提供的抗滑力為5 000～8 000 kN，至少需要20～32排抗滑樁才能滿(mǎn)足加固要求。另外，潛在滑體厚度為60～180 m，L型鄰水側(cè)累計(jì)橫向長(zhǎng)度約350～985 m。根據(jù)上述加固力、滑體的厚度和水平范圍可知，該邊坡很難通過(guò)抗滑樁加固使其滿(mǎn)足工程穩(wěn)定性要求，即不可加固。

3 結(jié)論與建議

根據(jù)勘察設(shè)計(jì)資料、三峽移民局蓄水及滑坡通報(bào)、參建單位往來(lái)函件、搜集到的歷史地震資料等，采用時(shí)空序列分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查評(píng)估和數(shù)值計(jì)算量化評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，對(duì)崩滑堆積體邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)，所得結(jié)論如下。

（1）基于既有資料的時(shí)間和空間序列分析發(fā)現(xiàn)：工程建設(shè)對(duì)永善岸邊坡的擾動(dòng)和穩(wěn)定性影響可控；兩次地震，尤其是魯?shù)榈卣饘?duì)邊坡的擾動(dòng)顯著，近千次余震嚴(yán)重震松了坡體地層結(jié)構(gòu)，高水位加劇了巖性劣化，目前坡體前緣沿牛欄江和金沙江一線多處出現(xiàn)崩塌、滑移、塌岸等局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全。

（2）該邊坡的坡頂、坡面、坡腳和橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：坡頂、坡體中部發(fā)育的不良地質(zhì)現(xiàn)象和不穩(wěn)定現(xiàn)象為歷史變形跡象，其整體穩(wěn)定可控，不會(huì)威脅工程安全；坡腳臨牛欄江到金沙江一線，目前局部穩(wěn)定性較差，坡面破壞痕跡新鮮，前緣邊坡的穩(wěn)定性已經(jīng)威脅結(jié)構(gòu)安全。

（3）邊坡極限平衡量化分析發(fā)現(xiàn)：邊坡由勘察階段的整體穩(wěn)定，到兩次地震作用后的基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)，目前達(dá)到工程穩(wěn)定所需要的加固力為20 015～197 421 kN/m、加固深度60～180 m、加固范圍350～980 m，很難通過(guò)工程措施達(dá)到加固穩(wěn)定目標(biāo)。

（4）綜合評(píng)估認(rèn)為：該涉水邊坡當(dāng)前整體處于基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部處于欠穩(wěn)定-失穩(wěn)狀態(tài)，潛在變形破壞范圍深大，不可加固，建議舍棄。