泥巖滑坡體的處理分析

譚 新 莉

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 泥巖滑坡體的產生和發展

某傍山發電引水渠道工程于頭年9月完成渠頂以上邊坡開挖，挖深8～20 m，開挖邊坡綜合坡度約45°，次年9月開始渠體部位的開挖，右側邊坡于次年10月1日發生首次滑動，造成后緣山梁坡面張裂3～5條縫，長達50～100 m，張開裂縫寬10～30 cm，最大錯臺1.5 m左右。渠體右側巖體向內水平錯動1～2 m，渠底局部段有明顯隆起現象。同年11月25日發生2次滑動，滑坡前緣處于渠底部位，渠底右側產生滑坡鼓丘，后緣山梁坡面張裂2條縫，長達100～150 m，裂縫寬度0.2～0.5 m，并形成1～2 m深的滑坡壁。渠坡渠頂裂縫、錯臺見圖1。

圖1 渠坡渠頂的裂縫、錯臺

2 相關設計資料

(1)地質條件。渠段處于低山丘陵區，原始地面坡度8°～15°，高差10～30 m左右。渠道基礎為第三系紅色泥巖，上部為薄層黃土、砂礫石及膠結礫巖；泥巖出露北高南低，局部夾薄層砂巖，產狀為300°～310°SW∠10°～15°，泥巖呈巨厚層狀，層面不明顯。

滑坡體厚度8～20 m，體積約32 萬m3，主滑方向120°，后緣裂縫寬度達0.2～0.5 m左右，形成1～2 m深的滑坡壁。巖體松動破壞現象嚴重，滑舌前部堆積于渠體底部；滑體內泥巖巖體結構未發生大的改變；據探坑和鉆孔揭露，滑坡前緣在渠道底部，滑動距離約1～3 m，滑體后緣堆積物已具有明顯的二元結構?；乱匀浠冃螢橹?，勘察期間未發現滑坡有整體變形跡象，表明滑坡處于滑后臨界穩定狀態，近期無復活變形跡象，但遇降雨等自然因素影響有可能會再次發生蠕滑。

(2)設計資料。根據《水電水利工程邊坡設計規范》[1]規定及建筑物等級，邊坡為A類Ⅱ級邊坡。渠道采用梯形斷面，設計底寬4 m，過水斷面內邊坡1∶2，渠深6.1 m，縱坡為1/4 000。采用現澆混凝土板+土工膜的方式進行防滲?？紤]泥巖遇水易軟化，與基礎接觸面采用0.6 m厚的換填兼排水層。渠頂以上巖石永久開挖邊坡1∶0.5，開挖完要求及時噴護50 mm厚C25混凝土，設直徑25 mm的隨機砂漿錨桿，長4 m，間排距2 m,梅花形布置，同時坡面設排水孔(孔徑50 mm)，深入巖石0.5 m，間排距2 m,梅花形布置。土層永久開挖邊坡1∶1.5，高度大于5 m的邊坡要求采用混凝土網格梁邊坡支護，且坡頂設截水溝。原渠道設計橫斷面圖如圖2所示。

3 原因分析及處理原則

滑坡的發生存在一定的內在條件和外在因素。內在條件包括坡體巖性、構造、地質結構和地形地貌等，外在因素包括地震、降雨和人類活動等外動力因素。本工程內因是渠基泥巖屬易滑地層，因富含黏土礦物而具較強的親水性，泥巖呈厚層狀，在水的作用下極易軟化、泥化；入滲地下水形成順層飽水帶，使泥巖在一定深度內產生膨脹，強度會進一步降低。該區域屬大陸性北溫帶氣候，常年的降雨、融雪和洪水長期入滲形成地下水，滑坡區內基巖上覆沖洪積砂卵礫石層，大氣降水和融雪水垂直下滲后聚集在相對隔水的泥巖和砂巖頂面，滑坡區東側為一洪積扇，西側發育一條沖溝，兩側洪水由側向補給方式入滲到基巖裂隙中，對巖土體產生軟化、飽和作用。誘因是渠頂以上邊坡開挖后1 a時間內因村民阻工未做封閉防護，開挖坡度較陡，在坡體上逐漸產生主拉裂縫，為地下水的下滲提供了有利條件；滑坡區特有的地下水補給因渠基砂礫石排水未施工，導致水體無法順暢排出，在入滲地下水作用下渠基泥巖含水量不斷增高，泥巖抗剪強度隨之也大幅降低。1 a后開挖渠體時形成的邊坡坡度約33°，挖除右側邊坡前緣后泥巖形成臨空面，坡體應力集中于巖體薄弱部位，后緣拉裂縫延長、貫通，張口加大，形成連續的拉裂槽，滑坡的剪出口斷續出現，并與滑坡兩側裂縫連通，致使滑坡體產生并發生兩次蠕變滑動。

圖2 原渠道設計橫斷面圖

分析邊坡滑動原因主要是泥巖含水量增高，泥巖抗剪強度大幅降低，加之泥巖上部荷載較大，渠體以上巖土體便向臨空方向拉裂變形。由此確定以下處理原則： ①對滑坡體中上部進行卸載處理，以形成穩定邊坡；②對滑坡體前緣進行壓腳處理，對滑坡體起阻滑作用；③做好渠道邊坡及渠底縱橫向排水；④設置變形監測設施，定期監測滑坡體的穩定及變形。

4 泥巖計算抗剪強度的確定

對于滑坡體處理的一個關鍵指標就是泥巖抗剪強度取值，取值過大，安全系數易于滿足要求，但對工程不安全；取值過小，工程量和投資就大?？紤]邊坡是在天然狀態下產生滑動變形，在進行參數反演時，渠道邊坡穩定系數取臨界值1，第1次滑坡參數反演計算簡圖見圖3，第1次滑坡反演的泥巖強度參數內摩擦角15°～17°，凝聚力18～19 kPa。第2次反演內摩擦角12°～13°，凝聚力15～16 kPa。第2次反演的泥巖強度參數低于第1次反演值。這是因為經過第1次處理后，邊坡穩定程度有了改善，故參數的反演結果符合邊坡穩定的基本規律。對泥巖的強度參數進行敏感性分析，用4因素、3水平的正交表進行參數的敏感性分析，C取10、14、18 kPa；Φ取12°、16°、20°。用第2次滑坡后的K6+700斷面進行分析計算。計算結果見表1。采用極差分析法分析看出，內摩擦角Φ的極差較大，對渠道邊坡穩定系數的影響較大。出于安全考慮，泥巖計算抗剪強度按內摩擦角 13°，凝聚力15 kPa取值。

圖3 第1次滑坡參數反演計算簡圖

參數C/kPaΦ/(°)34邊坡穩定系數11012111．0021016221．2831020331．5741412231．0651416311．3461420121．6371812321．1281816131．4091820211．70K13．853．194．044．04K24．044．034．044．04K=34．234．904．044．04K1平均1．281．061．341．34K2平均1．341．341．341．34K3平均1．411．631．341．34極差0．12000．57000．00030．00013

5 處理方案

根據滑坡處理原則擬定2個處理方案，一是明渠方案；二是埋涵方案。

5.1 明渠方案

渠道過水斷面和軸線設計均保持不變，挖除渠底及右側泥巖，挖深距渠底0～5 m，開挖底寬10 m，泥巖開挖坡比左側1∶1.5，右側1∶2.5。渠頂平臺20 m，用透水性強的砂礫石填筑，除壓坡腳外還兼做排水體。渠頂以上10 m高開挖邊坡1∶4.5，起削坡卸荷作用。在渠底設排水體，底寬0.5 m，內設直徑200 mm排水花管，周圍填粒徑20～80 mm排水料，排水體和排水花管外包外包濾水土工布，排水體通向滑坡下游低洼處將水排出。邊坡設3個監測斷面，每個斷面在坡頂，中部及渠頂各設有綜合測點，每斷面設1～2孔人工觀測測斜孔，孔深深過推測滑面，最高邊坡處設2孔電測測斜儀，每孔設7支測斜儀，定期監測滑坡體的穩定及變形，從而保證引水渠道在施工期及運行期的安全。具體處理方案見圖4。為避免施工期邊坡失穩，通過改變施工順序來控制，即分期分段施工，先施工兩側渠坡斷面相對低的渠段，施工完后按20～30 m長度控制跳倉施工。

圖4 渠道滑坡明渠方案處理圖(單位：mm)

邊坡穩定計算用極限平衡法通過EMU2005邊坡穩定計算程序進行計算。泥巖計算參數采用滑坡后的反演計算成果，考慮渠坡是在天然狀態下產生滑動變形，在進行參數反演時，渠道邊坡穩定系數取臨界值1。具體計算參數如下：砂礫石：內摩擦角34°，凝聚力0，天然密度21 kN/m3，飽和密度22.6 kN/m3。泥巖：內摩擦角13°，凝聚力5 kPa， 天然密度19.6 kN/m3，飽和密度21.15 kN/m3。

計算工況包括：持久工況，即正常運行情況；短暫工況，施工工況；偶然工況，即正常運行工況遭遇地震動峰值加速度為0.30 g時的Ⅷ度地震情況。

樁號6+650 m明渠方案邊坡計算見圖5。各計算斷面在持久工況、偶然工況和短暫工況情況下邊坡穩定計算成果見表2和表3。

圖5 樁號6+650 m明渠方案邊坡計算圖

渠道樁號持久工況短暫工況偶然工況6+6501．370．811．056+7001．360．821．076+7501．300．711．06

表3 埋涵右側邊坡計算結果表

5.2 埋涵方案

將渠道樁號6+585～6+875 m段明渠改為埋涵，通過鋼筋混凝土埋涵和填砂礫石重量壓坡角。根據水力學計算，采用3孔方涵，斷面尺寸4.5 m×6.0 m的鋼筋混凝土涵洞，洞頂以上覆土深度1 m，頂板及邊墻襯厚0.4 m，中墩厚0.3 m，底板厚0.8 m。開挖面與埋涵之間回填透水性好的砂礫石，兩側坡腳均布縱向排水管，具體處理方式見圖6。泥巖的計算參數同明渠方案，樁號6+650 m埋涵方案邊坡穩定計算成果見圖7。明渠方案和埋涵方案的邊坡穩定計算成果做對比，運行持久工況安全系數最高，地震工況居中，除施工期外均滿足規范[1]要求，考慮施工期安全系數小于1，分析原因為壓坡角的砂礫石或埋涵還未起作用，通過縮短施工期的時間，分期分段來解決施工期的穩定問題。首先施工兩側渠坡較低處，施工完畢后再跳倉施工中間邊坡較高處，通過減少大面積的施工擾動，控制邊坡大范圍變形來避免施工期邊坡失穩。

圖6 渠道滑坡埋涵方案處理圖(單位：mm)

圖7 樁號6+650 m埋涵方案邊坡計算圖

5.3 方案比選

埋涵方案開挖范圍小，可減少對渠道右側不穩定邊坡的擾動；因降低了泥巖邊坡的出露高程，且有埋涵和填土重量壓坡角，泥巖失穩對埋涵方案影響較小，由于有混凝土工程，施工期相對長，工序相對復雜，須分期分段施工，運行期相對明渠方案安全可靠。明渠方案施工期相對涵洞方案短，考慮施工此段渠道時距預期發電日期時間緊迫，且施工簡單方便已被承包人熟練掌握，投資較埋涵方案少132萬元，做好排水后可滿足工程要求，故確定采用明渠方案。

此泥巖滑坡體處理已按明渠方案施工完畢，施工期合理組織施工順序，分期分段施工并在最短時間內完成，避免了施工期邊坡再次失穩。目前已運行兩年多，未發現異常。

6 結 語

通過本工程的泥巖滑坡體處理，可總結出以下經驗教訓，供類似工程借鑒。

(1)對于不能避開的泥巖渠段，一定要通過“上堵下排”等工程措施，盡最大可能減少水的入侵，否則泥巖在水的作用下軟化泥化甚至膨脹崩解，強度大幅降低后，就會導致滑坡、渠基沉降變形等危害發生。

(2)對于來不及進行支護的泥巖邊坡，需挖成穩定坡比，否則坡體會逐漸產生主拉裂縫，為地下水的下滲提供有利條件，從而大幅降低泥巖抗剪強度，為裂縫貫通從而形成滑坡創造條件。

(3)通過對兩次滑坡參數反演計算及用極差分析法對泥巖抗剪強度進行敏感性分析得出，內摩擦角Φ的極差較大，對渠道邊坡穩定系數的影響較大。出于安全考慮，泥巖計算抗剪強度按內摩擦角 13°，凝聚力15 kPa取值。

(4)對于工期充裕，征地范圍受限或征地成本較高，邊坡高陡或不宜施工擾動的邊坡，埋涵方案是不錯的選擇。明渠方案施工期短，施工簡單方便易于掌握，但施工期需合理組織施工順序，須分期分段施工，注意避免邊坡再次失穩。

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[1] DL/T5353-2006，水利水電工程邊坡設計規范[S].