陜西府谷清水電廠場區地質病害成因分析和治理

安利強 楊存進

摘要：由于電廠特殊的工作環境，其受到地質病害的威脅日益嚴重，對電廠區的地質病害進行研究治理顯得尤為重要。根據災害成因，將電廠場區的地質病害分為高邊坡、滑坡和沖溝匯水三類，通過室內試驗分析法，工程地質比擬法，中、淺層滑坡反演分析推導深層滑坡參數指標法、經驗類比法綜合確定，并通過對每個區域代表性斷面的計算，選取合理的c、φ值，將病害區劃分為五個區段進行治理，確定了經濟合理的治理措施。實踐證明，電廠場區地質病害性質及特征分析清楚，描述準確，計算參數選取合理，穩定性評價結果符合實際，設計治理措施得當、經濟合理， 從根本上消除了地質病害給電廠場區帶來的威脅。

Abstract： The geological diseases seriously threaten the power plant and the geological diseases in the field should be studied and theated. According to disease causes， the power plant site area of the geological diseases are divided into three classes of high slope， slope and gully catchment， through the indoor test analysis， the engineering geologic analogy method， the middle and shallow landslide inverse analysis method of deep landslide parameters is derived， determined comprehensively experience analogy method， and through the calculation of each region representative section， select reasonable c， φ values， governance disease division can be divided into five sections， the economic and reasonable control measures is determined. The practice proves that the characteristics and characteristics of geological diseases in the field of power plant are clear， the description is accurate， the calculation parameters are reasonable， the stability evaluation results are in accord with the actual situation， and the design management measures are appropriate，the economy is reaonable， it basically eliminates the threat of geological diseases to the poer plant.

關鍵詞：電廠場區；地質病害；成因分析；治理措施

Key words： power plant area；geological disease；genetic analysis；control measures

中圖分類號：TU472；P694 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0001-05

0 引言

當前正處在國內山區經濟建設的高潮，山區基本建設工程中，保證高邊坡、滑坡等地質病害的安全穩定，是一非常復雜困難，且尚未能很好解決的技術難題。

眾研究工作者對黃土區滑坡成因與防治進行了大量的研究。在滑坡成因及滑動機理方面，王俊杰[1]在詳細的野外現場勘察、整理鉆孔探井資料、分析土工試驗成果的基礎上，對黃土滑坡形成地質環境條件、滑坡形成機理、滑坡穩定性、防治措施等方面進行了分析；劉世鋒[2]對滑坡的分類、成因及機理進行了研究，并進一步對滑坡的發生條件和整治技術進行了研究，分析了黃土地區滑坡的特征、發生條件及誘發因素；景嬌[3]在現場調查、野外勘查和土工試驗的基礎上，論述了注水站滑坡發育的氣象、水文等地質環境等條件，并對其形態特征、結構特征以及變形破壞特征進行了論述；杜文舉[4]等通過現場勘察以及采用工程地質測繪物探和勘探等勘查手段，對影響滑坡穩定性的工程地質條件和滑坡成因進行了細致分析；張亮等[5]、劉聰慧[6]研究了黃土邊坡穩定性及加固措施。在黃土滑坡系數選取方面，魏燕珍等[7]以重力壓密原理為基礎，在室內開展相匹配的強度試驗，獲得強度參數，并對原狀樣和壓密樣的試驗結果進行了對比；鄭衛鋒等[8]通過極限平衡法與數值分析法，分別得到原始自然邊坡、開挖無支護邊坡、預應力錨索加固邊坡的整體穩定安全系數；黃瑋[9]、柯叢茂等[10]同樣對滑坡穩定性驗算的參數選取進行了研究。

以上研究工作者對于黃土滑坡的成因機理以及防止措施的研究處于半理論半經驗范疇，沒有從工程實際出發。

本文在學習以上研究工作者研究內容基礎上采用室內試驗分析法，工程地質比擬法，中、淺層滑坡反演分析推導深層滑坡參數指標法、經驗類比法綜合確定了合理的c、φ值，并對挖山填溝等場坪后，形成的多種、多類型地質病害進行經濟、安全、合理的治理進行了重點分析，對電廠的后續建設和運營提供了堅實的基礎。

1 工程概況

陜西省府谷縣清水川低熱值燃料資源綜合利用項目是2010年陜西省政府規劃建設的重點煤矸石綜合利用項目之一，已納入國家鄂爾多斯盆地（陜西部分）能源發展建設規劃。

項目場區位于府谷縣西北方向的清水川鄉趙寨村西側，距府谷縣城約26km。該項目由2×300MW的電廠項目、設計生產100萬噸/年的電石廠項目（分兩期建設）及相關配套附屬項目組成，建設用地約1.3km2，項目總投資約52億元，如圖1平面布置圖。

項目建設場地原為一塬峁荒地，地貌單元屬低山丘陵，沖溝較發育，場區南側為一高陡自然斜坡，因電廠東南側工程挖山填溝等場坪建設，在場區東側形成了高陡順層邊坡、滑坡及沖溝匯水，在場區西側形成了高陡人工填方邊坡，在場區北側形成了高陡切層邊坡。為確保電石廠一期項目順利建設及后續安全生產，需對場區周邊形成的高邊坡、滑坡及沖溝匯水等地質病害進行加固治理。

2 地質病害成因分析

場區內的地質病害有高邊坡、滑坡、沖溝匯水三種基本類型。高邊坡地質病害有填方高邊坡（A區、B區），自然陡坡（C區），挖方高邊坡（E區）；滑坡地質病害（D區）又分為D1區、D2區和D3區；沖溝匯水地質病害（F區）分為F1區和F2區。各分區見圖1所示。

根據坡體地層結構，通過研究分析：

2.1 A區、B區、C區、E區

通過對填方高邊坡坡體破壞模式研究分析，其填方體既有可能沿著其內某一破裂面變形破壞（a），也有可能填方體沿著原坡面（新老地層接觸面）變形破壞（b），還有可能填方體及部分原坡體沿著原坡面以下地層中的某一軟弱面變形破壞（c）。各破壞模式圖如圖2所示。針對此高邊坡坡體上部地層為黃土，坡體下部地層為砂泥巖互層（傾向與坡面傾向視傾角呈順傾或反傾狀，順傾夾角很緩，僅為2°），可能的變形破壞模式只有坡體沿著原坡面以下地層中的某一軟弱面變形破壞（c），而且是切層破壞；自然陡坡因其坡體巖層（砂泥巖互層）傾向與坡面傾向斜交，所以其整體穩定性較好，可能的變形破壞模式有坡面表層陡立巖體脫落形成危石與坡頂表層陡立黃土局部坍塌等。

2.2 D區

D場區內的3處滑坡均既有淺層滑動（均已滑動），中層滑動（有的坡段已滑動，有的坡段尚未滑動），還有深層滑動（均未滑動，但在后期廠坪挖填過程中如不及時治理將很可能滑動），如圖3所示。該區邊坡較高，坡率較大，是邊坡失穩的地形條件，坡體地層自上而下分別為黃土及第三系砂泥巖互層，巖層傾向280°～320°，傾角11.0°～17.5°，屬單斜構造。泥巖相對隔水且遇水后其力學強度會大幅度下降及砂泥巖接觸面較低的物理力學指標與其緩傾角產狀是邊坡失穩或出現滑坡的內在因素。同時人工開挖坡腳破壞了山體原有平衡，地表水下滲是邊坡失穩滑動的外在誘發因素。

2.3 F區

F場區內沖溝后部匯水區域較大，因場坪填方堵塞，在汛期暴雨時容易形成“堰塞湖”，“堰塞湖”中積水下滲，引起場坪承載力下降，場坪上建筑物產生不均勻沉降，而且若出現長時間降雨還會形成山洪，如圖4所示。

3 工程治理

3.1 參數選取及計算

目前在一般的高邊坡、滑坡治理工程中滑帶土的力學指標c、φ值是通過室內外試驗及反算法綜合確定的。在該高邊坡、滑坡治理工程中上述變形破壞模式一或淺層滑動是可以通過該方法來確定的，但上述變形破壞模式二、三或中層、深層潛在滑動，因其在當時均未發生任何變形破壞，當時其坡體穩定性有多大很難確定，因此反算法無法采用，室內試驗數據又不能直接采用，室外試驗又不具備條件，所以其滑帶土的力學指標c、φ值選取的難度較大。本次通過對每個區域代表斷面的計算，采用室內試驗分析法，工程地質比擬法，中、淺層滑坡反演分析推導深層滑坡參數指標法、經驗類比法綜合確定，選取了合理的c、φ值，選取最不利工況，計算結果見表1。

3.2 治理措施

根據各區的病害性質，分區治理，具體如下：

3.2.1 A區高邊坡

對A區西溝一沖溝進行夯實回填，對A區東段自然坡面進行順坡清方，A區最終形成三級邊坡，每級邊坡高10m，中間設置平臺。采用錨桿框架進行加固，如圖5所示。

3.2.2 B區高邊坡

為了滿足電廠規劃要求和治理工程相協調，對B區南一支溝、南二支溝進行夯實回填，中間山梁進行削坡清方，B區最終形成五級邊坡，每級邊坡高10m，中間設置平臺。坡腳采用混泥土擋墻，非開挖式抗滑樁加固，坡腰（二級至四級）采用錨索框架進行加固，坡頂（五級）采用拱形骨架護坡加固，如圖6所示。

3.2.3 C區高邊坡

對C區坡面上的松散巖塊、危石等進行清理，對坡頂部分陡立或開裂的土體進行清除。本區清方后形成三級邊坡，每級高10m，中間設置平臺。采用錨桿框架進行加固。局部坡體上部陡立的自然坡面，為防止表面掉塊、落石，對坡面碎石臨空危巖體，采用SNS柔性主動防護網進行加固。為了保護邊坡坡腳，采用漿砌片石進行防護，如圖7所示。

3.2.4 D區滑坡

該區分為三個小區進行治理，即D1、D2、D3區。D1、D2區：為了減少滑坡推力及便于治理工程實施，對該區坡體進行刷坡減載，形成四級邊坡，每級高10m，中間設置平臺。在一級坡頂布設錨索抗滑樁，一級坡面采用漿砌片石護面，二至四級坡布設錨索框架，如圖8（a）D1治理工程布置斷面圖所示。D3區：對該區坡體進行刷坡減載，形成四級邊坡，每級高10m，中間設置平臺。一級邊坡采用錨索框架加固，二、三、四級邊坡采用錨桿框架加固，如圖8（b）D3治理工程布置斷面圖所示。

3.2.5 E區高邊坡

對E區已開挖完成的高邊坡局部坡面進行順坡清方，局部坡面進行夯實回填，最終形成三級邊坡。采用坡腳擋墻防護邊坡坡腳，三級坡面采用錨桿框架加固，局部區段坡面采用拱形骨架加固，如圖9所示。

3.2.6 F區沖溝

填筑的場坪頂面標高高于自然沖溝溝底，形成“凹”型地形，場坪表面坡度為5%；在F1和F2區沖溝回填體后緣以外原坡面設置一道截洪溝及擋水墻；在F1和F2區沖溝設計的回填體與現有回填間各鋪設一道防滲層并在后回填體低洼處設置一集水井，通過滲流將基巖裂隙水匯入集水井，然后人工定期抽排，如圖10 F1治理工程布置斷面圖所示。

4 結論

本文結合工程實際，通過對工程擾動后形成的各種地質災害分析，選取合理的巖土參數計算了各部位推力并提出相應的治理措施，得到如下主要結論：

①通過采用錨索框架與錨索抗滑樁技術，將按模式一、模式二、模式三變形破壞的高邊坡與淺層、中層、深層等多層順傾巖石滑坡一并進行了加固治理，既節約了病害治理費用，又達到了病害治理效果。

②參數選取依據滑坡抗剪強度參數分別按室內試驗分析法，工程地質比擬法，中、淺層滑坡反演分析推導深層滑坡參數指標法、經驗類比法綜合確定，依據充足；

③經過多重方案比選，選擇技術最可靠，經濟最優的方案。地質病害治理總造價僅占總投資的少部分（約3%），但從根本上消除了地質病害給電廠場區帶來的威脅。

參考文獻：

[1]王俊杰.某大型黃土填土滑坡成因機理與防治措施研究[D].太原理工大學，2013.

[2]劉世鋒.黃土高邊坡滑坡機理及整治技術研究[D].蘭州交通大學，2015.

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[10]柯叢茂.論黃土滑坡穩定性檢算中強度參數的調整選定[J].南昌水專學報，1995（02）：9-13.