水庫蓄水對317國道某崩塌堆積體穩(wěn)定性影響

劉 海，沈軍輝，彭昌翠，司洪濤

水庫蓄水對317國道某崩塌堆積體穩(wěn)定性影響

劉 海，沈軍輝，彭昌翠，司洪濤

（成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059）

某堆積體滑坡位于獅子坪水電站近壩庫段右岸，屬崩塌堆積體在水庫庫水作用下沿基覆界面發(fā)生的后退式逐步破壞滑坡。2009年9月水庫初次蓄水導致了崩塌堆積體強烈變形破壞，對317國道造成極大的危害。研究該崩塌堆積體滑坡成因機制對317國道沿線同類型滑坡治理具有重要意義。從堆積體結(jié)構以及賦存的地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合水庫蓄水過程坡體變形破壞跡象，研究了該崩塌堆積在水庫蓄水過程中的變形機制，評價預測堆積體的穩(wěn)定性。分析表明：堆積體在現(xiàn)有2 490 m水位天然條件下處于蠕滑狀態(tài)，在暴雨及地震或水庫蓄水至正常蓄水位2 540 m的條件下，滑坡將發(fā)生失穩(wěn)破壞；堆積體進行了必要的應急治理后，目前處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

水庫蓄水；崩塌堆積體；變形機制；穩(wěn)定性

1 概 述

某堆積體滑坡位于四川省理縣獅子坪水電站近壩庫段右岸，317國道K849＋545至K849＋675里程段。滑坡方量約41萬m3，是屬崩塌堆積體在水庫庫水作用下沿基覆界面發(fā)生的后退式逐步破壞滑坡。2009年9月獅子坪水庫初次蓄水至2 490 m水位過程，崩塌堆積體出現(xiàn)了明顯的變形破壞跡象，表現(xiàn)為前緣發(fā)生較大規(guī)模坍塌，路基沉陷，內(nèi)、外側(cè)擋墻強烈破壞，排水溝剪斷等現(xiàn)象，對公路行車安全構成極大的危害。

本文從堆積體結(jié)構以及賦存的地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合水庫蓄水過程坡體變形破壞跡象，研究該崩塌堆積在水庫蓄水過程中的變形機制，評價預測了堆積體穩(wěn)定性，并提出相應的治理措施，對保障317國道的正常運營具有實際意義。

2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)位于雜谷腦河流域，此處雜谷腦河流向為N35°W，獅子坪水庫正常蓄水位為2 540 m。河谷呈深切高山峽谷地貌，斜坡坡頂高程在3 000 m以上（圖1）。斜坡整體坡向為43°，坡度在35°～60°不等，呈陡緩結(jié)合；地表沖溝不發(fā)育。

圖1 堆積體工程地質(zhì)平面圖Fig．1 Engineering geology plane figure of the deposit

研究區(qū)基巖斜坡由三疊系上統(tǒng)侏倭組（T3zh）組成，巖性主要為變質(zhì)砂、板巖互層，巖層產(chǎn)狀為280°～285°，∠60°～75°，與斜坡呈大角度相交，斜坡整體上為一陡傾橫向坡。斜坡中下部尤其緩坡凹槽部位發(fā)育大量崩塌堆積層。

庫區(qū)在大地構造部位上隸屬于松潘－甘孜地槽褶皺帶范疇，區(qū)內(nèi)新構造運動為大面積整體性、間歇性抬升為主。場地地震設防烈度為Ⅶ度。

研究區(qū)地處于川西高原氣候區(qū)，呈山地季風氣候特點。多年平均氣溫11．2℃，多年平均降雨量為613．3 mm。

研究區(qū)地下水按賦存狀態(tài)主要為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水。其中第四系松散堆積層孔隙水主要賦存于崩塌堆積層中，受岸坡裂隙地下水和河流補給；雜谷腦河為最低排泄基準面。

3 堆積體基本特征

3．1 形態(tài)及結(jié)構特征

堆積體發(fā)育于雜谷腦河右岸，整體上呈錐型，堆積體前緣高程約為2 450 m，后緣高程約為2 630 m，相對高差約180 m，堆積體表面平均坡度約40°（圖2），堆積體前緣沿雜谷腦河方向最大寬度約190 m，平均寬度約130 m，縱向長度約274 m，平均厚度約20 m，堆積體的總方量約41萬m3。

圖2 堆積體工程地質(zhì)剖面圖Fig．2 Engineering geology profile of the deposit

317國道改線公路在崩坡堆積體2 560～2 575 m高程一帶通過，公路外側(cè)路基形式為填方路堤，邊坡采用高約5 m的漿砌石衡重式擋土墻；公路內(nèi)側(cè)路基形式為開挖路塹，為高約4 m漿砌石仰斜重力式擋墻＋錨桿格構梁＋上邊坡截排水溝。

崩塌堆積體主要是以塊碎石土為主，碎石含量達65%～70%，巖性主要為砂、板巖為主，強風化，粒徑一般為7～10 cm，最大塊石粒徑可達20 cm以上。呈棱角狀或次棱角狀，一般無磨圓度，崩塌堆積體成層性不明顯。總體上呈松散-半松散結(jié)構。

3．2 變形破壞特征

2009年9月獅子坪水庫初次蓄水至2 490 m高程水位過程，崩塌堆積體出現(xiàn)了明顯的變形破裂跡象，主要表現(xiàn)為在坡體前緣出現(xiàn)較大規(guī)模的坍塌，坍塌方量在50～100 m3不等。

在高程2 560～2 575 m公路一帶，沿公路中心線一帶發(fā)育長約130 m的圈弧狀橫向下錯張拉裂縫，裂縫最大張開度可達0．8 m，相對下錯1．7 m（圖3）。

圖3 公路路面下錯裂縫Fig．3 Cracks under the pavement

變形區(qū)內(nèi)路基沉陷，內(nèi)、外側(cè)擋墻局部下錯開裂，內(nèi)側(cè)路基沉陷最大達0．5 m，最大張開度達10 cm（圖4）。

在公路內(nèi)側(cè)擋墻上方排水溝一帶發(fā)育有走向N40°W的橫向下錯裂縫，裂縫長約45 m，錯距為0．3～0．7 m，上部排水溝被剪斷（圖5）。

圖4 內(nèi)側(cè)擋墻局部下錯開裂Fig．4 Partial cracking and dropping of the inner retaining wall

圖5 排水溝被剪斷Fig．5 Drainage ditch is snipped

4 滑坡成因及變形機制分析

該滑坡是具一定結(jié)構的崩塌堆積體，在水庫庫水作用下沿基覆界面發(fā)生后退式蠕滑拉裂破壞形成的滑坡。

從坡體結(jié)構來看，崩塌堆積體結(jié)構松散，力學性質(zhì)差，極易形成次級滑體，進而使坡體各部分間滑動變形極不均勻，使坡體內(nèi)裂縫密集發(fā)育［3］。根據(jù)浸水邊坡穩(wěn)定性工程類比，在水位升降期間斜坡體穩(wěn)定性降低0．03～0．07。由于坡體本身結(jié)構特殊，在庫水作用下，該崩塌堆積體發(fā)生整體滑坡的可能性要高于前緣局部坍塌。

目前水庫蓄水位為2 490 m，淹沒至堆積體斜坡1／3～1／2處，正常蓄水位為2 540 m。在水庫正常運營期間，當水庫蓄水至2 540 m高程時，淹沒高程在堆積體斜坡1／2～2／3段，水庫升降水位對斜坡穩(wěn)定性的影響將加劇。蓄水后改變了岸坡的自然條件，兩岸地下水隨著庫水位蓄水而抬升，淹沒在水下的巖土體抗剪強度降低，并因受庫水浮托而失重，庫水作用造成水對滑帶的軟化效應以及對滑體的懸浮減重效應，從而誘發(fā)堆積體滑坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。

5 堆積體穩(wěn)定性評價與預測

2009年9月初次蓄水至2 490 m以來，崩塌堆積體發(fā)生了明顯變形，主要變形表現(xiàn)為下錯拉張裂縫、內(nèi)外擋墻破裂以及排水溝被剪斷，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。由于堆積體發(fā)生變形破壞，目前蓄水處于緩慢過程，堆積體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)；但隨著雨季的來臨，庫水位將急劇抬升，堆積體的穩(wěn)定性將逐漸降低。隨著庫水進一步抬升，蓄水到正常水位2 540 m，水位波動幅度為50 m，在此情況下堆積體將發(fā)生失穩(wěn)破壞。

5．1 計算模型

為進一步分析堆積體的穩(wěn)定性，本文采用極限平衡條分法對該堆積體進行穩(wěn)定性計算，計算模型如圖6所示。

圖6 計算模型Fig．6 Calculation model

式中：K為穩(wěn)定系數(shù)；Ti為第i條塊下滑力（kN／m）；Ri為第i條塊抗滑力（kN／m）；PDi為第i條塊動水壓力（kN／m）；Ai為第i條塊地震力（kN／m）；Ψj為第i條塊剩余下滑力傳遞至第i＋1條塊時的傳遞系數(shù)（j＝i時）；Qi為第i條塊自重標準值與附加荷載之和（kN／m）；Ci為第i條塊土的粘聚力（kPa）；φi為第i條塊土的內(nèi)摩擦角（°）；Li為第i條塊滑動面長度（m）；αi為第i條塊地下水流線平均傾角（°），取浸潤曲線傾角與滑面傾角平均值，反傾取負值；i為地下水滲透坡度；γW為水的重度（kN／m3）；γ＇為巖土體的浮重度（kN／m3）；fi為第i條塊庫水流動引起的浮托力（kN／m）；CL為浮托力系數(shù)，取CL＝0．178；v為滑動巖體表面水流速（m／s），近似取河水流速；Ax為平行水流方向的單位寬度投影面積（m2）；α為水平地震力系數(shù)；Vid為第i計算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以下體積（m3／m）；Fi為第i計算條塊所受地面荷載（kN）。

5．2 計算參數(shù)及計算工況選取

獅子坪水庫為河道水庫，需要考慮庫水位上升時的浮托力，本文僅對現(xiàn)有水位2 490 m及正常蓄水位2 540 m在天然、20年一遇暴雨及地震工況下計算其穩(wěn)定性。

在巖土體試驗基礎上，根據(jù)堆積體變形破壞特征，取K＝1對崩塌堆積體在2 490 m水位極限穩(wěn)定下進行反演，并結(jié)合工程類比，選取堆積體與基巖接觸面的巖土體參數(shù)見表1。

表1 巖土體參數(shù)Table 1 Parameter selection for geotechnical engineering

地震設防烈度為Ⅶ度，水平地震加速度a＝0．15 g；庫水流動速度取v＝1．8 m／s，取CL＝0．178。

5．3 計算結(jié)果及分析

計算結(jié)果表明（表2），獅子坪水庫保持原有水位2 490 m工況下，堆積體在暴雨和地震工況下的穩(wěn)定性均小于1，堆積體有可能失穩(wěn)的可能，若水位進一步抬升，蓄水至2 540 m，堆積體穩(wěn)定系數(shù)在3種工況下小于1，崩塌堆積體失穩(wěn)的可能性更大；可以預測到，堆積體在暴雨、地震、水位大幅波動及進一步蓄水的條件下，將發(fā)生失穩(wěn)。

表2 各工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Tab le 2 The landslide stability coefficients under variousworking conditions

針對上述計算結(jié)果，為了進一步控制堆積體變形破壞，尤其在雨季來臨之前防止堆積體失穩(wěn)，對該堆積體采取了應急治理工程。主要手段為下?lián)鯄μ幵鲈O4排鋼管樁，樁徑146 mm，長度18～20 m。施工完成后，路基變形減緩，坡體的變形得到有效控制，說明治理措施已經(jīng)發(fā)揮有效作用。

其次，教育政策的區(qū)別化對待。國家對公辦園實行優(yōu)先扶持政策，財政補助公辦園，分配的事業(yè)編制名額多，工資待遇高、工作環(huán)境好，因此公辦園對學前教師具有很大的吸引力，從而使許多民辦園優(yōu)秀教師流向公辦園，加劇了教師資源配置不均衡。

6 結(jié)論及建議

（1）滑坡是具一定結(jié)構的崩塌堆積體，在水庫庫水作用下沿基覆界面發(fā)生后退式蠕滑拉裂破壞形成的滑坡。破壞機理為軟化效應以及懸浮減重誘發(fā)型。

（2）2009年9月獅子坪水庫初次蓄水至2 490 m高程水位過程，崩塌堆積體出現(xiàn)了明顯的變形破裂跡象，主要的變形表現(xiàn)為連續(xù)下錯的拉張裂縫、內(nèi)外側(cè)擋墻的破壞及排水溝被剪斷。

（3）該崩塌堆積體目前處于蠕滑變形階段。通過對堆積體穩(wěn)定性計算與評價，在天然、20年一遇暴雨、地震工況下均小于1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨、地震、水位大幅波動及進一步蓄水的條件下，將發(fā)生失穩(wěn)。

（4）該堆積體經(jīng)鋼管樁治理后路基變形減緩，堆積體變形跡象明顯得到控制，表明治理措施已經(jīng)起到有效的作用。

［1］ 陳立松，何沛云．水庫周邊水位變動引起庫岸失穩(wěn)的成因分析［J］．浙江水利科技，2004，（4）：40－42．（CHEN Li-song，HE Pei-yun．Water Level Variation Analysis of the Causes of Bank Instability［J］．Zhejiang Hydrotech-nics，2004，（4）：40－42．（in Chinese））

［2］ 羅曉紅，李進元．水庫蓄水對庫岸滑坡影響分析［J］．水電站設計，2003，（3）：61－64，69．（LUO Xiao-hong，LI Jin-yuan．Analysis of Reservoir Storage on the Impact of Bank Landslide［J］．Design of Hydroelectric Power Sta-tion，2003，（3）：61－64，69．（in Chinese））

［3］ 劉 宏，鄧榮貴，張倬元．四川寶珠寺水庫庫岸滑坡特征及成因分析［J］．中國地質(zhì)災害與防治學報，2001，（4）：48－52．（LIU Hong，DENG Rong-gui，ZHANG Zhuo-yuan．Characteristics and Genetic Analysis of the Land-slide along Baozhusi Reservoir Bank in Sichuan［J］．The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2001，（4）：48－52．（in Chinese））

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［5］ 伍保祥，沈軍輝．金沙江上游藏曲口滑坡成因機制及穩(wěn)定性分析［J］．地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2008，（1）：12－15．（WU Bao-xiang，SHEN Jun-hui，et al．Analysis of Origin and the Stability Evaluation of the Zangqukou Landslide of Jinshajiang［J］．Journal of Geological Hazards and Envi- ronment Preservation，2008，（1）：12－15．（in Chinese） ）

（編輯：曾小漢）

The Influence of Reservoir Impoundment on the Stability of Collapse Deposit Along 317 National Highway

LIU Hai，SHEN Jun-hui，PENG Chang-cui，SIHong-tao
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Located at the right bank of the reservoir near the dam site of Shiziping hydroelectric station，the studied

deposit landslide is a gradually destroyed retrograde landslide caused by the collapse deposit under the effect of res-ervoir water along the interface between deposit and bedrock．The first impoundment of the reservoir in September 2009 leads to intense deformation and failure of the collapse deposit，hence causes great harm to the 317 national highway．In this sense，it is of great significance to study the formation mechanism of the collapse deposit so as to prevent similar landslides from happening again．According to the geological condition，the structure of the slide-mass，and the deformation evidence of the slope during reservoir impoundment，the deformationmechanism is stud-ied，and the stability of the slidemass is evaluated and predicted．Results show thatwhen thewater reaches the nat-ural level of2 490m，the slidemasswill creep；when there is rainstorm，earthquake，orwhen thewater reaches the normal impoundment level of2 540m，failure of the slidemasswill occur．Currently the deposit landslide is relative-ly stable after proper emergencymeasureswere taken．

reservoir storage；the collapse deposit；deformation mechanism；stability

TU433

A

1001－5485（2011）04－0045－04

2010-08-02

劉 海（1984-），男，廣東茂名人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災害評價及巖土體穩(wěn)定性研究，（電話）13699419132（電子信箱）gzlhai＠126．com