5.12地震后汶川縣城某滑坡穩定性及防治措施研究

張云祥

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原 030009)

2008年5月12日14時28分，四川汶川發生里氏8.0級地震，震中位于北緯31.0°，東經103.4°，震源深度14.0 km，地震導致汶川縣城發生多處次生地質災害，滑坡是眾多次生災害中的較為嚴重的一種。

擬研究滑坡位于汶川縣城西北部，岷江右岸，茂汶公路內側。威脅人口463人，威脅資產約1 500余萬元。

1 工程地質條件

1.1 地形地貌

研究區為一凹形斜坡，相對高差約150m，坡度20°～30°，兩側為小山脊，后緣為基巖斜坡，坡度較陡，可達45°以上。

1.2 地層巖性

滑坡區出露地層主要有第四系滑坡堆積粉質黏土夾碎石或角礫(Q4del)，第四系沖洪積砂卵石層)，泥盆系月歷寨群灰巖、千枚巖(Dly)。

1.3 水文條件

滑坡區地下水類型有第四系松散堆積孔隙水、基巖裂隙水，勘探期間未見穩定地下水位。

1.4 地質構造及地震效應

研究區位于龍門山斷裂帶中茂汶斷裂帶的北東段，設計基本地震加速度為0.2g，抗震設防烈度為8度。

2 滑坡特征及成因機制

2.1 滑坡特征

(1)基本特征

滑坡的平面形態呈“舌”形，縱向(南北方向)，長260～500m，橫向(東西方向)，寬150～320m，滑坡面積9.62萬m2。主滑方向356°，滑坡總體積240.5萬m3，屬大型土質滑坡(如圖1、圖2所示)。

(2)物質特征

滑體與滑面成分為粉質黏土夾碎石、角礫。滑坡前緣滑床為砂卵石層，在滑坡中后部為全風化—強風化千枚巖(見圖3)。

圖1 滑坡全貌

(3)變形特征

調查發現滑坡區內變形較為明顯的有三個區域(見圖2)。

前緣隆起帶位于滑坡前緣左側，寬2～7m，隆起高度1～40 cm，約1 800m2。該帶震前既有，雨季變形加劇。

前緣斜坡變形區為滑坡老裂縫，位于滑坡前緣及上部斜坡體，走向345°～10°，為剪脹裂縫，裂縫寬約20～30 cm，最寬達0.5m以上，可測深度在1m左右，延伸10～20m。

中部強變形區位于ZK07附近，發育有縱向裂縫，走向340°～20°，呈平行狀分布，寬0.1～1.0m，深0.5～2m，長達60m以上。

圖2 滑坡工程地質平面

圖3 Ⅰ—Ⅰ'剖面地質模型

2.2 滑坡成因機制分析

滑坡最初為一老滑坡，老滑坡形成時，前緣物質堆積體在岷江左岸河流階地上，由于受到砂卵石層的阻滑作用而使滑坡前緣產生擠壓，而后緣物質由于滑坡滑動受拉使土體結構松散。

老滑坡穩定后，滑坡中后部坡度變緩，人工開挖成耕地，人工灌溉水及雨水滲入滑坡體內，既增加了滑體自重，又使全-強風化千枚巖軟化而導致巖土體的抗剪強度降低。在上述不利因素的共同作用影響下，滑坡發生蠕滑變形，滑動時滑坡中后部土體擠壓前緣土體使其發生隆起變形，所以新滑坡為一推移式滑坡。

3 滑坡穩定性分析

3.1 定性評價

滑坡的變形模式為推移式，此類滑坡穩定性較好，在地震作用下滑坡沒有發生整體失穩，只是局部土體有較大的變形，所以滑坡發生整體失穩的可能性較小，在雨水、地震等不利因素影響下，只是滑坡的局部土體發生變形破壞。

3.2 定量評價

(1)計算參數的選取

根據室內試驗資料以及工程類比取巖土體進行參數的取值(見表1)。

表1 滑坡巖土體抗剪參數

(2)計算工況

本文選用三種計算工況，分別為天然工況(工況1)、暴雨工況(工況2)、地震工況(工況3)。

(3)計算模型

依據圖3所示的滑坡Ⅰ—Ⅰ'剖面地質模型，分別對主滑面、次級滑面以及次級滑面前部與主滑面后緣組成的組合滑面進行穩定性計算(見圖4)。

圖4 Ⅰ—Ⅰ'滑面地質模型

(4)滑坡穩定性計算結果

分析計算滑坡穩定性系數之后，結合《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T 0219—2006)，分析滑坡穩定狀態，分析結果見表2。

表2 Ⅰ—Ⅰ'剖面穩定性計算結果

由表2可知:在工況2下，沿次級滑面發生失穩破壞的可能性較大，這與目前滑坡的變形一致，局部土體發生變形破壞。

暴雨對滑坡穩定性影響較大，地震的影響較小，滑坡整體失穩的可能性較小。但滑坡的安全儲備不足，故需要對其進行工程治理。

4 滑坡主體工程防治效果檢驗

4.1 防治方案的確定

方案一:截排水+抗滑樁+錨索+擋土墻。

方案二:截排水+格構錨索+擋土墻。

兩方案中，截排水工程和擋土墻工程的類型和布置位置均相同。

(1)截排水以及擋土墻

截排水:在滑坡后緣、兩側以及中部布置排水溝。

擋土墻:采用擋土墻對其進行防治。

(2)主體防治工程

方案一:抗滑樁材料采用C30，按簡支梁計算，截面尺寸取2.0m×2.5m，滑面埋深26.7m，設計樁長30.0m，入巖3.3m，間距5.0m。砂漿采用M30，錨索采用12根7絲鋼絞線，錨索自由端長度35.0m，錨固段長度8.0m，傾角15°(見圖5)。

方案二:格構錨索工程布置和方案一相同，格構柱及梁截面尺寸取250 mm×300 mm，水平間距為5.0m，垂直間距5.0m，錨索的幾何參數和材料與方案一相同(見圖6)。

圖5 Ⅰ—Ⅰ'剖面防治工程(方案一)布置

圖6 Ⅰ—Ⅰ'剖面防治工程(方案二)布置

4.2 防治前數值模擬

(1)模型的建立

僅以圖3所示地質模型建立二維數值模型，兩側及底部采用固定約束，上邊界為自由邊界，力學參數見表3，其他參數見表1。模擬計算的基礎模型見圖7。模型采用15節點，單元數813個，節點數7 208個，應力點數9 756個，平均單元尺寸10.38m。

表3 巖土體的物理力學參數

(2)防治前數值模擬

防治前工況2下滑坡的位移數值計算結果見圖8。

圖7 有限元數值計算基礎模型

由圖8可知:滑坡在工況2下滑坡表層局部土體有較大變形，其最大水平位移為18 cm，最大垂直位移為6.4 cm，這與滑坡變形特征及量值基本一致。滑坡前緣巖土體存在隆起變形區，最大隆起位移1.58 cm。

4.3 防治效果檢驗

僅對滑坡在工況2下進行數值模擬，從而評價其防治效果。

(1)方案一防治效果模擬計算

數值模擬計算結果見圖9。

圖8 防治前位移云圖

圖9 方案一位移云圖

由圖9可知:滑坡采用方案一防治后次級滑坡巖土體還存在變形區，其最大水平位移8.52 mm，最大垂直位移7.69 mm，這些位移量可以忽略不計，可知采用方案一可有效控制滑坡變形。

(2)方案二防治效果模擬計算

數值模擬計算結果見圖10。

圖10 方案二位移云圖

由圖10可知:滑坡采用方案二防治后滑坡的最大水平位移5.83 mm，最大垂直位移約5 mm，這些位移量可以忽略不計，可見在工況2下格構錨固工程可以有效控制滑坡的變形。

通過以上數值分析可知，樁錨和格構錨索兩種防治工程均可有效的控制滑坡的變形破壞，相對來說，格構錨索工程的防治效果較抗滑樁+錨索工程更為顯著。

5 結論及建議

(1)滑坡為一推移式大型土質老滑坡，暴雨對滑坡的穩定性影響較大，地震對滑坡的穩定性影響較小。滑坡整體失穩的可能較小，但滑坡的安全儲備不足，故需要對其進行工程治理。

(2)采用有限元分析軟件模擬分析了滑坡在兩種主體防治工程后滑坡的位移情況。通過分析，兩種防治方案均可以有效控制滑坡的變形，而格構錨索工程在防治效果上優于樁錨工程。

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