陜南地區(qū)水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性分析

董倩倩 張建美

摘 要：陜南地區(qū)是陜西省、也是全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。近年來(lái)，陜南地區(qū)中小型水庫(kù)發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，興利效益降低。通過(guò)對(duì)這一地區(qū)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)查研究，提出水庫(kù)邊坡預(yù)防治理措施，以期降低地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，推動(dòng)陜南地區(qū)的發(fā)展，保證為南水北調(diào)工程提供優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)邊坡 地質(zhì)災(zāi)害 滑坡 防治措施

陜西南部地區(qū)北以秦嶺為屏，南以巴山作障，包括漢中、安康、商洛三個(gè)地市，區(qū)域內(nèi)水利資源豐富，中小型水庫(kù)數(shù)量眾多。該區(qū)地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈，山地區(qū)域內(nèi)高差大，暴雨頻發(fā)，再加上水庫(kù)的影響，滑坡、泥石流、崩塌等水庫(kù)邊坡失穩(wěn)災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響。因此，有必要對(duì)這一區(qū)域的水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究，以期避免地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)保證“一池清水入庫(kù)，一泓清水北上”，保護(hù)好南水北調(diào)中線工程水源涵養(yǎng)區(qū)的水質(zhì)。

1.陜南地區(qū)水庫(kù)地質(zhì)概況

1.1陜南地區(qū)水資源概況

陜南地區(qū)水系發(fā)育，區(qū)內(nèi)分布有三條長(zhǎng)江較大的支流——漢江、丹江及嘉陵江。據(jù)統(tǒng)計(jì)，陜南地區(qū)作為我國(guó)南水北調(diào)中線工程水源涵養(yǎng)地，其水資源占全省的70.7%，其總量為314.58億立方米，中線調(diào)水工程每年向北京調(diào)水135億立方米，而陜南漢江和丹江年供水占中線水資源總量的70%。

該區(qū)中小型水庫(kù)數(shù)量眾多，分布面廣。漢中市現(xiàn)有水庫(kù)342座，其中中型水庫(kù)7座、小（1）型48座，小（2）型286座，總庫(kù)容4.97億m3；安康市現(xiàn)有水庫(kù)149座，其中中型水庫(kù)8座，小（1）型水庫(kù)24座，小（2）型水庫(kù)112座，總庫(kù)容3.04億m3；商洛市現(xiàn)有水庫(kù)52座，其中中型水庫(kù)2座，小（1）型水庫(kù)14座，小（2）型水庫(kù)36座，總庫(kù)容1.43億m3。

1.2陜南地區(qū)地質(zhì)概況

陜南地區(qū)北為秦嶺、隴山山脈，南為大巴山脈，漢江橫貫中部。地勢(shì)西高東低，南北高中間低。地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，主要有山地（高、中、低山）、丘陵、平原（盆地），其中秦嶺和大巴山腹地以山地為主，海撥高度約1000～3000m；平原（盆地）位于漢中、西鄉(xiāng)、商丹、洛南、山陽(yáng)及一些河谷地帶；漢中、安康和西鄉(xiāng)盆地邊緣為丘陵，海撥高度約170～1000m。該區(qū)地層絕大多數(shù)為太古界至新生界，丹江、漢江和嘉陵江沿岸廣泛分布有變質(zhì)的碎屑巖、泥巖、巖漿巖等；盆地邊緣以砂礫類土、粘性土及膨脹土居多；第四系坡殘積層以松散堆積物為主。

該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，跨越秦嶺褶皺系和揚(yáng)子地臺(tái)，共發(fā)育有19條深大斷裂，沿?cái)嗔逊植加袑挾炔坏鹊乃榱褞r帶和裂隙發(fā)育帶，且具有持續(xù)活動(dòng)性，產(chǎn)狀、性質(zhì)變化大等特點(diǎn)。由于強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，形成漢中一西鄉(xiāng)、安康、洛南、商丹、山陽(yáng)等斷陷盆地。受復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造、強(qiáng)烈發(fā)育的斷裂破碎帶、緊密褶皺和多變的地形地貌等影響，該區(qū)巖土體斜坡穩(wěn)定性差，極易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等自然災(zāi)害。

2.陜南地區(qū)水庫(kù)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)狀及原因分析

2.1陜南地區(qū)水庫(kù)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)狀

陜南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多沿河流兩岸一定范圍內(nèi)分布，水庫(kù)庫(kù)區(qū)及主要河流兩岸1k m范圍以內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)1 0 2處，以滑坡分布為主。丹江沿岸災(zāi)害點(diǎn)密度為14處/10 0k m2，其中滑坡占該區(qū)災(zāi)害總數(shù)的95.7%，密度為13.4處/10 0k m2；中低山區(qū)的部分支流兩岸災(zāi)害點(diǎn)密度甚至高達(dá)20處/100km2；因漢江兩側(cè)河漫灘階地較寬廣，地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)較少，水庫(kù)庫(kù)區(qū)及河流兩岸1km范圍內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)密度為4處/100km2。

如安康水電站所處地質(zhì)條件十分復(fù)雜，右岸廠房安裝間及尾水渠內(nèi)側(cè)山坡為復(fù)合型工程滑坡分布區(qū)，該處巖體十分破碎，表部巖石已強(qiáng)烈風(fēng)化。在該段邊坡布置的道路較多，20世紀(jì)90年代，因?yàn)榈缆肥┕み^(guò)程中未及時(shí)采取防護(hù)措施，產(chǎn)生了大規(guī)模邊坡失穩(wěn)，給施工造成重大困難與經(jīng)濟(jì)損失。涼水溝滑坡位于安康水電站上游距大壩3-5km處，在其塌滑堆積物中部有簡(jiǎn)易公路通過(guò)，近年也發(fā)現(xiàn)有公路里側(cè)坡局部規(guī)塌、路面下陷現(xiàn)象。

2016年9月11號(hào)，安康市漢濱區(qū)建民辦事處黃石灘水庫(kù)引水渠邊坡出現(xiàn)滑坡險(xiǎn)情，危及民房，部分河道堵塞、交通中斷。2017年1月13日，黃石灘水庫(kù)一水渠在施工過(guò)程中發(fā)生山體崩塌。類似此類情況在陜南地區(qū)水庫(kù)邊坡發(fā)生過(guò)多次，進(jìn)行水庫(kù)邊坡預(yù)防治理迫在眉睫。

2.2陜南地區(qū)水庫(kù)邊坡失穩(wěn)原因分析

（1）水文條件。90%以上的滑坡是由地下水或滲流作用引起的。陜南地區(qū)水系發(fā)育，地下水蘊(yùn)含量大，地下水可使巖土體的含水量和容重增加，且對(duì)巖土體產(chǎn)生物理和化學(xué)作用，使巖土體結(jié)構(gòu)面軟化，改變巖土體性質(zhì)，降低巖土體強(qiáng)度，破壞邊坡平衡狀態(tài)，導(dǎo)致巖體下滑，引起邊坡失穩(wěn)。此外，庫(kù)水位變化導(dǎo)致地下水位驟變引起邊坡滲流，也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。

（2）氣象條件，大氣降水屬于邊坡失穩(wěn)的主要外因。陜南秦巴山區(qū)夏季多暴雨，初秋多連陰雨，大巴山、秦嶺南坡是著名的暴雨區(qū)，由南進(jìn)入秦巴山區(qū)年平均降雨量較高，為1000～1300mm；秦嶺南坡年降雨量900～1000mm；漢江谷地年降雨量800～900mm。降水滲入滑體內(nèi)部，增加巖土體重量，降低抗剪強(qiáng)度，抬高地下水位，增大邊坡內(nèi)孔隙壓力，導(dǎo)致滑塊接觸面抗滑穩(wěn)定性不足，極易引發(fā)水庫(kù)滑坡失穩(wěn)。

（3）地層巖性，直接決定著巖石強(qiáng)度、抗風(fēng)化能力、巖體結(jié)構(gòu)與邊坡高度等。該區(qū)的灰?guī)r抗風(fēng)化能力差，巖石變質(zhì)變形強(qiáng)烈，極易產(chǎn)生滑坡、崩塌災(zāi)害；以碎屑巖為主的三疊系易形不穩(wěn)定斜坡，膨脹土、松散堆積物邊坡等極易發(fā)生各類地質(zhì)災(zāi)害。

（4）地質(zhì)構(gòu)造，褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。陜南山區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，裂隙節(jié)理結(jié)構(gòu)面強(qiáng)烈發(fā)育，斷層破碎帶較寬，巖石破碎嚴(yán)重，這些都是邊坡失穩(wěn)的潛在影響因素。

（5）地形地貌。邊坡的形態(tài)和規(guī)模等地貌因素會(huì)顯著影響邊坡穩(wěn)定性。該區(qū)高山及高中山區(qū)地形起伏大、溝谷深切、岸坡陡峭，易在坡頂產(chǎn)生張應(yīng)力，引起張裂縫，在坡腳產(chǎn)生的較大剪應(yīng)力，又巖體風(fēng)化嚴(yán)重、坡體破碎，易構(gòu)成不利組合，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

（6）人類工程活動(dòng)。人工開(kāi)挖、爆破、工程荷載較大、設(shè)計(jì)不合理等也會(huì)引起邊坡失穩(wěn)。陜南低山區(qū)殘坡積層較厚，又由于人們?cè)谠谏狡律闲藿ü贰⒎课荩瑏y砍亂伐，植被破壞嚴(yán)重，流水侵蝕較強(qiáng)，從而較易導(dǎo)致邊坡變形與破壞。

3.陜南水庫(kù)邊坡失穩(wěn)預(yù)防措施

3.1支擋措施

在邊坡失穩(wěn)預(yù)防作業(yè)中，混凝土擋墻和混凝土抗滑樁是應(yīng)用效果較好的支擋措施。①混凝土擋墻，即將混凝土擋墻設(shè)置于最低滑動(dòng)面位置，通過(guò)擋墻自重阻擋滑體下滑，改善局部受力以達(dá)到平衡狀態(tài)。混凝土擋墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工時(shí)間較短，可與排水措施結(jié)合應(yīng)用，降低擋墻水壓力，減少擋墻滑移，有效防止滑坡失穩(wěn)。②混凝土抗滑樁，即在滑坡前端設(shè)置深入巖層的抗滑樁，以阻擋滑體下滑。因抗滑樁可承受較大的抗滑壓力，故可有效地發(fā)揮穩(wěn)定邊坡作用。

3.2加固措施

（1）注漿加固。對(duì)于以較破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育的巖石為主的滑坡、崩塌堆積體及松動(dòng)巖體邊坡，宜采用化學(xué)或水泥注漿加固手段，將破碎邊坡巖土體膠結(jié)為一整體，增強(qiáng)邊坡坡體的抗剪強(qiáng)度、減小坡體的滲透性及水壓力，提高坡體強(qiáng)度，防止出現(xiàn)滑裂面，增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性。

（2）錨桿加固。當(dāng)邊坡巖石破碎時(shí)，可在巖體內(nèi)打入一定數(shù)量的錨桿，并將受拉桿件固定于邊坡巖層中。錨桿使邊坡巖土體形成復(fù)合的整體，增加邊坡穩(wěn)定性，提高滑動(dòng)面的抗滑性能。錨桿支護(hù)效果好、用料省、施工簡(jiǎn)單、便于機(jī)械化操作，是邊坡處理的一種重要措施。

（3）土釘加固。對(duì)于軟質(zhì)巖石邊坡，在其表面鋪設(shè)一道鋼筋網(wǎng)，再噴射一層混凝土面層，通過(guò)加筋桿件與周圍巖土體牢固粘結(jié)形成的復(fù)合體，以及面層所構(gòu)成的類似重力擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)邊坡進(jìn)行加固。

（4）預(yù)應(yīng)力錨索加固。當(dāng)邊坡較高、坡體潛在滑裂面位置較深時(shí)，可采取預(yù)應(yīng)力錨索加固方式。該方法是將預(yù)應(yīng)力錨索外端固定于坡面，向內(nèi)穿過(guò)邊坡滑動(dòng)面，另一端錨固在滑動(dòng)面以內(nèi)的穩(wěn)定巖土體中。預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力可直接改變滑面上的應(yīng)力狀態(tài)和滑動(dòng)穩(wěn)定條件，通過(guò)提高邊坡巖土體的整體性和增加抗滑阻力來(lái)加固巖土體，促使其穩(wěn)定。

3.3防護(hù)措施

（1）植物防護(hù)。對(duì)于邊坡不高、坡角不大的邊坡，可在坡面上栽種樹(shù)木、植草、鋪草皮等植物覆蓋層。通過(guò)發(fā)育的植物根系起到固土作用，并防止雨水對(duì)坡面沖蝕，從而對(duì)邊坡進(jìn)行有效地加固。

（2）工程防護(hù)：①砌石防護(hù)。對(duì)坡度較陡、土體松散的邊坡，可采用砌體封閉防護(hù)，一般為漿砌石、漿砌預(yù)制塊、漿砌混凝土空心磚等；②噴射素混凝土防護(hù)。對(duì)于穩(wěn)定性較好的巖質(zhì)邊坡，可在其表面噴素混凝土，以隔絕坡面與空氣、水的接觸，防止巖石坡面風(fēng)化、松動(dòng)、剝落，且混凝土可深入巖石裂隙、封閉節(jié)理，達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。噴混凝土護(hù)坡工藝不需運(yùn)用模板，施工簡(jiǎn)單，操作方便，見(jiàn)效快，整體造價(jià)較低，是邊坡加固措施中較常用的一種方式。

3.4排水措施

（1）截水溝和坡內(nèi)排水溝。在邊坡外緣設(shè)置截水溝，以攔截坡外水流，防止其沖刷坡面。還可同時(shí)在坡體內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，以盡快排出大氣降雨，保證邊坡穩(wěn)定性。

（2）疏干孔。在坡體潛水面下設(shè)置疏干孔，排水管一端在坡外，與大氣相接，另一端設(shè)在坡體內(nèi)部，且略帶坡度，利于地下水排向外部，以減少地下水對(duì)邊坡的不利影響。

4.結(jié)論

陜西南部地區(qū)中小型水庫(kù)數(shù)量眾多，受水系發(fā)育、降雨量大、地層巖性風(fēng)化破碎、地形地貌復(fù)雜多變、斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)及人類工程活動(dòng)等影響，區(qū)內(nèi)水庫(kù)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象頻發(fā)。通過(guò)對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，根據(jù)失穩(wěn)影響因素，因地制宜，提出本區(qū)適用的邊坡失穩(wěn)預(yù)防措施，有：混凝土擋墻及混凝土抗滑樁支擋，注漿、錨桿、土釘、預(yù)應(yīng)力錨索等加固，砌體封閉防護(hù)、噴混凝土防護(hù)及植被防護(hù)，同時(shí)設(shè)置排水設(shè)施等。期望通過(guò)邊坡治理減少邊坡失穩(wěn)事故的發(fā)生，保證陜南人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，無(wú)形中推動(dòng)陜南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也為南水北調(diào)工程提供保障。

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“陜南地區(qū)中小型水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性調(diào)查研究”（項(xiàng)目編號(hào)：201611397002）；陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“基于避災(zāi)減災(zāi)的安康地區(qū)水庫(kù)邊坡穩(wěn)定性研究”（項(xiàng)目編號(hào)：15JK1018）

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