廣西某水庫(kù)大壩右岸邊坡滑坡原因分析及建議

呂 超，何俊瀾，張 鵬，王盛鑫，黃俊閣

（廣西桂禹工程咨詢有限公司，南寧 530023）

1 滑坡過(guò)程

水庫(kù)大壩工程施工過(guò)程中，高邊坡穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)常存在，一旦邊坡失穩(wěn)會(huì)給工程建設(shè)造成極大的安全危害，增加大量的投資，拖延工程建設(shè)進(jìn)度。不規(guī)范的施工操作、連續(xù)的暴雨、不良地質(zhì)條件、機(jī)械及放炮震動(dòng)等多種因素均可引起邊坡失穩(wěn)。

圖1 第一次滑坡后邊坡現(xiàn)狀

2017年2月21日，廣西某水庫(kù)大壩開(kāi)始開(kāi)挖右岸壩肩，由上往下向第一平臺(tái)（高程707.60 m）開(kāi)挖，4 月7 日開(kāi)挖至第四平臺(tái)（高程675.0 m）。6 月25～30日持續(xù)大雨，6月28日右岸邊坡第一次發(fā)生滑坡（見(jiàn)圖1）。第一次滑坡后，當(dāng)?shù)卮迕駨?qiáng)烈要求施工方恢復(fù)進(jìn)村道路，8 月20～22 日施工方對(duì)滑落在道路上的塌方土進(jìn)行清理，臨時(shí)恢復(fù)進(jìn)村道路。8 月24 日受臺(tái)風(fēng)“天鴿”影響，現(xiàn)場(chǎng)大暴雨，邊坡再次發(fā)生滑坡（見(jiàn)圖2）。9 月10 日特大暴雨，受強(qiáng)降雨影響，右岸壩肩發(fā)生第三次滑坡，且滑坡范圍逐漸擴(kuò)大，超出原來(lái)的滑坡范圍（見(jiàn)圖3）。

圖2 第二次滑坡后邊坡現(xiàn)狀

圖3 第三次滑坡后邊坡現(xiàn)狀

2 區(qū)域地質(zhì)特征

測(cè)區(qū)以中低山地貌為主，山頂高程800～1100 m，溝底高程500～750 m。地層主要為二迭系（P）、三迭系（T）、第四迭系（Q）。測(cè)區(qū)以東西向構(gòu)造為主，多為短軸背斜，未見(jiàn)區(qū)域性大斷裂通過(guò)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB l8306-2015），本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為Ⅵ度。

3 滑坡處地質(zhì)條件

滑坡處山脊高程為793 m，溝底高程為663 m，相對(duì)高差為130 m，其中人工邊坡高72 m（高程663～735 m），自然邊坡高58 m（高程735～793 m）。滑坡邊界清晰，地貌呈圈椅狀，中下部地形較陡，坡度一般為35°～45°，上部地形相對(duì)略緩，坡度為25°～32°。

上覆土層主要有第四系滑坡堆積層（Qdel）、人工堆積層（Qs）、沖積層（Qal）、殘坡積層（Qedl），下伏基巖為三疊系中統(tǒng)百逢組（T2b）砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。強(qiáng)風(fēng)化帶厚度6～30 m，弱風(fēng)化帶厚度7～36 m，下部為微風(fēng)化～新鮮巖體。

工程區(qū)無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò)，總體上單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀N70°～85°E，SE∠50°～60°，巖層走向與主滑向斜交，交角約45°；局部巖層褶曲，揉皺較強(qiáng)烈，但規(guī)模較小，工程區(qū)內(nèi)主要節(jié)理裂隙有3組。

工程區(qū)位于亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)，每年4～9 月為雨季，雨水充沛，雨量大。場(chǎng)地地下水分為孔隙水和基巖裂隙水兩類。孔隙水主要賦存于第四系土層孔隙中，主要靠大氣降水補(bǔ)給，向河谷排泄。基巖裂隙水賦存于下伏基巖裂隙中，水位埋藏相對(duì)較深，水量較小，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。

4 邊坡失穩(wěn)計(jì)算分析

為了查明邊坡失穩(wěn)的原因，分析導(dǎo)致滑坡發(fā)生的各類因素，根據(jù)本滑坡的實(shí)際情況，分別對(duì)第一次滑坡和第二、第三次滑坡在不同工況下進(jìn)行分析。對(duì)邊坡采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)PB3 軟件進(jìn)行建模計(jì)算，計(jì)算方法為簡(jiǎn)化畢肖普法（邊坡規(guī)范與水利規(guī)范一致）。

4.1 第一次滑坡的計(jì)算分析

設(shè)計(jì)支護(hù)方案中，高程708.0 ～735.0 m 按1∶0.5放坡，高程720.0 m處設(shè)寬2.0 m馬道。邊坡采用錨桿+格構(gòu)支護(hù)，2.5 m×2.5 m布置錨桿，每級(jí)最上面一道錨桿長(zhǎng)度12.0 m，其他錨桿長(zhǎng)為9.0 m。錨桿采用直徑25 mm 的HRB400 鋼筋制作，格構(gòu)梁截面300 mm×500 mm，格構(gòu)梁間采用掛網(wǎng)噴砼進(jìn)行封閉擋土，砼強(qiáng)度C20，厚度100 mm。

邊坡從高程735.0 m 開(kāi)挖至675.0 m，開(kāi)挖約60 m高，僅僅在邊坡頂部設(shè)置了簡(jiǎn)易的截水溝，但對(duì)水溝未進(jìn)行砌筑、抹面等工作，起不到防滲作用，直至滑坡發(fā)生時(shí)，100多天內(nèi)，邊坡均未按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行支護(hù)施工。

根據(jù)滑坡發(fā)生前邊坡的實(shí)際情況，采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)對(duì)邊坡天然工況與飽和工況分別進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。經(jīng)建模計(jì)算發(fā)現(xiàn)，削坡后未支護(hù)情況下，天然工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.054，飽和工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.972；按設(shè)計(jì)方案支護(hù)情況下，天然工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.198，飽和工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.022。這說(shuō)明無(wú)論天然工況下，還是暴雨工況下，按設(shè)計(jì)方案支護(hù)，均可以使得邊坡穩(wěn)定性大于1.0，從而保證邊坡穩(wěn)定，因此未按設(shè)計(jì)方案支護(hù)成為第一次滑坡發(fā)生的決定性因素。

4.2 第二和第三次滑坡的計(jì)算分析

在第二次滑坡發(fā)生前，滑坡體已處于暫時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)，但出于搶通村民的交通道路的需要，施工方將堆積在道路上的滑坡體進(jìn)行了清除。

采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)對(duì)第二次滑坡清方前后的天然工況與飽和工況分別進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。經(jīng)建模計(jì)算發(fā)現(xiàn)，道路未清方情況下，天然工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.253，飽和工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.976；道路清方情況下，天然工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.133，飽和工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.945。

計(jì)算結(jié)果表明，在未清方條件下，持續(xù)性強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和時(shí)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.277；在對(duì)道路滑坡體清方條件下，持續(xù)性強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和時(shí)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.188；說(shuō)明持續(xù)性降雨是導(dǎo)致第二次和三次滑坡的重要誘因。天然工況條件下，清方后比清方前邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低0.12；飽和工況條件下，清方后比清方前邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低0.031，說(shuō)明為了搶通道路而進(jìn)行的滑坡體清方加大了滑坡發(fā)生的概率。

5 滑坡原因分析及建議

5.1 施工原因（主因）

（1）未按設(shè)計(jì)方案對(duì)邊坡及時(shí)支護(hù)。自2017年2 月21 日開(kāi)挖邊坡直至2017 年6 月28 日開(kāi)挖至675.0 m 高程，歷經(jīng)100 多天的邊坡開(kāi)挖，形成了60 m 高的裸露人工邊坡，期間未對(duì)邊坡采取任何支護(hù)措施，即不支護(hù)也不封閉，這為滑坡的發(fā)生提供良好的發(fā)育條件。經(jīng)過(guò)建模計(jì)算分析，如按設(shè)計(jì)方案對(duì)邊坡及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，無(wú)論天然工況下，還是暴雨工況下，均可以保證邊坡穩(wěn)定。

（2）邊坡施工應(yīng)分級(jí)開(kāi)挖分級(jí)支護(hù)。邊坡應(yīng)自上而下分級(jí)開(kāi)挖分級(jí)支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)可以及時(shí)約束邊坡的位移、變形，盡量保持邊坡原始的應(yīng)力狀態(tài)與抗剪強(qiáng)度。如不及時(shí)支護(hù)，邊坡位移變形（蠕動(dòng)變形）會(huì)被慢慢累積，形成塑性位移，導(dǎo)致塑性位移區(qū)土體強(qiáng)度大幅降低，使得邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨時(shí)間推移而降低。因此邊坡工程應(yīng)分級(jí)開(kāi)挖分級(jí)支護(hù)，在上級(jí)邊坡完成支護(hù)且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，不應(yīng)進(jìn)行下級(jí)邊坡的開(kāi)挖。本工程邊坡一挖到底，開(kāi)挖約60 m高，100多天里均未進(jìn)行支護(hù)及封閉，為邊坡土體的變形提供了充足的時(shí)間與空間，為邊坡發(fā)生滑動(dòng)提供了有利的時(shí)空條件。

（3）施工中臨時(shí)截水排水措施不到位。第一次滑坡發(fā)生前，僅在坡頂上方開(kāi)挖了一條簡(jiǎn)易的截水溝，對(duì)水溝未進(jìn)行任何砌筑與抹面工作，這可能導(dǎo)致在持續(xù)性降雨期間，山坡地表水通過(guò)截水溝慢慢向坡體內(nèi)滲透，浸潤(rùn)土體。整個(gè)邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，均未實(shí)施坡面排水及封閉，坡面一直處于裸露狀態(tài)，大大增加了降雨期間坡體被地表水滲透、浸潤(rùn)的程度。導(dǎo)致降雨期間，土體重度增加與抗剪強(qiáng)度降低，從而大大降低邊坡的穩(wěn)定性。

（4）應(yīng)急搶險(xiǎn)措施不專業(yè)。第一次滑坡后，滑坡體處于暫時(shí)性自穩(wěn)狀態(tài)，因滑坡阻路，村民強(qiáng)烈要求恢復(fù)進(jìn)村道路，施工方對(duì)滑落在道路上的土方進(jìn)行清理，但無(wú)后續(xù)應(yīng)急搶險(xiǎn)措施跟上。清理滑落在道路上的土方，相當(dāng)于對(duì)上部滑坡體進(jìn)行挖腳，使得上部滑坡體坡腳出現(xiàn)新的臨空面，違背“上部減載，下部反壓”的原則，再遇暴雨，造成二次滑坡及三次滑坡。施工方應(yīng)在清理道路上的土方前有針對(duì)性的安全評(píng)估和搶險(xiǎn)專項(xiàng)方案，在清理道路上滑落土方時(shí)應(yīng)采取跳挖施工、邊挖邊支護(hù)的施工方法，并在道路內(nèi)側(cè)增設(shè)護(hù)腳樁或擋土墻等臨時(shí)支護(hù)措施。

5.2 降雨原因（誘因）

經(jīng)建模計(jì)算，邊坡開(kāi)挖后，未支護(hù)條件下，持續(xù)性強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.082；支護(hù)條件下，持續(xù)性強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.176。第一次滑坡后在未清方條件下，持續(xù)性強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.277；清方條件下，持續(xù)性強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.188。可見(jiàn)降雨使得各種工況下邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)都下降，三次滑坡均發(fā)生在持續(xù)性強(qiáng)降雨期間，持續(xù)性的強(qiáng)降雨導(dǎo)致邊坡土體重度增加，抗剪強(qiáng)度（粘聚力、內(nèi)摩擦角）降低，當(dāng)邊坡穩(wěn)定性降低至臨界狀態(tài)以下時(shí)就發(fā)生滑坡，因此降雨是邊坡發(fā)生滑坡的重要誘因。

5.3 建議

邊坡工程地質(zhì)勘察應(yīng)重視各土層及風(fēng)化巖體的重度、抗剪強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)。邊坡工程應(yīng)重視勘察精度和勘察深度。

邊坡工程中的支護(hù)設(shè)計(jì)，尤其是中、高邊坡應(yīng)進(jìn)行定量分析，按計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保設(shè)計(jì)的質(zhì)量與安全。邊坡工程設(shè)計(jì)中，尤其是復(fù)雜的邊坡工程，建議采用不少于2 種不同的軟件進(jìn)行定量分析與設(shè)計(jì)，不同軟件之間應(yīng)進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的相互校核，以確保安全。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）邊坡應(yīng)從坡腳到坡頂整體看待，對(duì)整體邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘察和安全評(píng)價(jià)，而不應(yīng)只關(guān)注人工開(kāi)挖的邊坡部分。

（2）重視工程建設(shè)中的邊坡地質(zhì)問(wèn)題，按照規(guī)程規(guī)范的要求，做好邊坡工程地質(zhì)勘察工作，特別是上覆各土層和風(fēng)化強(qiáng)烈?guī)r體，提供符合實(shí)際情況的地質(zhì)成果。

（3）地質(zhì)參數(shù)建議值不僅要依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還應(yīng)通過(guò)反算法、工程類比，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，綜合分析后提供。

（4）要重視巖土參數(shù)的時(shí)空效應(yīng)，要注意地表水及地下水對(duì)巖土體的不利影響，對(duì)邊坡工程安全穩(wěn)定的不良影響。

（5）應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分級(jí)開(kāi)挖、分級(jí)支護(hù)，做好邊坡周邊截水和坡面排水措施。出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)情況后應(yīng)按專業(yè)的應(yīng)急搶險(xiǎn)方案進(jìn)行處置，不可隨意亂挖，以免造成暫時(shí)穩(wěn)定的邊坡出現(xiàn)再次失穩(wěn)現(xiàn)象。