四川地震灾区三兴庙滑坡稳定性评价及治理研究

卞建宁，邢志斌，李精英

(江苏省地质工程勘察院，江苏 南京 210012)

四川地震灾区三兴庙滑坡稳定性评价及治理研究

卞建宁，邢志斌，李精英

(江苏省地质工程勘察院，江苏 南京 210012)

地震震裂山体是四川“5·12”地震灾区发育的具有“裂”而未“滑”，“松”而未“动”特征的一类典型滑坡地质灾害。通过对绵竹市清平乡三兴庙滑坡区的地形地貌和地质构造的详细描述，着重分析了地震震裂山体——三兴庙滑坡变形的破坏机制和影响因素。综合运用参数反演和室内试验等方法确定了滑体和滑带土的物理力学参数，采用滑坡推力法建立了滑坡稳定性分析模型，对5个潜在滑动带进行了不同工况计算，提出了三兴庙滑坡的综合治理方案：结合地表排水工程，在滑坡变形区主滑段前缘设置抗滑桩，通过抗滑桩将滑坡下滑力传递至深部稳定地层，并满足上部滑体不产生越顶现象;在已滑塌区后缘设置板桩式挡墙，清除危岩，平整坡面，一方面起到保护坡脚安置区的作用，另一方面可以将滑塌物质固定在上部，起到回填压坡脚之功效，促使滑体逐渐发展为自然稳定状态。

震裂山体;滑坡;评价;治理;抗滑桩;四川

0 引言

“5·12”汶川地震后，重灾区的44个县(市)新增地质灾害隐患1万余处，其中震裂山体滑坡地质灾害点约占41%(许强等，2010)。地震裂缝具有发育隐蔽性和勘查治理难度大的特点，初步建立一套适用于震裂山体滑坡的调查、评价及设计方法，已成为当务之急。

以三兴庙滑坡治理工程为背景(郭华，2010;李精英，2010)，通过对滑坡区进行的详细现场勘查，分析地震震裂山体的破坏机制和影响因素，建立了滑坡稳定性分析模型，针对性地提出了三兴庙滑坡的综合治理方法，为今后地震震裂山体的滑坡治理提供借鉴经验。

1 研究区工程地质条件

1.1 地形地貌条件

滑坡区位于绵竹市清平乡棋盘村1组楼房山东坡，主要微地貌单元为陡坎及缓坡地貌，陡坎众多，高度多在1m左右。滑坡总体上呈西高东低的地势，坡体底部较陡，局部地段为陡坎，坡度35°～60°，坡高2.5m ～10.0m;中上部较缓，坡度 15°～25°。滑坡在平面上呈东向圈椅形态分布(图1)，前缘至斜坡陡坎处，高程约930m，后缘位于坡体中部平缓地带与中上部陡坎交接处，高程约1 010m，相对高差80m。前、后缘纵向长约131m左右(潜在滑动区)，主滑方向86°。

该滑坡在“5·12”地震中变形严重，刀砍状裂缝遍布于整个滑坡体上，形成大量地震裂缝，并局部下错和崩塌。2008年8月—9月暴雨期间，前缘局部下滑，中上部形成大量拉张裂缝。主滑体宽而短，横向最宽处为剪出口附近，高程约328m。滑坡区平均宽度236m，面积3.09×104m2。结合野外勘探成果，推测滑动面最大深度3.0m，滑体平均厚度约1.9m，滑体总体积约5.87×104m3，为一小型土质浅层滑坡。

1.2 地层岩性及地质构造

研究区在大地构造上位于扬子准地台四川台向斜西北部，次级构造属四川盆地西北部的龙门山推覆构造带前缘。清平—白云山活动断裂从西侧通过本区，由此派生了许多中小型构造断裂，滑坡后缘见断层滑动面，出露于第四系松散层中，滑动面走向18°，倾角 76°，近直立(图2)。

图1 三兴庙滑坡地形地貌及治理工程平面布置图

图2 滑坡后缘处断层带

2 滑坡破坏模式分析

2.1 滑坡变形破坏机制

“5·12”地震导致震区大量的山体开裂，形成震裂山体。震后在北川、青川、汶川、绵竹、都江堰、彭州等极震区，发现了1 700余处“裂”而未“滑”、“松”而未“动”的震裂松动山体(张瑛，2009)。这类震裂山体裂缝一般沿山脊延伸，长度一般为数十米—数百米，最长可达数千米;缝宽一般数厘米，最宽可达数米;裂缝倾角一般为陡立，深度一般为数十厘米—数米，三兴庙滑坡就属于这类地震震裂山体。

分析其形成原因，主要是由于在地震过程中首先到达的P波形成的强大竖向作用力，使山体震裂松动乃至溃屈，并导致山体浅表层产生长而大的竖向裂缝。当S波达到后，已被震裂松动的部分山体在强大的地震水平作用力下产生了崩塌、滑塌和滑坡，还有部分山体形成了潜在的危岩体、滑塌体和滑坡，这些潜在的灾害可能在新的因素的影响下(如暴雨和地震)发生破坏。

据调查，该滑坡区斜坡在“5·12”地震前一直较为稳定，植被发育，主要为银杏、杉、松林以及灌木丛，多年未见地表裂缝和滑移、崩塌等斜坡变形迹象。“5·12”地震时受强震影响，斜坡体上残、坡积土及页岩强风化层结构产生松动，形成大量裂缝，并导致坡面出现2处崩塌。崩塌堆积物主要为碎块石混黏性土，堆积于斜坡坡脚缓坡平台上，并有少量块石滚落至坡下缓坡处(图3)。

图3 崩塌体下缓坡处滚石

崩塌结果形成新的临空面，使斜坡土体稳定性变差。2008年8月—9月，在连续降雨作用下，浅层局部崩滑继续向上牵引式发展，斜坡变形范围进一步加大，坡体中上部拉张裂缝进一步扩张，最终在坡体中上部形成3道～5道台坎及多条拉张裂缝(图4、表1)，单缝张开宽度 0.1m～0.5m，垂直错距0.4m～7.0m。下部剪出口部分地段的水平剪出位移达0.5m，构成一完整的潜在不稳定滑坡体。

图4 后缘拉张裂缝

2.2 滑坡影响因素分析

影响三兴庙滑坡变形破坏的主要因素包括坡体物质基础、地形地貌及外部条件，如地震、降雨等。

2.2.1 松散堆积层 据现场调查，滑坡区第四系松散堆积物以坡积(局部崩坡积)的粉质黏土、黏质砂土混碎(块)石土为主，厚度1m～3m，其结构总体欠致密，特别是黏性土在雨水作用后黏聚力差，抗剪强度降低，土体失稳易滑动。

2.2.2 地形条件 三兴庙滑坡位于楼房山东坡中下部，地形上为凸形，平均坡度34°(局部42°)。陡坡易造成边坡岩土体的崩滑，较陡的边坡(或滑动面)提供了更大的下滑力，为滑坡的发生、发展创造了条件。

2.2.3 地震影响 地震可以使滑坡体获得放大的震动峰值，引起岩土体结构和强度弱化，从而破坏岩土体内部的力学平衡，致使斜坡失稳下滑。现场调查发现，“5·12”汶川大地震后，该山体斜坡表层岩土体出现松动，表层土体部分下挫和局部滑塌，使坡度变陡和出现新的临空面，形成了不稳定边坡。

表1 主要裂缝基本情况

2.2.4 降水及地表水对滑坡稳定的影响 据气象部门统计，清平乡降雨量大，特别是2008年8月—9月期间连续暴雨，雨水沿裂缝入渗，导致土体抗滑力降低，产生向斜坡上部牵引式浅层滑塌，使得斜坡的变形破坏加剧。

大气降雨对滑坡的诱发作用一方面主要体现在降雨过程中增加滑动体的自重，增大孔隙水压力，使处于极限平衡的坡体产生滑动;另一方面，降雨转变为地下水渗透到滑动面(带)上，软化滑动面，降低了抗剪强度，减弱了稳定性，导致坡体变形失稳滑移。

综上所述，不良的环境地质条件，包括高陡的地形，较厚的松散堆积物，降雨渗透以及地下水软化活动是三兴庙滑坡变形的基础。其中，地震及连续降雨是滑坡产生的主要触发原因，降雨促使滑坡变形滑移加剧。

3 滑坡稳定性评价

3.1 滑体及滑带土参数选取

由于崩滑体的破坏形式和发展趋势以滑移为主，滑体为土层，滑带呈折线形，因此，设计中采用强度折减的传递系数法(郑颖人等，2007)进行参数反演。反演选取滑塌破坏区和变形区两处典型滑坡断面进行计算，其中滑塌区安全系数取0.95，变形区安全系数取1.0。

根据参数反演结果并结合室内试验，综合确定了三兴庙滑坡滑体及滑带土的物理力学参数(表2)，其中滑体和滑带土的天然和饱和重度分别为19.0kN/m3和19.6kN/m3。

表2 滑体及滑带土力学参数

3.2 稳定性分析

选用与滑坡主滑方向近于平行的2—2'剖面(LF08、LF05、LF10、LF03 4 条裂缝为后缘壁和 960m高程处为剪出口)和3—3'剖面为基础对三兴庙滑坡的现状稳定性(滑动面取现有滑坡推测滑动面)进行计算，选定以下3种工况对该滑坡区斜坡的稳定性进行评价。

工况Ⅰ：天然工况，自重荷载，安全系数取1.2。

工况Ⅱ：暴雨工况，自重 +暴雨，安全系数取1.08。

工况Ⅲ：地震工况，自重 +地震，安全系数取1.02。

表3 滑坡稳定性计算结果

通过对三兴庙滑坡5个潜在滑动带进行的稳定性计算分析，可得出以下结论：在天然工况下，滑坡处于基本稳定—稳定状态;在暴雨工况和地震工况下，滑坡均处于不稳定状态，有局部再次下滑的趋势，且以地震工况为最不利工况，此工况下滑坡推力最大，且越靠近主剖面滑坡推力越大。

4 滑坡治理措施研究

根据滑坡基本特征、稳定性分析及剩余下滑力计算，结合滑坡区地质条件，并考虑治理后的效果，以自重+地震作为设计工况，按照工程结构使用年限50年的标准，对该滑坡提出了如下治理方案。

对于滑坡变形区，在主滑段的前缘设置悬臂式抗滑桩。对于滑塌区，在滑塌区后缘设置桩板墙，墙后填土至原始地面，并清除该处的危岩体，平整坡面。同时，封填坡面裂缝，在滑坡区后缘稳定区域设置截排水沟，拦截地表径流。工程治理措施见图1，典型工程地质剖面见图5。

据图1可见，抗滑桩布置共分为2个区域：滑坡变形区(A—A'段)和滑坡滑塌区(B—B'段)。对于滑坡变形区，抗滑桩布置在主滑段的前缘位置，位置的选取考虑到该处嵌固地层的稳定情况，以及满足上部滑体不会产生越顶滑出。对于滑塌区，抗滑桩布置在后缘陡坎位置，抗滑桩伸出地面一定高度，作为悬臂段，桩间设置钢筋混凝土挡板，桩后填土至原始地面，从而达到阻止上部滑体继续下滑的目的。

抗滑桩采用人工挖孔方桩，截面尺寸1.3m×1.5m，间距5.0m。井口设置锁口盘，桩孔内设置钢筋混凝土护壁，锁口及护壁的钢筋的保护层厚度为25mm，锁口及护壁采用 C20砼现浇，护壁厚度为150mm。

另外，B—B'段桩间设置钢筋混凝土挡板，板的厚度为0.3m，板的底端进入稳定地层0.3m，挡板后夯填碎石土，板内受力钢筋布置在挡土板临空一侧，挡板采用C25砼现浇，板内钢筋的保护层厚度为50mm。

5 结语

通过对三兴庙滑坡区的地形地貌和地质构造进行详细描述的基础上，着重分析了三兴庙滑坡变形的破坏机制和影响因素，建立了滑坡稳定性分析模型，对5个潜在滑动带进行了不同工况的计算，提出了三兴庙滑坡地质灾害治理的综合治理方法：即结合地表排水工程，对滑坡变形区，在下部滑体的主滑段前缘设置抗滑桩，通过抗滑桩将滑坡下滑力传递至深部稳定地层，并满足上部滑体不产生越顶现象。在已经发生的滑塌区后缘设置板桩式挡墙，清除危岩，平整坡面，一方面可以起到保护坡脚安置区的作用，另一方面可以将滑塌物质固定在上部，从而起到回填压坡脚的作用，可以使滑体逐渐发展为自然稳定状态。

本工程的治理思路可以为“5·12”地震灾区其余震裂山体的滑坡治理工作提供借鉴。

6 致谢

文中所采用的资料源自江苏省地质工程勘察院四川援建项目组全体人员的共同努力。项目组成员章建平、孙世龙、薛其山、周红卫、郭华以及南京大学陈征宙教授等人共同参与了滑坡灾害现场调查和分析讨论，在此表示感谢。

郭华.2010.绵竹市清平乡三兴庙滑坡应急勘查报告［R］.南京：江苏省地质工程勘察院.

李精英.2010.绵竹市清平乡三兴庙滑坡施工图设计报告［R］.南京：江苏省地质工程勘察院.

许强，李为乐.2010.汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究［J］. 工程地质学报，18(6)：818-826.

张瑛.2009.“5·12”汶川大地震震裂山体灾害勘查评价与治理设计方法研究［D］.四川：成都理工大学.

郑颖人，陈祖煜，凌天青，等.2007.边坡与滑坡工程治理［M］.北京：人民交通出版社.

Study on stability evaluation and prevention of Sanxing Temple landslide in Sichuan earthquaked areas

BIAN Jian-ning，XING Zhi-bin，LI Jing-ying

(Geological Engineering Exploration Institute of Jiangsu Province，Nanjing 210012，China)

The earthquaked shattering mountains were typical landslide geological hazards，which were cracked but not slipped or loosened but not moved in the earthquake developed areas.Through a detailed description of the topography and geomorphology，and geological structures against the background of Sanxing Temple landslide area，the authors emphatically analyzed the destruction mechanism and affecting factors that caused the deformation of the shattering mountain：Sanxing Temple landslide.The physical and mechanical parameters of slipping body and sliding-zone soil were determined by using parameter inversion and laboratory test.A landslide stability analysis model was established through landslide-thrust method and five potential sliding zones were calculated in different conditions and the comprehensive treatment plans were proposed.

Shattering mountains;Landslide;Evaluation;Prevention;Anti-slide pile;Sichuan

P642.22;TU413.62

A

1674-3636(2011)03-0290-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.03.290

2011-06-02;编辑：侯鹏飞

国务院四川省“5·12”特大地震灾后恢复重建地灾防治专项规划所对应的援建项目

卞建宁(1963—)，男，工程师，主要从事工程地质研究与行政管理工作，E-mail：elitepeace@163.com