黑河水库引水洞上部滑坡的稳定性分析及防治

邸海燕

（西安外事学院 西安 710077）

黑河水库引水洞上部滑坡的稳定性分析及防治

邸海燕

（西安外事学院 西安 710077）

黑河水库引水洞上部滑坡对库区的安全，尤其对引水洞口放水塔构成了严重威胁。本文运用极限平衡法中的Morgenstern-Price法、不平衡推力传递系数法对滑坡的稳定性问题进行稳定性分析和评价，并根据滑坡工程地质特征和稳定性分析结果，结合该地区已有滑坡的防治工程经验，提出了“上部卸载削坡+抗滑桩+表层防护处理+排水工程”的滑坡体综合治理方案。

黑河引水洞滑坡；稳定性分析；极限平衡；综合治理方案

前言

黑河水利枢纽工程是一项以解决西安城市供水为主，兼顾灌溉、防洪等综合利用的大型水利工程，作为西安市人民群众的“生命线”工程，确保水库的安全尤为重要。然而，从2004年起，右坝肩坡体上游靠近引水洞放水塔附近的高边坡部分地段发生明显的变形破坏现象；特别是2005年夏季以来，由于降雨量比往年明显增多，坡体渗水量的增加导致边坡变形加速，坡体中上部出现多处错动和拉张裂缝，部分区段喷护层发生严重的开裂和脱落，坡体局部地段甚至发生严重滑塌[1]。该边坡已经发展成为一个对库区安全，尤其是对放水塔构成严重威胁的不稳定变形体，滑坡处理与整治势在必行。本文运用极限平衡法中的Morgenstern-Price法、不平衡推力传递系数法对该滑坡的稳定性问题进行稳定性分析和评价；并根据滑坡工程地质特征和稳定性分析结果，在参考该地区已有滑坡的防治工程经验的基础上结合该滑坡的特点进行了滑坡体综合治理方案设计。

1 滑坡体工程地质条件概况

1.1 地形地貌

滑坡体位于黑河水库大坝右岸引水洞上部NE30°方向，约150m处的高陡边坡上，坡度为38°～40°，滑坡后缘出露的是相对稳定的基岩，左边界落在一个地貌不太明显的小冲沟中。滑坡右边界紧邻下游区已治理的2号滑坡，滑坡左翼中下部段有喷护层、导水渠等工程防护措施，坡体滑动后已遭破坏。滑坡上部约海拔720m以上地形相对宽缓，坡度角25°～33°。具体位置见黑河水库高边坡工程地质平面图[2]（图1）。

图1 滑坡平面分布图

1.2 地层岩性

研究区滑坡地段基岩主要为前震旦系宽坪群大镇沟组绿泥石片岩（Sc）和云母石英片岩（Se）软弱变质岩，其片理面产状稳定，基本呈条带状展布。覆盖层为第四系残坡积物（及滑坡碎裂岩（岩为云母石英片岩、绿泥石片岩）。

1.3 地质构造

滑坡区位于秦岭东西向构造带北缘西骆峪——田峪背斜南翼，岩层倾向SSW～SE，倾角32o～60°，走向约NW 290°～NE70°。滑坡区由于长期受S-N向挤压应力的作用，断层、节理裂隙较发育。

1.4 地下水

据平洞揭露，滑坡体内存在一定量的不稳定地下水，且主要为地表降水形成的渗入水。

2 稳定计算

2.1 计算方案的选取

本次滑坡稳定性计算所用剖面是A1-A'1剖面（图2），为了便于比较，沿主滑方向，假定在滑动面已经贯通的情况下，采用极限平衡法对斜坡体进行稳定性计算。

2.2 材料参数选取

滑坡体的密度参数确定：滑体中主要为基岩(云母石英片岩)滑动后形成的碎裂岩体，仅在地表有壤土夹碎石土。因此，碎裂岩按其母岩(云母石英片岩)试验值的85%取值。取值结果见表1。

表1 滑坡岩土体的容重（ρ）选用值

滑坡底滑面抗剪强度参数的确定：根据探洞中地质资料及试验结果，滑带土天然含水率较高，且已具可塑状态，所以得到的C、φ相对较小。通过选取典型的剖面进行了计算，计算时考虑到变形体的底滑面尚未完全贯通，仍有部分基岩未剪断，具有一定的强度对滑坡体的稳定性有利，所以在选取参数时，参考经验数据对试验数据进行了调整，具体取用值见表2。

表2 抗剪强度参数(C，φ)采用值

2.3 计算结果分析

根据滑坡体剖面（主滑方向），采用Geoslope软件建立相关边坡模型，利用Morgenstern-Price法对斜坡体的稳定性进行了计算分析，结果Fs=1.06。斜坡体整体处于临界平衡状态，需要进行防治与处理。

依据滑坡剖面图，采用不平衡推力传递系数法将斜坡体进行块体剖分，据此条块剖分结果，按斜坡体饱水状态进行了稳定系数、剩余推力的计算及稳定性评价。其中，在设计剩余下滑推力计算中，安全系数均按1.15考虑，结果见表3，可见采用这种方法计算的结果与前面两种方法是一致的，稳定系数Fs=1.04斜坡体处于临界平衡状态，需要对其进行防治与处理。

表3 剩余推力计算结果

3 治理方案的选择

稳定性计算分析与评价结果表明，该滑坡已成为一个对库区，尤其是对放水塔构成严重威胁的不稳定斜坡体，因此滑坡处理与整治迫在眉睫。

有前面的计算可知滑坡推力较大，如果直接用抗滑桩支挡，需要增大桩的截面尺寸或用两排抗滑桩支挡，造价太高；由于坡体基岩物理力学性能较差、节理裂隙较发育，如果对滑坡变形体采取削坡并全部清除的整治措施不仅花费代价太大，而且在清除了变形体之后的坡体，仍然需要护坡处置。因此对于先全部清除再护坡的方案不仅造价高，而且对于现有的场地条件其施工难度太大，不予采用。

考虑到滑坡表层土体为破碎岩土体，且厚度不大，当清除掉表层土体，不仅可以增加滑坡变形体的稳定系数，而且可开挖到比较新鲜的岩土体层面，防止土体掉块或崩滑，使坡体表层处于一个比较稳定的状态。所以可以首先进行部分削坡处理。表层开挖后如果不进行护面处理，易被风化产生新的破碎岩土体和节理裂隙，这样地表水容易入渗导致滑坡体的变形破坏，因此必须进行坡面的防护措施。

处理掉表层破碎土体后，滑坡体的深层滑动面经计算后推力也较大，而坡体较陡，空间上形成一个陡斜面，必须采取能深入滑动面并且提供较大的抵抗力的支挡措施。根据现有的工程治理案例来说，抗滑桩是最佳选择，而一般的支挡结构不能深入滑动面下并且提供抵抗力，并且坡体下面为强—中等风化基岩，能为抗滑桩提供较大的抗力。

水是影响滑坡稳定性的一个重要的影响因素。由于坡体破碎节理裂隙大量发育，水分很容易入渗到坡体内部，所以此次滑坡治理需考虑排水措施。

综上所述，为了保证滑坡的稳定性和治理工程的合理经济性，根据滑坡工程地质情况和稳定性分析结果，结合该地区已有滑坡的防治工程措施，采取卸载削坡+抗滑桩+表层防护处理+排水工程的综合方案来治理该滑坡[1][3]。具体为以下几个方面：

（1）上部卸荷削坡：挖除已经滑动的表部松散体和中—后部局部较厚的变形体。

（2）设置抗滑桩锚固：对挖方削坡之后剩余的变形体用抗滑桩进行锚固处理，锚固段长度应当大于所剩余的变形体厚度而进一步深入到变形体底界之下的相对稳定岩体之中。

（3）表层防护加排水沟：为防止地表水对坡面的冲刷和防止地表水的入渗，对开挖后露出的比较新鲜的岩土体层面，采用锚喷支护及排水设计。

4 综合治理设计

4.1 削方

削方主要是挖除已经滑动的表部松散体和中—后部局部较厚的变形体。根据坡体空间形态和变形破坏特征，从滑坡前缘陡坎起按计算对滑坡进行削坡，具体从滑坡前缘起向上按坡度1∶1和1∶1.5分8级削坡，分级削坡平台宽3m。

4.2 抗滑桩设计

本方案采用传递系数法计算滑坡推力，以弹性桩模型按K法、桩底为铰接端时计算桩的内力，具体计算步骤如下：

4.2.1 滑坡推力计算

由于黑河引水洞上部滑坡的稳定性对引水洞的安全运行至关重要，根据《建筑边坡工程技术规范》[4]以及《滑坡防治工程设计与施工技术规范》[5]，边坡防治等级属于Ⅱ级，设计安全系数为1.25。按《建筑抗震设计规范》[6]的规定，计算时考虑地震力对滑坡的影响，设计地震烈度按抗震设防烈度8度考虑。滑坡推力计算方法采用传递系数法，削方之后滑坡体在前缘出口处的剩余下滑力En=1400kN/m，桩前处的滑坡推力为E=2200kN/m。

4.2.2 抗滑桩设置

依据以上分析及剩余力的计算结果，结合滑坡剖面形态特征和该地区类似滑坡的防治工程经验，对抗滑桩尺寸、间距按相关规范[7][8][9]分别进行设计，见图3。沿基本垂直与滑坡主轴方向布设抗滑桩，即在滑坡前缘670m高程一带布设一排抗滑桩，桩的间距（中至中）l=6m，共12根，桩断面为矩形bXa=2m X3m，截面宽度2m，高3.0m，长边平行于滑动方向。抗滑桩设计桩长H=14m，其中受荷段H1=7m，进入基岩段H2=7m。施工时可根据实际地质情况对桩长作适当调整。

根据剪力随深度变化可知，在滑动面处附近由于桩剪力过大，可适当加密。为了增加整个设计结构的连贯性和整体性，更好地把力分配到各根桩上，桩顶可用冠梁连接起来，从而提高整个支挡体系的支挡效果。

4.3 护坡处理

卸载放坡坡面采用Φ25砂浆锚杆进行护坡处理，根长3m，沿坡面2m X2m梅花型布设。同时坡面挂钢筋网，间距200mm X200mm，喷C20混凝土厚度15cm。喷射时注意预埋排水管。

4.4 排水沟布设

在坡面各级平台设置水平排水沟，根据地形特点排水沟纵向比降i=1/200，宽30cm、深50cm。在边坡处理范围边沿顺坡向设置竖向排水沟，各级水平排水沟出口与竖向排水沟衔接，并要与原排水沟衔接。地下排水设施采用Φ10圆形泄水孔，排水管采用PVC塑料管，竖直面3m X3m梅花形布设，排水孔以5O左右的坡度向坡体内延伸。

该主题工程完工后对滑坡体进行了变形监测，滑坡变形体基本已进入稳定阶段，滑坡的变形得到很好的控制，说明此方案合理可行。

5 结论

（1）本文采用极限平衡法中的Morgenstern-Price法、不平衡推力传递法对不稳定斜坡体的整体稳定性进行了分析，滑坡体的稳定系数接近1，滑坡体处于临界平衡状态，可知当考虑地震力影响和强降水等不利的自然营力作用下滑坡体很难保持稳定，滑坡的治理势在必行。

（2）比较了几种滑坡治理方案：坡体基岩物理力学性能较差、节理裂隙较发育，对滑坡变形体采取削坡并全部清除的整治措施花费代价太大，而且对于现有的场地条件其施工难度太大，不予采用；部分削坡处理（削去表层碎石土之后）及坡面做防护措施，滑坡变形体稳定性系数有所提高但并未达到安全所需要求。因此，在采用部分削坡处理之后，还须进行锚固与表层防护相结合的处理措施。

（3）根据对滑坡治理方案的比较，考虑本次工程的重要程度[10]（临近水库，并且滑坡体威胁到水库放水塔）及该滑坡的特点，结合现有的治理措施以及施工要求，以经济合理、技术可行为指导，对已产生的滑坡变形体采用上部卸载削坡加抗滑桩加表层防护处理加排水工程的综合治理方案，实践证明该方案是安全可靠的。

[1]邸海燕．黑河水库引水洞上部滑坡稳定性分析与治理设计[D]．西安：长安大学,2009.

[2]马润勇,彭建兵,毛彦龙.西安金盆水库放水塔附近滑坡特征及成因分析[J].工程地质学报,2006,14(4).

[3]段君.旬阳党家坝滑坡综合分析评价及防治方案优选研究[D],西安:长安大学,2006.

[4]GB50330—2002,建筑边坡工程技术规范[S]．

[5]DZ/T0219—2006,滑坡防治工程设计与施工技术规范[S]．

[6]GB50011—2010,建筑抗震设计规范[S]．

[7]TB10025—2001,铁路路基支挡结构设计规范[S]．

[8]GB50010—2002,混凝土结构设计规范[S]．

[9]铁道部工务局.铁路路基工程技术手册[M].北京:中国铁道出版社,1979.

[10]丘建金,文建鹏,高伟.深圳光汇油库边坡稳定性分析及工程治理[J].岩石力学与工程学报,2009,28(11).

Stability Analysisand Measureson Landslidesover Tunnelsat Heihe Reservoir in the City of Xi'an

Landslides brought serious threats to the safety of the reservoir,especially to thewater tower,By using the limited equilibrium methods of Morgenstern-Priceand imbalance thrust force,thew riterof the paper analyzed and evaluated the stability of the slope stability state.Based on Engineering geologicalcharacteristicsof landslideand stability analysis,combining thepreviousprevention and treatmentof landslidesexperiences in this region,the author put forth a comprehensive treatment-scheme including"unload theupward of landslide+install anti-slide pile+setup drainage system+using boltprotection the surface"for the referencesof the readers.

the landslideofHeihe reservoir;stability analysis;limiting equilibriummethod;comprehensive treatment-scheme

TU 413.6+2

A

1671-9107（2011）07-0029-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.07.029

2011-05-05

邸海燕（1984-），女，汉族，安徽亳州人，助理讲师，主要从事土力学与地基基础教学与研究。

余咏梅