泥岩滑坡体的处理分析

谭 新 莉

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 泥岩滑坡体的产生和发展

某傍山发电引水渠道工程于头年9月完成渠顶以上边坡开挖，挖深8～20 m，开挖边坡综合坡度约45°，次年9月开始渠体部位的开挖，右侧边坡于次年10月1日发生首次滑动，造成后缘山梁坡面张裂3～5条缝，长达50～100 m，张开裂缝宽10～30 cm，最大错台1.5 m左右。渠体右侧岩体向内水平错动1～2 m，渠底局部段有明显隆起现象。同年11月25日发生2次滑动，滑坡前缘处于渠底部位，渠底右侧产生滑坡鼓丘，后缘山梁坡面张裂2条缝，长达100～150 m，裂缝宽度0.2～0.5 m，并形成1～2 m深的滑坡壁。渠坡渠顶裂缝、错台见图1。

图1 渠坡渠顶的裂缝、错台

2 相关设计资料

(1)地质条件。渠段处于低山丘陵区，原始地面坡度8°～15°，高差10～30 m左右。渠道基础为第三系红色泥岩，上部为薄层黄土、砂砾石及胶结砾岩；泥岩出露北高南低，局部夹薄层砂岩，产状为300°～310°SW∠10°～15°，泥岩呈巨厚层状，层面不明显。

滑坡体厚度8～20 m，体积约32 万m3，主滑方向120°，后缘裂缝宽度达0.2～0.5 m左右，形成1～2 m深的滑坡壁。岩体松动破坏现象严重，滑舌前部堆积于渠体底部；滑体内泥岩岩体结构未发生大的改变；据探坑和钻孔揭露，滑坡前缘在渠道底部，滑动距离约1～3 m，滑体后缘堆积物已具有明显的二元结构。滑坡以蠕滑变形为主，勘察期间未发现滑坡有整体变形迹象，表明滑坡处于滑后临界稳定状态，近期无复活变形迹象，但遇降雨等自然因素影响有可能会再次发生蠕滑。

(2)设计资料。根据《水电水利工程边坡设计规范》[1]规定及建筑物等级，边坡为A类Ⅱ级边坡。渠道采用梯形断面，设计底宽4 m，过水断面内边坡1∶2，渠深6.1 m，纵坡为1/4 000。采用现浇混凝土板+土工膜的方式进行防渗。考虑泥岩遇水易软化，与基础接触面采用0.6 m厚的换填兼排水层。渠顶以上岩石永久开挖边坡1∶0.5，开挖完要求及时喷护50 mm厚C25混凝土，设直径25 mm的随机砂浆锚杆，长4 m，间排距2 m,梅花形布置，同时坡面设排水孔(孔径50 mm)，深入岩石0.5 m，间排距2 m,梅花形布置。土层永久开挖边坡1∶1.5，高度大于5 m的边坡要求采用混凝土网格梁边坡支护，且坡顶设截水沟。原渠道设计横断面图如图2所示。

3 原因分析及处理原则

滑坡的发生存在一定的内在条件和外在因素。内在条件包括坡体岩性、构造、地质结构和地形地貌等，外在因素包括地震、降雨和人类活动等外动力因素。本工程内因是渠基泥岩属易滑地层，因富含黏土矿物而具较强的亲水性，泥岩呈厚层状，在水的作用下极易软化、泥化；入渗地下水形成顺层饱水带，使泥岩在一定深度内产生膨胀，强度会进一步降低。该区域属大陆性北温带气候，常年的降雨、融雪和洪水长期入渗形成地下水，滑坡区内基岩上覆冲洪积砂卵砾石层，大气降水和融雪水垂直下渗后聚集在相对隔水的泥岩和砂岩顶面，滑坡区东侧为一洪积扇，西侧发育一条冲沟，两侧洪水由侧向补给方式入渗到基岩裂隙中，对岩土体产生软化、饱和作用。诱因是渠顶以上边坡开挖后1 a时间内因村民阻工未做封闭防护，开挖坡度较陡，在坡体上逐渐产生主拉裂缝，为地下水的下渗提供了有利条件；滑坡区特有的地下水补给因渠基砂砾石排水未施工，导致水体无法顺畅排出，在入渗地下水作用下渠基泥岩含水量不断增高，泥岩抗剪强度随之也大幅降低。1 a后开挖渠体时形成的边坡坡度约33°，挖除右侧边坡前缘后泥岩形成临空面，坡体应力集中于岩体薄弱部位，后缘拉裂缝延长、贯通，张口加大，形成连续的拉裂槽，滑坡的剪出口断续出现，并与滑坡两侧裂缝连通，致使滑坡体产生并发生两次蠕变滑动。

图2 原渠道设计横断面图

分析边坡滑动原因主要是泥岩含水量增高，泥岩抗剪强度大幅降低，加之泥岩上部荷载较大，渠体以上岩土体便向临空方向拉裂变形。由此确定以下处理原则： ①对滑坡体中上部进行卸载处理，以形成稳定边坡；②对滑坡体前缘进行压脚处理，对滑坡体起阻滑作用；③做好渠道边坡及渠底纵横向排水；④设置变形监测设施，定期监测滑坡体的稳定及变形。

4 泥岩计算抗剪强度的确定

对于滑坡体处理的一个关键指标就是泥岩抗剪强度取值，取值过大，安全系数易于满足要求，但对工程不安全；取值过小，工程量和投资就大。考虑边坡是在天然状态下产生滑动变形，在进行参数反演时，渠道边坡稳定系数取临界值1，第1次滑坡参数反演计算简图见图3，第1次滑坡反演的泥岩强度参数内摩擦角15°～17°，凝聚力18～19 kPa。第2次反演内摩擦角12°～13°，凝聚力15～16 kPa。第2次反演的泥岩强度参数低于第1次反演值。这是因为经过第1次处理后，边坡稳定程度有了改善，故参数的反演结果符合边坡稳定的基本规律。对泥岩的强度参数进行敏感性分析，用4因素、3水平的正交表进行参数的敏感性分析，C取10、14、18 kPa；Φ取12°、16°、20°。用第2次滑坡后的K6+700断面进行分析计算。计算结果见表1。采用极差分析法分析看出，内摩擦角Φ的极差较大，对渠道边坡稳定系数的影响较大。出于安全考虑，泥岩计算抗剪强度按内摩擦角 13°，凝聚力15 kPa取值。

图3 第1次滑坡参数反演计算简图

参数C/kPaΦ/(°)34边坡稳定系数11012111．0021016221．2831020331．5741412231．0651416311．3461420121．6371812321．1281816131．4091820211．70K13．853．194．044．04K24．044．034．044．04K=34．234．904．044．04K1平均1．281．061．341．34K2平均1．341．341．341．34K3平均1．411．631．341．34极差0．12000．57000．00030．00013

5 处理方案

根据滑坡处理原则拟定2个处理方案，一是明渠方案；二是埋涵方案。

5.1 明渠方案

渠道过水断面和轴线设计均保持不变，挖除渠底及右侧泥岩，挖深距渠底0～5 m，开挖底宽10 m，泥岩开挖坡比左侧1∶1.5，右侧1∶2.5。渠顶平台20 m，用透水性强的砂砾石填筑，除压坡脚外还兼做排水体。渠顶以上10 m高开挖边坡1∶4.5，起削坡卸荷作用。在渠底设排水体，底宽0.5 m，内设直径200 mm排水花管，周围填粒径20～80 mm排水料，排水体和排水花管外包外包滤水土工布，排水体通向滑坡下游低洼处将水排出。边坡设3个监测断面，每个断面在坡顶，中部及渠顶各设有综合测点，每断面设1～2孔人工观测测斜孔，孔深深过推测滑面，最高边坡处设2孔电测测斜仪，每孔设7支测斜仪，定期监测滑坡体的稳定及变形，从而保证引水渠道在施工期及运行期的安全。具体处理方案见图4。为避免施工期边坡失稳，通过改变施工顺序来控制，即分期分段施工，先施工两侧渠坡断面相对低的渠段，施工完后按20～30 m长度控制跳仓施工。

图4 渠道滑坡明渠方案处理图(单位：mm)

边坡稳定计算用极限平衡法通过EMU2005边坡稳定计算程序进行计算。泥岩计算参数采用滑坡后的反演计算成果，考虑渠坡是在天然状态下产生滑动变形，在进行参数反演时，渠道边坡稳定系数取临界值1。具体计算参数如下：砂砾石：内摩擦角34°，凝聚力0，天然密度21 kN/m3，饱和密度22.6 kN/m3。泥岩：内摩擦角13°，凝聚力5 kPa， 天然密度19.6 kN/m3，饱和密度21.15 kN/m3。

计算工况包括：持久工况，即正常运行情况；短暂工况，施工工况；偶然工况，即正常运行工况遭遇地震动峰值加速度为0.30 g时的Ⅷ度地震情况。

桩号6+650 m明渠方案边坡计算见图5。各计算断面在持久工况、偶然工况和短暂工况情况下边坡稳定计算成果见表2和表3。

图5 桩号6+650 m明渠方案边坡计算图

渠道桩号持久工况短暂工况偶然工况6+6501．370．811．056+7001．360．821．076+7501．300．711．06

表3 埋涵右侧边坡计算结果表

5.2 埋涵方案

将渠道桩号6+585～6+875 m段明渠改为埋涵，通过钢筋混凝土埋涵和填砂砾石重量压坡角。根据水力学计算，采用3孔方涵，断面尺寸4.5 m×6.0 m的钢筋混凝土涵洞，洞顶以上覆土深度1 m，顶板及边墙衬厚0.4 m，中墩厚0.3 m，底板厚0.8 m。开挖面与埋涵之间回填透水性好的砂砾石，两侧坡脚均布纵向排水管，具体处理方式见图6。泥岩的计算参数同明渠方案，桩号6+650 m埋涵方案边坡稳定计算成果见图7。明渠方案和埋涵方案的边坡稳定计算成果做对比，运行持久工况安全系数最高，地震工况居中，除施工期外均满足规范[1]要求，考虑施工期安全系数小于1，分析原因为压坡角的砂砾石或埋涵还未起作用，通过缩短施工期的时间，分期分段来解决施工期的稳定问题。首先施工两侧渠坡较低处，施工完毕后再跳仓施工中间边坡较高处，通过减少大面积的施工扰动，控制边坡大范围变形来避免施工期边坡失稳。

图6 渠道滑坡埋涵方案处理图(单位：mm)

图7 桩号6+650 m埋涵方案边坡计算图

5.3 方案比选

埋涵方案开挖范围小，可减少对渠道右侧不稳定边坡的扰动；因降低了泥岩边坡的出露高程，且有埋涵和填土重量压坡角，泥岩失稳对埋涵方案影响较小，由于有混凝土工程，施工期相对长，工序相对复杂，须分期分段施工，运行期相对明渠方案安全可靠。明渠方案施工期相对涵洞方案短，考虑施工此段渠道时距预期发电日期时间紧迫，且施工简单方便已被承包人熟练掌握，投资较埋涵方案少132万元，做好排水后可满足工程要求，故确定采用明渠方案。

此泥岩滑坡体处理已按明渠方案施工完毕，施工期合理组织施工顺序，分期分段施工并在最短时间内完成，避免了施工期边坡再次失稳。目前已运行两年多，未发现异常。

6 结 语

通过本工程的泥岩滑坡体处理，可总结出以下经验教训，供类似工程借鉴。

(1)对于不能避开的泥岩渠段，一定要通过“上堵下排”等工程措施，尽最大可能减少水的入侵，否则泥岩在水的作用下软化泥化甚至膨胀崩解，强度大幅降低后，就会导致滑坡、渠基沉降变形等危害发生。

(2)对于来不及进行支护的泥岩边坡，需挖成稳定坡比，否则坡体会逐渐产生主拉裂缝，为地下水的下渗提供有利条件，从而大幅降低泥岩抗剪强度，为裂缝贯通从而形成滑坡创造条件。

(3)通过对两次滑坡参数反演计算及用极差分析法对泥岩抗剪强度进行敏感性分析得出，内摩擦角Φ的极差较大，对渠道边坡稳定系数的影响较大。出于安全考虑，泥岩计算抗剪强度按内摩擦角 13°，凝聚力15 kPa取值。

(4)对于工期充裕，征地范围受限或征地成本较高，边坡高陡或不宜施工扰动的边坡，埋涵方案是不错的选择。明渠方案施工期短，施工简单方便易于掌握，但施工期需合理组织施工顺序，须分期分段施工，注意避免边坡再次失稳。

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[1] DL/T5353-2006，水利水电工程边坡设计规范[S].