西北口水库溢洪道右侧滑坡体稳定性分析与治理方案

摘 要：受暴雨影响，西北口水库溢洪道右侧滑坡体出现过局部垮塌，稳定性计算分析表明滑坡体Ⅰ区在各工况条件下稳定系数均不满足规范要求，需要进行加固处理。根据滑坡体特征，针对性地进行了滑坡治理方案筛选，确定了地表截排水+抗滑桩+前缘回填+格构护坡加固的工程治理方案。计算结果表明治理方案实施可有效提高边坡稳定性，可为类似滑坡体治理提供借鉴。

关键词：滑坡体；稳定性分析；治理方案

中图分类号：TU43 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文献标志码：A

0 引 言

中国滑坡灾害发生极为频繁，根据自然资源部《全国地质灾害通报（2019）》，2019年全国共发生地质灾害6 181起，其中滑坡4 220起，占地质灾害总数的68.27%。全国6 181起地质灾害中，自然因素（降雨等）引发的有5 904起，占总数的95.5%；人为因素（采矿和切坡等）引发的有277起，占总数的4.5%。滑坡灾害严重影响了水库的正常运行和工程的可持续发展，随着极端天气事件的频繁发生，短时间强降水引起的中浅层滑坡应引起高度重视。

西北口水库工程位于长江一级支流黄柏河中游，系黄柏河流域梯级开发的主体骨干工程，是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪、拦砂、养殖等综合效益的大（2）型水库。枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪隧洞、发电放空隧洞和电站等五大建筑组成，溢洪道为岸边开敞式，布置在大坝右岸，由进口段、闸室控制段段、泄槽段、消能防冲段组成，长215 m。溢洪道右岸边坡主要组成为覆盖于古河道的滑塌堆积体，现山体滑塌堆积体边坡处于基本稳定状态，前期勘察报告也未见大规模失稳记录。2008年7月20日，西北口水库遭遇强降雨天气，3 h降雨量达到106 mm，溢洪道泄槽段右侧山体前缘发生局部垮塌，为防止山体继续滑坡，采取了截排水措施；2016年西北口水库大坝安全鉴定结果认为该边坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。鉴于此，针对西北口水库溢洪道右侧边坡滑坡特征，对已有工程中浅层滑坡治理方案进行研究，并采用二维刚体极限平衡法进行稳定计算，提出合理的治理方案，为类似滑坡体治理提供借鉴。

1 滑坡特征

1.1 地形地貌

溢洪道布置于右岸山体，右孔泄槽段紧靠山体，溢洪道左、右侧边墙均为钢筋混凝土挡墙。溢洪道右岸山体靠近溢洪道处有一山体平台，高程307～308 m，此山体平台表层为大坝施工期间堆填而成，土石较松软，厚2～3 m，下部为崩坡积碎石土。平台后山坡有两条自然山沟，在地表水长期冲刷作用下，沿山沟及两侧崩坡积（残坡积）松散土（碎石）汇集或堆积于沟口地带。高程307～308 m平台和山坡结合处修建了一条长110 m、宽1.0 m的山体排水沟。

滑坡体前缘高程267～330 m，后缘最大高程约341 m。高程307～308 m平台以上山坡坡角一般为28°～38°，局部达45°；平台以下山坡坡角为38°～42°。山顶高程455～480 m。

1.2 滑坡体物质组成

溢洪道布置地段右岸山体现均为第四系所覆盖，表层植被发育，其物质组成主要为碎石、块石夹黏土，常见架空现象；据高程312 m处的PD7、PD8平硐揭露，其组成主要为碎裂岩，多具有层次，倾向北东，倾角20°左右，高倾角裂隙发育，张开宽度达数十厘米，填有黏土和碎石，岩石被切割为大小不等的岩块；下覆基岩为白云岩，在滑塌体和基岩接触处分布有一层黏土夹卵石，厚0.8～2.0 m，本次勘探在钻孔ZK12揭露到一层厚约3.2 m砂夹碎石层，与河流冲积沉积产物相似。

山体平台后山坡有两条自然山沟，沿沟谷地段分布有崩坡积层Qdl+col碎石土，其物质主要为黏土、粉土夹碎石、块石。此外溢洪道右坝肩上部分布少量人工堆积碎块石层。

1.3 滑坡体结构特征

溢洪道右侧滑坡体分为Ⅰ区和Ⅱ区两个子区（见图1）。

1.3.1 Ⅰ区

Ⅰ区滑坡体前缘紧临溢洪道，前缘高程267～291 m，后缘位于高程307 m平台上，主滑方向330°，滑坡纵向长约52 m，横向宽约90 m，面积0.3万m2，体积约2.74万m3。根据钻探成果揭露，Ⅰ区内钻孔ZK11覆盖层厚度15.8 m，主要成分为崩坡积块石、碎石夹粉土，其中底部为一层厚度50 cm的含砾粉质黏土；钻孔ZK12覆盖层厚度26.9 m，为崩坡积物，其中上部为碎石土，下部（孔深22.3～25.1 m）为中粗砂夹碎石。

1.3.2 Ⅱ区

Ⅱ区滑坡体前缘西至坝顶右岸平台，东至排水沟下游约12 m，前缘高程267～330 m，后缘最大高程341 m，滑坡纵向长约78 m，横向宽约160 m，面积0.97万m2，体积约9.54万m3。根据地质调查及前期安全鉴定勘察成果，Ⅱ区覆盖层上部见少量残坡积堆积粉土，下部厚度12～20 m，成分为碎石夹土及滑塌碎裂岩块，在上游侧及坡顶为人工堆积块石层。

1.4 滑坡水文地质

由于滑坡体内碎石透水性较好，地下水埋深位于滑体体底面以下，最小深达21.95 m，加之基岩面以下约10 m范围内岩体透水性较好，压水试验平均透水率达10 Lu，天然状态下滑坡体处于无水干燥状，对滑坡体稳定条件有利。

据钻探成果揭露，滑体体土体注水试验成果表明渗透系数一般为2.21×10-3～4.89×10-3 cm/s，以中等透水为主，表层透水性较强，注水量大于40 L/min。

2 滑坡稳定性分析

溢洪道右岸边坡主要组成为覆盖于古河道的滑塌堆积体，在其表层尤其是边坡地带一定深度范围内，为钙质、泥质、胶结或半胶结的角砾石所填充，现山体滑塌堆积体边坡处于基本稳定状，前期勘察报告也未见大规模失稳记录。加之基岩面总体倾向右下山里，起伏不大，滑坡区地下水位埋深较大，位于滑坡体以下20余米，沿基岩面产生整体滑移的可能性较小。

据钻探成果揭露，滑坡体内碎石土的成分有黏土、粉土，呈不规则分布于滑坡体内，地质剖面上难以寻找出一个以土类为主构成的标准滑移面。本次勘察1-1′地质剖面（见图2），沿基岩面分布的含砾粉质黏土（ZK12有中粗砂分布）可构成潜在滑移面，其倾角约11°，低于试验力摩擦角15.9°。滑坡体难以沿基岩面向坡外产生整体滑移，最有可能的是前缘与其上碎石土组合产生的圆弧形滑移破坏。

2.1 边坡级别及安全标准

溢洪道为2级建筑物，若其右侧滑坡失稳，会严重威胁溢洪道的安全，按照《水利水电工程边坡设计规范》（SL386—2007）[1]有关规定，溢洪道右侧滑坡体属于2级边坡。2级边坡设计安全标准见表1，溢洪道右侧滑坡取2级边坡下限值。

2.2 荷载组合及工况

根据地质勘探成果，滑坡体覆盖层为中等透水，下伏基岩表层9 m范围为中等透水，以下为弱-微透水；地下水位观测成果表明，地下水位在基岩面以下26.31 m，水位最大变幅为4.36 m，主要受降雨影响所致。可以认为，暴雨期间降雨汇流入渗滑坡体后，由上部覆盖层入渗至下伏基岩，覆盖层内无地下水头作用，但是需考虑覆盖层饱和引起的参数变化。

工程区地震烈度为6度，按照《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97）[2]有关规定，可不进行抗震计算，因此不计入地震荷载。

因此，主要按天然状态（正常运用条件）和暴雨状态（非常运用条件Ⅰ）分别考虑，天然状态仅考虑天然土体自重作用；暴雨状态考虑饱和土体自重作用，不考虑地下水头的作用，但考虑覆盖层饱和引起的物理力学参数变化。

2.3 破坏模式

滑坡体Ⅰ区成分主要为碎石土，Ⅱ区成分主要为碎裂岩，下伏基岩坡度较平缓，因此其破坏模式主要考虑圆弧形滑动破坏，具体破坏模式见图3。

2.4 岩土物理力学参数

岩土物理力学参数采用地质建议值，见表2。

2.5 稳定计算结果

滑坡体稳定性分析采用二维刚体极限平衡

法[3-4]，利用传递系数法进行抗滑稳定计算，各工况计算结果见表3。可知，滑坡体Ⅰ区在正常运用条件和非常运用条件Ⅰ下均不满足规范要求，需要进行加固处理；Ⅱ区在正常运用条件和非常运用条件Ⅰ均满足规范要求。

3 治理方案设计

3.1 方案选择

常见的滑坡治理措施有排水、削坡、压坡、锚固、支挡等[5-6]。西北口溢洪道右侧山体失稳主要破坏形式为Ⅰ区表层碎石土滑移破坏，根据工程调研，此类滑坡治理措施主要为前缘支挡加固+地表防渗排水。实际过程中，应结合治理对象的破坏模式、地形地质条件、施工条件对滑坡治理方案进行个性化设计。

3.1.1 排水

滑坡的发生和发展与地表水的作用有密切的关系，滑坡体周边汇集的地表水、降雨的渗透等，容易诱发滑坡或使滑坡活动激化，因此排水措施是必要的。

溢洪道右侧滑坡体后缘汇水总面积约5万m2，汇水流量较大，容易对滑坡体坡面造成冲刷破坏，而且雨水入渗会造成坡体饱和、土体参数弱化，降低滑坡体的稳定性。因此，排水是有效的治理措施。

3.1.2 削坡

多数情况下，导致滑坡体变形或失稳的荷载是其自重，削坡减载措施可以有效地降低滑坡运动的下滑力，是提高滑坡体稳定性最具实效的工程措施之一。

溢洪道右侧滑坡体及滑塌堆积体总高度达180 m

（见图2），滑坡体后缘滑塌堆积体厚达数十米，其物质组成主要为碎石、块石夹黏土，常见架空现象，加之后缘斜坡坡角稍陡，斜坡坡角一般为28°～38°，局部达45°，采用削坡方案可能引发上部滑塌堆积体产生进一步的拉裂破坏与滑移，并危及溢洪道右岸山体整体稳定。因此，削坡方案不可取。

3.1.3 压坡

因河流或沟谷水流的冲刷而诱发滑坡的实例十分普遍，治理措施多采取在滑坡前缘抛石、堆砌石笼、浆砌块石、混凝土浇筑等护脚，使滑坡坡脚免受水流冲蚀。

由于溢洪道右侧滑坡体前缘为溢洪道，不具备在前缘设置大体积压坡体的条件，因此不宜采用压坡方案。

3.1.4 格构锚固

20世纪90年代末开始，格构锚固在我国中、小型滑坡处理中得到广泛应用。一般当滑坡处于非稳定时期，有变形发生时，尤其是当进一步削坡条件受到限制时，采取这种处理措施较为合适。格构锚固技术结构主要由预应力或非预应力锚索（锚杆）与混凝土格架组成。

溢洪道右侧滑坡体物质为碎石土，其水平厚度达20 m以上，可采用能较好地适应地形的混凝土格构进行坡面防护。若采用锚杆（索）加固，其深度需达25 m以上，且须采用套管跟进造孔，施工难度较大，造价较高，因此不宜采用锚杆（索）加固方案。

3.1.5 支挡

抗滑桩支挡依靠桩嵌入较坚硬稳定的地层中，桩与桩周岩土体相互嵌固并将滑坡推力传递到稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力来平衡滑坡推力，是一种大截面侧向受荷的抗滑支撑建筑物。

溢洪道右侧滑坡体前缘垂直厚度约10 m，且下伏基岩为白云岩，岩体完整性较好，若采用抗滑桩加固，其深度约18 m以内，且抗滑桩对小规模滑坡的加固效果一般较好。因此，抗滑桩支挡是滑坡体Ⅰ区治理的有效措施[7]。

根据溢洪道右侧滑坡体地质特征、分区稳定性以及上述方案论证结果，确定滑坡体治理措施为地表截排水、抗滑桩支挡和坡面防护等。

3.2 地表截排水设计

滑坡体后缘汇水总面积约5万m2，为防止后缘及侧缘的地表汇水进入滑坡体内，在其边界2～5 m以外设置1条后缘截水沟，见图4。后缘截水沟总长约300 m，沿滑坡体Ⅱ区边界从上游往下游布置，按高程由高往低布置，最终排入溢洪道挑坎下游冲坑内。

按100 a一遇暴雨强度设计截水沟排水流量。根据截水沟的过流条件，按明槽恒定均匀流计算截水沟的净断面大小，同时考虑汇流量大小及不冲不淤流速。截水沟按梯形断面设计。经计算，后缘截水沟净断面尺寸为（0.8 m+1.2 m）×0.8 m（（下底宽+上底宽）×高）。

截水沟采用钢筋混凝土衬砌，混凝土等级C25，二级配，厚30 cm，排水沟底部设置10 cm厚碎石垫层。截水沟沟底坡度按实际地形选取，当坡度较陡，流速高于不冲流速时，设置消能台阶，台阶每级高度0.5 m，每级长度根据现场地形条件确定。

3.3 抗滑桩支挡设计

在滑坡体Ⅰ区前缘布置一排抗滑桩，近平行于溢洪道右侧边墙布置，距离溢洪道边墙约13 m，见图5。滑坡体共布置18根抗滑桩，断面尺寸2 m×3 m，桩中心间距5 m，桩长15～18 m，嵌岩段长度6～8 m。桩身采用C30三级配混凝土，纵筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HRB335钢筋。

抗滑桩设计支挡力850 kN/m，抗滑桩内力计算采用“K”法。抗滑桩锚固段为中等风化状态的白云岩，类比工程经验，取白云岩地基系数为800 MN/m3。

抗滑桩的内力计算结果特征值见表4。

3.4 前缘回填设计

滑坡体前缘2008年曾发生小规模滑塌，目前滑塌部位地形比较低凹，其内侧边坡易再次发生滑塌，影响抗滑桩桩前土体的抗滑力。因此，清理垮塌部位的表面植被、腐殖土等后，在该部位回填碎石或块石，回填坡比1∶2，可利用抗滑桩和右岸新增灌浆平洞开挖石料回填，回填后应进行压实整平。

3.5 格构护坡设计

为防止溢洪道右侧滑坡体发生浅表层滑塌，对滑坡体高程310 m以下边坡坡面进行清理整平，采用钢筋混凝土格构进行护坡，混凝土等级为C25，格构间距3 m×3 m，格构断面尺寸为30 cm×40 cm（宽×深），格构交点处设置Φ28砂浆锚杆，锚杆长度为6 m，格构内回填20 cm厚种植土，并撒播草籽进行植草护坡。

3.6 治理后稳定性分析

溢洪道右侧滑坡体Ⅰ区治理后各工况稳定系数计算结果见表5。可以看出，滑坡体Ⅰ区治理后，各工况均满足规范要求。

4 结 论

西北口溢洪道右侧滑坡体物质组成主要为碎石、块石夹黏土，补充勘察地质成果表明溢洪道右侧山体滑塌堆积体边坡沿基岩面产生整体滑移可能性较小，最有可能的是前缘与其上碎石土组合产生的圆弧形滑移破坏。

根据稳定性分析计算结果可知：滑坡体Ⅰ区在正常运用条件和非常运用条件Ⅰ下稳定系数均不满足规范要求，Ⅱ区在正常运用条件和非常运用条件Ⅰ下稳定系数均满足规范要求。

根据西北口溢洪道右侧滑坡体的主要破坏模式、地形地质条件、施工条件，针对性地进行了滑坡治理方案筛选，最终确定了地表截排水+抗滑桩+前缘回填+格构护坡加固的工程治理方案。计算结果表明治理方案实施可有效提高边坡稳定性，可为类似滑坡体治理提供借鉴。

参考文献：

[1] SL 386—2007，水利水电工程边坡设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[2] SL 203—97，水工建筑物抗震设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，1997.

[3] DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[4] 陈祖煜.土质边坡稳定分析：原理·方法·程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

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

[6] 李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].2版.北京：人民交通出版社，2011.

[7] 邹德兵，丁刚，熊瑶，等.贵州响水水库下汤章滑坡稳定性研究[J].水利水电技术，2020，51（增刊1）：250-255.

Stability Analysis and Treatment Plan for the Slide Body on the Right Side of Xibeikou Reservoir Spillway

XIONG Yao，MIN Zhenghui，HUANG Xiaoyan

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：Due to heavy rainfall，a localized collapse occurred on the right side of the the Xibeikou Reservoir spillway. Stability analyses indicates that the stability coefficient of the landslide area Ⅰ does not meet the specification requirements under various working condition，which needs reinforcement treatment. Based on the characteristics of the landslide，we determine a landslide remediation plan which includes surface interception and drainage，anti-slip piles，leading edge backfill，and grid protection slope reinforcement. The calculation results indicate that the implementation of the treatment plan can effectively improve the slope stability and can provide reference for the treatment of similar landslide.

Key words：slide body；stability analysis；treatment plan