唐河水電站改線公路滑坡勘察及穩定性分析

2012-11-29 01:24:42尚劍寶

鐵道勘察 2012年5期

尚劍寶

(山西唐河水電有限責任公司，山西靈丘 030002)

滑坡是指斜坡巖土體由于邊界條件的改變及地下水活動、河流沖刷、人工切坡、地震活動等因素的影響，在重力作用下沿著一定的軟弱面(帶)，緩慢整體向下滑動的坡面變形現象［1-2］。中國是一個滑坡災害極為頻繁的國家，尤其是在中國的西部地區，大型滑坡更是以其規模大、機制復雜、危害大等特點著稱于世。近年來，隨著經濟建設的高速發展及自然因素的影響，滑坡災害呈逐年加重趨勢［3-7］。全國每年因滑坡災害造成的直接經濟損失在10億元以上，減災防災的任務非常重要，也非常繁重。

目前，國內外關于滑坡的研究主要集中于預測預報、監測預警、風險評估、災害防治和應急救災等方面［8-9］，本文根據現場監控量測的結果，在合理分析滑坡形成機理的基礎上，采用定性、定量兩種方法［10］對唐河水電站滑坡的穩定性作出評價，并提出防治措施的建議，以期為類似地質自然災害處治及預防提供參考。

1 地質背景

滑坡區位于大同市靈丘縣東河南鄉韓淤地村西南約300m的唐河南岸，地處省道大(同)—靈(丘)公路(S203線)旁。由于唐河水庫的建設，將把庫區涉及的省道S203線K106～K109段淹沒，為保證大壩和順利建設及省道 S203線的安全運營，對 S203公路的K106～K111段進行改線，將本段公路向南移，提高到半山坡。滑坡區地處中低山地區，公路北側的唐河河谷寬0.4～1.0 km，縱向坡度約為 8‰，河床高程為1 050m，南側岸坡坡角為 30°～35°，山體高程為1 100～1 165m，地形最大相對高差可達115m。大部分邊坡基巖裸露，岸坡較陡。

滑坡區地質構造較為復雜，自元古代以來，構造運動巖漿侵入變質作用等各種地質活動頻繁，使區內的節理裂隙非常發育。

滑坡區處于山西強地震帶的東部，地震活動相對較弱。靈丘縣境內歷史上未發生過大于5級的地震，其周邊縣市也未發生過大于5級的地震。測區地震動反應譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.15g，對應的地震基本烈度為Ⅶ度。

滑坡區地表水主要為唐河河水，地下水則以潛水為主，以基巖裂隙水和松散巖類孔隙水的形式賦存。基巖裂隙水主要分布于唐河兩岸山區，賦存于片麻巖等結晶巖類的節理裂隙之中，受大氣降水補給，裂隙水以下降泉的形式排出地表。裂隙水含水較弱，分布也不均勻，均向唐河排泄。勘察區坡體在勘測范圍內未見地下水。

2 滑坡體巖體特征

滑坡體主要由五臺群老潭溝組黑云斜長片麻狀、燕山期侵入變輝綠巖脈及殘坡積層組成。黑云斜長片麻巖的片麻理產狀多為140°～175°∠34°～36°。巖體中節理裂隙發育，巖體完整性較差。

根據鉆孔柱狀圖及地質縱剖面圖，滑坡體中、上部主要為全風化及強風化堆積體，成份為土夾石;中下部滑體主要為卸荷裂隙以上的強風化層，巖性主要為斜長片麻巖;底部為強風化灰綠色砂(輝綠巖脈)，厚度約5～8m。

受多期構造活動形成的斷層、節理的影響，同時受多期次侵入巖體的制約，巖體破碎，完整性差，風化深度較大，局部囊狀風化深槽處厚度達十多米;地表出露的巖石風化程度較高，為全風化和強風化層。巖體強風化層厚度為15.0～30.0m。

滑坡體上部發育五組節理裂隙(30°∠80°，8條/m，縫寬0.5～1 mm;280°∠59°，5～6條/m，縫寬1～2 mm;40°∠80°，10～15條/m，縫寬 1～2 mm;345°∠85°，1 條/m;25°∠25°，1 條/m)，大部分平直光滑，無充填物，延伸大于1m，僅少量有泥質充填。

滑坡體下部發育五組節理裂隙(30°∠80°，1～2條/m，縫寬1～2 mm;345°∠85°，3～4條/m，縫寬1 mm;40°∠80°，3 條/m，縫寬1～2 mm;22°～36°∠25°～35°，1條/m;280°∠59°，1～2條/m)，大部分平直光滑，無充填物，延伸大于1m，僅少量有泥質充填。

3 滑坡體形態特征

滑坡體分東部、西部和中部三部分。平面呈“半橢圓形”。

滑坡體后緣位于坡體上部天然氣輸氣管道南側的截排水溝下方，滑體后緣有寬1～5 cm的近東西向和北東向裂縫多處，最大裂縫寬約10 cm，垂直錯開約20 cm;滑體兩側分布有縱張裂縫，在滑坡體東側的三級馬道上，發育有5條走向40°～70°的裂縫，最大縫寬約2 cm;東側邊坡上的噴射混凝土面也已開裂;坡體西部沿45°∠78°的裂隙面發生運動，滑坡SN長約110m，EW寬約70m，滑體厚度10～20m，平均厚度15m，滑坡體積約10×104m3，滑動方向 354°，剪出口位于一級邊坡，中部為一中層、中小型工程活動型巖質滑坡。

滑動面為折線形，主要是沿強風化與中風化層界線及節理裂隙面。根據在滑坡后緣施工探井揭露的滑動面情況:滑坡后緣滑動面傾角約70°，主要沿產狀為340°∠67°的節理面發生破壞;前緣剪出口位置大致位于下部一級邊坡中下部，距路面約3～5m，傾角約25°～31°，主要沿產狀為 22°～36°∠25°～35°的節理面發生破壞。

4 滑坡體形成機制及影響因素

公路施工過程中，由于路基開挖在本邊坡范圍內形成了高約35m的高邊坡。高邊坡由三級馬道及四級邊坡組成，由于坡頂埋設有天然氣輸氣管道，將邊坡綜合坡率設計為1：0.5左右。開挖后原有的地形地貌變化較大，現有的這種地形條件有利于滑坡發生。

滑坡體主要為全風化-強風化花崗片麻巖，滑體中下部普遍分布一層灰綠色砂狀物(輝綠巖脈)，巖芯呈粉末狀。滑坡體中上部主要沿灰綠色砂狀物發生滑動，前緣部分主要是沿產狀22°～36°∠25°～35°的節理、裂隙面，在重力和降水等外力作用下，容易發生滑動。

受多期構造活動形成的斷層、節理的影響，同時受多期次侵入巖體的制約，巖體非常破碎，完整性極差，呈碎裂鑲嵌結構或堆砌結構，特別是順坡向的節理裂隙(或斷層)發育，受到外力作用或應力改變以后，很容易發生坍塌或滑坡。

5 滑坡體穩定性分析與評價

采用圖解法和條分法對滑坡穩定性進行了分析與評價［10］。

5.1 圖解法

圖解法可直觀地看出裂隙面、巖層面與巖坡的關系，從而判斷坡體的運動方向和穩定性。

滑坡體主要受巖坡面、巖層面、卸荷裂隙面、共軛“X”節理面的控制，這四組結構面對危巖體的穩定性起主導作用，為此，以赤平極射投影平面圖反映其空間組合關系，從而分析其穩定性。

滑坡體上部(四級邊坡)坡面產狀為0°∠63°，巖層產狀175°∠34°，四組結構面分別為①50°∠60°、②260°∠80°、③340°∠67°、④5°∠81°(圖1)。結構面(節理面)將邊坡巖體切割成碎塊狀，受坡面與節理面③④影響，邊坡穩定性較差。

滑坡體下部(一級邊坡)坡面產狀為0°∠73°，巖層產狀140°∠36°，五組結構面分別為①30°∠80°、②345°∠85°、③40°∠80°、④280°∠59°、⑤25°∠25°(圖2)。節理面將邊坡巖體切割成碎塊狀，尤其是坡面與節理面④⑤組合，所切割形成的巖塊極不穩定，邊坡穩定性很差。

圖1 滑坡體上部(四級邊坡)赤平投影

圖2 滑坡體下部(一級邊坡)赤平投影

5.2 條分法

滑坡體的滑面為折線，無地下水，滑坡體表面殘坡積覆蓋層薄，中灰綠巖脈所占比例小，滑坡體主要由強—全風化的花崗片麻巖組成，滑坡體為均質體。

(1)參數選取

現場對對四組巖土樣進行試驗，滑體天然狀態的容重為20 kN/m3。

室內對十組巖土樣進行試驗，強風化花崗片麻巖塊體干容重為24.1～25.3 kN/m3，平均為24.7 kN/m3;濕容重為25.2～26.0 kN/m3，平均為25.6 kN/m3。中風化花崗片麻巖塊體干容重為25.7～26.7 kN/m3，平均為25.9 kN/m3;濕容重為26.3～27.0 kN/m3，平均為26.6 kN/m3。

綜合分析現場測試及室內測試結果，并經反演計算，干容重取24.7 kN/m3，濕容重取25.6 kN/m3，內摩擦角取8°，黏聚力取24 kPa。

(2)計算

采用滑坡體滑動主軸方向地質斷面，結合滑面(帶)的產狀和巖土性質把滑體劃分為8個垂直條塊(圖3)進行計算。