高陡巖質地質災害穩定性研究

王學謙 閆秀英 郭鑫

摘? ? 要 ：以夏瓊寺滑坡地質災害治理為例，對類似地質災害特征和形成機制進行簡單的分析，以避免發生重大地質災害，確定災害的防治方案。

關鍵詞：滑坡;危巖體;變形監測;治理方案

1? 引言

夏瓊寺，在查甫藏族鄉以南 9.5 km的夏瓊山，南坡近于直立的崖體為老滑坡的后壁，最大高度約120m，海拔2746m，后壁中上部東側有寺院文物建筑13間。

2016年8月29日15時，老滑坡體后壁中上部禪洞頂處砂卵礫石層發生崩塌，主滑方向近南，崩塌體長約12m、寬約40m、平均厚約3m，規模約1440m3，崩塌體造成9間禪房被毀、21尊佛像及其它文物被埋。目前，滑坡后壁危巖體仍存在多條卸荷裂隙，其中較大的一條長約20m的裂縫，存在長約8m、寬約20m、平均厚度2m～5m，體積約320m3～800m3的危巖體，對下部禪洞（13間禪房、21尊佛像）及相鄰文物建筑群構成嚴重威脅，如圖1，圖2。

2? 夏瓊寺滑坡的基本特征

2.1? 滑坡周界及形態特征

夏瓊寺滑坡為一老滑坡，發育黃河北岸低山丘陵區，物質組成為黃土、泥巖切層滑坡，平面形態上呈簸箕形，整體傾向南，南北縱長2150m，東西寬800m～1700m，平均厚25m，體積0.67×108m3，殘留體積0.35×108m3，規模為巨型。滑體在剖面上呈凹型，相對高差約500m，表面呈階梯形，滑坡總體坡度30°～35°，滑坡后壁危巖體呈圈椅狀，高達40m，滑壁傾向南，傾角90°，滑坡共發育三級平臺，滑坡中后緣為一級平臺，長 490m，寬50m～130m，平臺前緣及兩側沖溝發育，切深 5m～10m，沖溝向源侵蝕嚴重;二級平臺長約480m，寬約250m，平臺東西兩側沖溝發育強烈，地形切割破碎，側蝕嚴重;三級平臺呈不規則狀，前緣反翹，殘留長約340m，寬約180m，平臺兩緣沖溝發育，切深10m～20m，地形破碎，滑坡前緣呈不規則狀，覆蓋于黃河Ⅱ級階地面上，可見礫石層被擠壓拖帶現象，現前緣高出康揚水電站庫區水位7m。

2.2? 滑坡物質結構特征

該滑坡體巖性組成較復雜，除母巖泥巖、砂巖、砂礫巖混雜堆積外，還有滑坡后壁危巖體高處的黃土及底礫石介入，無規律可循。從滑坡鉆孔揭露的滑體堆積物及沖溝觀察，后緣至前緣大多數堆積體混雜堆積，滑坡中后部局部地段塊體完整性較好，無方向，無層次與其它堆積體混雜堆積。滑帶土依不同部位厚度亦有不同，滑坡中前緣滑帶位于Ⅱ級階地表部，因上覆土體巨大推力作用，滑帶土呈軟塑狀，稍濕，擦痕不明顯，厚0.5m～4.4m，滑體后部滑帶位于強風化泥巖中滑帶厚0.6m～1.0m滑帶土結構破碎，呈碎裂狀（圖3）。

2.3? 滑坡形成機制

根據滑坡區區域地質結構和水文地質特征分析，該滑坡曾發生二次滑動，較早一期滑動發生于區內Ⅲ級階地形成之前，此后，黃河河水不斷侵蝕滑坡前緣，并形成Ⅲ級階地，Ⅲ級階地前緣高出河水位43m，致使滑坡前緣形成高100m 的臨空面，具較大勢能滑坡體在重力作用下向河谷方向變形產生位移，坡腳應力集中急劇增加，加之降水在坡體表部匯集，沿裂隙入滲，不僅增大了坡體的重力，而且形成較弱帶，軟弱帶與坡體應力集中區貫通，坡體整體失穩，在重力作用下沿其滑動，并在坡腳處剪出形成第二期滑坡，從第二期滑坡滑床位于黃河Ⅱ級基座階地臺面，第二次滑坡的發生不晚于Ⅱ級階地時期。

3? 夏瓊寺危巖體

3.1? 危巖體基本形態

夏瓊寺滑坡發生之后，其滑坡后壁危巖體形成了高陡危巖體。危巖體高約110 m、坡度約 55°～75°（下緩上陡，后緣呈近直立狀），其中后部時有崩塌、落石產生。其中夏瓊寺的核心建筑之一禪洞即位于該危巖體的中部略偏下位置，在誘發因素作用下，隨時都可能發生崩塌地質災害，對下部禪洞（13間禪房、21尊佛像）及相鄰文物構成嚴重威脅，且危巖體頂部及側部排水不暢增加了崩塌發生的概率。

3.2? 危巖體形成機制

危巖體形成的條件主要包含兩個，一是地形地貌條件，即危巖體多發生在高陡近直立崖體上;二是構造條件，即危巖體由多個結構面切割，能夠形成崩塌體。

危巖體的誘發因素，降雨、震動及人類活動三個主要誘發因素。就夏瓊寺危巖體而言，滑坡發生滑動后形成了高陡后壁崖體，最大高度超過百米，使其具備了形成危巖體的地形地貌條件;滑坡后壁危巖體因失去支撐，打破了原有應力平衡狀態，崖體臨空面應力得到釋放，產生多道卸荷裂隙，使其具備了形成危巖體的構造條件。

在降雨、地震或凍融等誘發因素的作用下，危巖體失穩形成崩塌，危及夏瓊寺古建筑群;2016 年 8 月禪洞頂部的崩塌地質災害正是在暴雨的誘發作用下產生的。夏瓊寺危巖體的形成，應力松弛是內在主導因素。滑坡滑移→形成高陡崖壁→崖壁應力松弛→形成張拉裂隙→裂隙相互切割→形成危巖體→誘發崩塌滑坡滑移→形成高陡崖壁→崖壁應力松弛→形成張拉裂隙→裂隙相互切割→形成危巖體→誘發崩塌。在危巖體發生崩塌后，危巖體背后的崖壁失去支撐，將再次發生應力松弛，產生新的張拉裂隙，形成新的危巖體，直至整個崖體的坡度降低至穩定坡角以內。

3.3? 危巖體形成原因分析

夏瓊寺滑坡已經穩定上百年，沒有變形跡象，目前對夏瓊寺尚不構成威脅;但夏瓊寺滑坡后壁危巖體，在多種因素的綜合作用下，時有小型崩塌發生，不斷松弛剝落，直接威脅到禪洞的安全，間接影響到阿拉巴雜殿、大經堂、寺管會、醫學院等文物建筑，對寺院文物建筑的安全造成了巨大隱患，給寺院僧眾與朝拜民眾帶來了巨大的心理壓力。

結合現場調查，夏瓊寺滑坡后壁危巖體發生病害的影響主要有以下幾個方面：

（1）環境因素：夏瓊寺滑坡后壁危巖體是夏瓊寺滑坡發生大規模滑動之后的產物，且符合滑坡的一般特征，即滑坡后壁危巖體呈高陡形態，最大高度約110m;滑坡后壁危巖體在失去支撐之后，必然發生松弛，在坡口線之后形成卸荷裂隙，年長日久，裂隙不斷擴展，直到崩塌;然后卸荷裂隙向后發展，再次發生崩塌，如此循環，直至坡體坡度降低到穩定狀態。

（2）地層因素：夏瓊寺滑坡后壁危巖體表層為風成黃土，其下為冰水、沖洪積而成的砂卵礫石層，弱膠結;下伏基巖為泥巖與砂巖互層，在滑坡后壁危巖體坡腳出露;黃土與弱膠結的砂卵礫石層，暴露于空氣之中，受風雨侵蝕，在溫差、冰劈等不利條件作用下，易風化形成崩塌體。

（3）地震和區域地質構造運動是坡體發生崩塌病害的重要影響因素，夏瓊寺屬Ⅶ度烈度區，地震活動比較頻繁，地震作用下將加速坡體松弛，甚至直接引起坡體坍塌。

（4）短時暴雨是坡體崩塌病害的直接誘發因素，夏瓊寺所在區域降雨多集中在每年的 6～9月，降水量占年降水量的69.2%以上，其中以 7、8 月兩月最多，約占年降水量的43%，并多為暴雨和陣雨;短時間的強降雨往往是坡體失穩的主要誘發因素。

因此，夏瓊寺滑坡后壁危巖體地質災害并非由單一因素引起，而是由多種不利因素綜合作用的結果。

4? 設計原則

（1）不改變文物體的原狀，保護文物真實性原則。病害治理時不破壞、不干擾、不損傷文物的原有狀態及歷史信息，同時保持文物載體、文物環境自然狀態的真實性和完整性，盡可能減少或避免加固工程措施造成的干擾和影響。

（2）保護工程遵循 可識別性和可持續性的保護原則。

（3）堅持最小干預原則，嚴格控制工程范圍、規模與工程量。針對現狀勘察結論，明確加固范圍和重點區域，注意保持原有地形、地貌和環境特征，避免過度干預。

（4）所用新材料和新工藝應遵循“現場試驗、檢測合格、逐步使用”的原則。

（5）堅持 “既有病害根治、可能病害監測預防”的原則。

（6）多重誘發因素綜合考慮的原則。根據工程地質勘察資料，分析文物保護區內的巖土破壞機理，同時考慮暴雨洪水、地震等突發因素。

（7）在安全可靠的前提下，兼顧經濟合理、技術可行。

（8）本次加固設計，堅持 “動態設計、信息化施工”的原則。

設計參數的選取：巖土體物理力學參數：結合室內試驗及經驗數據等相關資料，綜合選取。濕陷性黃土：γ=16.4kN/m3，c=7.0kPa，[Φ]=21.3°;

角礫（卵石土）：γ=21.0kN/m3，c=8kPa，[Φ]=35.0°;

依據滑坡剩余下滑力的計算方法分別計算自然工況、暴雨工況及地震工況等三種工況狀態下主軸滑面的滑坡剩余下滑力，剩余下滑力較大的工況作為滑坡治理工程設計依據。

計算時選取分別選取夏瓊寺滑坡后壁危巖體的主軸斷面作為設計控制斷面，采用反算抗剪強度指標分三種工況計算剩余下滑力，結果較大者作為該滑坡治理工程設計的控制滑坡推力。計算結果見表1。

5? 治理方案

5.1? 預應錨索地梁

在標高 2730m～2760m等高線之間設置錨索地梁加固夏瓊寺滑坡后壁危巖體腰部。錨索地梁加固的高度根據坡體的走勢確定;錨索的長度根據錨索地梁設置的位置及坡體的形態與下滑力的大小確定。錨索采用7ΦS15.2 預應力鋼絞線制作，錨索水平間距與豎向間距均為 3.5m，鉆孔孔徑Φ130mm，孔內灌注M30純水泥漿;錨索最長為39m，最短為18m，錨固段長12m，嵌入穩定基巖。

地梁采用C35鋼筋混凝土現澆，截面尺寸為 60cm×60cm，地梁的長度分為兩種：設3 孔錨索地梁，長11.4m;設2孔錨索地梁，長7.6m，地梁嵌入坡面10cm。預應力錨索地梁加固夏瓊寺危巖體腰部，可以保證該危巖體不會發生大規模的崩塌，不會對古建筑群造成毀滅性的破壞。

5.2? 錨桿

自 2760m等高線之上，采用錨桿掛 SNS 防護網進行加固防護。錨桿采用直徑32mm鋼筋（HRB400級）制作，長 9m，孔徑90mm，灌注 M30 純水泥漿，錨桿縱橫向間距均為4.5m。錨桿端頭設置環形掛接鋼筋，采用22mm 鋼筋制作（HRB400級），拉環直徑不小于 5cm。錨桿加固夏瓊寺危巖體中上部，可以確保該部位中小型危巖體的穩定，防止中小型崩塌的產生。

5.3? SNS防護網

在 2760m等高線之上，利用坡體加固錨桿掛設 SNS 防護網進行防護，以解決坡體表層的掉塊、崩塌問題。SNS 防護網，主支撐繩縱橫向間距為 4.5m，采用Φ16鋼絲繩制作。

在該方案中采用的 SNS防護網，為主動防護網，能夠起到主動防護的作用。即崖體表面發生小型崩塌時，可以起到主動攔截的作用，防止崩塌體墜落損壞古建筑。

5.4? 坡體排水設施優化

在陡崖坡口線外 6m 設置截水溝，攔截地表水，防止地表水匯入陡崖面，進入危巖體裂隙，誘發崩塌。截水溝采用 C30 鋼筋混凝土澆筑，表面采用仿古磚飾面;壁厚 20cm，深 30cm;截面等腰呈梯形上口寬 57cm，下口寬 28cm。

對臨崖建筑區的排水設施進行優化，一方面縮短排水路徑，另一方面完善排水設施。排水路徑詳見設計圖紙，排水溝采用 C30 鋼筋混凝土澆筑，防止水溝斷裂，過水滲入濕陷性黃土，引發地質災害。排水溝內壁采用仿古磚飾面，上口采用仿古磚覆蓋，過水斷面尺寸 24cm×12cm。

地表水是危巖體發生崩塌的主要誘發因素，通過在坡頂及兩側設置截排水溝，可以切斷匯入坡體的水流，避免誘發崩塌。

6? 變形監測

6.1? 文物建筑沉降觀測

考慮工程施工可能對文物建筑結構造成一定的影響，應對部分距離較近的古建筑進行沉降觀測。同樣，在治理工程實施過程中，相關工程措施距文物建筑較近，為確保安全，應對禪洞及鄰近文物建筑進行沉降觀測。文物建筑沉降觀測，觀測點設置在古建筑外墻角點處，其設置5個觀測點，禪洞臨崖邊設置 3 個，文殊殿臨崖邊設置 2 個;在施工期間每周觀測 1 次，施工結束后，每月觀測 1 次，連續觀測1年，若沉降穩定，可停止觀測。

6.2? 地表位移監測

針對夏瓊寺滑坡后壁危巖體，為觀測滑坡后壁危巖體的變形演化機理、確保施工安全，同時為工后工程效果評價提供依據，應進行相應的地表位移監測，沿滑坡后壁危巖體共設置 4 個觀測點。

7? 結論

夏瓊寺南側陡崖已屹立上百年，雖然沒有發生大范圍的崩塌，但小規模的崩塌則時有發生。在暴雨的誘發作用下，禪洞正上方危巖體曾發生小規模崩塌，致使其下部禪洞建筑與佛像損失嚴重;同時也為我們敲響了警鐘——夏瓊寺滑坡后壁危巖體處于臨界穩定狀態。通過對夏瓊寺滑坡危巖體的分析、設計及治理，希望日后能對我們類似工程起到一定的參考借鑒作用。