三峽庫區雙龍鎮馬家屋場—后坪滑坡形成機制與整治

周心經

(廣州市地質調查院，廣東 廣州 510440)

1 地質環境條件

馬家屋場—后坪滑坡位于雙龍鎮新址澗槽溝右岸斜坡上，總體地勢南高北低，屬剝蝕中低山地貌。區內最大高程310 m，最低點為澗槽溝底，高程130.0 m。

滑坡區域地質環境條件：

(1)出露地層。地表為河漫灘沖洪積層，以卵、礫石為主，少量粉細砂與粘土，厚度小于2.0 m。滑坡堆積物，成分為含碎石塊石、塊石及含碎石粘土，厚度在20.0 m以內。基巖，為巴東組第三段的灰色灰巖與第二段的紫紅色泥巖、泥質粉砂巖。

(2)地質構造條件。滑坡區主體構造線為巴霧河向斜。巴霧河向斜軸向85°，向斜兩翼分布有一系列的次級褶皺，南翼總體產狀為25°～35°，北南翼總體產狀為35°～45°。

地表水文網主要由澗槽溝及順向沖溝組成。澗槽溝為近代發展呈形的季節性溪溝，匯水注入大寧河向長江排泄。穩定的地下水位埋深較大，但大雨過后，第四系松散介質中含有上層滯水(圖1)。

圖1 滑坡區地質構造

2 滑坡體基本特征

馬家屋場—后坪滑坡為馬家屋場及后坪兩個連接在一起組成的滑坡體(圖2)，為呈北東向展布的長條形，南西向槽，北東向為向澗槽溝突出的舌狀山脊，地貌上總體為一向北偏西傾斜的斜坡，呈前、后緣陡、中部緩的反“S”形。馬家屋場滑坡平面形態呈半橢圓狀，縱長250 m，橫寬后緣120 m，前緣220 m，體積21×104m3，剪出口位于雙龍中學一帶，前緣高程158 m，后緣高程220 m。后坪滑坡發育一級平臺，臺面高程約185.0 m，平面形態呈長條形，南北長約200 m，東西寬約140 m，總體積約30×104m3，剪出口位于雙龍中學一帶，前緣高程150～155 m，后緣高程200 m。該滑坡體于新城建設時后緣一帶曾發生大規模的復活變形，致使當初新鎮建設處于暫時的停滯狀態。

圖2 馬家屋場一后坪滑坡工程地質平面圖

兩滑體在物質組成上基本一致，主要由泥巖、粉砂巖碎塊石及粘土組成，局部夾灰巖或泥質灰巖碎塊。水平方向與垂直方向物質分區明顯。滑床物質為紫紅色泥巖，鉆孔資料揭示，滑坡體不存在主滑面，但存在次級滑帶土。次級滑帶土為灰白色、淺灰色粘土，局部夾透鏡狀的灰綠色巖粉或巖屑條帶，擠壓定向排列非常清晰[1～9]。

3 滑坡形成機制分析

馬家屋場—后坪滑坡的形成機制，也就是澗槽溝及其南側斜坡的演化過程。分析的依據是滑坡體的物質組成、結構特點及其形成時間。第一，在堆積體與基巖之間不存在連續的主滑帶，且下伏基巖十分破碎，同時還可看到基巖的坡外彎曲并伴有傾向河床的繼續的斷裂面；第二，堆積層具堆積序次，前緣及下部以巴東組第二段的泥巖、粉砂巖為主，后緣及表層以巴東組第三段的灰巖為主；第三，據土樣14C測定馬家屋場滑坡形成于約4×104a前，后坪滑坡的絕對年齡為3.25×104a，大體對應晚更新世中后期[10～12]。

滑坡的形成大致經歷了以下5個過程：

(1)卸荷松動域及澗槽溝的形成。在巴霧河向斜的形成過程中，三疊系巴東組變形甚劇，成為裂隙性介質。同時，澗槽溝已初見雛形。巴霧河向斜形成之后，一方面區域構造應力場調整導致主壓應力方向偏斜或壓應力強度減弱，初始構造裂隙張裂；另一方面隨著澗槽溝的下切，岸坡高度的增加，坡體卸荷松馳以及風化營力向縱深發展，形成寬厚的松動域。

(2)松動介質彎曲、傾倒。寬厚的松動域形成它自身的應力場。變形主體是整體下墜。下墜幅度自坡內向坡外遞增，至坡體外側各運動塊體的鉛直位移和向坡外的水平位移均大于坡體內部運動的鉛直、水平位移。結果初始地層產狀由反傾轉向水平甚至順傾，呈現“褶曲”并伴隨傾坡外的類似斷弦的破裂面。

(3)滑坡初期形成階段。松動域外側部位“褶曲”之后，松動域內的可運動塊體出現局部性剪滑、下陷、傾倒以及旋轉等多種形式的變形。這類變形進一步發展，導致松動域內某處決口，誘發松動域全體失穩并出現“雪崩”式碎石流，傾瀉而下并堆積于坡腳，形成了滑坡初期堆積體。

(4)滑坡后期改造階段。隨著兩岸山體抬升，澗槽溝谷的下切，從而使早期形成的堆積體前緣臨空，造成堆積體穩定性變差，引起局部應力調整而滑移變形，堆積體的下滑牽動后緣部分基巖順向坡體下滑。經幾個旋回后即形成了現在的馬家屋場—后坪滑坡。

(5)滑坡局部復活變形。在外動力地質作用下，臨界狀態下的滑坡體局部產生一定規模的變形失穩。即后期局部的復活變形。

4 滑坡工程治理

馬家屋場—后坪滑坡滑床為基巖，錨固力大，且錨固樁可間隔開挖，不會誘發滑坡新的活動。整個滑坡采用抗滑樁加錨索的治理措施，輔以連拱擋墻相結合(圖3)。

圖3 錨縈抗滑樁加連拱擋墻平面布置

4.1 抗滑樁設計

抗滑樁是一種特殊的側向受荷樁，在滑坡推力的作用下，依靠埋入滑動面以下部分的錨固作用和被動抗力，以及滑坡面以下樁前滑動體的被動抗力來維持穩定。

4.1.1 滑坡推力計算

滑坡推力計算依據地質資料，選取代表性主滑面進行計算。

計算參數以試驗成果為主，結合反演分析計算成果，最后確定滑坡治理設計采用的物理力學參數如表1。

考慮在不同的設計工況下，選用相應的抗滑安全系數，在天然狀態下K=1.3。按折線形滑動面，計算滑坡推力。滑坡推力分析方法采用《巖土工程勘察規范》推薦公式，剩余下滑力P：

Pi=Pi-1·ψj-1+Fst·Ti-Ri

(1)

由于樁前地面坡度較大以及水庫形成后庫水對樁的作用，未考慮被動壓力的作用。

4.1.2 樁的平面布置

馬家屋場—后坪滑坡的抗滑樁根據滑體形態及考慮移民遷建用地，將樁位布置于滑體前緣且基巖面較緩的部位。滑動面相對平緩且深度相對較淺，下滑力較小的地段。

4.2 錨索設計

由于抗滑樁要承擔滑坡體較大的水平荷載，僅采用加大抗滑樁結構尺寸、嵌巖深度和增加配筋的傳統設計方法，其結果將造成治理造價很高。結合滑坡滑面較陡的特點，在抗滑樁頂加設預應力錨索，由錨索承擔大部分水平荷載，并可有效控制滑體變形。這種錨樁(圖4)具有受力合理、傳力可靠，造價較低的特點。

4.2.1 錨索索體設計

馬家屋場—后坪滑坡治理中，采用等徑直孔膠結式，它適應于巖質邊坡和堅硬土層，施工簡便。錨固段長度采用以下公式：

Im=K·Nt/(π·Dm·qs)

(2)

式(2)中：K為安全系數；N為錨索的設計軸向拉力；D為錨固體直徑；q為巖體與錨固體之間的粘結強度。

4.2.2 錨索傾角的選擇

錨索提供的抗滑力為：

P抗=P·sinα·tgφ+P·cosα

(3)

式(3)中：α為錨索與滑面的夾角；φ為滑面的內摩擦角。

對(3)式取α的一階導數，令其等于0，即α=φ時，錨索可得最大抗滑力，P抗=P/cosα，但此時錨索過長。α=90°時，錨索最短，但抗滑力最小。因此，必定有一個最優傾角。可以得出，α優=45°+φ/2，此時錨索的最佳傾角為滑面傾角0-α優。結合實際情況，錨索傾角宜在25°以內。

4.3 連拱擋墻設計

連拱擋墻支護的基本原理是利用拱結構以受壓為主，拱頂彎矩很小的這一力學特性應用于將滑坡推力傳送到抗滑樁上，并能夠充分利用漿砌塊石抗壓強度高的特性來承擔拱內壓應力。另外，拱圈擋土結構具有較強的自身事平衡和調整作用。

圖4 錨索抗滑樁結構圖

5 結語

馬家屋場—后坪滑坡這種機制形成的滑坡在三峽庫區屢見不鮮，但這種利用抗滑樁加錨索及連拱擋墻的治理方案在滑坡整治中尚屬首例，從設計角度分析，該方案既經濟美觀，又安全可靠，值得在其他的滑坡治理工程中加以推廣應用。