重慶大水井崩滑體災(zāi)害防治技術(shù)研究

高志永，儲(chǔ)照波，王昌偉，李令斌

(山東正元地質(zhì)資源勘查有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101)

大水井崩塌體位于重慶市涪陵區(qū)內(nèi)，始發(fā)于2009年6月強(qiáng)降雨期間，使得該區(qū)域早期治理的抗滑樁之間出現(xiàn)明顯的拉裂形變，且在崩塌體后側(cè)的陡坡上可見巖土體滑落。在2010年5月強(qiáng)降雨作用下，崩塌體形成變形區(qū)的變形加劇，且有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢，嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。為了盡快消除崩塌災(zāi)害再次發(fā)生的險(xiǎn)情，本文在外業(yè)勘察的基礎(chǔ)上對(duì)該崩塌體的變形特征進(jìn)行了研究，進(jìn)而提出了治理措施，為保障當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全提供技術(shù)支持。

1 崩塌體地質(zhì)概況

研究區(qū)出露地處較簡單，由老到新依次為：①中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)黃灰、深灰色鈣質(zhì)頁巖夾薄—中厚層泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖，頁巖頁理發(fā)育[1]，分布于滑體上游側(cè)，為滑床主要地層；②上三疊統(tǒng)須家河組(T3xj)褐黃色巖屑砂巖、巖屑長石石英砂巖夾粉砂巖、頁巖透鏡體，砂巖中含少量褐鐵礦結(jié)核，底部為一層厚約10 m黑灰色炭質(zhì)頁巖夾煤線要地層[2]，該層厚度大于100 m，分布于崩滑體東側(cè)陡崖及后坡區(qū)域；③第四系崩滑體堆積(Qdel)為黏土夾碎塊石或塊碎石夾黏土，厚度一般為3～7 m，分布于斜坡大部分地區(qū)；④第四系崩坡積(Qcol+dl)為褐、褐灰色黏土夾碎石、塊石，塊石分布不均，土體均一性差，厚度一般3～6 m；⑤第四系人工填土層(Qml)為褐、褐灰色黏土夾碎石、塊石，塊石分布不均，土體均一性差，結(jié)構(gòu)松散—稍密，厚度一般1～3 m，分布在研究區(qū)中下部斜坡的居民密集區(qū)。

大水井崩塌體位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳川東南褶皺束墊江坳褶帶內(nèi)，主控構(gòu)造為近南北向展布的茍家場背斜[3]。茍家場背斜核部地層為下三疊統(tǒng)嘉陵江組(T1j)，兩翼地層為中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)；背斜軸部狹窄，兩翼不對(duì)稱，西翼傾角40°～80°，東翼傾角25°～55°，為一典型的不對(duì)稱背斜。此外，在背斜軸部可見一條近南北向展布的查口石逆斷層，長度約9 km，斷層帶寬度10～20 m，主斷面傾東，傾角70°～80°；東盤中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)逆沖于西盤上三疊統(tǒng)須家河組(T3xj)之上，斷層兩側(cè)地層產(chǎn)狀變化較大，兩盤地層局部呈大角度斜交，多見牽引小褶曲，其中西盤地層局部倒轉(zhuǎn)，微地貌表現(xiàn)為山埡口呈帶狀延伸。

崩滑體處于茍家場背斜軸部偏東翼，地層產(chǎn)狀變化較大，主要為80°～110°∠35°～75°。從滑體下游側(cè)往上游側(cè)巖層傾角逐漸增大。根據(jù)外業(yè)勘查，崩滑體西側(cè)(上游側(cè))約100 m處為一逆斷層，受構(gòu)造影響，頁巖等軟質(zhì)巖層中小褶曲、柔皺及隱蔽裂隙較發(fā)育，巖體較為破碎；崩滑體下游側(cè)須家河組砂巖中主要見北東和北西2組裂隙，裂隙傾角較陡，一般在50°～75°，間距0.5～1.5 m，裂面不平直，面較粗糙，少量充填黏土夾碎石。

2 崩塌變形區(qū)特征

2.1 1號(hào)變形區(qū)特征

1號(hào)變形區(qū)位于外側(cè)斜坡區(qū)域，變形拉裂縫集中分布在變形體的后部右側(cè)區(qū)域，其左側(cè)變形拉裂縫不發(fā)育。1號(hào)變形區(qū)在平面上呈近半圓形，變形方向?yàn)?°，地面坡角為20°～25°；變形區(qū)前緣高215 m，寬約120 m；后緣高248 m，寬約50 m。變形區(qū)東部相對(duì)厚，厚度為5.0～6.8m；向西逐漸變薄，厚2～4 m；變形區(qū)平均厚度約為5 m，巖土體體積約為34 000 m3。在2009年6月強(qiáng)降雨下該區(qū)域出現(xiàn)較明顯的拉裂變形，雖然進(jìn)行了搶險(xiǎn)封堵，但在2010年5月強(qiáng)降雨下出現(xiàn)較密集的地面裂縫，最長達(dá)60 m，且裂縫延伸方向與斜坡走向一致。1號(hào)變形區(qū)的變形強(qiáng)度存在較大差異，故將地表裂縫發(fā)育的區(qū)域劃分為“強(qiáng)變形區(qū)”，地表裂縫不發(fā)育的區(qū)域劃分為“弱變形區(qū)”。1號(hào)變形區(qū)的“強(qiáng)變形區(qū)”滑面已經(jīng)形成，且在地表裂縫密集區(qū)域已經(jīng)貫通；“弱變形區(qū)”滑面尚未形成，即該區(qū)域的拉裂現(xiàn)象不明顯。

2.2 2號(hào)變形區(qū)特征

2號(hào)變形區(qū)特征位于斜坡的中下部，呈近半圓形展布，總體變形方向?yàn)?47°。2號(hào)變形區(qū)所在的斜坡坡角為15°～20°，變形后緣高程192 m，前緣高程為182 m；變形區(qū)縱向長為45 m，后緣長30 m，前緣橫寬60 m；變形厚度為3.0～5.8 m，平均厚度為4.5 m，變形區(qū)面積為1 900 m2，體積約為8 500 m3。2號(hào)變形區(qū)在2009年6月變形后采用水泥封堵，但拉裂縫具有持續(xù)發(fā)展的趨勢，于2010年5月強(qiáng)降雨條件下拉裂縫加劇發(fā)展，形成一條長13 m的拉裂縫，同時(shí)附近居民房屋的墻體中也發(fā)育裂縫，裂縫延伸方向與斜坡走向一致，均為70°。2號(hào)變形區(qū)的前緣地形為一高2.0～2.5 m的陡坎，是該崩滑體的剪出口，該處的簡易擋墻略呈向外突出。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

綜上分析可知，研究區(qū)存在2處明顯的拉裂變形區(qū)域，即1號(hào)和2號(hào)變形區(qū)，分別對(duì)2處變形區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。大水井崩滑體的滑坡滑動(dòng)面為折線形，故計(jì)算采用折線法(傳遞系數(shù)法)[4-5]，動(dòng)水壓力采用計(jì)算動(dòng)水壓力法[6-7]，結(jié)合研究區(qū)崩塌體分布特征，計(jì)算過程中不考慮地震作用的影響，計(jì)算工況包括：①工況1，自重+地表荷載；②工況2，自重+地表荷載+暴雨影響。其計(jì)算結(jié)果見表1。由表1可知：在干旱少雨(工況1)的條件下，1號(hào)變形體的穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.659～1.761，2號(hào)變形體的穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.561，由此可知，在干旱少雨(工況1)條件下2處變形區(qū)均處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨(工況2)條件下，1號(hào)變形體的穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.024～1.146，2號(hào)變形體的穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.077，說明在暴雨條件下1號(hào)變形體處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，2號(hào)變形體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 大水井崩滑體變形區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3 坡面水(泥)石流

3.1 地質(zhì)環(huán)境條件

在大水井崩滑體外后側(cè)為一陡斜坡，陡斜坡腳一帶高程+250 m，坡頂一帶為+350～+360 m，高差100～110 m，地形坡角50°～60°，陡斜坡坡面植被發(fā)育，該陡坡向北東方向延伸，傾向305°。陡斜坡基巖為下三疊統(tǒng)須家河組(T3xj)砂巖層，巖層單斜產(chǎn)出，巖層傾向100°～110°，傾角50°～64°，巖層延伸較穩(wěn)定。巖體中有3組構(gòu)造裂隙較發(fā)育，基巖中裂隙較發(fā)育，實(shí)測裂隙有：①325°∠65°，裂隙面較平整，局部張開，張開寬0.3～1.0 cm，局部黏土充填，結(jié)合一般，長度為0.5～1.5 m，間距為0.6～1.0 m；②240°∠50°，裂隙面較平，呈閉合狀，延伸長度為1～3 m，間距為0.8～1.5 m；③240°∠50°，裂隙面較平，呈閉合狀，延伸長度為1.0～2.5 m，間距為0.7～1.2 m。由于陡斜坡中基巖裂隙發(fā)育，故采用赤平投影方法對(duì)陡斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析(圖1)。由圖1可知：裂隙將巖體切割成塊體，裂隙組合交線傾向坡外，但交線傾角與陡斜坡的地形坡角基本一致，陡斜坡巖體穩(wěn)定。

圖1 陡斜坡穩(wěn)定性赤平投影

此外，該陡斜坡坡長100 m，坡寬400 m，坡度大，高差大，坡面有松散的崩坡積層堆積層覆蓋(圖2(a))，覆蓋層厚1～4 m，主要為砂巖塊石與粉質(zhì)黏土組成，土石比4∶6，塊石呈菱角狀，粒徑一般0.2～1.0 m，最大粒徑5 m，結(jié)構(gòu)較松散，坡面的松散體為坡面水(泥)石流的物質(zhì)源；斜坡面積約4.5×104m2，斜坡坡面的松散堆積體體積約12×104m3，坡面的松散體為形成坡面水(泥)石流的物質(zhì)源。

3.2 水(泥)石流特征

受暴雨的沖刷，陡斜坡坡面已經(jīng)形成了4處坡面水(泥)石流(圖2(a))，水(泥)石流物質(zhì)源為陡斜坡坡面的崩坡積體，厚1～4 m，物質(zhì)成分為粉質(zhì)黏土和砂巖塊石，土石比4∶6，形成的水(泥)石流沖刷帶長100～120 m(圖2(b))。水(泥)石流作用形成的松散巖土體堆積在大水井崩滑體的中后部一帶，體積100～300m3，滾落的砂巖單塊一般為0.2～1.0 m3，最大5.0 m3，水(泥)石流中砂巖塊石最大滾動(dòng)距離120 m。此外，在地表產(chǎn)生較多的拉裂縫(圖2(c))。

3.3 匯水特征

坡面水(泥)石流區(qū)為陡坡，平面形態(tài)呈U形，斜坡的東西兩側(cè)為山脊，有利于大氣降水向斜坡處匯集，該陡斜坡匯水面積約6×104m2，強(qiáng)降水在坡面易形成較強(qiáng)的地表坡面徑流。強(qiáng)降水沖刷并飽和坡面的松散層是形成坡面水(泥)石流的誘發(fā)因素。

3.4 徑流特征

陡斜坡段地形坡度50°～60°，坡度大，坡面平直，坡面水(泥)石流在斜坡區(qū)的徑流條件好，無阻礙，斜坡坡面無自然沖溝集中排泄地表水，降水后地表水在坡面呈撒流狀態(tài)，直接對(duì)斜坡形成沖刷(圖2(b))。該斜坡在2010年5月5日的強(qiáng)降水的沖刷下，斜坡表面的松散層形成了4處坡面水(泥)石流，坡面泥石流最大沖刷距離120 m。

觀察組患者用藥后，復(fù)發(fā)率為17.95%(7/39)，進(jìn)展率為2.56%(1/39)；對(duì)照組患者用藥后復(fù)發(fā)率為23.08%(9/39)，進(jìn)展率為5.13%(2/39)，兩組間比較無明顯差異(P>0.05)不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 坡面水(泥)石流特征照片

3.5 堆積區(qū)特征

發(fā)生水(泥)石流后，泥砂、石塊將隨水流直接從坡面傾瀉而下，由于陡斜坡下部的大水井崩滑體地形坡角一般為25°，局部更陡，無明顯的消能緩沖區(qū)，堆積區(qū)為大水井崩滑體中相對(duì)較平緩的民房區(qū)域。水(泥)石流作用形成的松散巖土體堆積在大水井崩滑體的中后部一帶，體積100～300 m3，堆積面積100～400 m2(圖2(d))，物質(zhì)成分為粉質(zhì)黏土和砂巖塊石，土石比4∶6，其中滾落的砂巖單塊一般為0.2～1.0 m3，最大5.0 m3。

3.6 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

大水井崩滑體后側(cè)為陡坡，該段地形坡度為50°～60°，高差80～100 m，坡長100 m，坡寬400 m，坡度大，高差大，覆蓋在陡斜坡表層崩坡積層塊石土層厚1～4 m，結(jié)構(gòu)松散。該陡斜坡匯水面積約6×104m2，在天然少雨的條件下，表層的植被對(duì)坡面的松散層的穩(wěn)定起到了積極的作用，其處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在2010年5月5日—6日，涪陵24 h降水量達(dá)到152.6 mm，為強(qiáng)降雨。該斜坡在強(qiáng)降水的沖刷下，斜坡表面的松散層形成了4處坡面水(泥)石流，坡面泥石流最大沖刷距離120 m，而該整個(gè)斜坡的地質(zhì)環(huán)境條件與已經(jīng)發(fā)生的水(泥)石流一致，在強(qiáng)降水的沖刷下該斜坡中極易再次發(fā)生坡面水(泥)石流。

4 防治工程方案對(duì)比研究

4.1 防治工程方案

(1)針對(duì)大水井崩滑體的特征，擬采用以下2種治理措施。①方案1：1號(hào)變形體抗滑樁+2號(hào)變形體抗滑樁+護(hù)坡。1號(hào)變形體：根據(jù)穩(wěn)定性及剩余下滑力核算，考慮到該變形區(qū)中部存在剪出的可能，故將抗滑樁設(shè)置于滑坡的中部及強(qiáng)變形區(qū)的前緣一帶，再在變形區(qū)域坡面位置設(shè)置漿砌塊石格結(jié)構(gòu)[8]，用于穩(wěn)固坡面表層土體。2號(hào)變形體：根據(jù)穩(wěn)定性及剩余下滑力核算，雖然該段剩余推力較小，但考慮到擋墻施工將大范圍開挖[9]，開挖將嚴(yán)重威脅到保護(hù)對(duì)象的安全，故在設(shè)計(jì)方案時(shí)，僅考慮采用抗滑樁方案進(jìn)行治理?？紤]到該變形區(qū)上部存在建筑，將抗滑樁設(shè)在滑坡的中部，有利于減少抗滑樁上部土體變形。②方案2：1號(hào)變形削方減載+2號(hào)變形體抗滑樁+護(hù)坡。1號(hào)變形體：根據(jù)穩(wěn)定性及剩余下滑力核算，考慮到該變形區(qū)下滑力主要由中部滑體產(chǎn)生，故對(duì)其中部進(jìn)行削方減載，該措施將對(duì)變形體的穩(wěn)定起到立竿見影的作用。2號(hào)變形體與方案1同。

(2)針對(duì)崩滑體后緣陡斜坡可能發(fā)生水(泥)石流的特征，擬采用以下2種治理措施。①方案3：攔石墻+排導(dǎo)槽+坡面排水溝+植樹造林。在陡斜坡的坡腳一帶修建排導(dǎo)槽以疏導(dǎo)泥(水)石流物質(zhì)，在外側(cè)修建攔石墻以阻擋較大的滾石。②方案4：搬遷避讓+斜坡綠化+修繕截(排)水溝。搬遷全部的人員，采取貨幣補(bǔ)償或異地安置，對(duì)斜坡進(jìn)行綠化，修繕損毀的截(排)水溝[10-12]。

4.2 防治工程方案比選

(1)技術(shù)比選。2個(gè)治理方案均可達(dá)到安全治理滑坡的目的，方案1施工設(shè)備簡單，技術(shù)工藝成熟可行；方案2施工設(shè)備簡單，技術(shù)工藝成熟可行，但棄土棄渣外運(yùn)較遠(yuǎn)，棄渣處理較困難。此外，方案2采用了以削方減載為主的措施進(jìn)行處理，該方案的優(yōu)點(diǎn)在于永久消除了斜坡上部潛在滑體的威脅，但由于后緣削方較大，需對(duì)大量的棄土棄渣進(jìn)行處理，同時(shí)還將大規(guī)模地破壞滑坡中后緣的地形地貌，征地面積大，對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活帶來的負(fù)面影響極大[10-11]。

后側(cè)陡斜坡潛在坡面泥石流采取在陡坡腳一帶設(shè)置攔石墻+排導(dǎo)槽+坡面排水溝+植樹造林(方案3)等進(jìn)行被動(dòng)防御，后期維護(hù)工作量大[12]，且該區(qū)域坡面陡峭，在陡斜坡坡面設(shè)置排水溝，人員施工操作困難，治理將毀壞大量林木，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大，恢復(fù)時(shí)間長；方案4可一勞永逸地解除崩滑體對(duì)居民的潛在威脅，進(jìn)行斜坡綠化等可最大發(fā)揮該地區(qū)的土地資源環(huán)境效益。

(2)比選推薦方案。大水井崩滑體區(qū)域地形陡，坡度大，處于坡面匯水區(qū)域，居民點(diǎn)后側(cè)有大量的崩坡積體發(fā)育，在強(qiáng)降雨期間常有坡面泥石流發(fā)生，崩滑體范圍局部拉裂變形嚴(yán)重，建成的截排水溝常被淤塞和沖毀，維護(hù)困難，在雨季居民時(shí)常緊急疏散避險(xiǎn)，嚴(yán)重影響了居民的生產(chǎn)生活秩序，應(yīng)及時(shí)采取工程治理或搬遷避讓措施。該區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件差，受地質(zhì)環(huán)境的制約，其生產(chǎn)發(fā)展?jié)摿κ艿綐O大的制約。此外，采取工程治理對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大，恢復(fù)時(shí)間長，工程費(fèi)用高，后期的維護(hù)較難。

5 結(jié)論

(1)大水井崩塌體及鄰近巖石可分為兩個(gè)變形區(qū)，即1號(hào)變形區(qū)和2號(hào)變形區(qū)，其中前者又可劃分為“強(qiáng)變形區(qū)”和“弱變形區(qū)”，且“強(qiáng)變形區(qū)”滑面已經(jīng)形成，且在地表裂縫密集區(qū)域已經(jīng)貫通，“弱變形區(qū)”滑面尚未形成，即該區(qū)域的拉裂現(xiàn)象不明顯。

(2)在工況1條件下，1號(hào)和2號(hào)變形體均處于穩(wěn)定狀態(tài)，在工況2條件下，1號(hào)變形體處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，2號(hào)變形體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)崩塌體后側(cè)的陡斜坡在天然少雨條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降水的沖刷下該斜坡中極易再次發(fā)生坡面水(泥)石流。

(4)綜合考慮各方面因素，建議采用“方案4：搬遷避讓+斜坡綠化+修繕截(排)水溝”的治理措施。