红岩渠滑坡体稳定性分析与治理方案

2010-06-12何荣智夏承斋

中国水利 2010年18期

何荣智，朱蕾，夏承斋

（1.四川省都江堰人民渠第一管理处，611930，彭州；2.四川大学水利水电学院，610065，成都）

一、工程背景

2008年5月12日，四川省汶川县发生了里氏8.0级大地震。地震造成四川省都江堰人民渠灌区红岩分干渠K3+360—K3+455段右侧堤岸发生严重变形，渠道混凝土护坡大面积断裂、脱落，底板断裂，右岸渠底处裂缝已经贯通，堤顶出现裂缝、沉降，渠堤前缘即右岸渠堤坡脚在原浆砌石挡墙墙顶处挤出10～25 cm。渠堤整体处于危险的整体蠕动加剧变形阶段，丧失输水功能，直接影响下游彭州、什邡和绵竹3市1.5万hm2农田的灌溉和灌区群众生产、生活用水，灾后治理工作刻不容缓。参照相关规范对地质灾害防治等级的划分标准，可确定该防治工程等级为Ⅱ级。本文在现场踏勘及收集资料的基础上，系统分析该滑坡的形成条件、成因、特征及稳定状况，并针对此滑坡体提出了合理的工程治理方案。

二、滑坡区水文地质条件

红岩渠滑坡体东西宽65 m，纵向长度18 m，总体积3 300 m3，属小型推移式土质滑坡。根据地面调查和现场钻孔资料可知，滑坡区主要地层有：①第四系人工填土层。主要分布在渠堤主体，褐黄色黏土，结构中密，可塑状，其中黏粒、粉细砂粒有局部集中现象。②第四系中下更新统。黄褐色风化泥沙卵砾石层，卵砾成分以花岗岩、凝灰岩、石英岩、砂岩为主，颗粒大小混杂，无分选，排列无序。除石英砾石外，花岗岩等卵砾多已完全强烈风化，用手捏即散为砂粒状，如经扰动并遇水，其地质性质急剧恶化，易变性，强度低。③侏罗系莲花口组。主要出露于沿河谷底局部，阶地基座构成滨湖，滨浅湖相红色砂、泥岩韵律沉积岩为中厚层状，紫红、砖红色粉砂质黏土岩与灰紫、紫灰色粉砂岩互层。

滑坡区水文地质条件比较单一，地下水的类型主要为孔隙性潜水，主要受渠水和降雨地表汇流补给。第四系层构成良好的持水层，渠堤浸润线以下的土体多为饱水状态。

三、滑坡变形影响因素

采用地质勘查、计算分析、工程类比等方法分析表明，影响红岩渠滑坡体发生整体失稳的主要因素如下：

1.地震的影响

滑坡区紧邻构造作用活跃的龙门山构造带，地震动峰值加速度为0.15 g。坡体临空面较陡，地震产生的纵波、横波引起土体摇摆晃动。土层在强烈的横向摇摆中抗剪强度降低，同时处于地下水水位以下的砂粒填土层瞬间受到巨大地震力的强烈作用，孔隙水来不及排出，孔隙压力突然升高，动水压力剧增，土体解体，并在渠底形成与渠道走向基本一致的纵向裂缝，滑体前缘剪出，滑动带整体贯通，从而诱发滑坡的变形。

2.地层岩性的影响

渠堤主要是人工填土夯实而成，主要成分为褐黄色黏土，结构中密，且浸润线以下的土体多为饱水状态，C值、φ值较低；下覆层为原有的第四系中下更新统黄褐色风化泥沙卵砾石层，新老层间接合质量不好，且在浸润线下方，在渠道高水位的静水压力作用下，容易在层间接合处形成滑动带。

3.水的影响

渠道防渗设施老化，渠水入渗不仅增大了坡体自重和孔隙水压力，而且在渗透过程中产生的动水压力也不利于滑坡体的稳定，尤其在地震条件下，往往是滑坡体内的应力分布急剧向坡体失稳的方向转化。渠水流入后缘贯穿裂缝中，渗入滑动带，进一步降低滑动带的内黏聚力和内摩擦力，同时渠道正常水位形成的水压力在滑坡体后缘形成巨大推力，引起滑坡应力场和形变场的显著变化。

4.工程特殊性的影响

红岩渠K3+365—K3+460段是按“裁弯取直”原理在山凹处修建的人工填筑渠道，并建穿渠的涵洞排水沟。人工填筑体处于山凹处，属于山体水的汇流排放通道。雨季土体多为饱水状态，加上地震力作用，造成滑动面超过浆砌石挡墙高度，原拦挡阻滑工程未能有效止滑，使滑坡在墙顶处剪出。

四、滑坡计算

1.计算剖面

根据滑坡特征，确定了1条纵剖面（Ⅰ—Ⅰ′剖面），采用折线形传递系数法对剖面条分并建立极限平衡状态下稳定性分析的计算模型；同时为取得滑带的实际物理力学参数，建立了Ⅰ—Ⅰ′剖面作为计算反分析模型。

2.计算参数

滑体饱和容重为 19.64 kN/m3。由于滑动带土体埋深较大，取样困难，本次计算过程中的抗剪强度指标值通过反分析法和工程类比综合取值。由反分析原理可知，滑体已经发生整体蠕动，采用传递系数法计算，并令滑坡体的稳定性系数K=0.99。

3.计算结果分析

计算分为两种工况：

工况1：饱和自重+静水压力；

工况2：饱和自重+静水压力+地震。

在工况1下，Ⅰ—Ⅰ′剖面计算出稳定性系数为1.116；在工况2下，设计安全系数为1.05时，计算稳定性系数为0.982，其最后一个条块下滑力为22.78 kN/m，计算结果与滑坡变形现状的宏观判断相吻合。在工况2下滑坡处于不稳定状态，安全储备严重不足，因此，需要采取布置抗滑支挡工程等措施确保渠堤的稳定性。

五、滑坡治理方案

为减轻地质灾害造成的损失，避免更大破坏的产生，保证渠道正常运行和下游群众生产、生活所需，治理工程坚持预防为主，避让与治理相结合以及全面规划、突出重点的原则。具体措施如下：

①裂缝灌浆：对渠顶的变形裂缝带采用自重灌浆的方法对其封填，确保雨水无法渗入坝体内。②渠道防渗：清除该段受损的混凝土边坡和底板，重新浇筑混凝土底板，两侧采用C15细石混凝土砌大卵石并用M10砂浆抹面，底板与两侧交界处及沉降缝采用2cm沥青衫板条镶嵌防渗。③渠堤防渗：右岸渠顶外侧布设一排36个灌浆孔，采用劈裂灌浆技术，孔径0.11 m，孔间距2.0 m，孔深6.5 m，深入滑动面以下1.4 m，同时灌浆孔插入直立钢筋，起一定的抗滑加固作用。④坡脚抗滑支挡工程：在渠堤前缘剪出口位置（603.5m标高）布置一排重力式挡墙进行抗滑支挡，总长50.5m。重力式挡墙根据剪出口推力设计墙高2.8m，墙顶宽1.5 m，C20钢筋混凝土结构浇筑。⑤变形监测：专业监测点设置在渠顶和挡土墙顶部，各设置2个混凝土墩，顶部设置十字钉，采用全站仪对监测点进行水平和垂直位移监测，在施工过程中和工程竣工后实行全程监测。