水库蓄水对317国道某崩塌堆积体稳定性影响

刘 海，沈军辉，彭昌翠，司洪涛

水库蓄水对317国道某崩塌堆积体稳定性影响

刘 海，沈军辉，彭昌翠，司洪涛

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

某堆积体滑坡位于狮子坪水电站近坝库段右岸，属崩塌堆积体在水库库水作用下沿基覆界面发生的后退式逐步破坏滑坡。2009年9月水库初次蓄水导致了崩塌堆积体强烈变形破坏，对317国道造成极大的危害。研究该崩塌堆积体滑坡成因机制对317国道沿线同类型滑坡治理具有重要意义。从堆积体结构以及赋存的地质环境，结合水库蓄水过程坡体变形破坏迹象，研究了该崩塌堆积在水库蓄水过程中的变形机制，评价预测堆积体的稳定性。分析表明：堆积体在现有2 490 m水位天然条件下处于蠕滑状态，在暴雨及地震或水库蓄水至正常蓄水位2 540 m的条件下，滑坡将发生失稳破坏；堆积体进行了必要的应急治理后，目前处于相对稳定状态。

水库蓄水；崩塌堆积体；变形机制；稳定性

1 概 述

某堆积体滑坡位于四川省理县狮子坪水电站近坝库段右岸，317国道K849＋545至K849＋675里程段。滑坡方量约41万m3，是属崩塌堆积体在水库库水作用下沿基覆界面发生的后退式逐步破坏滑坡。2009年9月狮子坪水库初次蓄水至2 490 m水位过程，崩塌堆积体出现了明显的变形破坏迹象，表现为前缘发生较大规模坍塌，路基沉陷，内、外侧挡墙强烈破坏，排水沟剪断等现象，对公路行车安全构成极大的危害。

本文从堆积体结构以及赋存的地质环境，结合水库蓄水过程坡体变形破坏迹象，研究该崩塌堆积在水库蓄水过程中的变形机制，评价预测了堆积体稳定性，并提出相应的治理措施，对保障317国道的正常运营具有实际意义。

2 研究区地质环境条件

研究区位于杂谷脑河流域，此处杂谷脑河流向为N35°W，狮子坪水库正常蓄水位为2 540 m。河谷呈深切高山峡谷地貌，斜坡坡顶高程在3 000 m以上（图1）。斜坡整体坡向为43°，坡度在35°～60°不等，呈陡缓结合；地表冲沟不发育。

图1 堆积体工程地质平面图Fig．1 Engineering geology plane figure of the deposit

研究区基岩斜坡由三叠系上统侏倭组（T3zh）组成，岩性主要为变质砂、板岩互层，岩层产状为280°～285°，∠60°～75°，与斜坡呈大角度相交，斜坡整体上为一陡倾横向坡。斜坡中下部尤其缓坡凹槽部位发育大量崩塌堆积层。

库区在大地构造部位上隶属于松潘－甘孜地槽褶皱带范畴，区内新构造运动为大面积整体性、间歇性抬升为主。场地地震设防烈度为Ⅶ度。

研究区地处于川西高原气候区，呈山地季风气候特点。多年平均气温11．2℃，多年平均降雨量为613．3 mm。

研究区地下水按赋存状态主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水。其中第四系松散堆积层孔隙水主要赋存于崩塌堆积层中，受岸坡裂隙地下水和河流补给；杂谷脑河为最低排泄基准面。

3 堆积体基本特征

3．1 形态及结构特征

堆积体发育于杂谷脑河右岸，整体上呈锥型，堆积体前缘高程约为2 450 m，后缘高程约为2 630 m，相对高差约180 m，堆积体表面平均坡度约40°（图2），堆积体前缘沿杂谷脑河方向最大宽度约190 m，平均宽度约130 m，纵向长度约274 m，平均厚度约20 m，堆积体的总方量约41万m3。

图2 堆积体工程地质剖面图Fig．2 Engineering geology profile of the deposit

317国道改线公路在崩坡堆积体2 560～2 575 m高程一带通过，公路外侧路基形式为填方路堤，边坡采用高约5 m的浆砌石衡重式挡土墙；公路内侧路基形式为开挖路堑，为高约4 m浆砌石仰斜重力式挡墙＋锚杆格构梁＋上边坡截排水沟。

崩塌堆积体主要是以块碎石土为主，碎石含量达65%～70%，岩性主要为砂、板岩为主，强风化，粒径一般为7～10 cm，最大块石粒径可达20 cm以上。呈棱角状或次棱角状，一般无磨圆度，崩塌堆积体成层性不明显。总体上呈松散-半松散结构。

3．2 变形破坏特征

2009年9月狮子坪水库初次蓄水至2 490 m高程水位过程，崩塌堆积体出现了明显的变形破裂迹象，主要表现为在坡体前缘出现较大规模的坍塌，坍塌方量在50～100 m3不等。

在高程2 560～2 575 m公路一带，沿公路中心线一带发育长约130 m的圈弧状横向下错张拉裂缝，裂缝最大张开度可达0．8 m，相对下错1．7 m（图3）。

图3 公路路面下错裂缝Fig．3 Cracks under the pavement

变形区内路基沉陷，内、外侧挡墙局部下错开裂，内侧路基沉陷最大达0．5 m，最大张开度达10 cm（图4）。

在公路内侧挡墙上方排水沟一带发育有走向N40°W的横向下错裂缝，裂缝长约45 m，错距为0．3～0．7 m，上部排水沟被剪断（图5）。

图4 内侧挡墙局部下错开裂Fig．4 Partial cracking and dropping of the inner retaining wall

图5 排水沟被剪断Fig．5 Drainage ditch is snipped

4 滑坡成因及变形机制分析

该滑坡是具一定结构的崩塌堆积体，在水库库水作用下沿基覆界面发生后退式蠕滑拉裂破坏形成的滑坡。

从坡体结构来看，崩塌堆积体结构松散，力学性质差，极易形成次级滑体，进而使坡体各部分间滑动变形极不均匀，使坡体内裂缝密集发育［3］。根据浸水边坡稳定性工程类比，在水位升降期间斜坡体稳定性降低0．03～0．07。由于坡体本身结构特殊，在库水作用下，该崩塌堆积体发生整体滑坡的可能性要高于前缘局部坍塌。

目前水库蓄水位为2 490 m，淹没至堆积体斜坡1／3～1／2处，正常蓄水位为2 540 m。在水库正常运营期间，当水库蓄水至2 540 m高程时，淹没高程在堆积体斜坡1／2～2／3段，水库升降水位对斜坡稳定性的影响将加剧。蓄水后改变了岸坡的自然条件，两岸地下水随着库水位蓄水而抬升，淹没在水下的岩土体抗剪强度降低，并因受库水浮托而失重，库水作用造成水对滑带的软化效应以及对滑体的悬浮减重效应，从而诱发堆积体滑坡发生失稳破坏。

5 堆积体稳定性评价与预测

2009年9月初次蓄水至2 490 m以来，崩塌堆积体发生了明显变形，主要变形表现为下错拉张裂缝、内外挡墙破裂以及排水沟被剪断，处于欠稳定状态。由于堆积体发生变形破坏，目前蓄水处于缓慢过程，堆积体处于相对稳定状态；但随着雨季的来临，库水位将急剧抬升，堆积体的稳定性将逐渐降低。随着库水进一步抬升，蓄水到正常水位2 540 m，水位波动幅度为50 m，在此情况下堆积体将发生失稳破坏。

5．1 计算模型

为进一步分析堆积体的稳定性，本文采用极限平衡条分法对该堆积体进行稳定性计算，计算模型如图6所示。

图6 计算模型Fig．6 Calculation model

式中：K为稳定系数；Ti为第i条块下滑力（kN／m）；Ri为第i条块抗滑力（kN／m）；PDi为第i条块动水压力（kN／m）；Ai为第i条块地震力（kN／m）；Ψj为第i条块剩余下滑力传递至第i＋1条块时的传递系数（j＝i时）；Qi为第i条块自重标准值与附加荷载之和（kN／m）；Ci为第i条块土的粘聚力（kPa）；φi为第i条块土的内摩擦角（°）；Li为第i条块滑动面长度（m）；αi为第i条块地下水流线平均倾角（°），取浸润曲线倾角与滑面倾角平均值，反倾取负值；i为地下水渗透坡度；γW为水的重度（kN／m3）；γ＇为岩土体的浮重度（kN／m3）；fi为第i条块库水流动引起的浮托力（kN／m）；CL为浮托力系数，取CL＝0．178；v为滑动岩体表面水流速（m／s），近似取河水流速；Ax为平行水流方向的单位宽度投影面积（m2）；α为水平地震力系数；Vid为第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积（m3／m）；Fi为第i计算条块所受地面荷载（kN）。

5．2 计算参数及计算工况选取

狮子坪水库为河道水库，需要考虑库水位上升时的浮托力，本文仅对现有水位2 490 m及正常蓄水位2 540 m在天然、20年一遇暴雨及地震工况下计算其稳定性。

在岩土体试验基础上，根据堆积体变形破坏特征，取K＝1对崩塌堆积体在2 490 m水位极限稳定下进行反演，并结合工程类比，选取堆积体与基岩接触面的岩土体参数见表1。

表1 岩土体参数Table 1 Parameter selection for geotechnical engineering

地震设防烈度为Ⅶ度，水平地震加速度a＝0．15 g；库水流动速度取v＝1．8 m／s，取CL＝0．178。

5．3 计算结果及分析

计算结果表明（表2），狮子坪水库保持原有水位2 490 m工况下，堆积体在暴雨和地震工况下的稳定性均小于1，堆积体有可能失稳的可能，若水位进一步抬升，蓄水至2 540 m，堆积体稳定系数在3种工况下小于1，崩塌堆积体失稳的可能性更大；可以预测到，堆积体在暴雨、地震、水位大幅波动及进一步蓄水的条件下，将发生失稳。

表2 各工况下滑坡稳定性系数Tab le 2 The landslide stability coefficients under variousworking conditions

针对上述计算结果，为了进一步控制堆积体变形破坏，尤其在雨季来临之前防止堆积体失稳，对该堆积体采取了应急治理工程。主要手段为下挡墙处增设4排钢管桩，桩径146 mm，长度18～20 m。施工完成后，路基变形减缓，坡体的变形得到有效控制，说明治理措施已经发挥有效作用。

其次，教育政策的区别化对待。国家对公办园实行优先扶持政策，财政补助公办园，分配的事业编制名额多，工资待遇高、工作环境好，因此公办园对学前教师具有很大的吸引力，从而使许多民办园优秀教师流向公办园，加剧了教师资源配置不均衡。

6 结论及建议

（1）滑坡是具一定结构的崩塌堆积体，在水库库水作用下沿基覆界面发生后退式蠕滑拉裂破坏形成的滑坡。破坏机理为软化效应以及悬浮减重诱发型。

（2）2009年9月狮子坪水库初次蓄水至2 490 m高程水位过程，崩塌堆积体出现了明显的变形破裂迹象，主要的变形表现为连续下错的拉张裂缝、内外侧挡墙的破坏及排水沟被剪断。

（3）该崩塌堆积体目前处于蠕滑变形阶段。通过对堆积体稳定性计算与评价，在天然、20年一遇暴雨、地震工况下均小于1，处于不稳定状态。在暴雨、地震、水位大幅波动及进一步蓄水的条件下，将发生失稳。

（4）该堆积体经钢管桩治理后路基变形减缓，堆积体变形迹象明显得到控制，表明治理措施已经起到有效的作用。

［1］ 陈立松，何沛云．水库周边水位变动引起库岸失稳的成因分析［J］．浙江水利科技，2004，（4）：40－42．（CHEN Li-song，HE Pei-yun．Water Level Variation Analysis of the Causes of Bank Instability［J］．Zhejiang Hydrotech-nics，2004，（4）：40－42．（in Chinese））

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（编辑：曾小汉）

The Influence of Reservoir Impoundment on the Stability of Collapse Deposit Along 317 National Highway

LIU Hai，SHEN Jun-hui，PENG Chang-cui，SIHong-tao
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Located at the right bank of the reservoir near the dam site of Shiziping hydroelectric station，the studied

deposit landslide is a gradually destroyed retrograde landslide caused by the collapse deposit under the effect of res-ervoir water along the interface between deposit and bedrock．The first impoundment of the reservoir in September 2009 leads to intense deformation and failure of the collapse deposit，hence causes great harm to the 317 national highway．In this sense，it is of great significance to study the formation mechanism of the collapse deposit so as to prevent similar landslides from happening again．According to the geological condition，the structure of the slide-mass，and the deformation evidence of the slope during reservoir impoundment，the deformationmechanism is stud-ied，and the stability of the slidemass is evaluated and predicted．Results show thatwhen thewater reaches the nat-ural level of2 490m，the slidemasswill creep；when there is rainstorm，earthquake，orwhen thewater reaches the normal impoundment level of2 540m，failure of the slidemasswill occur．Currently the deposit landslide is relative-ly stable after proper emergencymeasureswere taken．

reservoir storage；the collapse deposit；deformation mechanism；stability

TU433

A

1001－5485（2011）04－0045－04

2010-08-02

刘 海（1984-），男，广东茂名人，硕士研究生，主要从事地质灾害评价及岩土体稳定性研究，（电话）13699419132（电子信箱）gzlhai＠126．com