巴东县黄土坡滑坡复活机制及其治理探讨

高建军，杨人光

（中国四海控股有限公司，北京 100081）

巴东县黄土坡滑坡复活机制及其治理探讨

高建军，杨人光

（中国四海控股有限公司，北京 100081）

该滑坡在三峡库岸滑坡中具有普遍性，是特大型古滑坡的复活。在分析黄土坡滑坡深部滑动诱因的基础上，阐述目前被动式治理工程和措施的局限性，并提出锚固与排水相结合的主动式抗滑方案和作业程序。

黄土坡；深滑带；诱因；治理措施

黄土坡滑坡位于巴东县新城区，包括临江崩滑堆积体、变电站滑坡、园艺场滑坡等统称为“黄土坡滑坡”，其面积135×104m2，体积近7000×104m3，分布见图1［1］。

图1 黄土坡滑坡组成分布图Fig.1 Distribution of Huangtupo landslides

根据湖北省水文地质工程地质大队所做的滑带土热释光年龄测试试验可知，黄土坡古滑坡系统上段滑坡形成于距今13～14×104a，而中、下段滑坡形成的要早一些，大约形成于15～16×104a前［2］。

黄土坡在作为新城选址建设中发现深层移动而中止了大规模建设活动并开始耗资巨大的重新迁移工程。作者认为：解决巨型滑坡体的深层滑带止滑，是彻底根治库区潜在危险的关键。

1 黄土坡深层滑坡复活流变的诱因

1.1 黄土坡深层滑坡复活的成因与易滑性

黄土坡滑坡区属于巴东组地层岩层组合上硬下软地质特性，经大量的系列勘察论证表明，巴东组地层岩层是本地区的易滑地层组合，且上硬下软地质结构系为长江天堑形成岸坡古滑体自然地质特性。地表质硬是古滑坡历经长期风化冲刷的结果；深层质软是古滑坡堆积体与基层接触面亦经长期的地下水蚀化淤积形成的易滑软弱破碎带，见图2［1］。

自1982年在黄土坡上开始较大规模的工程建设，到1985年地质勘测人员发现，黄土坡地区是座大型古滑坡，从古滑坡复活萌发起，仅时隔10a，1995年6月10日凌晨5：45和1995年11月20日，黄土坡二道沟和三道沟临江部位相继发生滑坡，体积分别为4×104m3和近20×104m3。古滑坡滑塌必先从前缘临江部位开始，这是古滑坡非整体发展必然过程，尽管黄土坡滑坡作为整体滑坡的滑坡带尚待贯通，仍处于流变萌发时段，虽然不会发生整体剧滑，但及时治理是必要的。

图2 TP3平硐内滑带特征Fig.2 Features of the sliding zone in TP3adit

黄土坡滑坡区经历长期的稳态又复活，很值得人们深思。稳态是滑坡带在滑坡自身重力承压固结与滑坡带地下水蚀化进程相平衡的结果，然而一旦在黄土坡上进行大规模建设（有人估算建筑载荷强度为0.6MPa）［3］，地面垂直载荷给滑坡带增添附加下滑剪切载荷力，再加上地面施工扰动（当时三峡大坝尚未蓄水），破坏了天然形成自重承压固结强度稳定的受力平衡状态，因而萌发出古滑坡复活滑动，这将赋予古滑坡易滑性的清晰而具体的概念。由于沿江公路开挖直接破坏临江层节理面原承压固结强度，导致临江岸坡滑块在时间效应下（蠕变）而垮塌。据“三峡库岸稳定性调查”表明，巴东组地层中滑坡、崩塌等斜度变形、破坏较为发育，线密度达0.29个/km，著名的关庙沱滑坡（1.231×107m3）、赵树岭滑坡（5×107m3）、巫山流水观滑坡（3.3×107m3）、黄蜡石滑坡（4×107m3）均发育于该组地层中，充分显示了此类地层的易滑特性。

1.2 黄土坡深层滑坡地质背景及其回水、浮托效应

据钻孔深探查明［1］：古滑坡滑带的分布，就临江1号崩滑堆积体地质剖面线，其最大厚度达95.27 m，并给出各部分破坏带厚度。又据临江崩滑体上设置峒探TP3平峒，在峒深218.3m处（高程142.07）见红棕色黏土滑带，结构密实，层厚4～7 m，呈可塑至硬塑状，滑带岩土成分为粉质粘土夹碎石，含有亲水粘土矿物呈片状结构，在回水作用下易饱水软化，同时还有吸水膨胀，使土体结构破坏，降低固结强度。沿滑坡体与基层界石接触带向两侧追踪8～15m，滑带东西方向上起伏不平，基岩表部呈中等风化。这就是古滑体易滑性的地质背景。

监测资料（表1）［4］亦表明：在滑坡体135m蓄水后地表和深部位移总体上同步缓慢增长，也证明古滑坡堆积体上硬下软地质分布特性，即垂向分布的整体性。并且不同部位位移速率不尽一致，至今纵横滑移带尚待贯通，但在135m蓄水及运行期流变累计位移量为最大的时期，即回水效应显著，库区水位提升，被浸泡或毛细浸润软化滑移带固结强度（内聚力强度C与内摩角φ，即回水效应大于浮托效应）、滑坡下滑力相对增强。

表1 BDZK（2）2003.1～2003.10水平位移观测值及其累加值（单位：mm）Table 1 Horizontal displacement values and cumulative values for Borehole BDZK（2）from January to October，2003

大坝截水以后，2003年库区水位接近135m高程（2003年6月1日水位达135m），回水效应导致形变位移呈现逐增速流变。根据岩土结构稳定性理论时效规律［5］，选取跟踪监测拟合点，代入逐增速失稳时段鉴别不等式，即

依表（1）数据，若yi＝168.83便有

亦不满足失稳时段必要条件。因此，BDZK（2）钻孔深层位滑块还处于逐增速流变萌发状态，反馈出回水滑移带岩土物态强度在浸泡中软化而降低。

库区运行期延续2004年之后，物态强度趋近稳定以及在相邻滑块彼此相互作用下，使综合驱动载荷比（即滑坡稳定性系数Ksf的倒数）降低。因而2004年以来崩滑变形有减缓趋势。2006年汛后156m回水，变形虽有所加快，但尚未超过135m，在高水位回水相应加大浮托效应（即综合下滑力降低）。

然而此类阐述无法给出古滑体各部位与整体所处状态，应从分别于滑坡区内网状大地形变GPS位移监测点跟踪监测出古滑体各部位形变位移矢量，依监测曲线作出滑坡的同步性和整体性的校核，给出古滑体整体或分块体在各种气候条件与回水、浮托效应下所处的形变状态，同时反馈出测桩位滑块相互作用下受力状态（挤压弯曲隆起，牵引速率回稳和增速以及侧面剪切），方可针对黄土坡滑坡区回水效应与浮托效应赋予定量的解析，客观地给出滑坡现有变形所处状态。

综合上述，由工程建设加载与扰动破坏了固有天然重力承压固结稳定状态，又经库区水位升降及降雨天气的影响，是黄土坡深滑带古滑坡复活流变的主要诱因。

2 被动式滑坡治理措施的局限性

黄土坡滑坡的第一阶段治理工程主要采用以护坡桩浅部支挡和锚杆格构砌石护坡为主，同时辅以三道填筑工程、地表排水与监测工程等综合治理措施，现已实施。然而，浅层支护是被动式阻挡，对于巨型滑坡体的整体稳定性收效甚微。鉴于黄土坡滑坡区滑体厚度巨大，且石土混合，挖掘困难，又受地下水影响等特点，再加上现有人们对坡面上设置GPS测桩的监测曲线缺乏应有认识，仅凭借SARMA法分条块估算整体稳定性系数，或采用NACP岩土边坡工程稳定性有限元计算程序，或采用时尚离散元计算，或采用滑坡形变的灰色理论预测等，均停留在萌发流变直观的判断。因此，能否滑塌与何时滑塌这两个实质性问题无法作出客观的回答。由于基础理论的局限性，在第二阶段加固治理方案中，基本归结以下两种工程治理办法：

（1）侧重于完善地表排水系统，辅以建立分布的排水深井网，降低水位。

（2）采用中深孔口径注浆并相间大直径加固桩对滑移带岩土体进行加固。桩（孔）端伸入基岩下5～8m，加固深度约70～80m，间排距3m。

这些应用于中、小型滑坡加固的成功方案，能否适用巨型古滑坡？据悉浅层支护在2005年前已实施，至今黄土坡滑坡仍在不断扩大险情，这就进一步验证了对于拥有近7000×104m3的巨型滑坡体，靠浅层被动式支护或许能提高支护部位的稳定性，但很难控制滑坡整体的不稳定。从工程实施难度分析，滑带粘性石土混合，结构密实，且滑体厚度69.40～95.27m，深层滑带厚度高达5～7m。这样的地质复杂性很难保证打桩、钻孔的成孔率，给工程施工增加了难度。另外由于打桩、钻孔工作量巨大，已经处于流变萌发状态下的滑坡区无法承受如此密集钻机的再次扰动。

综合上述，采用目前的滑坡治理措施属于被动式治理技术，把治理中小型滑坡上的成功经验应用于巨型深滑带滑坡治理不一定合适。

3 主动式锚固治理措施探讨

主动式锚固治理措施的基本思路是：采用超大口径（平峒）锚固，结合排水治理工程使深层滑带承压固化，导致滑体回稳。

3.1 具体方案

根据滑坡区近7000×104m3的巨型滑坡体的适当位置开挖平硐，可视为平躺的锚固钻孔。按几何相似原则，锚固钻孔直径应与原有设计的探峒具有类似尺寸，即超大型口径。锚固峒又是排水峒，同时在峒室安装监测锚固载荷力的仪器，故而它又是监测峒。这样构成了锚固峒，排水峒和监测峒三位一体的深层工程治理方案。实际上该方案系为传统锚固方案的扩大与延伸，以保证巨型滑坡体的长期整体稳定。

锚固峒拥有足够大锚固操作空间，单峒压、剪锚固力高达1×104t以上。相应峒间距（排）可达100 m左右。最大限度发挥挖掘平巷的效能，缩小挖掘平巷数量，具有很高的经济效益与可操作性。

锚固峒内锚索分布结构，把数根锚索并合成大束锚索组，每组安置于峒顶壁四周，每组大束锚索锚固力为1000t左右。

锚固峒长度伸入基岩部位，依基岩部位岩质强度，基岩挖掘长度为10～15m，到位后扩大空腔，作为放置大束锚索组的卡盘。它是锚固力的固定点，卡盘外基岩部采用超壁厚配筋砼被覆，即锚固段，紧固着1×104t以上锚固力。外端锚固峒口的坡面上设置台阶式卡盘，采用旋转螺帽调控每组大束锚索承受拉力。从滑带处到峒口均为锚固自由段，不影响滑体和滑带自由排水。监测员可随时进峒监测和检查。

锚固力通过外卡盘承压于坡面上压剪载荷力，经滑坡体厚度应力扩散后作用于滑带上。其锚固承压脱水和排水工作原理如下：

（1）从表象看锚固峒加固仅为常规预应力钻孔加固支护按几何相似扩大，实际上工作原理有本质的差别，锚固峒穿过滑带，锚索并合大束锚索为一组，锚固在坚硬的基岩上，配筋砼浇注和峒壁被覆的锚固段均处在基岩段，它作为固定端其锚固质量有保证，并且不影响排水。锚固峒即为排水峒，即锚固自由段。

（2）多组大束锚索组合总拉力近1×104t。经过台阶式配筋砼，卡盘面积数百倍于多组大束锚索总和的截面积。由于应力分散后作用于滑带面上分解逆向剪应力（它与滑体自身下滑剪应力相抵）与法向正应力，在恒定附加锚固载荷力作用下，它以主动力（非被动力）形成增强滑带岩土空隙水压力，阻挡暴雨久雨及其库区回水的浸泡和毛细浸润软化效应，同时加速滑带岩土承压脱水固结。它又是排水峒，即时以常压状态直接（以最短的渗径）排泄岩土逸出水和周边渗透水。

（3）在滑带承压脱水固结的同时，其厚度相应被压缩，而锚固拉力随之降低，即时旋转螺帽，使锚固力返回设计恒定压力（一般锚索拉伸应力应取为锚索极限抗拉强度的60%～70%）。

因此，平巷式锚固峒在确保锚固质量的同时，滑带岩土体在恒定载荷承压下，始终保持其超压空隙水压力，以防渗透水和库区回水浸泡，直至极限状态下脱水固结，随时间推移固结强度随之增强。最终恢复原先的长期稳定状态，称谓自锁性锚固。

（4）锚固峒又是排水峒，以最大空隙水压力梯度排泄渗透水，从而达到滑带承压排水固结自锁之效果。

3.2 平巷或斜井式锚固峒治理工程作业程序

（1）首个锚固峒峒口方位的确定

首个锚固峒峒口高程定于库区水位可能到达的高程，再依据该高程地面周围上下测桩监测曲线作滑块整体性校核。峒口选在与协调方程关系式偏差最大方位上，即它与相邻测桩位尚未构成整体性滑移而处于萌发流变时段。

锚固峒的挖掘应以工人与风镐为主，遇到整体岩石采用密孔导向预裂崩落掘进法（作者曾与云南省公路局李宗民工程师合作成功实践了硷水坝底部导流峒的开挖）。在挖掘过程中随时调控监测周期TG，用解析判据即时预测出滑体流变所处时段及发展趋势。为确保挖掘过程绝对安全，挖掘与临时支护同时作业，每进尺要作出峒口地质素描。已有数百米TP3探峒挖掘经验也可作借鉴。

（2）首个锚固峒加固后监测与观察

首个锚固峒加固完工后，要历经一、二监期内观察在气候和库区水位升降诸因素影响下所反馈出的加固效果：

①观察相邻测桩监测曲线的变化，以此确定锚固峒加固影响的范围。

②观察峒内锚固力的波动，正常情况下由于滑带承压脱水与排水而致密、压缩形变、锚固力松弛而降低，即时旋转螺帽提升其锚固力，使之达到每根锚索极限抗压强度的70%。同时监测锚固段的弹性形变量，校核锚固段长度。

③观察与测定排水峒的排水量和时间曲线。

（3）拟定出滑坡区整体深层加固治理工程设计方案

依首个锚固峒加固影响范围，确定峒间和排间的距离，即峒口设计方位。同时决定锚固力吨位及其大束锚索的组数，再根据滑坡区1/1000地形图和地质水文剖面图决定峒口具体位置。

鉴于滑坡区已形成深层竖向整体形变，锚固施工暂设计两排锚固峒。又根据每道沟均已实施的浅层支护，每排平均设置5～6个锚固峒即可。纵向形成了近200m长承压脱水和排水的加固带，随时间推移在承压下固结而自锁。再历经半年GPS监测，加固工程治理即可验收。

4 结语

黄土坡滑坡属于易滑性深滑带特大型古滑坡，采用“平硐多组集束锚固”的治理措施能够使已复活的滑坡回稳。黄土坡滑坡不仅是三峡库区滑坡治理之重点，也具有长江天堑形成岸坡滑体较为典型并带有普遍性的特征。在滑坡治理工程中，若能走出一条既经济、又切实可操作性工程治理之路，它将拥有实践价值。

［1］陈松，徐光黎，等.三峡库区黄土坡滑坡滑带工程地质特征研究［J］.岩土力学，2009，30（10）：3048－3052.

［2］武雄，于青春，等.三峡库区巴东黄土坡巨型古滑坡体形成机理［J］.水利学报，2006，37（8）：969－975.

［3］安关峰，殷坤龙，等.黄土坡滑坡的离散元研究［J］.地球科学——中国地质大学学报，2002，27（4）：357－359.

［4］何锋，胡志军，等.黄土坡滑坡变形的灰色预测模型［J］.地质力学学报，2004，10（1）：51－56.

［5］杨人光.岩土结构稳定性理论与滑坡预测预报［M］.地质出版社，2010.

REACTIVATION MECHANISM OF HUANGTUPO LANDSLIDES AND THEIR CONTROL

Gao Jian－jun，Yang Ren－guang
（China Sihai Holdings Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

Such landslides like these are common on Sanxia Reservoir，which are reactivated super－large ancient landslides.On the basis of the analysis of their deep－slide causes，the limitations are discussed for the present passive control projects and measures.Active anti－slide programs and operation procedures are proposed with a combination of anchoring and drainage.

Huangtupo；deep sliding zone；causes；control measures

P642.22

:A

1006－4362（2012）02－0081－05

高建军（1967－ ），男，现任中国四海控股有限公司董事长兼总裁，高级工程师，本人长期致力于建筑安全及地质灾害治理等方面的研究与工程管理实践。

2011－09－16改回日期:2012－03－13