唐河水电站改线公路滑坡勘察及稳定性分析

2012-11-29尚剑宝

铁道勘察 2012年5期

尚剑宝

(山西唐河水电有限责任公司，山西灵丘 030002)

滑坡是指斜坡岩土体由于边界条件的改变及地下水活动、河流冲刷、人工切坡、地震活动等因素的影响，在重力作用下沿着一定的软弱面(带)，缓慢整体向下滑动的坡面变形现象［1-2］。中国是一个滑坡灾害极为频繁的国家，尤其是在中国的西部地区，大型滑坡更是以其规模大、机制复杂、危害大等特点著称于世。近年来，随着经济建设的高速发展及自然因素的影响，滑坡灾害呈逐年加重趋势［3-7］。全国每年因滑坡灾害造成的直接经济损失在10亿元以上，减灾防灾的任务非常重要，也非常繁重。

目前，国内外关于滑坡的研究主要集中于预测预报、监测预警、风险评估、灾害防治和应急救灾等方面［8-9］，本文根据现场监控量测的结果，在合理分析滑坡形成机理的基础上，采用定性、定量两种方法［10］对唐河水电站滑坡的稳定性作出评价，并提出防治措施的建议，以期为类似地质自然灾害处治及预防提供参考。

1 地质背景

滑坡区位于大同市灵丘县东河南乡韩淤地村西南约300m的唐河南岸，地处省道大(同)—灵(丘)公路(S203线)旁。由于唐河水库的建设，将把库区涉及的省道S203线K106～K109段淹没，为保证大坝和顺利建设及省道 S203线的安全运营，对 S203公路的K106～K111段进行改线，将本段公路向南移，提高到半山坡。滑坡区地处中低山地区，公路北侧的唐河河谷宽0.4～1.0 km，纵向坡度约为 8‰，河床高程为1 050m，南侧岸坡坡角为 30°～35°，山体高程为1 100～1 165m，地形最大相对高差可达115m。大部分边坡基岩裸露，岸坡较陡。

滑坡区地质构造较为复杂，自元古代以来，构造运动岩浆侵入变质作用等各种地质活动频繁，使区内的节理裂隙非常发育。

滑坡区处于山西强地震带的东部，地震活动相对较弱。灵丘县境内历史上未发生过大于5级的地震，其周边县市也未发生过大于5级的地震。测区地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.15g，对应的地震基本烈度为Ⅶ度。

滑坡区地表水主要为唐河河水，地下水则以潜水为主，以基岩裂隙水和松散岩类孔隙水的形式赋存。基岩裂隙水主要分布于唐河两岸山区，赋存于片麻岩等结晶岩类的节理裂隙之中，受大气降水补给，裂隙水以下降泉的形式排出地表。裂隙水含水较弱，分布也不均匀，均向唐河排泄。勘察区坡体在勘测范围内未见地下水。

2 滑坡体岩体特征

滑坡体主要由五台群老潭沟组黑云斜长片麻状、燕山期侵入变辉绿岩脉及残坡积层组成。黑云斜长片麻岩的片麻理产状多为140°～175°∠34°～36°。岩体中节理裂隙发育，岩体完整性较差。

根据钻孔柱状图及地质纵剖面图，滑坡体中、上部主要为全风化及强风化堆积体，成份为土夹石;中下部滑体主要为卸荷裂隙以上的强风化层，岩性主要为斜长片麻岩;底部为强风化灰绿色砂(辉绿岩脉)，厚度约5～8m。

受多期构造活动形成的断层、节理的影响，同时受多期次侵入岩体的制约，岩体破碎，完整性差，风化深度较大，局部囊状风化深槽处厚度达十多米;地表出露的岩石风化程度较高，为全风化和强风化层。岩体强风化层厚度为15.0～30.0m。

滑坡体上部发育五组节理裂隙(30°∠80°，8条/m，缝宽0.5～1 mm;280°∠59°，5～6条/m，缝宽1～2 mm;40°∠80°，10～15条/m，缝宽 1～2 mm;345°∠85°，1 条/m;25°∠25°，1 条/m)，大部分平直光滑，无充填物，延伸大于1m，仅少量有泥质充填。

滑坡体下部发育五组节理裂隙(30°∠80°，1～2条/m，缝宽1～2 mm;345°∠85°，3～4条/m，缝宽1 mm;40°∠80°，3 条/m，缝宽1～2 mm;22°～36°∠25°～35°，1条/m;280°∠59°，1～2条/m)，大部分平直光滑，无充填物，延伸大于1m，仅少量有泥质充填。

3 滑坡体形态特征

滑坡体分东部、西部和中部三部分。平面呈“半椭圆形”。

滑坡体后缘位于坡体上部天然气输气管道南侧的截排水沟下方，滑体后缘有宽1～5 cm的近东西向和北东向裂缝多处，最大裂缝宽约10 cm，垂直错开约20 cm;滑体两侧分布有纵张裂缝，在滑坡体东侧的三级马道上，发育有5条走向40°～70°的裂缝，最大缝宽约2 cm;东侧边坡上的喷射混凝土面也已开裂;坡体西部沿45°∠78°的裂隙面发生运动，滑坡SN长约110m，EW宽约70m，滑体厚度10～20m，平均厚度15m，滑坡体积约10×104m3，滑动方向 354°，剪出口位于一级边坡，中部为一中层、中小型工程活动型岩质滑坡。

滑动面为折线形，主要是沿强风化与中风化层界线及节理裂隙面。根据在滑坡后缘施工探井揭露的滑动面情况:滑坡后缘滑动面倾角约70°，主要沿产状为340°∠67°的节理面发生破坏;前缘剪出口位置大致位于下部一级边坡中下部，距路面约3～5m，倾角约25°～31°，主要沿产状为 22°～36°∠25°～35°的节理面发生破坏。

4 滑坡体形成机制及影响因素

公路施工过程中，由于路基开挖在本边坡范围内形成了高约35m的高边坡。高边坡由三级马道及四级边坡组成，由于坡顶埋设有天然气输气管道，将边坡综合坡率设计为1：0.5左右。开挖后原有的地形地貌变化较大，现有的这种地形条件有利于滑坡发生。

滑坡体主要为全风化-强风化花岗片麻岩，滑体中下部普遍分布一层灰绿色砂状物(辉绿岩脉)，岩芯呈粉末状。滑坡体中上部主要沿灰绿色砂状物发生滑动，前缘部分主要是沿产状22°～36°∠25°～35°的节理、裂隙面，在重力和降水等外力作用下，容易发生滑动。

受多期构造活动形成的断层、节理的影响，同时受多期次侵入岩体的制约，岩体非常破碎，完整性极差，呈碎裂镶嵌结构或堆砌结构，特别是顺坡向的节理裂隙(或断层)发育，受到外力作用或应力改变以后，很容易发生坍塌或滑坡。

5 滑坡体稳定性分析与评价

采用图解法和条分法对滑坡稳定性进行了分析与评价［10］。

5.1 图解法

图解法可直观地看出裂隙面、岩层面与岩坡的关系，从而判断坡体的运动方向和稳定性。

滑坡体主要受岩坡面、岩层面、卸荷裂隙面、共轭“X”节理面的控制，这四组结构面对危岩体的稳定性起主导作用，为此，以赤平极射投影平面图反映其空间组合关系，从而分析其稳定性。

滑坡体上部(四级边坡)坡面产状为0°∠63°，岩层产状175°∠34°，四组结构面分别为①50°∠60°、②260°∠80°、③340°∠67°、④5°∠81°(图1)。结构面(节理面)将边坡岩体切割成碎块状，受坡面与节理面③④影响，边坡稳定性较差。

滑坡体下部(一级边坡)坡面产状为0°∠73°，岩层产状140°∠36°，五组结构面分别为①30°∠80°、②345°∠85°、③40°∠80°、④280°∠59°、⑤25°∠25°(图2)。节理面将边坡岩体切割成碎块状，尤其是坡面与节理面④⑤组合，所切割形成的岩块极不稳定，边坡稳定性很差。

图1 滑坡体上部(四级边坡)赤平投影

图2 滑坡体下部(一级边坡)赤平投影

5.2 条分法

滑坡体的滑面为折线，无地下水，滑坡体表面残坡积覆盖层薄，中灰绿岩脉所占比例小，滑坡体主要由强—全风化的花岗片麻岩组成，滑坡体为均质体。

(1)参数选取

现场对对四组岩土样进行试验，滑体天然状态的容重为20 kN/m3。

室内对十组岩土样进行试验，强风化花岗片麻岩块体干容重为24.1～25.3 kN/m3，平均为24.7 kN/m3;湿容重为25.2～26.0 kN/m3，平均为25.6 kN/m3。中风化花岗片麻岩块体干容重为25.7～26.7 kN/m3，平均为25.9 kN/m3;湿容重为26.3～27.0 kN/m3，平均为26.6 kN/m3。

综合分析现场测试及室内测试结果，并经反演计算，干容重取24.7 kN/m3，湿容重取25.6 kN/m3，内摩擦角取8°，黏聚力取24 kPa。

(2)计算

采用滑坡体滑动主轴方向地质断面，结合滑面(带)的产状和岩土性质把滑体划分为8个垂直条块(图3)进行计算。