5.12地震后汶川县城某滑坡稳定性及防治措施研究

张云祥

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原 030009)

2008年5月12日14时28分，四川汶川发生里氏8.0级地震，震中位于北纬31.0°，东经103.4°，震源深度14.0 km，地震导致汶川县城发生多处次生地质灾害，滑坡是众多次生灾害中的较为严重的一种。

拟研究滑坡位于汶川县城西北部，岷江右岸，茂汶公路内侧。威胁人口463人，威胁资产约1 500余万元。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

研究区为一凹形斜坡，相对高差约150m，坡度20°～30°，两侧为小山脊，后缘为基岩斜坡，坡度较陡，可达45°以上。

1.2 地层岩性

滑坡区出露地层主要有第四系滑坡堆积粉质黏土夹碎石或角砾(Q4del)，第四系冲洪积砂卵石层)，泥盆系月历寨群灰岩、千枚岩(Dly)。

1.3 水文条件

滑坡区地下水类型有第四系松散堆积孔隙水、基岩裂隙水，勘探期间未见稳定地下水位。

1.4 地质构造及地震效应

研究区位于龙门山断裂带中茂汶断裂带的北东段，设计基本地震加速度为0.2g，抗震设防烈度为8度。

2 滑坡特征及成因机制

2.1 滑坡特征

(1)基本特征

滑坡的平面形态呈“舌”形，纵向(南北方向)，长260～500m，横向(东西方向)，宽150～320m，滑坡面积9.62万m2。主滑方向356°，滑坡总体积240.5万m3，属大型土质滑坡(如图1、图2所示)。

(2)物质特征

滑体与滑面成分为粉质黏土夹碎石、角砾。滑坡前缘滑床为砂卵石层，在滑坡中后部为全风化—强风化千枚岩(见图3)。

图1 滑坡全貌

(3)变形特征

调查发现滑坡区内变形较为明显的有三个区域(见图2)。

前缘隆起带位于滑坡前缘左侧，宽2～7m，隆起高度1～40 cm，约1 800m2。该带震前既有，雨季变形加剧。

前缘斜坡变形区为滑坡老裂缝，位于滑坡前缘及上部斜坡体，走向345°～10°，为剪胀裂缝，裂缝宽约20～30 cm，最宽达0.5m以上，可测深度在1m左右，延伸10～20m。

中部强变形区位于ZK07附近，发育有纵向裂缝，走向340°～20°，呈平行状分布，宽0.1～1.0m，深0.5～2m，长达60m以上。

图2 滑坡工程地质平面

图3 Ⅰ—Ⅰ'剖面地质模型

2.2 滑坡成因机制分析

滑坡最初为一老滑坡，老滑坡形成时，前缘物质堆积体在岷江左岸河流阶地上，由于受到砂卵石层的阻滑作用而使滑坡前缘产生挤压，而后缘物质由于滑坡滑动受拉使土体结构松散。

老滑坡稳定后，滑坡中后部坡度变缓，人工开挖成耕地，人工灌溉水及雨水渗入滑坡体内，既增加了滑体自重，又使全-强风化千枚岩软化而导致岩土体的抗剪强度降低。在上述不利因素的共同作用影响下，滑坡发生蠕滑变形，滑动时滑坡中后部土体挤压前缘土体使其发生隆起变形，所以新滑坡为一推移式滑坡。

3 滑坡稳定性分析

3.1 定性评价

滑坡的变形模式为推移式，此类滑坡稳定性较好，在地震作用下滑坡没有发生整体失稳，只是局部土体有较大的变形，所以滑坡发生整体失稳的可能性较小，在雨水、地震等不利因素影响下，只是滑坡的局部土体发生变形破坏。

3.2 定量评价

(1)计算参数的选取

根据室内试验资料以及工程类比取岩土体进行参数的取值(见表1)。

表1 滑坡岩土体抗剪参数

(2)计算工况

本文选用三种计算工况，分别为天然工况(工况1)、暴雨工况(工况2)、地震工况(工况3)。

(3)计算模型

依据图3所示的滑坡Ⅰ—Ⅰ'剖面地质模型，分别对主滑面、次级滑面以及次级滑面前部与主滑面后缘组成的组合滑面进行稳定性计算(见图4)。

图4 Ⅰ—Ⅰ'滑面地质模型

(4)滑坡稳定性计算结果

分析计算滑坡稳定性系数之后，结合《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219—2006)，分析滑坡稳定状态，分析结果见表2。

表2 Ⅰ—Ⅰ'剖面稳定性计算结果

由表2可知:在工况2下，沿次级滑面发生失稳破坏的可能性较大，这与目前滑坡的变形一致，局部土体发生变形破坏。

暴雨对滑坡稳定性影响较大，地震的影响较小，滑坡整体失稳的可能性较小。但滑坡的安全储备不足，故需要对其进行工程治理。

4 滑坡主体工程防治效果检验

4.1 防治方案的确定

方案一:截排水+抗滑桩+锚索+挡土墙。

方案二:截排水+格构锚索+挡土墙。

两方案中，截排水工程和挡土墙工程的类型和布置位置均相同。

(1)截排水以及挡土墙

截排水:在滑坡后缘、两侧以及中部布置排水沟。

挡土墙:采用挡土墙对其进行防治。

(2)主体防治工程

方案一:抗滑桩材料采用C30，按简支梁计算，截面尺寸取2.0m×2.5m，滑面埋深26.7m，设计桩长30.0m，入岩3.3m，间距5.0m。砂浆采用M30，锚索采用12根7丝钢绞线，锚索自由端长度35.0m，锚固段长度8.0m，倾角15°(见图5)。

方案二:格构锚索工程布置和方案一相同，格构柱及梁截面尺寸取250 mm×300 mm，水平间距为5.0m，垂直间距5.0m，锚索的几何参数和材料与方案一相同(见图6)。

图5 Ⅰ—Ⅰ'剖面防治工程(方案一)布置

图6 Ⅰ—Ⅰ'剖面防治工程(方案二)布置

4.2 防治前数值模拟

(1)模型的建立

仅以图3所示地质模型建立二维数值模型，两侧及底部采用固定约束，上边界为自由边界，力学参数见表3，其他参数见表1。模拟计算的基础模型见图7。模型采用15节点，单元数813个，节点数7 208个，应力点数9 756个，平均单元尺寸10.38m。

表3 岩土体的物理力学参数

(2)防治前数值模拟

防治前工况2下滑坡的位移数值计算结果见图8。

图7 有限元数值计算基础模型

由图8可知:滑坡在工况2下滑坡表层局部土体有较大变形，其最大水平位移为18 cm，最大垂直位移为6.4 cm，这与滑坡变形特征及量值基本一致。滑坡前缘岩土体存在隆起变形区，最大隆起位移1.58 cm。

4.3 防治效果检验

仅对滑坡在工况2下进行数值模拟，从而评价其防治效果。

(1)方案一防治效果模拟计算

数值模拟计算结果见图9。

图8 防治前位移云图

图9 方案一位移云图

由图9可知:滑坡采用方案一防治后次级滑坡岩土体还存在变形区，其最大水平位移8.52 mm，最大垂直位移7.69 mm，这些位移量可以忽略不计，可知采用方案一可有效控制滑坡变形。

(2)方案二防治效果模拟计算

数值模拟计算结果见图10。

图10 方案二位移云图

由图10可知:滑坡采用方案二防治后滑坡的最大水平位移5.83 mm，最大垂直位移约5 mm，这些位移量可以忽略不计，可见在工况2下格构锚固工程可以有效控制滑坡的变形。

通过以上数值分析可知，桩锚和格构锚索两种防治工程均可有效的控制滑坡的变形破坏，相对来说，格构锚索工程的防治效果较抗滑桩+锚索工程更为显著。

5 结论及建议

(1)滑坡为一推移式大型土质老滑坡，暴雨对滑坡的稳定性影响较大，地震对滑坡的稳定性影响较小。滑坡整体失稳的可能较小，但滑坡的安全储备不足，故需要对其进行工程治理。

(2)采用有限元分析软件模拟分析了滑坡在两种主体防治工程后滑坡的位移情况。通过分析，两种防治方案均可以有效控制滑坡的变形，而格构锚索工程在防治效果上优于桩锚工程。

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