三峡库区杨家坪Ⅱ号滑坡稳定性分析及工程治理

肖诗荣 田东方 胡志宇

（三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）

三峡工程库区存在大量的水库型滑坡［1－2］，对这些滑坡，在三峡库区地质灾害治理的不同阶段和时期中（一期、二期、三期、后续规划期），进行了诸如工程治理、搬迁避让和监测预警的处治措施［3－6］.三峡库区兴山县杨家坪滑坡即于三峡库区三期地灾治理阶段进行了工程治理，开始于2007年12月，竣工于2008年12月.

杨家坪滑坡位于三峡库区湖北省宜昌市兴山县古夫镇深渡河村，南距高阳镇7km，北距古夫镇约10 km.复建后的209国道横穿滑坡区，交通较为便利.杨家坪滑坡由3个滑坡体组成，其中，杨家坪Ⅱ号滑坡平面上呈近东西向展布的不规则扇形，滑坡前缘高程195m，后缘高程260m，纵长约180m，后缘宽约130m，前缘宽约250m，滑体面积约3.6×104m2，体积60×104m3（若不加说明，本文中滑坡均指杨家坪Ⅱ号滑坡）.

滑坡在治理前虽处于整体基本稳定状态，但存在较大的安全隐患.尤其是库区移民复建公路209国道两侧滑坡地段地形较为高陡，局部见有土溜等小规模滑塌现象，雨后多见水流渗出，加之公路动荷载的影响，稳定性较差，坡体存在产生大规模变形破坏的可能.滑坡一旦失稳，将危及滑坡区居民生命财产安全及移民复建公路的畅通，对其进行综合治理势在必行.本文在滑坡破坏模式及稳定性分析的基础上，提出了格构＋连续梁锚索等措施综合治理方案.滑坡平面分布和治理措施，如图1所示.

图1 滑坡平面地质示意图（治理工程平面布置图）

1 滑坡地质环境与基本特征

1.1 地层岩性及地下水

滑坡区地层主要由第四系松散堆层和志留系中统砂帽组、泥盆系及二迭系下统栖霞组、茅口组碳酸盐岩组成.滑坡区地表水系主要为古夫河及其支流大湾沟.滑坡区地下水主要为孔隙水.

1.2 物质组成

1）滑体:主要为源于崩坡积层的碎块石土，厚度12～25m.碎块石土中石质含量为70%～80%，块石以灰岩为主，偶见石英砂岩，块径1～40cm居多，大者达3m，碎块石大小混杂，其间充有少量粉质粘土.滑体物质在纵向上显示出由上至下土质含量渐增，碎石成份渐趋复杂的特征.滑体厚度总体呈现出中部厚两侧、前后缘及两侧渐薄的特点.以中部209国道（约200m高程）为界，滑坡分为公路上滑体和公路下滑体.

2）滑带:厚0.2～1.0m，由后缘至前缘厚度渐大，岩性为紫红色、瓦灰色含角砾粉质粘土，角砾含量20%～30%，成份主要为砂岩及粉砂质泥岩，偶见少量灰岩及页岩残片.角砾砾径0.2～0.5cm，大者达1～2cm.多呈次棱角―次园状，其表部偶见擦痕和磨光面.滑带土结构较为密实细腻，呈潮湿可塑状.滑带剖面形态为上陡下缓弧形，沿主滑方向倾角15～30°，前缘变缓至10°.

3）滑床:志留系中统沙帽组（S2sh）瓦灰色、紫红色砂岩、粉砂质泥岩，岩层产状140～160°∠28～42°.

1.3 变形特征及分析

治理前，滑坡处于整体相对稳定状态，未见有整体滑移及大规模变形迹象.变形特征表现为局部拉裂坍滑，主要分布于北侧大湾沟沟坡及209国道沿线路堑陡坡.2001年～2007年每年汛期雨季，高程205m一带的公路内侧边坡均发生不同规模的坍滑变形，并伴随有近东西向剪切裂缝，缝长1～5m，宽0.2～2cm.2002年1月公路外侧即滑坡前缘修建高5～6 m浆砌石挡墙进行防护，公路内侧坍方明显，且内侧挡墙多处剪裂，危及公路安全.上述变形主要发生于雨季，表明降水入渗与人类工程活动是主要诱发因素.

治理前滑坡虽处于整体基本稳定状态，但由于地形起伏较大，209国道通过区段高陡临空，滑体厚度变化较大，物质结构松散，利于水流集中入渗，且下伏为阻水的S2sh砂岩泥岩，存在诸多安全隐患.在特大暴雨、地震等不利因素迭加影响下有可能产生整体失稳和大规模变形破坏.

2 滑坡稳定性计算方法及基本理论

定量计算滑坡安全系数以及滑坡剩余推力，可为滑坡稳定性评价提供参考和依据，是滑坡治理方案选择和设计的重要组成部分.本文中，滑坡稳定性计算方法是先应用Geo－Seep对坡体渗流场进行计算，再将渗流场结果导入Geo－Slope，对坡体稳定性以及剩余推力进行计算.

1919年“五四”新文化运动，以民主、科学为旗帜，向中国传统文化中的封建、保守的思想观念层面发动了最后的冲击。这场文化领域的斗争一直持续到1940年1月毛泽东发表著名的《新民主主义论》。毛泽东在《新民主主义论》中第一次提出并详细阐述了中国的新民主主义纲领，其中就包括建设新民主主义文化体系。他指出：“这种新民主主义文化是民族的。”［5］706——主张中华民族的尊严和独立，反对帝国主义压迫和奴役文化；主张带有民族特性的文化：民族的形式，新民主主义的内容；主张革命的民族文化，与世界上一切民族的社会主义和新民主主义文化相联合，共同形成世界新文化，消化和吸收外国的进步文化，吸收其精华，排除其糟粕。

2.1 非饱和渗流理论

由于库水位的变化和降雨作用，边坡岩土体处在饱和与非饱和变化的状态中，水在非饱和土中仍然服从达西定律，与饱和土中渗透系数k为定值不同的是，非饱和土中k是基质吸力（ua－uw）或体积含水量θw的函数.渗透系数k可由土水特征曲线（基质吸力与体积含水量的关系曲线）推求得到.

根据水流连续性条件及假定孔隙气压力不随时间变化，不考虑不同流体流动同土结构平衡条件之间的相互作用条件下（即不考虑孔隙水与孔隙气的流动对土体结构的变形的影响），可得饱和与非饱和区的地下水非稳定渗流控制方程为

当水头H不随时间变化时，可得到地下水稳态流控制方程:

式中，H 为水头，为孔隙水压力水头与位置水头之和，即H＝h＋y，h为压力水头（饱和区为正，非饱和区为负），y为位置水头.在饱和区渗透系数为饱和值，与h无关，在非饱和区，是压力水头h的函数；hx、hy分别为x与y方向渗透系数；Q为微元体边界流量；mw为体积含水量变化系数，其值为土水特征曲线的斜率；γw为水的容重.

2.2 传递系数法

折线滑动法（也称传递系数法）是刚体极限平衡法的一种.其计算公式如下:

式中，Fs为滑坡稳定性系数；ψi为传递系数；Ri为第i计算条块滑体抗滑力（kN／m）；Ti为第i计算条块滑体下滑力（kN／m）；Ni为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力（kN／m）；ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值（kPa）；φi为第i计算条块滑带土的内摩擦角标准值（°）；li为第i计算条块滑动面长度（m）；αi为第i计算条块地下水流线平均倾角，一般情况下取浸润线倾角与滑面倾角平均值（°），反倾时取负值；Wi为第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和（kN／m）；θi为第i计算条块底面倾角（°），反倾时取负值；Pwi为第i计算条块单位宽度的渗透压力，作用方向倾角为αi（kN／m）；i为地下水渗透坡降；γw为水的容重（kN／m3）；Viu为第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以上体积（m3／m）；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）；γ为岩土体的天然容重（kN／m3）；γ′为岩土体的浮容重（kN／m3）；γsat为岩土体的饱和容重（kN／m3）；Fi为第i计算条块所受地面荷载（kN）；

3 滑坡体稳定性分析

3.1 计算条件

根据《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》和三峡水库调度方案，滑坡稳定性计算工况有:工况1:天然工况；工况2:175水位＋10年一遇暴雨.

计算所需参数取值主要参考地勘成果分析（包括原位试验和室内试验等）结合工程类比而定［1］，其中力学参数见表1，渗透系数见表2.

表1 滑坡稳定性计算参数一览表

表2 饱和渗透系数一览表

3.2 计算剖面

根据地质资料，共有Ⅲ－Ⅲ剖面，Ⅳ－Ⅳ剖面，Ⅴ－Ⅴ剖面，可供稳定性分析.本文对这3个剖面分别进行了计算.从计算结果来看，Ⅲ－Ⅲ剖面的稳定性最差，而且其滑动模式复杂；限于篇幅，文中重点介绍Ⅲ－Ⅲ剖面的计算过程和成果.

图2 Ⅲ－Ⅲ剖面及破坏模式图

3.3 渗流计算

渗流计算将Ⅲ－Ⅲ剖面简化为3种材料，滑体、滑带及滑床，有限元网格如图3所示.根据滑坡勘察试验结果及实验室土体、岩体的一般性土水特征曲线试验和饱和渗透试验，结合SEEP／W材料库给出的渗透性函数和含水率函数选用了的曲线.渗流计算结果如图4所示.

对滑体典型剖面渗流分析可以看出:暴雨使地下水水位抬升的效果很明显，10年一遇暴雨工况下，地下水位有了很大幅度的抬升，前缘排泄口高程分别抬升20～35m.连续暴雨的过程同样可以看出，最危险时刻的出现比起最大暴雨日来说有一定的滞后，达到地下水位最高时，才是滑体最危险时刻，即连续降雨的最后一日，雨水充分下渗后，在稳定性计算的暴雨工况中，以暴雨第9d水位线为准，计算滑坡最大暴雨条件下剩余推力.

3.4 破坏模式及稳定性计算

Ⅲ－Ⅲ剖面可分为公路上滑体及公路下滑体.经地质分析和Geo－slope搜索，对可能的破坏模式分析如下:公路上滑体可能整体从滑体前部高程约200m处剪出（模式1）；也可能在表层局部发生圆弧滑动（模式2）.公路下滑体可能从滑体前部河床附近高程约173m处剪断滑体滑出（模式3）；也可能表层局部发生圆弧滑动（模式4）.具体见图2.按照规范，滑坡安全系数取1.1，条分图和剩余推力结果如图5～10所示，剩余下滑力单位为kN.Ⅲ－Ⅲ剖面各破坏模式稳定性计算分析结果汇总于表3.

图5 Ⅲ－Ⅲ剖面公路上滑体条分示意图

表3 Ⅲ－Ⅲ剖面破坏模式稳定性计算结果表

计算分析表明，就主剖面Ⅲ－Ⅲ来说，公路上滑体天然工况下模式1 K＝1.159＞1.10，处于稳定和安全状态；模式2 K＝1.297＞1.10，处于稳定和安全状态.在10年一遇暴雨工况下，模式1 K＝1.024＜1.1，处于极限平衡和不安全状态；模式2 K＝1.114＞1.1，处于稳定状态.即公路上滑体在在10年一遇暴雨工况下，整体处于极限平衡和不安全状态.

公路下滑体天然工况下模式3 K＝1.184＞1.10，处于稳定和安全状态；模式4 K＝1.254＞1.10，处于稳定和安全状态.在10年一遇暴雨工况下，模式3 K＝0.944＜1.1，处于不稳定状态；模式4 K＝1.065＞1.1，处于基本稳定但不安全状态.即公路下滑体在10年一遇暴雨工况下，整体处于不稳定状态.

综合分析表明，治理前滑坡天然工况下处于整体基本稳定状态，变形以局部剪切拉裂坍滑为主，但滑体结构松散易于降水入渗，在10年一遇暴雨作用和影响下，滑坡整体处于极限平衡状态，欠安全，存在产生大规模变形与整体滑移的可能.所以，滑坡治理工程应主要针对杨家坪Ⅱ号滑坡的整体失稳模式进行治理.

4 滑坡工程治理方案及设计

滑坡采用格构＋连续梁锚索等措施治理.工程布置如图11所示.分A、B、C区治理:A区为连续梁锚索，锚索设计锚固力100t，排距3m，间距3m，共3排，连续梁截面尺寸500mm×500mm.B区为钢筋混凝土格构护坡，截面尺寸300mm×300mm，间距3m，排距3m.格构中间种植植被，起护坡、绿化作用.C区采用格构锚杆.格构为钢筋混凝土格构，截面尺寸300mm×300mm，间距3m，排距3m.格构中间种植植被，起护坡、绿化作用；锚杆间距排距3m，水平倾角21°，设计拉力100kN，长5～15m，共11排.

图11 滑坡治理工程设计剖面示意图

上述治理措施中，A区锚索用于抵抗公路上滑体剩余下滑力（模式1），C区锚杆用于抵抗公路下滑体剩余下滑力（模式3）.验算过程如下:

A区锚索:单宽剩余下滑力489.9kN，与水平线夹角15°，故水平推力为473.2kN；3m宽可产生水平下滑力1420kN.锚索设计拉力100t，共3排，入岩角33°，可产生的水平拉力2516kN.故满足安全性要求.

C区锚杆:单宽剩余下滑力392.711kN，与水平线夹角37°，故水平推力为313.63kN；3m宽可产生水平下滑力940.90kN.锚杆设计拉力100kN，共11排，水平倾角21°，可产生的水平拉力1027kN.故满足安全性要求.

5 结 语

1）杨家坪Ⅱ号滑坡属土质岩床类滑坡，滑体为崩坡积层的碎块石土，厚度12～25m，滑床为志留系中统沙帽组砂岩、粉砂质泥岩.滑坡面积约3.6×104m2，体积60×104m3.

2）综合分析表明，治理前滑坡天然工况下处于整体基本稳定状态，变形以局部剪切拉裂坍滑为主，但滑体结构松散易于降水入渗，在10年一遇暴雨作用和影响下，滑坡整体处于极限平衡状态，欠安全，存在产生大规模变形与整体滑移的可能.

3）杨家坪Ⅱ号滑坡工程治理方案采用格构锚杆＋连续梁锚索等措施.滑坡从治理后至今，稳定性良好，可见防护措施是合适的.

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