北引总干渠38km处渠堤滑坡成因分析

2013-10-24周阳

黑龙江水利科技 2013年2期

周阳

( 黑龙江省庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨150080)

1 工程概况

北部引嫩总干渠乌北段渠道总体南北走向，总干渠25 +000 ～50 +054 段位于高平原( 或阶地) 前缘，渠道蜿蜒曲折，形成右侧纯填方筑堤，左侧挖方，右堤最大堤高约10 m。

2011年9月正在扩建施工中的北引总干渠乌北段38 km处左侧渠堤发生滑坡破坏，本段工程自2010年9月在施工过程中曾发现渠底坡脚处高程有变化，当时曾怀疑为施工放样有误［1］。2011年春季渠道通水至9月末停水后，施工单位进场准备对已开挖的边坡进行护砌，发现大约160 m的渠坡发生坍滑，马道上出现纵向( 平行渠道轴线) 贯穿较大裂缝有4 ～5 条，宽约5 ～8 cm左右，小的裂缝较多，地面下陷约0.6 ～0.7 m，渠底有3 ～4 块混凝土板隆起( 宽约2 m、高约0.5 m) 。由于渠道通水后现场无人看守，具体滑坡开始时间以及滑坡发展过程不详［2］。

2 地质概况

北引总干渠38 km滑坡段位于台地前缘斜坡处，该段渠底高程在169.36 ～169.81 m，马道高程在174.96 ～176.30 m，渠堤外( 左侧) 地面高程在179.61 ～180.43 m，自然地面斜坡坡度在20°左右。从渠底到左侧地面高约10 m，渠底以上5 m左右已开挖出宽约10 m 的马道，马道以下边坡已按设计为1∶3.0，马道以上边坡因征地尚未办妥，未按设计施工，现边坡较陡，约在1∶1 ～1∶0.5。滑坡发生于渠道左侧边坡马道至渠底部位，滑坡体高度约为5 m。

滑坡段揭露的地层主要有:人工填土( rQ)、①有机质土;第四系上更新统冲洪积层( al + plQ3) 岩性为②高液限黏土。第四系中更新统冲湖积层( al + lQ2)岩性为③高液限黏土(灰色)、④高液限黏土(黄色)、⑤高液限黏土(暗红色)、⑥高液限黏土(黄褐色)。

滑坡段地下水主要为第四系上更新统冲洪积层( al + plQ3) 高液限黏土层中的上层滞水。上部的黄褐色高液限黏土的垂直渗透系数为1.00 ×10－6cm/s 左右，下部的灰色高液限黏土的垂直渗透系数为1.00 ×10－7cm/s 左右，相差10 倍左右。2 种地层透水性的差异性( 下部地层透水性弱) ，下部形成相对隔水层，致使上部地层中形成上层滞水。上层滞水赋存于黄色高液限黏土层中的微孔隙中，透水性微弱，垂直渗透系数在1.00 ×10－6cm/s 左右，主要接受大气降水补给，排泄不畅［3］。

3 滑坡体特征

3.1 形态特征

北引总干渠乌北段左侧马道至渠底位置发生滑动破坏，整体形态呈“簸箕”形，滑坡后缘明显，滑坡壁在马道平台呈陡坎状出露，并可见鱼鳞状裂隙，宽度3 ～12 cm，裂隙深度5 ～20 cm，但由于边坡土体松散，且滑坡体位移较短，故滑坡周界不明显。根据现场估算，滑坡规模均属于小型滑坡。滑坡脚处表面呈不平整的鼓丘状，由于滑坡体对渠底土体及表层混凝土板的挤压顶托作用，将渠底滑坡脚土体挤成鼓丘，鼓丘高度0.2 ～0.6 m，渠底混凝土板也被滑体挤压，并架空顶成“人”字形。

3.2 土的特征

土的主要物理力学指标见表1，滑动面附近土的残余强度指标见表2。

表1 滑坡土体物理力学指标统计表

表2 滑动面附近土的残余强度指标一览表 kPa

根据X 射线矿物衍射分析测试报告，滑坡体土的矿物成分见表3。

表3 滑坡体土的矿物成分成果表

根据化学分析检测报告，滑坡体土的化学分析成果见表4。

表4 滑坡体土的化学成分分析成果表

根据差热分析检测报告，滑坡体土的差热分析成果见表5。

表5 滑坡体土的差热分析成果表

滑坡体土自由膨胀率试验指标，见表6。

表6 土的主要物理指标一览表

土的自由膨胀率在50% ～73%，属于弱膨胀土的上限中等膨胀土的下限，因此判定属于膨胀土。

从黏粒含量和胶粒含量来看，土样的颗粒组成黏粒含量高达60%，胶粒含量最高为68%，最低为12.1%，黏粒和胶粒含量两项总和达93.77%( 平均值) ，说明土体的胶粒和半胶粒( 黏粒又称半胶粒) 含量高，透水性差，浸水饱和后呈现胶体性强，比表面积大，离子交换性强，水土之间的化学反应强烈等。

综上所述，38 km处滑坡土体属弱膨胀土。

3.3 滑动面特征

1) 主滑面( 带) 受2 种地层层面控制，由于渗透性的差异形成上层滞水，地下水排泄不畅，土体强度降低，构成滑坡体的主滑面( 带) 。

2) 主滑面( 带) 土体具有弱～中等膨胀性，遇水膨胀后致使上部土体形成垂直裂缝，降雨入渗使得主滑面( 带) 土体膨胀性加剧，强度降低。

3) 主滑面( 带) 土体含水率明显高于上部滑体和下部滑床土体。

4) 按主滑面( 带) 深度为浅层滑坡，主滑面( 带)深度＜4.30 m。

4 滑坡变形破坏机制及成因初步分析

4.1 滑坡的形成过程

2011年10月4日我院组织有关专业技术人员队正在扩建施工中的北引总干渠乌北段38 km处滑坡段进行了现场查勘。根据建设、施工、监理单位的有关人员描述，本段工程自2010年9月开工，2011年春季渠底护砌及渠底至左侧马道边坡施工完毕，渠坡未进行护砌，2011年5月—9月渠道通水，水深约1.5 m。2011年8月间，该处有2 ～3 场较大降雨，2011年9月底渠道停水后，施工单位进场准备对已开挖的边坡进行护砌，发现大约160 m的渠坡发生坍滑，马道上出现纵向( 平行渠道轴线) 贯穿较大裂缝有4 ～5 条，宽约5 ～8 cm左右，小的裂缝较多，地面下陷约0.6 ～0.7 m，渠底有3 ～4 块混凝土板隆起( 宽约2 m、高约0.5 m) 。由于渠道通水后现场无人看守，具体滑坡开始时间以及滑坡发展过程无人能说清。

4.2 滑坡段的边坡分类

北引总干渠乌北段38 km处滑坡段边坡属工程边坡，按边坡岩性属土质黏性土边坡，按边坡坡度属斜坡，按边坡高度属低边坡。

4.3 变形破坏机制

北引总干渠乌北段38 km处滑坡段变形破坏类型为拉裂—滑动组合类型，变形破坏特征为边坡土体( 滑坡体) 沿滑动带( 由呈软塑状的土构成) 向临空面( 渠底) 滑动，致使滑坡体后缘拉应力集中形成拉裂，马道处地表出现裂缝，滑坡脚( 渠底处) 隆起。

变形破坏机制为剪切—滑移+拉裂，未进行护砌的渠道边坡在渠道通水期长达150 d的浸泡后，长期处于饱水状态，局部土体呈软塑状态或软可塑状态，抗剪强度降低形成可能的滑动带，渠道停水后渠底形成临空面，并失去侧向压力，造成渠道边坡部分土体失稳，后缘拉裂，形成滑坡。

4.4 滑坡成因的初步分析

北引总干渠乌北段38 km处左侧边坡滑坡的成因主要有以下几个方面:

4.4.1 边坡施工未及时进行防护

本段渠道自2010年9月开工，至2011年春季渠底护砌及渠底至左侧马道边坡施工完毕，渠坡未进行护砌，马道上原有2 ～3 m厚的土体被挖掉，马道及渠底至马道部位边坡土体没有及时采取隔离保护措施，马道设计的截流沟也未实施，开挖后的土体长期暴露在空气中，夏季表层干燥产生裂缝。一方面边坡施工形成了临空面，另一方面未及时进行防护造成渠道通水后边坡土体长期浸泡，降雨入渗，坡水不能及时排出，是发生滑动破坏的主要因素。

4.4.2 渠道通水长期浸泡及降雨入渗

北引总干渠渠道2011年5—9月为通水期，渠道水深1.5 m左右，此时渠道施工仅完成了渠底护砌，渠坡未进行护砌，马道及渠底至马道部位边坡土体没有及时采取隔离保护措施，致使渠道边坡土体水下部分长期浸泡，2011年9月底，渠道停水后渠坡失去侧向水压力;据调查2011年8月份有两次较大的降雨，所形成的地表水沿着土体的表层的裂隙很顺利的进入了土体内部形成降雨入渗。

4.4.3 边坡地层透水性的差异性

滑坡段揭露的地层主要有第四系上更新统冲洪积层( al + plQ3) 及第四系中更新冲湖积层( al + lQ2) ，岩性主要为高液限黏土。其中边坡上部由第四系上更新统冲洪积层( al + plQ3) 构成，岩性主要为黄褐色高液限黏土; 边坡下部由第四系中更新冲湖积层( al + lQ2) 构成，岩性主要为灰色高液限黏土。2 层高液限黏土的透水性具有一定的差异性，根据《尼尔基水利枢纽配套工程黑龙江省松嫩平原引嫩骨干工程扩建工程地质勘察报告》( 可行性研究阶段) 中的有关资料，上部的黄褐色高液限黏土的垂直渗透系数为1.00 ×10－6cm/s 左右，下部的灰色高液限黏土的垂直渗透系数为1.00 ×10－7cm/s 左右，相差10 倍左右。2 种地层透水性的差异性( 下部地层透水性弱) 使下部形成相对隔水层，致使上部地层中形成上层滞水。

4.4.4 边坡土体的膨胀性

本次勘察对边坡土进行了自由膨胀率试验，其自由膨胀率范围值在50% ～73%，土的膨胀性为弱膨胀性～中等膨胀性。

综上所述，初步分析滑坡成因主要为边坡施工未及时进行防护，渠道通水长期浸泡及降雨入渗，边坡地层透水性的差异性及膨胀性形成滑动带，渠道停水后渠底形成临空面，并失去侧向压力，渠道边坡部分土体失稳，后缘拉裂，形成滑动破坏。

渠底护砌及渠底至左侧马道边坡施工完成后，渠坡未进行护砌，马道及渠底至马道部位边坡土体没有及时采取隔离保护措施，马道部位设计的截流沟也未实施，开挖后的土体长期暴露在空气中，夏季表层干燥产生裂缝，降雨入渗，坡水不能及时排出。未进行护砌的渠道边坡在渠道通水期长达150 d的浸泡后，上下2 层高液限黏土透水性的差异造成排水不畅，长期处于饱水状态，层间土体呈软塑状态或软可塑状态，抗剪强度降低形成软弱带，边坡土为弱膨胀性～中等膨胀性。渠道停水后失去侧向压力，造成渠道边坡部分土体失稳，后缘拉裂，形成滑坡。