向家坝大桥滑坡稳定性评价与防治研究

何钰铭，王金波，杨俭波，廖伟杰，陈 雪

(湖北省水文地质工程地质勘察院，湖北宜昌 443000)

向家坝大桥滑坡［1］位于长江一级支流香溪河右岸，行政区划隶属湖北省秭归县归州镇盐关村四组，225省道从滑坡右侧通过，交通便利。滑坡区内居民大多为三峡库区后靠移民，且连接225省道的向家坝大桥南侧桥墩即位于滑坡体上。该滑坡近年来前缘坍滑、后部牵引区拉张裂缝及变形明显，对居民及大桥构成较大威胁。由于向家坝大桥滑坡危害性较大，采取搬迁与工程防治相结合，有针对性地对其采取了防治措施。

1 滑坡基本特征

1．1 形态特征

向家坝大桥滑坡东侧后缘为覆盖层仅1 m厚的基岩山脊，西侧后缘覆盖层较厚，为略凹的斜坡地形，在降雨及前缘受库水位涨落影响下，近年来滑坡西侧前缘出现明显滑移，滑移距离约3 m，随后牵引西侧后部凹地内土体变形，形成了目前滑坡形态的长舌状牵引区，总体平面呈倒“凸”状。滑坡后缘高程276～280 m，宽约60 m;滑坡前缘西侧为溪沟，溪沟在滑坡前缘中部汇入香溪河，前缘高程155～172 m;纵向上剖面形态呈阶状，滑坡主滑方向5°，纵长约330 m，横向平均宽约 200 m，面积 6．6 × 104m2，体积 66 × 104m3［2］(图1)。

1．2 变形特征

向家坝大桥滑坡变形主要出现在库水位变化期间，总体分为两次大范围变形。

图1 向家坝大桥滑坡工程地质平面图Fig．1 Planar graph of engineering geology of Xiangjiaba landslide

首次变形主要在滑坡前部，平面上呈圆弧状，主要表现为地表开裂下座、局部坍滑、房屋变形开裂等。地表开裂变形较明显，裂缝较长，张开宽度较大，并伴有下座现象，裂缝延伸方向基本与所处陡坡(或陡坎)走向一致，局部坍滑主要出现在前缘高陡临空面及西侧边界陡坎处。滑坡东侧后缘为覆盖层厚仅1 m的基岩山脊，西侧后缘覆盖层平均厚约10 m，且为略凹的斜坡地形，凹地两侧均为基岩山脊，下伏基岩为石英砂岩夹泥质砂岩，渗透性较差，为相对隔水层，凹地地形便于地下水富集汇流，西侧前缘在175 m高程以下为一高约20 m，坡度30°～40°的溪沟岸坡。

滑坡的再次变形主要受降雨及库水涨落的影响，近年来西侧前缘滑移明显，滑移距离约3 m，滑动后牵引西侧后部凹地内土体变形，形成了一平面上呈长舌状的牵引区，因此，滑坡总体平面上呈倒“凸”状。滑体出现多条羽状裂缝(照片1)，裂缝平均张开约30 cm，下座0．3 ～1．0 m，裂缝平均长约 30 m，西侧边界可见高约1 m的拉裂陡坎;滑坡东侧滑体表部出现3条裂缝，裂缝总体走向近100°，裂缝平均张开约20 cm，北侧下座0．1 ～0．5 m，裂缝平均长约30 m;局部坍滑主要出现在前缘高陡临空面及西侧边界陡坎处(照片2)，坍滑平均宽约30 m，纵长20～60 m，坍滑体积约为360～2400 m3。

照片1 西侧滑体多条拉张裂缝Photo 1 Tension frature of west side of sliding mass

照片2 前缘陡坡段坍滑变形Photo 2 Collapse and slide deformation of front steep slope

1．3 滑坡物质结构特征

向家坝大桥滑坡系中型土质滑坡，滑体主要由第四系残坡积物组成以粉质粘土夹碎石为主。滑体总体西侧较厚东侧较薄，西侧厚约16．5 m，东侧厚约1～5 m，平均厚约10 m。滑体两侧边界处基岩出露(图2)。

滑体结构松散—稍密，碎块石成分为泥质砂岩和石英砂岩，土石比5∶5～6∶4;粉质粘土，红褐色，稍湿，可塑状。

滑带特征:滑带为土岩界面，钻孔揭露的滑带土由黄褐色的碎石粘性土组成，碎石呈定向排列，存在向相同方向滑动迹象。滑带土遇水易软化，力学性质降低。

滑床特征:侏罗系下统桐竹园组(J1t)灰红色薄—中层状泥质砂岩、灰白色中厚层状石英砂岩。石英砂岩较坚硬，抗风化能力较强;泥质砂岩相对较软，抗风化能力较差，力学强度低，透水性弱。

图2 向家坝大桥滑坡1-1'纵剖面图Fig．2 1-1'longitudinal section of Xiangjiaba landslide

2 滑坡变形影响因素与成因机制分析

2．1 变形影响因素

影响滑坡稳定性的内在因素主要包括滑坡的地貌形态和地层岩性及覆盖层分布等;外部因素主要有库水位动态、大气降雨以及人类工程活动。

2．1．1 内在因素

(1)地形地貌:滑坡区总体地势南高北低，上部相对较陡，坡度35°;中部较缓，坡度10°，见有二级缓台，表部变形多沿土坎蠕动;前缘为一陡坡，坡度约40°，坡高15～30 m，临空条件好。

(2)地层岩性:滑坡区上覆岩性以粉质粘土夹碎石为主，物质结构较松散，透水性较好，利于水流的入渗与局部富集;下伏基岩透水性较弱，为相对隔水层，使上部土体软化，力学强度降低，易产生变形破坏。

2．1．2 外部因素

(1)库水位动态:库水位动态变化对滑坡稳定性影响极大，主要有两个方面的作用:其一是库水抬升后，地表水渗入到坡体内，浸泡软化滑带土，降低其物理力学指标，同时使得坡体内静水压力增大，不利于滑坡体的稳定;其二是当库水位下降时，坡体内空隙水压力来不及消散，形成动水压力，对稳定极为不利。

(2)大气降雨:降雨后，特别是连续暴雨后，由于降雨入渗，滑坡体内地下水位迅速升高，致使滑坡体内空隙水压力随之升高，同时滑坡体由于饱水而重度增加，增加了坡体荷载，不利于滑坡的稳定。

(3)人类工程活动:人类工程活动对滑坡稳定性的影响主要表现为坡面加载以及生活、农业灌溉用水入渗等，这些均不利于滑坡的稳定。

2．2 成因机制分析

向家坝大桥滑坡目前处于变形阶段，滑坡体上变形迹象较明显，软弱面已经形成了贯通，其中滑坡西侧已滑动约3 m，从前缘溪沟沟底剪出，滑坡东侧地面裂缝开裂及房屋变形现象较明显，且存在进一步扩大的迹象。因此，滑坡体具有变形加速、再次形成滑坡的可能，遇降雨或库水位涨落等不利因素影响极有可能进一步产生变形破坏，甚至有可能导致滑坡整体复活后失稳下滑。变形主要以裂缝加剧，并形成多条多级下座拉张裂缝，滑坡体沿前缘高陡临空面底部剪出，发展趋势为欠稳定—不稳定状态。

3 滑坡稳定性评价

3．1 计算模型、计算工况及计算参数

根据勘查资料，选取滑坡区实测纵剖面为原型作为稳定性计算剖面(见图3)，另外对向家坝大桥处邻水岸坡陡坡部位的区域采用搜索最危险滑面进行计算。根据滑体物质物理力学性质的差异性，结合地形和不利结构面的变化特征进行剖分。

图3 向家坝大桥滑坡3-3'剖面稳定性计算条分图Fig．3 Calculation slice of 3-3'profile stability of Xiangjiaba landslide

根据变形特性、滑坡的变形主要影响因素(库水和降雨)及三峡水库蓄水后的运行特点，设计工况主要考虑滑坡天然条件、三峡不同库水位及水库水位变化等情况。其中不同库水位主要考虑三峡水库运行初期和正常蓄水期的最不利水位。详细工况如表1。

勘查根据相关规程规范要求，在钻孔及探槽中分层采取样品，进行岩土物理力学性质试验，滑坡稳定性计算所涉及的岩土体类型为粉质粘土夹碎石，计算取值主要根据现场大重度及室内试验结果，同时考虑到C、φ值与滑坡体物质成分，潜在滑面形态与滑坡性质的关系，在工程地质力学分析的前提下，通过现场调查情况进行反演分析获取参数综合确定，滑带土计算参数建议值见表2。

表1 计算工况一览表Table 1 Schedule of calculation cases

表2 计算参数建议值一览表Table 2 Schedule of suggesfed values of calculation parameters

3．2 滑坡稳定性评价结果分析

通过对滑坡体各剖面进行稳定性计算分析(表3)，由计算结果可知:1-1'剖面在不同工况下均小于设计安全系数，需对滑坡进行治理;2-2'剖面在175 m、162 m静止库水位工况下，滑坡体稳定系数均大于设计安全系数，但在库水位下降时，稳定系数则小于安全系数，需对滑坡进行治理;3-3'剖面在不同工况下均小于设计安全系数，需对滑坡进行治理。

当库水位从175 m降至145 m时，1-1'剖面稳定系数为 0．998，滑坡处于临界滑动状态，2-2'剖面、3-3'剖面稳定系数分别为 1．028、1．012，滑坡处于欠稳定状态，安全储备较低，存在整体滑动可能。表明库水位涨落对滑坡稳定性影响较大。

当库水位从165 m降至145 m时，1-1'剖面、2-2'剖面、3-3'剖面稳定系数分别为 1．018、1．036、1．048，滑坡处于欠稳定状态，安全储备较低，存在整体滑动可能。表明库水位涨落对滑坡稳定性影响较大。

综合评述，向家坝大桥滑坡目前处于变形阶段，滑坡在天然状态下未出现明显变形加剧迹象，在三峡库区水位涨落、暴雨或连续降雨时，滑坡西侧地面裂缝出现加剧变形迹象，前缘溪沟处土体坍滑至溪沟内堵塞沟道，滑坡东侧产生少量变形裂缝，前缘局部坍滑有进一步扩展迹象，也反映出三峡库区水位涨落对于滑坡体稳定性有不利影响。

表3 向家坝大桥滑坡稳定性计算一览表Table 3 Schedule of stability calculation of Xiangjiaba landslide

4 向家坝大桥滑坡防治工程设计

图4 3-3'剖面剩余下滑力曲线图Fig．4 Residual sliding force of 3-3'profile

根据现场调查及计算综合分析后可知(滑坡推力曲线见图4)，滑坡整体稳定性较差，需进行工程治理，由于滑坡首次变形时，迹象明显，多处房屋地坪和坡体均变形拉裂下座，各级政府高度重视，已对滑坡区内的居民采取了搬迁避让措施，滑坡再次变形虽然强烈，拉裂形成多处高约1 m的下座阶坎，但主要是对农作物造成了少量破坏，未造成较大经济损失。向家坝大桥滑坡西侧威胁对象主要为农作物和前缘溪沟，溪沟内水量较小，溪沟上、下游无房屋和居民区，且溪沟在滑坡前缘中部汇入香溪河，其可能产生的危害较小，本次防治措施主要为监测;工程防治的重点为向家坝大桥南岸桥墩和225省道通过的滑坡东侧(治理工程剖面布置见图5)。

因此，对于滑坡的治理须对其整体稳定情况、变形发展趋势及所造成的危害等综合考虑来确定方案，应有针对性地进行合理防治，确定治理工程措施，以较小的投资取得最好的防治工程效果。同时也须充分考虑施工技术条件、周边施工环境及治理后与环境相互的协调性等各种制约因素。

图5 治理工程3-3'剖面布置图Fig．5 Layout drawing of 3-3'profile in regulation project

向家坝大桥滑坡采取的具体防治措施如下:

(1)工程治理措施。①对向家坝大桥两侧采用抗滑桩［3］进行支挡，防止滑坡滑动对桥基构成直接威胁。②在滑坡外围布设排水工程，以充分拦截雨季时的地表水，防止地表水大量渗入滑坡体内。③在向家坝大桥两侧高程175～145 m处布设格构锚杆护坡，防止库岸再造对向家坝大桥桥基造成威胁，亦可对抗滑桩工程形成保护。

(2)监测。对滑坡已形成的裂缝及坍滑点进行宏观巡视监测，对治理工程进行效果监测，建立监测网点。

5 结语

通过对向家坝大桥滑坡的基本特征、变形特征及发展趋势、危害程度进行综合分析，结合现场实际情况有针对性地进行治理工程布设，以达到滑坡治理的最优防护效果。因而滑坡地质灾害防治工程必须整体统筹考虑，使治理工程的防护目的更具针对性，并结合监测工程进一步完善防治工程效果，这对于该类地质灾害治理思路有一定的参考意义。

［1］ 何钰铭，马振，廖伟杰，等．湖北省三峡库区后续地质灾害防治秭归县向家坝大桥滑坡治理工程初步设计报告［R］．武汉:湖北省地质环境总站，2010．

［2］ 三峡库区地质灾害防治工作指挥部．三峡库区地质灾害防治工程地质勘查技术要求［M］．武汉:中国地质大学出版社，2014．

［3］ 三峡库区地质灾害防治工作指挥部．三峡库区地质灾害防治工程设计技术要求［M］．武汉:中国地质大学出版社，2014．