卧虎山水库3#滑坡体成因分析及其治理措施

王和平, 王登科, 王 斐

(1.黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003; 2.加拿大艾尔伯特大学,艾尔伯特 埃德蒙顿 T6HOC7)

卧虎山水库3#滑坡体成因分析及其治理措施

王和平1, 王登科1, 王 斐2

(1.黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003; 2.加拿大艾尔伯特大学,艾尔伯特 埃德蒙顿 T6HOC7)

在分析已有地质资料的基础上,对滑坡体产生的原因进行论证,采用EMU中的Sarma法对滑坡稳定性进行计算,结果表明3#滑坡体沿某一方向具备滑动的可能。采用抗滑桩与地表排水相结合的方法,使3#滑坡体得到了有效治理。

滑坡;滑动面;夹泥;主滑带;边坡稳定

济南市卧虎山水库库周存在滑坡(变形)体21处,规模大小不一,性质各异。其中1#、2#、3#、20#滑坡体对水库安全影响较大。前期,山东省水利勘测设计院对上述4个滑坡体进行过专门研究,并进行过局部处理。右岸20#滑坡体经过铺盖处理,对水库安全影响不大。左岸1#、2#滑坡体经过前期处理,已经基本满足稳定要求。近年来,只在水库左岸3#滑坡体前缘出现了局部裂缝、沿滑动面有泥质溢出等现象。为了保证水库左岸溢洪道和水库下游人民的安全,需要对3#滑坡体进行除险加固。

1 基本地质条件

1.1 滑坡体地形地貌

3#滑坡体位于左岸溢洪道进口段岸坡上,坡面倾向北或北东,是一个滑面在纵剖面上表现为弧形的多级滑坡。由于沿弧型断面错落造成的转动,使滑体岩层与正常岩层形成反倾关系。3-1滑坡后缘已经被后期崩—坡积物充填,高程185～200 m;3-2滑坡地形呈缓坡状,地层向内倾斜;3-3滑坡顶面高程135.0 m,现为省级公路。滑坡前缘位于库水位以下,高程约125 m。滑坡两侧均为冲沟[1]。

根据本次勘探结果,滑坡体在平面上呈扇形分布,滑体厚度13～45 m,最大体积为200×104m3。

1.2 滑坡体物质组成

滑坡体的地层分布(图1):

(1) 3-1滑坡后缘被第四系全新统崩—坡积物充填,岩性为大块石夹土,滑体主要由灰岩、鲕状灰岩组成,倾向山内。滑动面为软硬岩层的软弱面。

(2) 3-2滑坡主要由寒武系中统灰岩、泥灰岩、薄层页岩夹细砂岩、云母质页岩等组成,呈30°～45°倾向山内。灰岩、泥灰岩呈中厚层状;薄层页岩、云母质页岩页理明显。

图1 卧虎山水库3#滑坡体地质剖面图Fig.1 Geological profile of No.3 landslide of Wohushan reservoir

(3) 3-3滑坡体主要由泥质页岩夹砂质云母页岩、疙瘩状灰岩、页岩等组成,底部有10 cm纯泥型软弱夹层。

3#滑坡是由于早期岩石重力失稳而形成的,为推移式厚层岩石滑坡。滑坡体结构松散,含水量高,易变形。

1.3 水文地质条件

根据现场调查和现场勘探、竖井开挖可知,滑坡体内目前情况下处于干燥状态,有利于滑坡体的稳定。

2 工程地质特性

本次除险加固工程对于滑体土的化学成分、矿物成分没有进行重新检验分析,只进行了颗粒分析,见表1,而化学成分、矿物成分、力学指标主要依据前期试验资料。从已有的资料可知:①夹泥中SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量较高,而CaO和MgO的含量较低;②夹泥的矿物成分以蒙脱石、伊利石为主,含有少量绿泥石、方解石和白云岩。

根据已由试验资料,结合3#滑体土性质,提出滑体(岩)土力学指标建议值如表2。

3 滑坡原因分析及稳定性计算

3.1 滑坡成因

卧虎山滑坡体为破碎的灰岩、泥灰岩、薄层页岩、砂质页岩等组成,局部裂隙发育,遇水软化,为滑坡形成提供了物质基础。软弱结构面和主滑面为顺坡向,软弱结构面一旦遇水,抗滑力减小,为边坡滑动提供了结构面。滑带土的透水性相对较差,地下水沿岩层顶面或底面一带径流,软化滑带物质形成软弱带,为滑坡形成提供了滑动介质。滑坡中部裂隙相对发育,为地下水的入渗提供了通道,使滑带中含水量增加,岩体软化,滑体抗剪强度进一步降低,从而诱发边坡失稳。人类活动,如大爆破使得滑坡体进一步破碎、松动,加之前缘开挖,前缘形成临空面,边坡的应力平衡被打破,从而引起新的滑动。

表1 3#滑坡体夹层物质颗分试验成果汇总表

表2 3#滑坡体夹层、岩体力学指标建议值

3.2 滑坡稳定计算

为了简化计算,3#滑坡体稳定计算采用图2的剖面进行计算,简单地认为3-1、3-2、3-3滑坡体的底界面为连续主滑动面。按滑体沿软弱面和主滑带滑动两种工况考虑。主要采用岩质边坡稳定分析的程序EMU(Energy Method Upper Bound Limit Analysis)中的Sarma法计算,即计算假定条块的底面和侧面均达到极限平衡,可通过静力平衡条件获得极限状态的临界加速度ηb,计算K值。

图2 卧虎山水库3#滑坡体稳定计算剖面图Fig.2 Profile of stability calculation of No.3 landslide of Wohushan reservoir

安全系数k的确定:根据《水利水电边坡设计规范》(SL386—2007)的规定[2],采用极限平衡法计算的边坡抗滑稳定最小安全系数应满足规范中表3.4.2抗滑稳定安全系数标准,而表3.4.2边坡级别的确定则是依据规范中表3.2.2边坡的级别与建筑物级别的对照关系确定。确定建筑物边坡级别为3级,相应边坡抗滑稳定最小安全系数为1.15。

3.2.1 加固前边坡稳定计算

按沿软弱面滑动和主滑动面滑动两种工况进行计算[3],如表3。

由表3可知:3#滑坡体沿主滑带滑动方向不满足边坡稳定要求。

表3 滑坡体按不同滑动面滑动安全系数计算结果表

3.2.2 设计抗滑力后边坡稳定计算

根据上述计算结果,沿3#滑坡体主滑带滑动方向需要增加边坡抗滑力。运用EMU程序,对不稳定边坡施加设计抗滑力,使抗滑稳定系数K满足稳定要求。计算成果如表4。

表4 滑坡体增加设计抗滑力后安全系数计算结果表

4 滑坡治理措施及效果

4.1 滑坡治理措施

卧虎山滑坡体治理采用抗滑桩和布置表层排水治理,其优点为:①抗滑桩可以埋入地下,对周围建筑物和环境影响较小。②抗滑桩桩长、桩径以及桩顶、桩底高程可以在开挖竖井的过程中,依据地质情况的变化进行调整。③抗滑桩布置比较灵活,可以分散使用,也可以集中成排布置。施工方法简单,施工过程中可直观检查,施工质量可以得到保证。

表层排水设计是在滑坡体边界以外大约6 m处,设计一条环形截水沟。在滑坡范围内设计树枝状排水沟,排水沟位置尽量避免横切滑坡体。主沟和滑坡移动方向一致,支沟与滑坡移动方向呈30°～45°,支沟间距20～30 m。

4.2 滑坡治理效果

根据表3的计算结果,进水渠段滑坡体以3剖面方向为滑动方向,每延米设计抗滑力为1 000 kN。抗滑桩设计尺寸为矩形,尺寸3 m×4 m,桩短边与滑动方向垂直,共布置12根桩。经过增加设计抗滑力后的稳定计算,滑坡体的抗滑稳定系数满足要求,滑坡体稳定。

5 结语

(1) 卧虎山水库库周滑坡体21处,对水库影响较大的有1#、2#、3#、20#滑坡体,经过前期治理,1#、2#、20#滑坡体对水库的影响已经降到最小,而对水库安全具有影响的只有3#滑坡体。

(2) 3#滑坡体主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、块体结构及水文地质条件等因素共同影响。3#滑坡体本身为古老滑坡体,经过多次的滑动基本处于稳定状态。由于近期人类活动使得重新复活,对水库安全造成威胁。

(3) 经计算3#滑坡体沿主滑带滑动方向安全系数不满足规范要求。增加设计抗滑力后,安全系数满足规范要求,加固后的边坡稳定性得到提高。

(4) 卧虎山滑坡体治理采用抗滑桩和布置表层排水治理。抗滑桩优点为:对周围建筑物和环境影响较小;抗滑桩的桩长、桩径以及桩顶、桩底高程可以在开挖竖井的过程中依据地质情况的变化进行调整;抗滑桩布置比较灵活,施工过程中可直观检查,施工质量可以得到保证。

[1] 王和平,侯清波,高旭辉,等.济南市卧虎山水库除险加固工程地质勘察报告[R].郑州:黄河勘测规划设计有限公司,2008.

[2] 中华人民共和国水利部.水利水电边坡设计规范:SL386—2007[S].北京:中国水利水电出版社,2007.

[3] 李志乾,志晓红,王和平,等.山东省济南市卧虎山水库除险加固工程初步设计报告[R].郑州:黄河勘测规划设计有限公司,2008.

(责任编辑：陈文宝)

Genetic Analysis and Control Measures of 3#Landslide of Wohushan Reservoir

WANG Heping1, WANG Dengke1, WANG Fei2

(1.YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003; 2.CanadaAlbertUniversityAlbertT6HOC7)

This article characterizes existing geological information,and analyzes the mechanism of the landslide. The Sarma option of EMU software had been used to calculate the stability of the landslide. The calculation results indicates that the landslide has the potentiality sliding along the sliding plane. The integrated measures of resisting pile and surface water drainage system is employed to control the landslide for long time purpose.

landslide; sliding surface; mud; main sliding zone; slope stability

2016-05-06;改回日期:2016-05-18

王和平(1962-),男,高级工程师,工程地质专业,从事水文地质与工程地质勘察工作。E-mail:wanghpyrec@126.com

P642.22

A

1671-1211(2016)03-0395-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.034

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.026.html 数字出版日期:2016-05-05 15:31