重庆万州区长滩镇碾家梁滑坡可能的次生灾害快速预测与对策

周志东，林芳芳，吴海燕

(武警水电三总队，温江　611135)



重庆万州区长滩镇碾家梁滑坡可能的次生灾害快速预测与对策

周志东，林芳芳，吴海燕

(武警水电三总队，温江611135)

重庆万州长滩镇碾家梁滑坡是一个古老的缓倾角滑移—弯曲型滑坡。2015年5月，随着重庆雨季的来临以及人类的等不利因素的影响，古滑坡复活，根据监测，每天以1～2个mm级的速度下滑，形成潜在险情。本文分析了滑坡控制因子，如果下滑至磨刀石河，可能形成的次生灾害，尤其是堰塞湖的堆高、溃坝的可能性、下泄坝前流量等做出了初步估算和分析，为次生灾害的防治提供必要的依据。

碾家梁滑坡；次生灾害；快速预测

1　滑坡简介

重庆市碾家梁滑坡位于重庆市万州区长滩镇境内的318国道旁，其为一古老滑坡，滑坡体由于公路隧道施工、堆渣以及2015年4～5月连续降雨等因素的影响，古滑坡开始复活，出现变形迹象，每天以1～2个mm级的速度下滑。该滑坡体主要由三叠系须家河组砂岩和泥岩互层、第四系坡积物等组成。滑坡体纵向长约700 m，横向长约500 m，滑体厚度约30 m，总方量约700×104m3，滑面为基岩，岩层倾角约28°～30°，为一深层的基岩滑坡。滑坡体下方为磨刀石河，河床宽度约59.7 m，上下游已经开发了多级水电站，上游拦蓄库容约9 000×104m3，下游水库有效拦蓄库容约600×104m3，下游城镇行洪标准一般为20 a一遇，个别镇只有10 a一遇。

2　滑坡控制因子

控制滑坡的主要因子主要有三大类：一是边坡的几何要素，如坡度、坡长等；二是边坡岩土体的力学性质，如C,φ等；三是外因，即赋存环境，如降水、荷载、地震、人类活动、冻融等。碾家梁滑坡表现为一个缓倾岩层的滑移-弯曲型滑坡，根据现场调查，主要有以下控制因子：

(1) 岩性：缓倾角(小于30°)滑移-弯曲型的滑坡，岩层为三叠系须家河组地层，岩性为砂岩与泥岩互层，C、φ相对较小。

(2) 岩层厚度：岩层厚度一般在10～60 cm之间，主要为薄层、中层状构造。这种岩层厚度有利于岩层的滑移-弯曲变形。

(3) 降雨：2015年4～5月，重庆进入雨季，特别是5月，连续多次暴雨，导致河水上涨，地表水通过地表裂缝等进入滑体内

(4) 地下水：该区域地层主要为须家河组的砂岩和泥岩互层、第四系堆积物或者坡积物，其中砂岩透水地层，含有较多的地下水。堆积物和坡积物主要为粘性的粉砂质土和砂质土，具有中等到弱透水性，含有滞留水等。地下水一般由降水和河水补充。地下水增加了滑体的静水压力，弱化岩体，软化结构面，特别是滑面润滑，抗滑力下降，增加了滑坡下滑的可能性。

(5) 加载：由于临近高速公路出渣设置在滑坡体上，给滑坡体增加约20×104m3的砂岩与泥岩石渣，导致边坡荷载增大，从而增大了边坡的下滑力。

(6) 隧道施工爆破振动：位于碾家梁滑坡山体内，穿越山体的高速公路平行滑坡通过，施工采用钻爆法施工，可能对滑坡产生一定的振动影响。

综上所述，由于岩层为砂岩、泥岩等软硬相间的缓倾角岩层，在暴雨、人类活动等的影响下，产生了滑坡复活，滑坡已处于加速滑动初期。

3　滑坡可能造成的次生灾害预测

滑坡下侧为磨刀石溪，产生次生灾害主要为堰塞湖，堰塞湖蓄水对上游形成淹没区，一旦溃决对下游形成洪流，可能冲毁下游的设施和造成人民生命财产的损失。

3.1堰塞湖堆高与总库容预测

根据1932年A.Ham斜坡滑动或者滑塌路线的长度L或者上升对岸的高度H，可以通过磨擦角φ用图解确定(图1)。

图1　滑动整体移动的距离与上升到　　　对岸斜坡的高度示意图

1995年，黄润秋、刘汉超、柴贺军等根据所收集的资料得到了滑落高度H1与堰体堆高H2的关系：

H2=0.330 2H1-14.98

式中,x为输出向量,ε为加性噪声污染。假设加性噪声ε符合均值为0,方差为的正态分布,即则观察值y的先验分布为

(1)

相关系数r=0.888。

根据上述公式，可以计算得到堰塞体堆高约39.28 m。可得上游298高程的范围内，属于淹没区域，因此，如果不采取工程等措施，上游约295高程以下的居民属于搬迁对象。涉及的范围较广，上游多个镇的居民需要搬迁。另外，由已知的蓄水高程及淹没面积，估算堰塞湖的蓄水量约1.0×108m3。

3.2堰塞湖溃坝缺口宽度b估算

根据黄河水利委员会的经验公式：

(2)

其中,W为堰塞湖溃坝时的蓄水量，m3；B为主坝长度，m；K为堰塞湖溃坝流量经验计算系数，粘土类坝体取0.65，壤土类坝体取1.30；H为堰前水头或最大坝高，m。

经过计算，如果不采取措施，溃坝宽度等于堰塞体的宽度，即有可能造成瞬间全溃坝的情形，导致下游造成不可估量的损失。

3.3堰塞湖溃坝最大流量Qmax估算

一般情况，经过简化，堰塞湖溃坝最大流量Qmax可以采用肖克列奇公式进行估算：

(3)

其中，H0为水库坝前淤积面以上水深，m；g为重力加速度，取9.8；其他符号与式(2)同。

经过分析估算，坝前最大流量约为13 954 m3/s，即使流量沿程衰减，也会远远大于下游某镇的10 a一遇防洪的洪水标准。即使经过沿程演进衰减，也远大于下游的防洪能力，会造成下游多个城镇的不可估量的损失。

4　处置措施分析

对于已经存在的滑坡复活，应该做好以下几方面的工作和准备：

(1) 必须建立监测网，对滑坡的表层和深部位移进行有效、较为全面的监测，通过得到的监测数据，分析研判滑坡滑动的规律和所处的阶段。

(2) 必须对深部进行必要的钻探或者其他手段，获取深部的地质信息。得到可能的治理措施。治理主要首先排水，做好排水措施，然后，可以采取减载、抗滑桩或者锚索等措施进行综合治理。

(3) 根据地质监测和地勘结果，如果滑坡处于加速滑移阶段，进入难以控制的累进性破坏阶段，即超过了边坡可以承受的“最大绝对变形量”，达到了人类难以控制的时候，滑坡将滑入磨刀石溪，产生滑坡堵江，形成堰塞湖。综合前面所述，由于堰塞湖库容近亿，自然状态下，可能形成瞬间全溃情形。因而必须采取人工措施，建议采用人工开挖泄流槽的方式，控制泄流对堰塞湖进行应急处理。根据上游汛期入库流量Q入，和上游拦蓄库容近1×108m3的实际，可能有4 d左右的泄流槽开挖时间。根据分析，开挖泄流槽的长度约450 m，如果每天1.5×104m3，4 d可以开挖6×104m3，泄流槽设计成深8 m，底宽5 m，左右边坡1∶1.5进出口采用钢筋笼块石护坡，延缓溃决时间，控制泄流速度。

泄流槽泄流计算：

(4)

式中,n为糙率系数；B为水面宽度，m；Q为泄流量，m3；R为水力半径，m；J为槽底坡降。

采取人工，开挖泄流，降低库容，钢筋笼护坡，减缓溃决时间，控制泄流速度，可以控制最大流量在3 000～4 000 m3/s之间，满足下游20 a一遇的洪水要求，对下游个别防洪标准只有10 a一遇的城镇，建议采用沙袋、充气防洪墙等措施对防洪堤进行临时加高，局部采用块石、桩基等措施加固。

5　结论与探讨

重庆万州长滩镇碾家梁滑坡是一个典型的缓倾角滑移-弯曲型古滑坡，由于岩层为砂岩、泥岩等软硬相间的缓倾角岩层，在暴雨、人类活动等的影响下，产生了滑坡复活，滑坡已处于加速滑动初期。如果无法进行治理，可能发生的次生灾害将是滑坡堵江，形成堰塞湖。根据初步计算，堰塞湖堆高约39.8 m，库容约1.0×108m3，如不采取工程措施，自然溃决时，可能的情形是瞬间全溃，坝前流量将达到13 954 m3/s，远高于下游的防洪标准。如果通过工程处理，控制泄流时间和流量，可以控制在20 a一遇的防洪标准之内。

本文是一个初步的估算和分析，有些结论值得进一步探讨和研究。特别是对堰塞湖堆高、溃坝可能性、坝前流量等值得采用物理模拟和数值模拟等方法继续研究。

[1]张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理(第3版)[M]. 北京：地质出版社，2007。

[2]黄润秋，许强.中国典型灾难性滑坡[M].北京：科学出版社，2008.

[3]周志东.西藏易贡山体滑坡特征及其成因机制初探[A].岩石力学与工程学报论文集[C].2001.

[4]郑颖人，赵尚毅，时卫民.有限元强度折减法在土坡和岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报，2004，23(19)：3381-3388.

[5]周志东，陶然，等.高原高寒地区边坡变形破坏机制与综合治理[M].西南交大出版社，2015.6.

POSSIBLE SECONDARY DISASTERS RAPID PREDICTION AND COUNTERMEASURES OF NIANJIALIANG LANDSLIDE IN CHANGTAN TOWN WANZHOU CHONGQING

ZHOU Zhi-dong,LIN Fang-fang，WU Hai-yan

(Armed Police Hydropower Third Corps, Wenjiang Chengdu611135,China)

Nianjialiang landslide in Changtan town Wanzhou Chongqing is a old slip-bending landslide with low-angle dip. Due to the rain season and influenceof human activities, it leads to landslide resurrection. Based on monitoring data, the landslide slips 1～2 millimeters everyday and it causes potential danger. Landslide controlling factors are analyzed in this paper. If it slips to the Modaoshi River, the secondary disasters will form. It will provide the basis for the prevention and control of secondary disasters through calculation and analysis of lake pile high, the possibility of dam break, flow in the front of dam etc.

Nianjialiang landslide; secondary disaster; rapid prediction

1006-4362(2016)03-0017-03

2016-03-01改回日期：2016-06-20

P642.22

A

周志东(1969-)，男，湖南新化人，高级工程师，博士，从事水利水电施工技术和应急救援等工作。E-mail:463525748@qq.com