三峡库区双龙镇马家屋场—后坪滑坡形成机制与整治

周心经

(广州市地质调查院，广东 广州 510440)

1 地质环境条件

马家屋场—后坪滑坡位于双龙镇新址涧槽沟右岸斜坡上，总体地势南高北低，属剥蚀中低山地貌。区内最大高程310 m，最低点为涧槽沟底，高程130.0 m。

滑坡区域地质环境条件：

(1)出露地层。地表为河漫滩冲洪积层，以卵、砾石为主，少量粉细砂与粘土，厚度小于2.0 m。滑坡堆积物，成分为含碎石块石、块石及含碎石粘土，厚度在20.0 m以内。基岩，为巴东组第三段的灰色灰岩与第二段的紫红色泥岩、泥质粉砂岩。

(2)地质构造条件。滑坡区主体构造线为巴雾河向斜。巴雾河向斜轴向85°，向斜两翼分布有一系列的次级褶皱，南翼总体产状为25°～35°，北南翼总体产状为35°～45°。

地表水文网主要由涧槽沟及顺向冲沟组成。涧槽沟为近代发展呈形的季节性溪沟，汇水注入大宁河向长江排泄。稳定的地下水位埋深较大，但大雨过后，第四系松散介质中含有上层滞水(图1)。

图1 滑坡区地质构造

2 滑坡体基本特征

马家屋场—后坪滑坡为马家屋场及后坪两个连接在一起组成的滑坡体(图2)，为呈北东向展布的长条形，南西向槽，北东向为向涧槽沟突出的舌状山脊，地貌上总体为一向北偏西倾斜的斜坡，呈前、后缘陡、中部缓的反“S”形。马家屋场滑坡平面形态呈半椭圆状，纵长250 m，横宽后缘120 m，前缘220 m，体积21×104m3，剪出口位于双龙中学一带，前缘高程158 m，后缘高程220 m。后坪滑坡发育一级平台，台面高程约185.0 m，平面形态呈长条形，南北长约200 m，东西宽约140 m，总体积约30×104m3，剪出口位于双龙中学一带，前缘高程150～155 m，后缘高程200 m。该滑坡体于新城建设时后缘一带曾发生大规模的复活变形，致使当初新镇建设处于暂时的停滞状态。

图2 马家屋场一后坪滑坡工程地质平面图

两滑体在物质组成上基本一致，主要由泥岩、粉砂岩碎块石及粘土组成，局部夹灰岩或泥质灰岩碎块。水平方向与垂直方向物质分区明显。滑床物质为紫红色泥岩，钻孔资料揭示，滑坡体不存在主滑面，但存在次级滑带土。次级滑带土为灰白色、浅灰色粘土，局部夹透镜状的灰绿色岩粉或岩屑条带，挤压定向排列非常清晰[1～9]。

3 滑坡形成机制分析

马家屋场—后坪滑坡的形成机制，也就是涧槽沟及其南侧斜坡的演化过程。分析的依据是滑坡体的物质组成、结构特点及其形成时间。第一，在堆积体与基岩之间不存在连续的主滑带，且下伏基岩十分破碎，同时还可看到基岩的坡外弯曲并伴有倾向河床的继续的断裂面；第二，堆积层具堆积序次，前缘及下部以巴东组第二段的泥岩、粉砂岩为主，后缘及表层以巴东组第三段的灰岩为主；第三，据土样14C测定马家屋场滑坡形成于约4×104a前，后坪滑坡的绝对年龄为3.25×104a，大体对应晚更新世中后期[10～12]。

滑坡的形成大致经历了以下5个过程：

(1)卸荷松动域及涧槽沟的形成。在巴雾河向斜的形成过程中，三叠系巴东组变形甚剧，成为裂隙性介质。同时，涧槽沟已初见雏形。巴雾河向斜形成之后，一方面区域构造应力场调整导致主压应力方向偏斜或压应力强度减弱，初始构造裂隙张裂；另一方面随着涧槽沟的下切，岸坡高度的增加，坡体卸荷松驰以及风化营力向纵深发展，形成宽厚的松动域。

(2)松动介质弯曲、倾倒。宽厚的松动域形成它自身的应力场。变形主体是整体下坠。下坠幅度自坡内向坡外递增，至坡体外侧各运动块体的铅直位移和向坡外的水平位移均大于坡体内部运动的铅直、水平位移。结果初始地层产状由反倾转向水平甚至顺倾，呈现“褶曲”并伴随倾坡外的类似断弦的破裂面。

(3)滑坡初期形成阶段。松动域外侧部位“褶曲”之后，松动域内的可运动块体出现局部性剪滑、下陷、倾倒以及旋转等多种形式的变形。这类变形进一步发展，导致松动域内某处决口，诱发松动域全体失稳并出现“雪崩”式碎石流，倾泻而下并堆积于坡脚，形成了滑坡初期堆积体。

(4)滑坡后期改造阶段。随着两岸山体抬升，涧槽沟谷的下切，从而使早期形成的堆积体前缘临空，造成堆积体稳定性变差，引起局部应力调整而滑移变形，堆积体的下滑牵动后缘部分基岩顺向坡体下滑。经几个旋回后即形成了现在的马家屋场—后坪滑坡。

(5)滑坡局部复活变形。在外动力地质作用下，临界状态下的滑坡体局部产生一定规模的变形失稳。即后期局部的复活变形。

4 滑坡工程治理

马家屋场—后坪滑坡滑床为基岩，锚固力大，且锚固桩可间隔开挖，不会诱发滑坡新的活动。整个滑坡采用抗滑桩加锚索的治理措施，辅以连拱挡墙相结合(图3)。

图3 锚萦抗滑桩加连拱挡墙平面布置

4.1 抗滑桩设计

抗滑桩是一种特殊的侧向受荷桩，在滑坡推力的作用下，依靠埋入滑动面以下部分的锚固作用和被动抗力，以及滑坡面以下桩前滑动体的被动抗力来维持稳定。

4.1.1 滑坡推力计算

滑坡推力计算依据地质资料，选取代表性主滑面进行计算。

计算参数以试验成果为主，结合反演分析计算成果，最后确定滑坡治理设计采用的物理力学参数如表1。

考虑在不同的设计工况下，选用相应的抗滑安全系数，在天然状态下K=1.3。按折线形滑动面，计算滑坡推力。滑坡推力分析方法采用《岩土工程勘察规范》推荐公式，剩余下滑力P：

Pi=Pi-1·ψj-1+Fst·Ti-Ri

(1)

由于桩前地面坡度较大以及水库形成后库水对桩的作用，未考虑被动压力的作用。

4.1.2 桩的平面布置

马家屋场—后坪滑坡的抗滑桩根据滑体形态及考虑移民迁建用地，将桩位布置于滑体前缘且基岩面较缓的部位。滑动面相对平缓且深度相对较浅，下滑力较小的地段。

4.2 锚索设计

由于抗滑桩要承担滑坡体较大的水平荷载，仅采用加大抗滑桩结构尺寸、嵌岩深度和增加配筋的传统设计方法，其结果将造成治理造价很高。结合滑坡滑面较陡的特点，在抗滑桩顶加设预应力锚索，由锚索承担大部分水平荷载，并可有效控制滑体变形。这种锚桩(图4)具有受力合理、传力可靠，造价较低的特点。

4.2.1 锚索索体设计

马家屋场—后坪滑坡治理中，采用等径直孔胶结式，它适应于岩质边坡和坚硬土层，施工简便。锚固段长度采用以下公式：

Im=K·Nt/(π·Dm·qs)

(2)

式(2)中：K为安全系数；N为锚索的设计轴向拉力；D为锚固体直径；q为岩体与锚固体之间的粘结强度。

4.2.2 锚索倾角的选择

锚索提供的抗滑力为：

P抗=P·sinα·tgφ+P·cosα

(3)

式(3)中：α为锚索与滑面的夹角；φ为滑面的内摩擦角。

对(3)式取α的一阶导数，令其等于0，即α=φ时，锚索可得最大抗滑力，P抗=P/cosα，但此时锚索过长。α=90°时，锚索最短，但抗滑力最小。因此，必定有一个最优倾角。可以得出，α优=45°+φ/2，此时锚索的最佳倾角为滑面倾角0-α优。结合实际情况，锚索倾角宜在25°以内。

4.3 连拱挡墙设计

连拱挡墙支护的基本原理是利用拱结构以受压为主，拱顶弯矩很小的这一力学特性应用于将滑坡推力传送到抗滑桩上，并能够充分利用浆砌块石抗压强度高的特性来承担拱内压应力。另外，拱圈挡土结构具有较强的自身事平衡和调整作用。

图4 锚索抗滑桩结构图

5 结语

马家屋场—后坪滑坡这种机制形成的滑坡在三峡库区屡见不鲜，但这种利用抗滑桩加锚索及连拱挡墙的治理方案在滑坡整治中尚属首例，从设计角度分析，该方案既经济美观，又安全可靠，值得在其他的滑坡治理工程中加以推广应用。