怒江下游某段滑坡的成因与治理研究*

时间：2024-07-28

李欣杰陈剑平潘玉珍李佳琦马玉飞许鹏

(1.吉林大学建设工程学院;2.长江三峡勘测研究院有限公司;3.吉林大学环境与资源学院)

在怒江岩桑树地区，滑坡一直以来都是频繁发生的地质灾害，加上该地区地势比较险要，治理起来也很困难。在我国，对滑坡治理的研究经过了很长的时间，滑坡工程治理的方法有很多［1-2］，经过对比分析，锚索抗滑桩在边坡加固的使用在类似地区使用比较广泛［3］。我国在20世纪80年代就已经出现抗滑桩中添加锚索这一技术，在桩的上端施加一个拉力，就可以大大地减少抗滑桩的埋置深度，这样就可以在经济上取得可观的效益。

同时对滑坡稳定性评价的方法，我国的研究历史也比较长。离散单元法［4］、有限元方法、刚体极限平衡法［5］等发展较快。在刚体极限平衡法中，应用GeoStudio软件［6］对滑坡进行模拟分析，可以得出滑坡的安全系数以及滑坡最危险滑面。但添加锚索抗滑桩后，该软件就不能很好地计算出支护的效果，也不能更准确的计算出配筋的数量。而理正软件不能计算出安全系数，却能很好地模拟出滑坡添加支护措施后的效果。因此，考虑到两者之间的优劣性，本研究将两者合二为一对滑坡进行分析。

1 滑坡地质环境概况

干田坝滑坡位于云南省保山市境内的怒江下游干流上，该堆积体所在的怒江河段呈现波状，两岸山坡相对比较陡峻，平均坡度为35°～45°，坡面总体走向为北东—南西向，局部为悬崖峭壁。

该区大地构造属于冈底斯—念青唐古拉褶皱系之二级构造褔贡－镇康褶皱带中芒市褶皱束与保山－永德褶皱束交界处。区域地质构造复杂，褶皱、断裂构造发育，其中许多断裂带规模宏大。其裂隙主要包括卸荷裂隙、层间裂隙。该区地表大部分为第四系覆盖层，仅局部见有基岩露头。

该区域地下水较丰富，其类型主要有松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水，受地形、岩性和水文气象的控制，具有季节性变化特点。

该滑坡体的全貌见图1所示。

图1 滑坡全貌

2 滑坡基本特征及成因机制

2.1 滑坡基本特征

该滑坡位于怒江左岸，体积约为175万m3，依据国土资源部行业规范，该滑坡属于大型滑坡。堆积体的前缘和后缘第四系堆积体的厚度比堆积体中部薄，上游稍比下游薄，坡度厚度3～28 m，平均厚度为12.5 m，属于中层滑坡。

该区域高程800 m以上平均坡度35°;以下坡度稍陡，平均坡度40°。靠近后缘上游侧边界高程900～950 m，分布有残坡积物，主要由棕红色碎石土、土夹碎石组成，成分主要为灰岩，含少量白云岩、砂岩;土为黏土、粉质黏土。在高程750～800 m间，多处见基岩出露，为志留系中上统泥质条带灰岩，薄层状，呈强风化，岩体破碎，呈半解体状，并有倾倒变形现象，产状为66°∠34°。根据平硐揭露基岩正常产状为120°～130°∠50°～65°。

2.2 滑坡变形特征

该区基岩强卸荷带内，存在较多架空现象，形成裂缝，多充填岩块、碎块及次生黄泥，部分形成孔洞;层理变形破坏严重，不连续出露，较难辨认;岩体极破碎，呈块状、碎块状，部分呈碎屑状，成硐条件较差，需进行支护。且多见有顺层的剪切破碎带以及规模较小的断层发育，其发育部分，岩体多具有风化加剧现象;部分已完全解体，呈较密实块石、碎石夹土及碎屑状。

各平硐所揭露的岩体各风化带的深度见表1。

表1 各平硐揭露岩体各风化带深度 m

在PDG01、PDG03平硐覆盖层与基岩接触部位，由于受到上部覆盖层牵引的影响，基岩产生了明显的被牵引、蠕变的现象。在坡体中部的PDG03平硐硐深91 m之前，岩体风化、卸荷强烈，完整性相对来说比较差，多呈散体—碎裂结构，产状为65°～75°∠18°～32°，岩层倾角随着硐深的加大逐渐变陡，至硐深91 m以后产状相对稳定，优势产状80°～135°∠47°～65°。这一现象揭示了岩体具有较为明显的倾倒变形迹象。

该区地表未见变形破坏迹象。据钻孔、平硐揭露，堆积体内部未见明显不利结构面，覆盖层与基岩界面亦未见蠕变、滑动迹象与滑面。但基岩强卸荷带内，裂隙(主要为卸荷裂隙)、断层、层间剪切带较发育，岩体具有明显倾倒变形迹象，且完整性差，多呈碎裂—散体结构，多具有风化加剧现象，但未发现明显统一滑面或软弱面［7-8］。

按照堆积体各区的变形和工程地质特征，该岸坡属于倾倒型蠕动变形边坡，且具有以下比较明显的变形特征:

(1)岸坡基岩岩体向临空一侧倾倒。岩体中卸荷裂隙发育，多张开，呈上宽下窄的特征，部分岩体伴随有架空现象。

(2)由于岩层依次向临空侧倾倒，伴随构造应力的影响，层与层之间多发生有层间剪切带，带内岩体完整性极差，多呈散体—碎裂结构，且风化加剧［9］。

(3)基岩变形体与下部较完整岩体呈渐变型的交接关系。岩层的产状也将发生变化，同时层间剪切、卸荷裂隙等这些次生结构面将仍然可见。

(4)在垂直的方向上也将展示一定的分带特性，从地表向深部大致分为2个带:①崩坡积带;②蠕动倾倒变形带。

2.3 滑坡成因机制

该堆积体下伏基岩倾向山里，岩层走向与坡面走向夹角为47°～52°，因此岸坡的类型为逆向坡，这是产生倾倒变形破坏的岩体结构条件。为了更好的演示出滑坡的变形机制，绘制出变形示意图，如图2所示:图2(a)为岸坡岩体伴随地壳抬升，岩体中构造应力、自重应力的释放，岩体在浅表层发生卸荷回弹变形，使得浅表部岩体产生拉张破裂，原有结构面扩展破坏，并产生新的次生结构面;图2(b)为岩体追踪软弱结构面发生倾倒变形;随着地表径流、地表水的入渗、侵蚀，岩体风化加剧，加之高频率地震的反复作用，使得结构面的强度进一步恶化，并相互贯穿，岩体被切割、破坏了;图2(c)为开挖后，上部岩体失去支撑岩体，沿着陡倾角结构面产生错落式的破坏，并堆积于坡脚，此时坡脚堆积物对边坡岩体起到反压作用，使边坡岩体能维持相对稳定状态;图2(d)为上述作用的影响将更加突出，在自重应力的长期作用下，导致岸坡岩体解体、松动。

图2 滑坡变形示意

3 滑坡稳定性分析的数值模拟

3.1 模型参数的选取

在本次滑坡的分析中，将主要用到的是极限平衡法，极限平衡法的优点是在不能给出应力作用下结构变形图像的情况下，也能对结构的稳定性给出比较精确的结论。目前在很多大型水电工程中都有应用，比如锦屏梯级电站的库区边坡，三峡库区边坡等。

根据室内试验以及滑动面岩土体的特征，确定滑体内各种材料的参数，如表2。

表2 模型各材料物理力学参数取值

3.2 模型的建立、安全系数的计算

本研究所采用的是Geo Studio软件来计算此边坡的安全系数，建立模型如图3所示。

图3 滑坡计算模型

在计算安全系数时，主要以 bishop法、Janbu法、M－P法，通过计算可得安全系数如表3所示。

表3 滑坡安全系数

通过表3可以看出，该滑坡最小的安全系数为1.033。即使现在比较稳定，但该地区位于地震烈度为Ⅷ度，加上该水库蓄水之后，势必会对其稳定性产生影响。所以，应加一些防护措施使其保持稳定，在本研究中将应用理正软件中的滑坡推力计算以及抗滑桩2个模块对其进行支护处理。

4 抗滑桩方案设计

4.1 模型的建立

利用理正岩土抗滑桩设计软件，进行锚索抗滑桩［10-12］的设计(如图4所示)。在抗滑桩位置设置的过程中，应使抗滑桩距离剪出口位置较近，保证抗滑桩与剪出口之间滑坡体的稳定性，同时要使滑坡体不从桩前剪出，确保其安全性。

图4 堆积体滑坡剖面

为了确保堆积体稳定，同时也考虑到实际施工的可操作性，在理正软件中对抗滑桩、锚索的各个参数进行适当的调整，最终本着既能保证堆积体稳定、工程造价又比较合理的原则，确定出的各个参数如表4。

表4 锚索抗滑桩参数

4.2 支护结果分析

通过计算，可绘制出桩身弯矩、剪力图，分别如图5、图6所示。

图5 桩身弯矩

图6 桩身剪力

由图5、图6中可以清楚的观测出桩身弯矩、剪力的分布情况。桩身的弯矩随着深度的增加首先面侧呈现增长，桩身面侧最大弯矩值为992.947 kN·m，距离桩顶6.767 m，随后呈现背侧弯矩增长，背侧最大弯矩值为2 839.357 kN·m，距离桩顶16.75 m。在剪力图中可以观测到，桩身剪力随深度的增加变化的比较快，桩身最大剪力为834.768 kN，距离桩顶21.563 m。桩身的位移最大值为49 mm。

由以上数据可以得出，桩身在堆积体的下滑推力作用下能够保持稳定状态，并且桩身的剪力、弯矩都比较合理，能够使桩身不被破坏。在钢筋布置上，面侧纵筋最大值为14 000 mm2，背侧纵筋最大值为15 015 mm2，箍筋最大值为654 mm2。