小井沟水库干渠平面型工程滑坡的成因分析及应用

张登旺

(四川省水利规划研究院，成都，610072)

0 引言

小井沟水库干渠全长30.38km，以明渠为主，明渠总长约21.90km，共分为7个施工标段，于2012年2月开工建设。干渠布置方案为：从小井沟水库左岸放水洞取水，干渠行经礼佳、保华、度新等乡镇，止于荣县双溪水库，再由双溪水库向自贡市提供工业、生活用水。干渠沿线岩层总体为软硬相间的中～厚层状砂、泥岩互层岩组，泥岩夹层较多，部分渠段泥质夹层达10余层；岩层产状总体为N60°～75°E/SE∠7°～22°，呈单斜构造。受干渠起止点位置、地形、渠尾底高程的制约，干渠走向总体为北东向，明渠走向与岩层走向不可避免地存在平行或小角度相交的情况，因此，明渠渠槽边坡存在较多顺层边坡稳定问题。

1 滑坡的工程地质条件

小井沟水库干渠团顶山明渠段(干渠原桩号7+780～7+890)在山体坡脚大致顺岩层走向通过，明渠为梯形明渠，最大开挖深度16.5m，底宽12m。该段明渠左侧团顶山山体为单斜面山，地形坡度20°～30°。裸露基岩为侏罗系中统下沙溪庙组(J2S1)灰、紫灰色中厚～厚层状砂岩、粉砂岩夹极薄层暗紫红色泥岩。岩层总体产状为N60°～70°E/SE∠10°～22°。2012年4月8日中午，团顶山明渠段左侧山体产生边坡滑动。滑坡体冲入已开挖成型的明渠中，掩埋整个明渠，同时滑体向左侧临空面冲出约3m。据现场地质测绘，团顶山滑坡体宽度约80m，长度约110m，高度约10m～13m，滑坡体积约12万m3。滑坡体后缘形成一条长60m、宽10m～15m、深11m的拉裂槽；滑坡体右侧形成一道长约100m、宽0.2m～1.5m、深10m～13m的拉裂缝，见图1。

图1 团顶山滑坡后缘拉裂槽及滑面(左)和滑坡右侧拉裂缝全貌(右)

该滑坡山体的岩体有两个特征：(1)滑坡段山体皆为砂岩(粉砂岩)夹薄层泥岩，砂岩岩体受两组构造裂隙切割，完整性差。一组裂隙产状N50°～80°E/NW或SE∠75°～88°，长30m～70m，为边坡横向切割面；另一组裂隙产状N10°～35°W/SW或NE∠70°～75°，多数近于垂直山坡方向。上述两组裂隙形成“X”节理，与层面节理组合，呈现“两陡一缓”的结构模式，三组结构面将岩体切割成棱块状，岩体解体严重。(2)砂岩与砂岩(或粉砂岩)层面间夹极薄层含水量较高的暗紫红色泥岩夹层。地表露头可见泥岩夹层，且发现有泥化现象。渠道边坡开挖揭示：边坡岩体中沿层面存在软弱泥化夹层，泥化夹层厚1.5mm～30mm，由紫红、灰白色粉质粘土组成，粉质粘土饱和，呈软塑状，颗粒细腻，表面十分光滑。

该滑坡段的明渠走向与岩层的关系是：(1)开挖渠道位于单斜山体的下部，存在对单斜山体的切脚开挖问题，形成了临空面；(2)渠道走向北东向与岩层走向小角度斜交，两者走向总体一致；(3)渠道内侧坡面倾向南，渠道开挖坡比为1∶0.5～1∶0.75，渠道坡面与岩层倾向总体一致，但渠道边坡坡角大于岩层倾角，形成层状顺向岩质边坡类型，渠道边坡典型断面见图2。

图2 团顶山平面滑坡典型断面

2 滑坡成因及稳定性分析

2.1 滑坡成因分析

为了分析团顶山滑坡的成因，从内因和外因两个方面进行滑坡成因分析。

岩石的岩性构造是滑动的内因：(1)从地层岩性上说，该滑坡岩性为软硬相间的砂、泥岩互层岩组，泥岩夹层较多，是典型的易滑地层。(2)岩层倾角10°～22°，有产生滑动的动力条件。(3)岩体受层面节理和“X”构造裂隙切割，呈现“两陡一缓”的结构模式，导致岩体解体严重，完整性差。(4)边坡岩体中沿层面存在的软弱泥化夹层是岩体滑动的控制性软弱结构面，导致滑坡整体沿泥化夹层顺层向临空面滑动。

基岩滑动的外因有以下因素：(1)渠道走向与岩层走向一致或小夹角相交，形成了与岩层倾向一致的顺向边坡，且边坡坡角大于岩层倾角，工程开挖形成的临空面为顺向坡的滑动提供了最基础的条件，边坡岩体在重力作用下极易沿软弱结构面向临空方向发生滑动变形。(2)从水文地质条件方面看，边坡浅表层岩体卸荷裂隙、层面节理的连通性好，有利于地表水的入渗。当地前期长时间降雨，使岩土体饱水增重、孔隙水压力增加、裂隙面动水压力增大，恶化了泥化夹层的抗剪能力。(3)工程开挖采用爆破施工，频繁的爆破震动和冲击作用弱化了泥化夹层强度，泥化夹层强度值降低到大致与残余剪强度值一致。(4)开挖方式不恰当，未按先分层支护、后分段开挖的原则进行，在未对顺向边坡采取预先锚固的情况下，渠道边坡采用一挖到底的开挖方式。

2.2 滑坡稳定性分析

团顶山滑坡是沿泥化夹层顺层向临空面滑动的平面滑坡，对滑带土(泥化夹层)现场取样试验可知，泥化夹层砂粒含量14.83%～25.52%，粉粒含量36.60%～53.15%，粘粒含量31.52%～40.63%，自由膨胀率为36%～60%，滑带土具弱膨胀性[1]。在前期的勘察中，在枢纽区对泥化夹层做了4组现场大剪试验，泥化夹层抗剪强度为C=0～30kPa，f=0.374～0.471。经地质综合分析后，确定泥化夹层抗剪强度的地质建议值为f=0.20～0.22，C=0kPa。依据地质测绘、取样试验等成果，对团顶山滑坡按平面滑动公式进行稳定性分析和反演分析计算，计算成果见表1。

表1 滑坡稳定性分析与反演分析计算

根据反分析计算成果，确定滑带土(泥化夹层)强度为C=3kPa，φ=10°，与地质建议值接近。

综上，团顶山滑坡是在地层岩性、构造、水文条件、不当的施工方式等条件下产生的典型的基岩平面滑动，是内因和外因共同作用的结果。其核心是顺层发育的泥化夹层强度较低，控制了边坡的稳定；爆破的震动和冲击作用降低了泥化夹层强度，促使滑坡加速滑动。

3 分析成果应用

团顶山滑坡主要是顺层发育的泥化夹层强度降低而引起，其有两个核心特征：

(1)工程边坡为顺向边坡，地形坡度在15°～22°；

(2)延伸性好的泥化夹层沿层面展布。将其成果应用于施工地质排查和预报工作中，获得了极大成功。

地质预报工作程序为：首先，重点对有泥化夹层出露、地形坡度在30°以下的明渠顺层边坡测绘1～3个典型地质横断面[4]；其次，类比采用滑带土(泥化夹层)强度对典型地质断面进行稳定性计算，统计欠稳定边坡数量(稳定系数为1.0～1.05的边坡[5])；第三，对欠稳定边坡进行重点复核和排查，排查重点为边坡岩体的变形情况(如裂隙长、宽变化，岩层产状复核、开挖边坡坡面是否有变形突起等)；最后，对有变形迹象的欠稳定边坡以地质预报单通知业主。

通过上述工作流程对项目所有明渠顺层边坡进行了排查，对花花碑等4处危险性高的欠稳定边坡及时向业主发送地质预报单，以便业主组织参建各方撤离相关机具及人员，成功地避免了更大规模的损失。4次预报准确的滑坡为：第一处为2012年4月20日滑动的花花碑滑坡(在原桩号6+100～6+300明渠段)、第二处为2012年4月26日滑动的李家山滑坡(在原桩号8+935～9+130明渠段)、第三处为2012年4月22日滑动的烂田碥滑坡(在原桩号5+116～5+327半挖半填明渠段)和第四处为2012年5月1日凌晨滑动的周家湾小学滑坡(在原桩号16+100～16+180明渠段)，该滑坡的滑动是因4月28日-4月30日集中降雨所致。

4 结论

通过分析团顶山平面型工程滑坡的成因，将其核心成果应用于施工地质排查和预报工作中，准确地预报了花花碑滑坡等4个滑坡，提高了地质预报的准确性，避免了更大规模的财产损失，同时为干渠滑坡段线路调整或改变渠道形式提供有力的技术支撑。小井沟水库干渠工程发生的5处工程滑坡皆为基岩滑坡，是岩体在内因和外因共同作用下的平面滑动。内因是岩体完整性差、岩石软硬相间、层间发育有多层泥化夹层；外因是切脚开挖形成临空面、一坡到底式的不当爆破开挖方式和降雨入渗等外部因素。其中工程切脚是诱因，爆破和降雨入渗是滑动破坏的控制性外因，也是最敏感的因素。