维普资讯 http://www.cqvip.com 叶世斌：水库地段滑坡稳定性分析及其处理措施 水库地段滑坡稳定性分析及其处理措施 叶世斌 （中铁二院工程集团有限责任公司 四川成都６１００３１） 摘要分析了水库坍岸发生机理，介绍了影响水库坍岸滑坡的主要因素与稳定性分析方法，提 出了位于水库地段桥位滑坡的整治方案。 关键词 水库滑坡稳定性分析整治设计 １问题的提出 一般地段滑坡稳定性计算系数Ｆ 计算公式为（１） 山区铁路、公路建设，有时不得不沿水库岸坡行 式，见图１。 进。水库蓄水后，在水库水位升、降和波浪冲刷作用 力下，土质岸坡被掏刷、磨蚀、搬运。个别地段因岸 Ｆ ＝（∑Ｎ。・ｃｏｓ ・ｆｉ＋∑ｃ ・ｌｉ）／∑Ｔ ・ＣＯＳＯｔ （１） 坡再造加上卸荷变形，可能会发生地表裂缝甚至出现 对水库地段滑坡，还需根据水位变化、水库库岸 滑移，危及临近岸坡或岸坡上的铁路、公路工程安 全，有必要对此类工点的稳定性进行分析，从而采取 再造完成后的滑坡形态来分析其稳定性，其分析计算 荷载主要有：滑坡体自重、地下水产生的静水压力和 安全、可靠、经济、合理的处理措施。 动水压力、稳定水位所产生的浮托力以及水位变化产 ２水库坍岸及水库地段滑坡发生机理 生的动水压力。作用于水库地段滑坡体上的特殊力 系，见图２。 （１）一般土质边坡水库坍岸发生机理。水库泄 水时，水位下降，自然边坡土体内不稳定渗流对临库 一侧自然土质边坡产生渗透压力和冲刷作用，在一定 的渗透速率下，土体内的小颗粒将被冲走，土体的孔 隙逐渐增大，渗透速度也相应加快，又会冲走较大的 颗粒，这样不断地扩展，就会形成管涌。加上在渗透 水流出１２１，因土体重量小于渗透压力而出现流土。管 涌与流土使既有自然边坡发生沉陷或坍滑等变形。 （２）水库地段滑坡发生机理。若滑坡位于水库 库岸边，除出现土质边坡坍岸外，还由于下列原因引 起滑坡复活：①因水库水位的循环涨落，将在滑坡体 内形成动水压力，增加滑体的下滑力；②浸水部分的 图１ ～般地段滑坡推力 图２水库地段滑坡推力 力学计算图 力学计算图 滑体所受的水浮托力将降低滑坡抗滑力。 （１）动水压力（渗透压力）Ｐ ３水库地段滑坡的稳定性分析方法 Ｐｄｉ＝Ａｏ 。ｎｉ。， 。Ｉ （２） 滑坡滑动是山坡上不稳定岩、土体在重力、地表 式中Ａ。 为第ｉ条块滑体地下水位以下部分的面积， 水、地震等作用下，沿山坡内部某一软弱面或软弱带 即渗流区面积，ｍ ；ｎ 为滑体的孔隙度；ｒ 为水容 作整体的、缓慢的、间歇性滑动的变形。对滑坡的稳 重，ｋＮ／ｍ ；，为水力梯度，，＝ｓｉ ，卢为水力坡度 定性分析，除通过地质勘探、现场调查、测绘、滑坡 的地貌形态演变、地表变形迹象等进行稳定性评价 角。动水压力的作用方向为水流的切线方向，设计中 外，还需要进行稳定性分析计算。根据文献［１］， 拟设动水压力的方向平行于本条块滑体的滑面。 （２）浮托力５． Ｓ。＝Ａ１ｉ．（１～ｎ ）・ｒ （３） 叶世斌，男，工程师。 式中Ａ 为第ｉ条块滑体的饱水面积，ｍ ；ｎ 为滑体 、 ≯ 挂网喷ｔ昆凝土防护； ５结语 （３）岩体破碎，节理发育，易坍塌的高边坡， 针对３１８国道二康公路地形、地质条件复杂，高 宜采用挂主动网防护； 边坡多、危害大的特点及其灾害类型，改建工程设计 （４）采用抗滑桩治理滑坡，根据滑坡体岩土特 提出了高边坡处治原则及处治技术： 征，桩问设挡土板或桩问挡土墙；根据地质情况及坡 （１）在横坡较陡的情况下，必须避免大开挖； 率，采用骨架或框架梁内植灌木护坡。 （２）破碎岩体开挖后，边坡宜封闭，即多采用 收稿日期：２００７—０５一ｌ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１４８・ 全国中文核心期刊 路基工程 ２００７年第４期（总第１３３期） 的孔隙度； 为水容重，ｋＮ／ｍ 。 浮托力的作用方向竖直向上。 ４水库坍岸地段滑坡工程实例 ４．１工点地形、地质概况 （３）水库地段滑坡稳定性计算系数Ｆ 计算公式： Ｆ ＝（∑Ｄｉ・ｔｇ ．＋∑ｃｉ・ｚｉ）／∑ 式中Ｐｚｉ．ｅＯＳＯＬ．（４） ｃ．为滑带土粘聚力；ｆ．为每一条块滑面长 度； 为滑体切向分力； ： ＋Ｐｄｉ—Ｓｉ・ｓｉｎｔ￣ｉ ・ｓｉｎｔ￣ｉ＋Ｐ 。・ｅＯＳＯＬｉ＋ （５） Ｓ ・ｅＯＳＯＬ． 襄渝线安康至重庆段增建二线工程姚家湾双线大 桥位于州河左岸，岸坡为一面斜坡，坡度２５。～４０。， １９９８年地方在该河上兴建金盘子水库并于２００２年蓄 水。水库设计百年洪水位２７９．０９ ｍ，最低枯水位 ２５９．７ ｍ。 Ｄ；为滑体法向分力； Ｄｉ Ｗｉ。ｅＯＳＯＬ。一Ｐ ．‘ｓｉｎｔ￣。一Ｐ 。‘ｓｉｎｔ￣。一（６） Ｏｔ．为第ｉ条块滑体的滑面倾角，（。）； ｉ为第ｉ 条块滑体的滑面上的内摩擦角，（。）。 该桥位于一土质滑坡上，滑坡滑体以粉质黏土与 块石土为主，局部夹碎石土。滑体厚０—１３ ｍ，主轴 长约８０ ｍ，宽约３４０ ｍ，滑坡前缘已侵入河床，见 图３。 重庆 图３姚家湾大桥滑坡平面位置示意图 ４．２滑坡稳定性分析 由于该桥修建于水库岸坡的滑坡体上，为确保大 桥安全，设计必须考虑三种工况。 （１）工况Ｉ：把岸坡视为土质边坡，在坍岸发 生时，其工程措施得确保桥梁工程的安全、稳定。 （２）工况Ⅱ：在水库正常蓄水状态下，其工程 措施必须确保桥梁工程的安全、稳定。 （３）工况Ⅲ：遭遇百年洪水，水库水位由 ２７９．０９ ｍ骤降至常水位２６９．３９ ｍ，其工程措施必须 确保桥梁工程的安全、稳定。 ４．３ 计算参数的选取 根据地质详细勘察报告中的滑带土物理力学指 （３）滑带土指标。①粉质黏土与基岩接触带综 合 ＝加。；②块石土与基岩接触带综合 ＝３７。。 ４．４滑坡体稳定性计算结果与分析 将上述参数代入（１）式、（４）式，计算结果见 表１。 表１滑坡稳定系数（Ｆ ）计算结果表 标，结合滑坡体各剖面的实际变形情况，计算参数选 取如下。 （１）粉质黏土：①孔隙比平均值ｅ＝０．７７。②天 然状态下：凝聚力ｃ＝２６．４ ｋＰａ，内摩擦角 ＝ １３．１３。，容重Ｐ＝１．９ ｇ／ｃｍ 。③饱和状态下（饱和度 按９５％～９９％考虑）：凝聚力ｃ＝２２．３８ ｋＰａ，内摩擦 从表１可知，该滑坡在天然状态下，各剖面的稳 定系数在１．８６７１—２．５７６８之间，说明滑体沿坍岸线 下滑的可能性很小。在水库正常蓄水状态下，Ｂ—Ｂ、 Ｄ—Ｄ、Ｅ—Ｅ、Ｆ—Ｆ剖面的稳定系数在１．０８０６～ １．３８４７之间，处于稳定状态；Ａ—Ａ、Ｃ—Ｃ剖面的稳 定系数分别为０．９８０４、１．０１３４，处于临界稳定状态。 但在暴雨或长期降雨状态（雨季），加上水库水位由 百年洪水位为２７９．０９ ｍ降至常水位（测时水位） ２６９．３９ Ｉｎ，稳定系数为０．６８５６～０．９５２３之间，滑坡 处于不稳定状态。 角 ＝１１．８。，饱和容重Ｐ。 ＝１．９６ ｇ／ｃｍ ，浮容重Ｐ。 ＝０．９６ ｇ／ｃｍ 。 （２）碎石土、全风化基岩及人工填筑（碎石） 土。①孔隙比平均值ｅ：０．３５。②天然状态下：凝聚 力ｃ＝０，内摩擦角 ＝３５。，容重Ｐ：２．３ ｇ／ｃｍ 。③饱 和状态下：凝聚力ｃ＝０，内摩擦角 ＝２５。。饱和容 重Ｐ ＝２．３４ ｇ／ｃｍ ，浮容重Ｐ ＝１．３８ ｇ／ｃｍ 。 ４．５滑坡推力计算 （１）根据文献［１］，滑坡推力采用传递系数法 按式（７）计算： 维普资讯 http://www.cqvip.com 叶世斌：水库地段滑坡稳定性分析及其处理措施 Ｅ ＝Ｋ・ 一Ｄ ・ｔｇ Ｉ—ｃｉ・Ｚ ＋ＥＩｌ・ ・１４９・ （７） 式中 、Ｄ 为滑体的切向及法向分力。 （２）滑坡推力计算结果。从稳定性分析结果看， 滑坡的最不利工况是：遭遇百年洪水，水库水位由百 年洪水位为２７９．０９ ｍ骤降至常水位２６９．３９ ｍ。按此 工况进行滑坡推力计算（如图４），结果见表２。 图４断面力学计算示意图 表２滑坡推力，计算结果表 安全系数Ｋ＝１．０—计算剖面／（ｋＮ・ｍ ）— Ａ—Ａ Ｂ—Ｂ Ｃ—Ｃ Ｄ—Ｄ Ｅ—Ｅ Ｆ—Ｆ 出口推力（方案一）Ｆ１ ８５９．６ ９５１．７ １０３１．６ ６４１．２ ４３４．９ ３３３．９ 设桩处下滑推力（方案二）Ｆ２ ７６８．３ ７９６．１ ８０５ ７ ５２６．９ ３６２．５ ２９２．９ 下滑面桥墩处下滑力 ４５．５ ９０．５ ５６．２ ６２．７ ２３．１ １６．６ 下滑面稳定系数 ｎ ８２８４ ｎ ７９６７ ｎ ９２３４ ｎ ８７３２ ｎ ９２３５ ｎ ９７６６ ４．６整治设计方案 为防止滑坡在水库水位循环变化下复活，确保该 铁路建成后运营安全，根据滑坡推力计算结果并结合 现场实际情况，进行了两个方案的比选。 ４．６．１方案一 （１）根据表２中滑坡出口推力作为设计推力，在 距桥梁承台外４ ｍ设置抗滑桩。从受力角度上讲采用 矩形抗滑桩最为经济合理，但设桩处临河，桩基开挖 十分困难，因此设计采用２排圆形孑Ｌ抗滑桩，桩间距 ３．０ ｍ，桩径１．５ ｍ。排间距３．０ ｍ，三角形布置。桩 长１５～２８ ｍ。为防止在库水位影响下桩间土体发生坍 滑，在靠河侧的抗滑桩桩问打３排旋喷桩，旋喷桩桩 径０．５０ ｍ，桩间距０．４５ ｍ，桩打入基岩内０．５０ ｍ， 桩呈弧形布置，见图５。 （２）为防止桩板墙以上自然边坡在库水作用下继 续冲刷、搬运，堆积在桥墩上方挤压桥基，桩顶至百 年水位高程的岸坡采用Ｍ１０浆砌片石进行防护。 ４．６．２方案二 考虑抗滑桩与桥墩基础联合受力，采用桩板墙＋ 坡面浆砌片石护坡防护＋桥墩钻孑Ｌ桩，见图６。 （１）为方便施工，于桥山侧设桩板墙。桩距线 路左线中线６．５ ｍ，共设桩４２根。桩截面１．５０ ｍ× ２．２５ ｍ～１．７５ ｍ×２．７５ ｍ，桩长１６～２３ ｍ，桩中一中 间距为６ ｍ。桩身采用Ｃ３０混凝土浇注。桩间挡土板 墙背采用 ＝３５。、 ＝１９ ｋＮ／ｍ。设计。挡土板挂至水 图５方案一断面设计示意图 图６方案二断面设计示意图 库坍岸线下不小于１．０ ｍ。桩身预埋 ３２联接钢筋。 采用表２中设桩处滑坡推力进行桩结构力学计算。 （２）桩板墙至水库百年洪水位＋２．０ ｍ高程的滑 坡自然坡面采用Ｍ１０浆砌片石进行防护。 （３）考虑水库坍岸影响，该大桥墩台采用桩基 础，每个墩台桩基９根，桩径１．５ ｍ。桥墩钻孔桩结 构设计时考虑滑面剩余下滑力影响受力的情况。 方案一安全性较高，但施工工艺要求相对较高， 工程投资较大；方案二桥梁基础设计相对烦琐，施工 方法相对单一（可人工挖桩），工艺简单，且较方案 一节约工程投资近２００万。设计采用方案二对该滑坡 进行整治。 Ｓ体会 （１）水库地段滑坡稳定性分析必须考虑遭遇百 年洪水时（最不利工况），水位骤降动水压力的影 响，该因素对安全系数影响达０．２４．～０．４３，不考虑这 种作用是不安全的。 （２）抗滑工程，有条件时尽量设在临河侧，当 临河侧滑坡抗滑工程施作困难，采用钻孑Ｌ桩造价太高 时，可考虑设在方便施工位置处，并充分发挥桥梁基 础侧向抗滑能力，以节省工程投资。 参考文献： ［１］铁道第一勘察设计院主编．铁路工程设计技术手册（路基修 订版）．中国铁道出版社，１９９５． 收稿日期：２００７—０４—１２