北引總干渠38km處渠堤滑坡成因分析

周 陽

( 黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱150080)

1 工程概況

北部引嫩總干渠烏北段渠道總體南北走向，總干渠25 +000 ～50 +054 段位于高平原( 或階地) 前緣，渠道蜿蜒曲折，形成右側純填方筑堤，左側挖方，右堤最大堤高約10 m。

2011年9月正在擴建施工中的北引總干渠烏北段38 km處左側渠堤發(fā)生滑坡破壞，本段工程自2010年9月在施工過程中曾發(fā)現(xiàn)渠底坡腳處高程有變化，當時曾懷疑為施工放樣有誤［1］。2011年春季渠道通水至9月末停水后，施工單位進場準備對已開挖的邊坡進行護砌，發(fā)現(xiàn)大約160 m的渠坡發(fā)生坍滑，馬道上出現(xiàn)縱向( 平行渠道軸線) 貫穿較大裂縫有4 ～5 條，寬約5 ～8 cm左右，小的裂縫較多，地面下陷約0.6 ～0.7 m，渠底有3 ～4 塊混凝土板隆起( 寬約2 m、高約0.5 m) 。由于渠道通水后現(xiàn)場無人看守，具體滑坡開始時間以及滑坡發(fā)展過程不詳［2］。

2 地質概況

北引總干渠38 km滑坡段位于臺地前緣斜坡處，該段渠底高程在169.36 ～169.81 m，馬道高程在174.96 ～176.30 m，渠堤外( 左側) 地面高程在179.61 ～180.43 m，自然地面斜坡坡度在20°左右。從渠底到左側地面高約10 m，渠底以上5 m左右已開挖出寬約10 m 的馬道，馬道以下邊坡已按設計為1∶3.0，馬道以上邊坡因征地尚未辦妥，未按設計施工，現(xiàn)邊坡較陡，約在1∶1 ～1∶0.5?；掳l(fā)生于渠道左側邊坡馬道至渠底部位，滑坡體高度約為5 m。

滑坡段揭露的地層主要有:人工填土( rQ)、①有機質土;第四系上更新統(tǒng)沖洪積層( al + plQ3) 巖性為②高液限黏土。第四系中更新統(tǒng)沖湖積層( al + lQ2)巖性為③高液限黏土(灰色)、④高液限黏土(黃色)、⑤高液限黏土(暗紅色)、⑥高液限黏土(黃褐色)。

滑坡段地下水主要為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層( al + plQ3) 高液限黏土層中的上層滯水。上部的黃褐色高液限黏土的垂直滲透系數(shù)為1.00 ×10－6cm/s 左右，下部的灰色高液限黏土的垂直滲透系數(shù)為1.00 ×10－7cm/s 左右，相差10 倍左右。2 種地層透水性的差異性( 下部地層透水性弱) ，下部形成相對隔水層，致使上部地層中形成上層滯水。上層滯水賦存于黃色高液限黏土層中的微孔隙中，透水性微弱，垂直滲透系數(shù)在1.00 ×10－6cm/s 左右，主要接受大氣降水補給，排泄不暢［3］。

3 滑坡體特征

3.1 形態(tài)特征

北引總干渠烏北段左側馬道至渠底位置發(fā)生滑動破壞，整體形態(tài)呈“簸箕”形，滑坡后緣明顯，滑坡壁在馬道平臺呈陡坎狀出露，并可見魚鱗狀裂隙，寬度3 ～12 cm，裂隙深度5 ～20 cm，但由于邊坡土體松散，且滑坡體位移較短，故滑坡周界不明顯。根據(jù)現(xiàn)場估算，滑坡規(guī)模均屬于小型滑坡?；履_處表面呈不平整的鼓丘狀，由于滑坡體對渠底土體及表層混凝土板的擠壓頂托作用，將渠底滑坡腳土體擠成鼓丘，鼓丘高度0.2 ～0.6 m，渠底混凝土板也被滑體擠壓，并架空頂成“人”字形。

3.2 土的特征

土的主要物理力學指標見表1，滑動面附近土的殘余強度指標見表2。

表1 滑坡土體物理力學指標統(tǒng)計表

表2 滑動面附近土的殘余強度指標一覽表 kPa

根據(jù)X 射線礦物衍射分析測試報告，滑坡體土的礦物成分見表3。

表3 滑坡體土的礦物成分成果表

根據(jù)化學分析檢測報告，滑坡體土的化學分析成果見表4。

表4 滑坡體土的化學成分分析成果表

根據(jù)差熱分析檢測報告，滑坡體土的差熱分析成果見表5。

表5 滑坡體土的差熱分析成果表

滑坡體土自由膨脹率試驗指標，見表6。

表6 土的主要物理指標一覽表

土的自由膨脹率在50% ～73%，屬于弱膨脹土的上限中等膨脹土的下限，因此判定屬于膨脹土。

從黏粒含量和膠粒含量來看，土樣的顆粒組成黏粒含量高達60%，膠粒含量最高為68%，最低為12.1%，黏粒和膠粒含量兩項總和達93.77%( 平均值) ，說明土體的膠粒和半膠粒( 黏粒又稱半膠粒) 含量高，透水性差，浸水飽和后呈現(xiàn)膠體性強，比表面積大，離子交換性強，水土之間的化學反應強烈等。

綜上所述，38 km處滑坡土體屬弱膨脹土。

3.3 滑動面特征

1) 主滑面( 帶) 受2 種地層層面控制，由于滲透性的差異形成上層滯水，地下水排泄不暢，土體強度降低，構成滑坡體的主滑面( 帶) 。

2) 主滑面( 帶) 土體具有弱～中等膨脹性，遇水膨脹后致使上部土體形成垂直裂縫，降雨入滲使得主滑面( 帶) 土體膨脹性加劇，強度降低。

3) 主滑面( 帶) 土體含水率明顯高于上部滑體和下部滑床土體。

4) 按主滑面( 帶) 深度為淺層滑坡，主滑面( 帶)深度＜4.30 m。

4 滑坡變形破壞機制及成因初步分析

4.1 滑坡的形成過程

2011年10月4日我院組織有關專業(yè)技術人員隊正在擴建施工中的北引總干渠烏北段38 km處滑坡段進行了現(xiàn)場查勘。根據(jù)建設、施工、監(jiān)理單位的有關人員描述，本段工程自2010年9月開工，2011年春季渠底護砌及渠底至左側馬道邊坡施工完畢，渠坡未進行護砌，2011年5月—9月渠道通水，水深約1.5 m。2011年8月間，該處有2 ～3 場較大降雨，2011年9月底渠道停水后，施工單位進場準備對已開挖的邊坡進行護砌，發(fā)現(xiàn)大約160 m的渠坡發(fā)生坍滑，馬道上出現(xiàn)縱向( 平行渠道軸線) 貫穿較大裂縫有4 ～5 條，寬約5 ～8 cm左右，小的裂縫較多，地面下陷約0.6 ～0.7 m，渠底有3 ～4 塊混凝土板隆起( 寬約2 m、高約0.5 m) 。由于渠道通水后現(xiàn)場無人看守，具體滑坡開始時間以及滑坡發(fā)展過程無人能說清。

4.2 滑坡段的邊坡分類

北引總干渠烏北段38 km處滑坡段邊坡屬工程邊坡，按邊坡巖性屬土質黏性土邊坡，按邊坡坡度屬斜坡，按邊坡高度屬低邊坡。

4.3 變形破壞機制

北引總干渠烏北段38 km處滑坡段變形破壞類型為拉裂—滑動組合類型，變形破壞特征為邊坡土體( 滑坡體) 沿滑動帶( 由呈軟塑狀的土構成) 向臨空面( 渠底) 滑動，致使滑坡體后緣拉應力集中形成拉裂，馬道處地表出現(xiàn)裂縫，滑坡腳( 渠底處) 隆起。

變形破壞機制為剪切—滑移+拉裂，未進行護砌的渠道邊坡在渠道通水期長達150 d的浸泡后，長期處于飽水狀態(tài)，局部土體呈軟塑狀態(tài)或軟可塑狀態(tài)，抗剪強度降低形成可能的滑動帶，渠道停水后渠底形成臨空面，并失去側向壓力，造成渠道邊坡部分土體失穩(wěn)，后緣拉裂，形成滑坡。

4.4 滑坡成因的初步分析

北引總干渠烏北段38 km處左側邊坡滑坡的成因主要有以下幾個方面:

4.4.1 邊坡施工未及時進行防護

本段渠道自2010年9月開工，至2011年春季渠底護砌及渠底至左側馬道邊坡施工完畢，渠坡未進行護砌，馬道上原有2 ～3 m厚的土體被挖掉，馬道及渠底至馬道部位邊坡土體沒有及時采取隔離保護措施，馬道設計的截流溝也未實施，開挖后的土體長期暴露在空氣中，夏季表層干燥產(chǎn)生裂縫。一方面邊坡施工形成了臨空面，另一方面未及時進行防護造成渠道通水后邊坡土體長期浸泡，降雨入滲，坡水不能及時排出，是發(fā)生滑動破壞的主要因素。

4.4.2 渠道通水長期浸泡及降雨入滲

北引總干渠渠道2011年5—9月為通水期，渠道水深1.5 m左右，此時渠道施工僅完成了渠底護砌，渠坡未進行護砌，馬道及渠底至馬道部位邊坡土體沒有及時采取隔離保護措施，致使渠道邊坡土體水下部分長期浸泡，2011年9月底，渠道停水后渠坡失去側向水壓力;據(jù)調(diào)查2011年8月份有兩次較大的降雨，所形成的地表水沿著土體的表層的裂隙很順利的進入了土體內(nèi)部形成降雨入滲。

4.4.3 邊坡地層透水性的差異性

滑坡段揭露的地層主要有第四系上更新統(tǒng)沖洪積層( al + plQ3) 及第四系中更新沖湖積層( al + lQ2) ，巖性主要為高液限黏土。其中邊坡上部由第四系上更新統(tǒng)沖洪積層( al + plQ3) 構成，巖性主要為黃褐色高液限黏土; 邊坡下部由第四系中更新沖湖積層( al + lQ2) 構成，巖性主要為灰色高液限黏土。2 層高液限黏土的透水性具有一定的差異性，根據(jù)《尼爾基水利樞紐配套工程黑龍江省松嫩平原引嫩骨干工程擴建工程地質勘察報告》( 可行性研究階段) 中的有關資料，上部的黃褐色高液限黏土的垂直滲透系數(shù)為1.00 ×10－6cm/s 左右，下部的灰色高液限黏土的垂直滲透系數(shù)為1.00 ×10－7cm/s 左右，相差10 倍左右。2 種地層透水性的差異性( 下部地層透水性弱) 使下部形成相對隔水層，致使上部地層中形成上層滯水。

4.4.4 邊坡土體的膨脹性

本次勘察對邊坡土進行了自由膨脹率試驗，其自由膨脹率范圍值在50% ～73%，土的膨脹性為弱膨脹性～中等膨脹性。

綜上所述，初步分析滑坡成因主要為邊坡施工未及時進行防護，渠道通水長期浸泡及降雨入滲，邊坡地層透水性的差異性及膨脹性形成滑動帶，渠道停水后渠底形成臨空面，并失去側向壓力，渠道邊坡部分土體失穩(wěn)，后緣拉裂，形成滑動破壞。

渠底護砌及渠底至左側馬道邊坡施工完成后，渠坡未進行護砌，馬道及渠底至馬道部位邊坡土體沒有及時采取隔離保護措施，馬道部位設計的截流溝也未實施，開挖后的土體長期暴露在空氣中，夏季表層干燥產(chǎn)生裂縫，降雨入滲，坡水不能及時排出。未進行護砌的渠道邊坡在渠道通水期長達150 d的浸泡后，上下2 層高液限黏土透水性的差異造成排水不暢，長期處于飽水狀態(tài)，層間土體呈軟塑狀態(tài)或軟可塑狀態(tài)，抗剪強度降低形成軟弱帶，邊坡土為弱膨脹性～中等膨脹性。渠道停水后失去側向壓力，造成渠道邊坡部分土體失穩(wěn)，后緣拉裂，形成滑坡。

5 建 議

建議盡快采取邊坡及馬道防護截滲、層間排水、邊坡土體加固等綜合有效的工程措施進行處理。并加強施工管理，調(diào)整施工順序，向施工單位進行應急技術交底。

［1］黑龍江省水利水電勘測設計研究院. 北引總干渠38 km滑坡工程地質勘察報告［R］. 哈爾濱: 黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2012.

［2］黑龍江省水利科學研究院. 北部引嫩干渠38 km 滑坡段渠道破壞［R］. 哈爾濱: 深季節(jié)凍土區(qū)工程凍土綜合技術研究課題組，2011.

［3］中華人民共和國水利部.GB 50287—99 水利水電工程地質勘察規(guī)范［S］. 北京:中國計劃出版社，1999.