毗盧洞滑坡穩(wěn)定性分析及防治對(duì)策

劉立志 蘇文俊 覃木慶

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

0 引言

安岳縣毗盧洞石窟為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，毗盧洞石窟在開鑿至今的漫長(zhǎng)歷史年代中，在石窟陡崖前方存在一堆積層滑坡(毗盧洞滑坡)，2007年雨季后坡體有明顯滑移，石窟保護(hù)區(qū)內(nèi)保護(hù)房墻體裂縫加大，院內(nèi)地面裂縫張開，威脅到毗盧洞石窟造像的安全。本文對(duì)該滑坡的工程地質(zhì)條件、形態(tài)分布特征、形成機(jī)理及穩(wěn)定狀況進(jìn)行分析，結(jié)合文物保護(hù)的要求提出了治理方案，這對(duì)于類似的文物搶救和保護(hù)工程有參考意義。

1 滑坡基本特征

依據(jù)滑坡發(fā)生的原因可以分為內(nèi)因和外因，地質(zhì)因素是毗盧洞滑坡發(fā)生的內(nèi)因，也是滑坡發(fā)生的主控因素，而環(huán)境因素則是毗盧洞滑坡發(fā)生的外因，是滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素［1，2］。

1．1 滑坡形態(tài)分布特征

毗盧洞滑坡位于毗盧洞石窟窟前的自然斜坡上，滑坡區(qū)圈椅狀外貌清晰，滑坡后緣沿近南北向的寺院院墻由接待室延伸發(fā)展至廁所，后緣長(zhǎng)度約75 m，滑坡已產(chǎn)生比較明顯的滑動(dòng)變形，造成寺內(nèi)房屋地基開裂，平臺(tái)基石折斷(見圖1，圖2)，墻體開裂3 cm～5 cm，地面有明顯下錯(cuò)，最大下錯(cuò)約10 cm，致使寺內(nèi)廂房有傾倒危險(xiǎn)，成為危房，需要拆除?；潞髠?cè)為石窟造像區(qū)，邊界依附于自然坡體的微型沖溝和臺(tái)坎，滑體上有明顯的滑坡地貌特征，馬刀樹等植被特征明顯;滑坡平面形狀呈西高東低、前級(jí)寬后級(jí)窄、范圍延伸小的臺(tái)階狀，滑體沿滑動(dòng)方向長(zhǎng)約75 m，最大寬度達(dá)75 m，滑坡主滑方向?yàn)镹W72°，前緣為溝谷壩地，自然斜坡總體坡度上陡下緩為20°～35°之間，后緣桌狀地貌地形相對(duì)平緩，起伏不大，滑坡約8萬(wàn)m3，本滑坡屬于小型淺層堆積層滑坡。

圖1 滑坡拉裂條石基礎(chǔ)

圖2 滑坡后緣廂墻體拉裂

滑坡變形主要是由于堆積層的滑動(dòng)變形引起的，滑坡后緣裂縫已經(jīng)貫通，主要后緣裂縫有3條，裂縫走向?yàn)镹W5°～NW15°，裂縫下錯(cuò)、外移明顯，下錯(cuò)高度達(dá)10 cm，外移量最大50 cm，裂縫延伸長(zhǎng)度達(dá)100 m，向西延伸與右側(cè)界裂縫連通。

1．2 滑坡工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

毗盧洞石窟位于安岳縣丘陵區(qū)東南的中丘塔子山上和泥巖地層發(fā)育形成。石窟造像區(qū)開鑿于遂寧組(J3Sn)巨厚層塊狀砂巖的桌狀陡崖上?？唔敽缶壠麦w上伏第四系(Q4)堆積層，地勢(shì)南西低，北東高，多為紫紅色亞粘土，灌類和草本科植物生長(zhǎng)茂盛。石窟前緣為25°～35°的自然斜坡，斜坡上灌木、喬木、雜草生長(zhǎng)茂盛，坡體上有臺(tái)階狀小平臺(tái)，前部到達(dá)溝谷壩地，為石窟前部堆積層產(chǎn)生滑坡提供了必要的地形地貌條件。

滑坡的主要地層巖性如下:

1)第四系堆積層(Q4)。

①人工筑填土(Qme4)，主要分布于毗盧洞寺院院墻沿線回填土部位，厚約3．8 m～6．0 m，是堆積層滑坡滑體的主要成分。

②滑坡堆積層(Qdel4)，分布于寺外的滑動(dòng)變形自然斜坡上，是滑坡滑動(dòng)變形的重要物質(zhì)載體。

2)侏羅系遂寧組(J3Sn)。

①砂巖，該組巖層主要出露于滑坡后緣，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定。巖層產(chǎn)狀為 NE40°～45°/NW2°～6°。

②泥巖，滑坡體的滑床由該巖層組成，滑面依附于泥巖頂面和堆積層的接觸帶，巖層厚約14 m～16 m，該巖層在進(jìn)毗盧洞石窟公路邊露頭產(chǎn)狀為NE52°/NW5°，在滑坡區(qū)該巖層在地表沒(méi)有出露，為平行整合接觸，巖層產(chǎn)狀和上伏巖層一致。

滑坡區(qū)的地下水較發(fā)育，以上層潛水為主，且連通性較好，同時(shí)由于基巖裂隙較發(fā)育，地下水補(bǔ)給來(lái)源豐富，致使坡體內(nèi)存在多處基巖裂隙水匯聚帶和含水破碎帶，其多以過(guò)濕帶的形式存在，局部以透鏡狀匯水和窩狀水的形式存在風(fēng)化巖體中，且?guī)r體中部存在一條貫通的地下水通道。

2 滑坡的變形原因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2．1 滑坡的變形原因分析

毗盧洞石窟前滑坡是淺層堆積層滑坡，現(xiàn)已明顯出現(xiàn)滑移、錯(cuò)斷、后緣裂縫等滑動(dòng)不穩(wěn)的跡象，嚴(yán)重危及毗盧洞石刻造像的安全。影響滑坡變形滑動(dòng)的因素主要有如下幾點(diǎn):

1)不良的地質(zhì)條件是滑坡生成的基礎(chǔ):滑坡的滑體主要為人工回填土堆積層，固結(jié)不密實(shí)，較松散，孔隙率大，物質(zhì)組成復(fù)雜，大氣降水容易下滲而下伏地層為強(qiáng)～中風(fēng)化泥巖，屬弱透水性地層，易在泥巖頂部形成軟弱帶，進(jìn)而形成滑面，為堆積層的滑移提供條件。

2)氣象環(huán)境因素:滑坡后緣地表沒(méi)有較完善的排水設(shè)施，坡體中部砌筑的截排水溝已經(jīng)廢棄，受區(qū)域氣候條件的影響，在夏季持續(xù)性降雨和突發(fā)暴雨的影響下，地表水不能順暢地排出滑坡區(qū)外，使得原本松散的坡體軟化，巖土體強(qiáng)度降低，使本來(lái)松散的堆積體在水作用下沿泥巖頂面產(chǎn)生滑移變形。暴雨是誘發(fā)該段滑坡滑動(dòng)變形的主要因素。近年來(lái)該區(qū)降雨量較大，在暴雨期，滑體含水量在很短的時(shí)間內(nèi)迅速提高，地表水的下滲軟化了滑帶土，使滑帶土強(qiáng)度指標(biāo)急劇降低，最后導(dǎo)致了滑坡的滑動(dòng)變形。

3)地震因素:受“5·12特大地震”影響，推動(dòng)加速了滑坡的變形趨勢(shì)，使得地表裂縫、建筑物變形增大。

2．2 穩(wěn)定性計(jì)算分析

本次主要采用DZ/T 0218-2006滑坡防治工程勘查規(guī)范中的附錄E．1(包括土質(zhì))堆積層滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算公式進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算公式如下。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表1。

其中，ψj為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)，即:ψj=cos(αi－αi+1)－sin(αi－αi+1)tanφi+1;Wi為第i條塊的重量，kN/m;Ci為第i條塊內(nèi)聚力，kPa;φi為第i條塊內(nèi)摩擦角，(°);Li為第i條塊滑面長(zhǎng)度，m;αi為第i條塊滑面傾角，(°);A為地震加速度(重力加速度g);Kf為穩(wěn)定系數(shù)。

表1 毗盧洞滑坡穩(wěn)定性計(jì)算匯總表

滑帶強(qiáng)度指標(biāo)在滑坡穩(wěn)定計(jì)算中起著十分重要的作用［3-5］。由于該滑坡各塊、各級(jí)所處的狀態(tài)和條件不同，所以各段指標(biāo)也不盡相同。本文采用反演法進(jìn)行滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算。計(jì)算時(shí)采用如下公式進(jìn)行反演，確定的主滑段反算指標(biāo)見表2。

表2 毗盧洞滑坡主滑段反算指標(biāo)

針對(duì)Ⅱ—Ⅱ斷面、Ⅳ—Ⅳ斷面及Ⅵ—Ⅵ斷面代表的前級(jí)滑坡按天然、降雨、地震分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

3 防治對(duì)策

由于文物的不可再生性，崖壁巖體破壞后，將對(duì)石刻造像造成毀滅性的破壞，后果十分嚴(yán)重，結(jié)合文物保護(hù)設(shè)計(jì)的要求，本工程滑坡推力計(jì)算安全系數(shù)在自然狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)和地震狀態(tài)下分別取值為2．0，1．8，1．5。計(jì)算時(shí)取滑體單位寬度 1 m、地震基本烈度8度計(jì)算，針對(duì)Ⅱ—Ⅱ'斷面、Ⅳ—Ⅳ'斷面及Ⅵ—Ⅵ'斷面代表的前級(jí)滑坡按自然狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)、地震狀態(tài)分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 毗盧洞滑坡推力計(jì)算表

結(jié)合本工程實(shí)際情況和文物保護(hù)本身的特點(diǎn):保護(hù)工程必須以不改變文物體的原狀，保護(hù)文物真實(shí)性的原則，它包括文物本體和文物環(huán)境，同時(shí)在保護(hù)工程實(shí)施過(guò)程中，不允許對(duì)文物體造成新的破壞和影響。針對(duì)以上情況，在毗盧洞滑坡治理方案中，根據(jù)滑坡的性質(zhì)，為保證石窟主體安全和節(jié)約資金，建議在滑坡主滑段上部采用錨固、地下排水及局部松軟土注漿加固相結(jié)合的方法［6，7］進(jìn)行治理，同時(shí)在滑坡體下部設(shè)置地表截排水溝，使得坡體中的水能及時(shí)排出，不致下滲至滑體影響滑坡穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了毗盧洞滑坡的形態(tài)分布特征、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)合滑坡特征和文物保護(hù)的特殊性，采用了錨固技術(shù)結(jié)構(gòu)+排水工程+鋼花管注漿工程的治理方案，為類似的工程治理評(píng)價(jià)提供參考。毗盧洞滑坡在防治時(shí)需要注意以下問(wèn)題:

1)毗盧洞滑坡區(qū)滑坡前級(jí)有大片農(nóng)田，人類活動(dòng)的加劇可能使前級(jí)滑坡復(fù)活，進(jìn)而牽引后級(jí)滑坡復(fù)活。建議滑坡前級(jí)農(nóng)田退耕，恢復(fù)自然地貌，并結(jié)合滑坡后級(jí)治理措施和環(huán)境整治方案，修建排水措施，以進(jìn)一步增強(qiáng)滑坡穩(wěn)定性，確保整個(gè)毗盧洞石窟造像區(qū)的安全。

2)該工程屬于文物搶險(xiǎn)加固保護(hù)工程，要盡快進(jìn)入實(shí)施階段，避免滯后實(shí)施造成不良后果。在工程實(shí)施中，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，各項(xiàng)工程措施實(shí)施前應(yīng)做好文物的安全臨時(shí)防護(hù)工作，工程實(shí)施中應(yīng)盡量少擾動(dòng)文物本體，工程實(shí)施后應(yīng)進(jìn)行復(fù)舊處理，恢復(fù)外觀，力求協(xié)調(diào)，達(dá)到“保持現(xiàn)狀，修舊如舊”的文物保護(hù)原則。

3)石窟內(nèi)的防風(fēng)化等化學(xué)保護(hù)項(xiàng)目，由于涉及文物本體保護(hù)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件制定專項(xiàng)保護(hù)方案，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證后才可用于工程實(shí)施，故本方案設(shè)計(jì)也未涉及此方面的問(wèn)題。

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