五強溪庫區(qū)肖家橋反向邊坡變形機理分析

肖紅宇（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

五強溪庫區(qū)肖家橋反向邊坡變形機理分析

肖紅宇
（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

肖家橋變形邊坡為一個典型的緩傾角反向邊坡，相對而言有利于邊坡穩(wěn)定，但是由于其巖性軟硬交替，節(jié)理裂隙發(fā)育，在雨水作用下，軟巖軟化、崩解等作用下，邊坡產生沉降、拉裂、蠕變等方面變形，從而導致邊坡出現(xiàn)大范圍的變形。文章在綜合分析邊坡巖土結構及工程特性的基礎上，對肖家橋邊坡的變形機理進行了分析。

反向邊坡 粉砂質泥巖 變形邊坡

前言

五強溪電站是湖南省最大的水力發(fā)電站之一，庫區(qū)位于沅水干流上，庫容42億m3，為大（I）型水庫。由于庫區(qū)內邊坡變形、滑坡分布較多[1]，是庫區(qū)主要地質問題之一[2]，國內工程技術人員對其做了大量的研究工作[3～4]。肖家橋變形邊坡位于五強溪水庫庫區(qū)沅陵縣肖家橋鄉(xiāng)周家溪村，邊坡高約45 m，其邊坡坡比為1∶1.25，坡度38°～42°。邊坡下部有鄉(xiāng)中學和鄉(xiāng)完小2所學校及1條主要交通公路，故當?shù)卣?003年對邊坡進行了加固處理，坡腳修建了3 m高擋墻，坡面設置了混凝土梁，如圖1。通過平面地質調查，邊坡為巖質邊坡，其巖層走向與坡面走向近似平行，傾向與坡向相反，屬于典型的反向坡，通常為較穩(wěn)定的邊坡結構[5]。但2010年7月中旬，沅陵縣普降大雨，邊坡出現(xiàn)大面積的變形現(xiàn)象，坡頂出現(xiàn)了大量的塌陷洞，坡面上出現(xiàn)了大量裂縫，同時混凝土梁大量被折斷，下部擋墻向公路出現(xiàn)了位移破壞，直接威脅到中、小學以及坡下公路的安全。針對這種反常的變形現(xiàn)象，本文從巖性、地形、巖體構造、地下水等方面對其進行剖析，對邊坡變形機理進行分析，為邊坡防治提供科學的依據(jù)。

1 基本地質條件

肖家橋反向邊坡山頭最高海拔標高159.8 m，河谷最低標高85.8 m，相對高差74 m，地形坡度一般38°～42°，坡面走向N46°E，溝谷發(fā)育，地形切割中等，屬剝蝕丘陵地貌。

邊坡的主要地層巖性為中生代白堊系上統(tǒng)（K2）泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、砂巖等，三種巖性呈互層分布，一般層厚為（2～5.5）m，如圖1。巖層產狀為N65°E·NW∠2°～11°，傾向坡內，邊坡屬于典型的反向坡。邊坡巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，大多為陡傾角節(jié)理，主要發(fā)育有兩組節(jié)理：第一組產狀為N40°～55° E·SE∠75°，與邊坡走向基本平行，平直、張開、無充填，一般寬約2 cm，延伸長一般長大于10 m，發(fā)育頻率約2.0 m/條。第二組產狀為N10°～20°W·NE∠85°，與邊坡走向近似垂直，平直光滑、張開、無充填寬（2～20）cm，延伸短，一般長約（2～5）m，發(fā)育頻率（2～2.5）m/條。在兩組節(jié)理作用下，邊坡巖體被切割成巖塊，完整性較差。邊坡內地下水主要為基巖裂隙水，賦存于邊坡巖體的節(jié)理裂隙中，水量隨季節(jié)性變化較大，雨季或暴雨時，節(jié)理裂隙充滿水，邊坡內地下水位較高，旱季時，水量貧乏，地下水位較低。

圖1 肖家橋變形邊坡剖面圖

2 邊坡巖土工程特性

邊坡主要由粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、砂巖等3種巖性組成，通過取樣進行室內試驗，其試驗主要參數(shù)見表1，根據(jù)現(xiàn)場勘察資料及試驗資料，各巖性主要特性如表2。

表1 巖石物理力學性試驗表

表2 巖土工程特性表

由表1、表2可以看出，組成邊坡的主要巖性力學性質差別較大，其中砂巖為堅硬巖，巖體強度高，不易軟化；泥質粉砂巖，強度次之，巖石強度相對較低，遇水軟化性一般；粉砂質泥巖，巖石強度低，遇水軟化嚴重，飽水后壓縮性較高，易崩解，失水干裂，且粘土礦物含量高，具有膨脹性，故易發(fā)生壓縮、膨脹、蠕變等變形。

3 邊坡變形機理分析

根據(jù)邊坡巖土結構特征及巖土工程特性分析，邊坡變形存在沉降、拉裂、蠕變、滑移等多種變形方式，分述如下：

（1）沉降。由于邊坡中存在多層軟巖（粉砂質泥巖）夾層，由室內試驗可知，軟巖軟化系數(shù)較低，雨季時，巖土體飽水，粉砂質泥巖軟化，抗壓強度降低，產生壓縮變形，導致邊坡整體沉降，通過現(xiàn)場調查，坡面上原有的混凝土梁在沉降作用下大量折斷；另一方面，泥質粉砂巖具有崩解性，邊坡中地下水位雨季時上升，旱季降低，在地下水位的交替作用下，泥質粉砂巖產生崩解，崩解物被地下水帶走后，在邊坡中形成巖石架空現(xiàn)象，通過鉆孔孔內攝影發(fā)現(xiàn)多處架空段（見圖2），且上部硬質巖石被節(jié)理裂隙切割成巖塊，整體性差，上部巖體于架空部位發(fā)生局部沉降變形。

（2）拉裂。由于邊坡巖石節(jié)理發(fā)育，巖石被節(jié)理切割成小的塊體，每逢雨季，特別是連續(xù)暴雨時，巖石裂隙充滿水，不能及時排出，在巖石中產生靜水壓力，對巖石產生劈裂作用；另一方面，由于地下水水流作用，對邊坡形成了動水壓力，從而使得邊坡后緣拉裂，通過現(xiàn)場調查，邊坡上部出現(xiàn)大量裂縫。同時粉砂質泥巖中含粘土礦物，具有膨脹性，坡面巖石飽水時，泥質粉砂巖向外膨脹，從而使邊坡變形加劇，原有裂縫加寬。

（3）蠕變。由于邊坡中軟巖（粉砂質泥巖）在雨季時，受水浸泡軟化，抗剪強度降低，產生塑性變形，導致粉砂質泥巖產生蠕變流動變形[6]，通過鉆孔孔內攝影，發(fā)現(xiàn)多處揉皺變形，見圖3。

圖2 架空

圖3 揉皺變形

（4）滑移。由于邊坡巖層為緩傾角反向坡，一般傾角為2°～11°，傾角較小，當軟巖層（粉砂質泥巖）產生沉降變形，其邊坡表部巖石發(fā)生傾角反向，原傾向坡內的巖層轉為傾向坡外，邊坡從反向坡轉為順向坡，從而導致巖石沿層面發(fā)生滑移，通過現(xiàn)場調查，發(fā)現(xiàn)邊坡下部擋墻在滑移作用下向坡外鼓出。

綜合以上，邊坡變形為以上幾種變形綜合形成的，在地下水作用下，邊坡中泥質粉砂巖軟化或崩解架空，導致邊坡發(fā)生沉降；由于邊坡硬質巖土被節(jié)理裂隙分割成巖塊，整體性差，且原巖層傾角較緩，邊坡外部硬質巖土沉降后導致傾角反向，原為反向坡轉為緩傾角順向坡，導致邊坡向坡腳發(fā)生滑移；當暴雨或長時間雨水作用下，邊坡結構面充滿水，對邊坡產生向外的靜水壓力和動水壓力，加速了邊坡向外位移的速度，同時由于粉砂質泥軟化后，抗剪強度低，易發(fā)生蠕變等，最終形成連續(xù)的破壞面，如圖1，導致整個邊坡失穩(wěn)。

4 結 論

（1）肖家橋變形邊坡屬于典型的緩傾角逆向坡，邊坡巖性為軟硬相間分布，由于其中粉砂質泥巖具有遇水軟化、崩解、膨脹等特點的，在暴雨季節(jié)，導致邊坡發(fā)生沉降變形。從而導致巖層發(fā)生反轉，形成緩傾角的順向坡，導致邊坡向坡腳發(fā)生滑移。

（2）由于粉砂質泥巖飽水后，易發(fā)生塑性變形，在上部堅硬巖石重力作用下發(fā)生蠕變，導致上部堅硬巖石向邊坡外產生蠕動流動變形。

（3）當遇暴雨或長時間雨水作用時，邊坡結構面充滿水，對邊坡產生向外的靜水壓力和動水壓力，加速了邊坡變形的速度。

[1]李文君.湖南五強溪庫區(qū)滑坡分布特征及成因探討 [J].國土資源導刊，2012，（10）.

[2]王常敏.五強溪水電站的主要地質問題[J].水力發(fā)電，1994，（11）.

[3]熊立新.五強溪左岸高邊坡穩(wěn)定分析[J].湖南水利水電，2012，（1）.

[4]李頌軍，蘆冰.常吉高速公路五強溪庫岸邊坡穩(wěn)定分析及處理[J].湖南水利水電，2012，（5）.

[5]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊(第四版)[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[6]金德濂.水利水電邊坡的工程地質分類 [J].西北水電，2000，（4）.

2016-05-06）

肖紅宇（1979-），男，湖南隆回人，碩士，工程師，主要從事水利工程地質勘察工作。