廣西某水庫大壩右岸邊坡滑坡原因分析及建議

呂 超，何俊瀾，張 鵬，王盛鑫，黃俊閣

（廣西桂禹工程咨詢有限公司，南寧 530023）

1 滑坡過程

水庫大壩工程施工過程中，高邊坡穩(wěn)定問題時常存在，一旦邊坡失穩(wěn)會給工程建設(shè)造成極大的安全危害，增加大量的投資，拖延工程建設(shè)進度。不規(guī)范的施工操作、連續(xù)的暴雨、不良地質(zhì)條件、機械及放炮震動等多種因素均可引起邊坡失穩(wěn)。

圖1 第一次滑坡后邊坡現(xiàn)狀

2017年2月21日，廣西某水庫大壩開始開挖右岸壩肩，由上往下向第一平臺（高程707.60 m）開挖，4 月7 日開挖至第四平臺（高程675.0 m）。6 月25～30日持續(xù)大雨，6月28日右岸邊坡第一次發(fā)生滑坡（見圖1）。第一次滑坡后，當?shù)卮迕駨娏乙笫┕し交謴?fù)進村道路，8 月20～22 日施工方對滑落在道路上的塌方土進行清理，臨時恢復(fù)進村道路。8 月24 日受臺風(fēng)“天鴿”影響，現(xiàn)場大暴雨，邊坡再次發(fā)生滑坡（見圖2）。9 月10 日特大暴雨，受強降雨影響，右岸壩肩發(fā)生第三次滑坡，且滑坡范圍逐漸擴大，超出原來的滑坡范圍（見圖3）。

圖2 第二次滑坡后邊坡現(xiàn)狀

圖3 第三次滑坡后邊坡現(xiàn)狀

2 區(qū)域地質(zhì)特征

測區(qū)以中低山地貌為主，山頂高程800～1100 m，溝底高程500～750 m。地層主要為二迭系（P）、三迭系（T）、第四迭系（Q）。測區(qū)以東西向構(gòu)造為主，多為短軸背斜，未見區(qū)域性大斷裂通過。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB l8306-2015），本區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為Ⅵ度。

3 滑坡處地質(zhì)條件

滑坡處山脊高程為793 m，溝底高程為663 m，相對高差為130 m，其中人工邊坡高72 m（高程663～735 m），自然邊坡高58 m（高程735～793 m）?；逻吔缜逦?，地貌呈圈椅狀，中下部地形較陡，坡度一般為35°～45°，上部地形相對略緩，坡度為25°～32°。

上覆土層主要有第四系滑坡堆積層（Qdel）、人工堆積層（Qs）、沖積層（Qal）、殘坡積層（Qedl），下伏基巖為三疊系中統(tǒng)百逢組（T2b）砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。強風(fēng)化帶厚度6～30 m，弱風(fēng)化帶厚度7～36 m，下部為微風(fēng)化～新鮮巖體。

工程區(qū)無區(qū)域性斷裂通過，總體上單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀N70°～85°E，SE∠50°～60°，巖層走向與主滑向斜交，交角約45°；局部巖層褶曲，揉皺較強烈，但規(guī)模較小，工程區(qū)內(nèi)主要節(jié)理裂隙有3組。

工程區(qū)位于亞熱帶濕潤區(qū)，每年4～9 月為雨季，雨水充沛，雨量大。場地地下水分為孔隙水和基巖裂隙水兩類。孔隙水主要賦存于第四系土層孔隙中，主要靠大氣降水補給，向河谷排泄?；鶐r裂隙水賦存于下伏基巖裂隙中，水位埋藏相對較深，水量較小，其補給來源主要為大氣降水。

4 邊坡失穩(wěn)計算分析

為了查明邊坡失穩(wěn)的原因，分析導(dǎo)致滑坡發(fā)生的各類因素，根據(jù)本滑坡的實際情況，分別對第一次滑坡和第二、第三次滑坡在不同工況下進行分析。對邊坡采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)PB3 軟件進行建模計算，計算方法為簡化畢肖普法（邊坡規(guī)范與水利規(guī)范一致）。

4.1 第一次滑坡的計算分析

設(shè)計支護方案中，高程708.0 ～735.0 m 按1∶0.5放坡，高程720.0 m處設(shè)寬2.0 m馬道。邊坡采用錨桿+格構(gòu)支護，2.5 m×2.5 m布置錨桿，每級最上面一道錨桿長度12.0 m，其他錨桿長為9.0 m。錨桿采用直徑25 mm 的HRB400 鋼筋制作，格構(gòu)梁截面300 mm×500 mm，格構(gòu)梁間采用掛網(wǎng)噴砼進行封閉擋土，砼強度C20，厚度100 mm。

邊坡從高程735.0 m 開挖至675.0 m，開挖約60 m高，僅僅在邊坡頂部設(shè)置了簡易的截水溝，但對水溝未進行砌筑、抹面等工作，起不到防滲作用，直至滑坡發(fā)生時，100多天內(nèi)，邊坡均未按設(shè)計方案進行支護施工。

根據(jù)滑坡發(fā)生前邊坡的實際情況，采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)對邊坡天然工況與飽和工況分別進行了穩(wěn)定性分析。經(jīng)建模計算發(fā)現(xiàn)，削坡后未支護情況下，天然工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.054，飽和工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.972；按設(shè)計方案支護情況下，天然工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.198，飽和工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.022。這說明無論天然工況下，還是暴雨工況下，按設(shè)計方案支護，均可以使得邊坡穩(wěn)定性大于1.0，從而保證邊坡穩(wěn)定，因此未按設(shè)計方案支護成為第一次滑坡發(fā)生的決定性因素。

4.2 第二和第三次滑坡的計算分析

在第二次滑坡發(fā)生前，滑坡體已處于暫時穩(wěn)定的狀態(tài)，但出于搶通村民的交通道路的需要，施工方將堆積在道路上的滑坡體進行了清除。

采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)對第二次滑坡清方前后的天然工況與飽和工況分別進行了穩(wěn)定性分析。經(jīng)建模計算發(fā)現(xiàn)，道路未清方情況下，天然工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.253，飽和工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.976；道路清方情況下，天然工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.133，飽和工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.945。

計算結(jié)果表明，在未清方條件下，持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和時邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.277；在對道路滑坡體清方條件下，持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和時邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.188；說明持續(xù)性降雨是導(dǎo)致第二次和三次滑坡的重要誘因。天然工況條件下，清方后比清方前邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低0.12；飽和工況條件下，清方后比清方前邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低0.031，說明為了搶通道路而進行的滑坡體清方加大了滑坡發(fā)生的概率。

5 滑坡原因分析及建議

5.1 施工原因（主因）

（1）未按設(shè)計方案對邊坡及時支護。自2017年2 月21 日開挖邊坡直至2017 年6 月28 日開挖至675.0 m 高程，歷經(jīng)100 多天的邊坡開挖，形成了60 m 高的裸露人工邊坡，期間未對邊坡采取任何支護措施，即不支護也不封閉，這為滑坡的發(fā)生提供良好的發(fā)育條件。經(jīng)過建模計算分析，如按設(shè)計方案對邊坡及時進行支護，無論天然工況下，還是暴雨工況下，均可以保證邊坡穩(wěn)定。

（2）邊坡施工應(yīng)分級開挖分級支護。邊坡應(yīng)自上而下分級開挖分級支護，支護結(jié)構(gòu)可以及時約束邊坡的位移、變形，盡量保持邊坡原始的應(yīng)力狀態(tài)與抗剪強度。如不及時支護，邊坡位移變形（蠕動變形）會被慢慢累積，形成塑性位移，導(dǎo)致塑性位移區(qū)土體強度大幅降低，使得邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨時間推移而降低。因此邊坡工程應(yīng)分級開挖分級支護，在上級邊坡完成支護且達到設(shè)計強度前，不應(yīng)進行下級邊坡的開挖。本工程邊坡一挖到底，開挖約60 m高，100多天里均未進行支護及封閉，為邊坡土體的變形提供了充足的時間與空間，為邊坡發(fā)生滑動提供了有利的時空條件。

（3）施工中臨時截水排水措施不到位。第一次滑坡發(fā)生前，僅在坡頂上方開挖了一條簡易的截水溝，對水溝未進行任何砌筑與抹面工作，這可能導(dǎo)致在持續(xù)性降雨期間，山坡地表水通過截水溝慢慢向坡體內(nèi)滲透，浸潤土體。整個邊坡開挖過程中，均未實施坡面排水及封閉，坡面一直處于裸露狀態(tài)，大大增加了降雨期間坡體被地表水滲透、浸潤的程度。導(dǎo)致降雨期間，土體重度增加與抗剪強度降低，從而大大降低邊坡的穩(wěn)定性。

（4）應(yīng)急搶險措施不專業(yè)。第一次滑坡后，滑坡體處于暫時性自穩(wěn)狀態(tài)，因滑坡阻路，村民強烈要求恢復(fù)進村道路，施工方對滑落在道路上的土方進行清理，但無后續(xù)應(yīng)急搶險措施跟上。清理滑落在道路上的土方，相當于對上部滑坡體進行挖腳，使得上部滑坡體坡腳出現(xiàn)新的臨空面，違背“上部減載，下部反壓”的原則，再遇暴雨，造成二次滑坡及三次滑坡。施工方應(yīng)在清理道路上的土方前有針對性的安全評估和搶險專項方案，在清理道路上滑落土方時應(yīng)采取跳挖施工、邊挖邊支護的施工方法，并在道路內(nèi)側(cè)增設(shè)護腳樁或擋土墻等臨時支護措施。

5.2 降雨原因（誘因）

經(jīng)建模計算，邊坡開挖后，未支護條件下，持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.082；支護條件下，持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.176。第一次滑坡后在未清方條件下，持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.277；清方條件下，持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.188?？梢娊涤晔沟酶鞣N工況下邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)都下降，三次滑坡均發(fā)生在持續(xù)性強降雨期間，持續(xù)性的強降雨導(dǎo)致邊坡土體重度增加，抗剪強度（粘聚力、內(nèi)摩擦角）降低，當邊坡穩(wěn)定性降低至臨界狀態(tài)以下時就發(fā)生滑坡，因此降雨是邊坡發(fā)生滑坡的重要誘因。

5.3 建議

邊坡工程地質(zhì)勘察應(yīng)重視各土層及風(fēng)化巖體的重度、抗剪強度等關(guān)鍵指標。邊坡工程應(yīng)重視勘察精度和勘察深度。

邊坡工程中的支護設(shè)計，尤其是中、高邊坡應(yīng)進行定量分析，按計算結(jié)果進行設(shè)計，以確保設(shè)計的質(zhì)量與安全。邊坡工程設(shè)計中，尤其是復(fù)雜的邊坡工程，建議采用不少于2 種不同的軟件進行定量分析與設(shè)計，不同軟件之間應(yīng)進行計算結(jié)果的相互校核，以確保安全。

6 結(jié)語

（1）邊坡應(yīng)從坡腳到坡頂整體看待，對整體邊坡進行地質(zhì)勘察和安全評價，而不應(yīng)只關(guān)注人工開挖的邊坡部分。

（2）重視工程建設(shè)中的邊坡地質(zhì)問題，按照規(guī)程規(guī)范的要求，做好邊坡工程地質(zhì)勘察工作，特別是上覆各土層和風(fēng)化強烈?guī)r體，提供符合實際情況的地質(zhì)成果。

（3）地質(zhì)參數(shù)建議值不僅要依靠試驗數(shù)據(jù)，還應(yīng)通過反算法、工程類比，并結(jié)合當?shù)毓こ探?jīng)驗，綜合分析后提供。

（4）要重視巖土參數(shù)的時空效應(yīng)，要注意地表水及地下水對巖土體的不利影響，對邊坡工程安全穩(wěn)定的不良影響。

（5）應(yīng)嚴格按照設(shè)計方案進行分級開挖、分級支護，做好邊坡周邊截水和坡面排水措施。出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)情況后應(yīng)按專業(yè)的應(yīng)急搶險方案進行處置，不可隨意亂挖，以免造成暫時穩(wěn)定的邊坡出現(xiàn)再次失穩(wěn)現(xiàn)象。