大华桥水电站沧江桥-营盘滑坡稳定性分析及初步治理

张永辉，宫海灵，刘增杰

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

大华桥水电站沧江桥-营盘滑坡体位于库区中段，距离坝址24 km，滑坡体积约2 600×104m3，为特大型滑坡，其上部有营盘镇，常住人口近万人。因此，滑坡稳定性、失稳模式以及对居民点的影响是水库运行过程中需重点关注的问题，对该滑坡进行合理评价及科学防治就显得非常必要。

1 滑坡概况

1.1 自然地理及区域地质

工程区属亚热带季风气候区，气温高、降水量大，多年平均气温11.2 ℃，极端最高气温31.7 ℃，极端最低气温-10.2 ℃。兰坪站多年平均降水量为973.8 mm，降水量年内分配不均匀，6月～9月降水量较大，暴雨强度年最大为119.8 mm。区域稳定性主要受外围地震活动的影响，历史地震对场址的最大影响烈度为Ⅵ度，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

1.2 地形地质

沧江桥-营盘滑坡体前缘高程约1 445 m，后缘高程2 100 m，沿江长度近1 000 m，体积约2 600×104m3，正常蓄水位1 477 m时，将淹没滑坡前缘32 m。根据滑坡稳定状态总体划分为3个区：前缘Ⅰ区地貌形态明显，呈圈椅状，分布高程1 445～1 590 m，自然地形坡度总体较缓，一般10°～25°，体积约700×104m3，滑坡体上部地形较破碎，分布有较多的小冲沟，根据其稳定性及滑移特征，Ⅰ区又划分为2个亚区，上游侧为Ⅰ-1区，下游侧为Ⅰ-2区。Ⅱ区分布高程1 590～1 850 m，自然地形坡度较缓，一般10°～23°，体积约1 000×104m3，其上为营盘镇所在地。Ⅲ区位于营盘镇后缘，分布高程1 850～2 100 m，体积约960×104m3，滑坡自然地形坡度整体上从东北至西南逐渐变缓，高程1 910 m以上坡度约17 °，以下坡度约30°。滑坡地形特征见图1。

图1 沧江桥-营盘滑坡影像及分区

滑坡组成物质主要为碎石质粘、粉土夹块石、岩屑，厚度中部一般30 m，后缘及两侧一般20 m左右，结构松散，局部架空，稳定性差，属覆盖层滑坡。下伏地层为倾倒变形的全、强风化紫红色板岩、粉砂岩，岩石多呈碎块、碎片状。滑坡体内泉点或湿地较发育，地下水丰富，埋深分布不均，一般15～40 m，且地表多分布水田，补给源充分。

滑坡Ⅰ区前缘钻孔中可见滑带分布，底滑面高程为1 450～1 470 m，底滑面埋深16～31 m，滑带厚0.1～0.4 m。滑带物质一般为含砾粉质粘土，红褐及黄褐色，软塑状，砾石含量为10%～30%，粒径0.3～1 cm，次棱角状，含少量片状岩屑，滑带分布不连续。Ⅱ区部分钻孔揭露底滑面高程为1 584～1 646 m，底滑面埋深7～20 m，滑带厚0.5～1.0 m。滑带主要位于覆盖层中上部，分布不连续。滑带土多为粘土、粉质粘土，颗粒相对细，透水性差，具有一定的隔水作用。滑带土含水量大，多呈软塑状。

1.3 滑坡变形特征

地表调查表明，滑坡前缘坡体表面发育较多的张拉裂缝，主要集中在滑坡Ⅰ区后缘，既有新生成的张裂缝，也残存有老裂缝，同时地面存在有多处新老错落陡坎，局部有塌滑现象，裂缝延伸长，宽度大，该区处于临界稳定状态；Ⅱ区裂缝相对较少，仅在局部浅表层滑坡附近有发育；Ⅲ区地表裂缝较少，未发现明显变形特征。

Ⅰ区、Ⅱ区监测数据表明，Ⅰ区测斜孔孔口位移速率0.04～0.78 mm/d，深层监测孔多损坏，说明其位移变形较大。Ⅱ区测斜孔孔口位移最大速率为0.02～0.96 mm/d，以浅表层滑移为主，目前处于蠕滑状态。GNSS测点资料表明，Dx(向上游为正)变形速率为-0.02～0.6 mm/d，Dy(向河床为负)变形速率为-1.39～0.00 mm/d，Dh(沿高程降低为负)变形速率为-1.03～0.01 mm/d。总体位移方向为向江侧偏上游，且沿江公路以下(Ⅰ区)表面位移速率要大于公路以上(Ⅱ区)的位移速率。

1.4 滑坡成因机制分析

促使形成滑坡的3大基本要素是临空面、软弱滑带和地下水，这3大要素的有机组合决定了滑坡的形成、发展过程和稳定状态。因此，滑坡的形成和稳定状态与其特有的区域环境、地质构造、岩性、地下水等有很大关系。

澜沧江流域地处横断山脉，属高山峡谷地貌，山脉总体走向北北西向，河流亦呈北北西或近南北向展布，与地质构造线近乎一致。在区域构造作用的影响下，形成一系列的复式背斜，河流沿澜沧江逆冲断裂发育。沧江桥-营盘滑坡地层以侏罗系软弱岩层为主，岩层陡立，岩性主要为千枚状板岩夹少量的变质砂岩，强度低，在澜沧江河谷下切及侧蚀过程中，斜坡前缘临空，陡倾角的板岩向河谷方向产生倾倒变形，在地下水等内外营力的作用下，产生多次折断及局部滑移，在原地堆积获得了新的临时稳定状态；倾倒折断的岩体呈散体结构，架空现象严重，风化加速，经物理化学作用形成土石混合体，由于堆积物透水性好，大气降水大量渗入，岩体湿水软化，强度不断降低，在地下水及地表水的影响下产生滑移。同时，由于已滑滑坡的后壁形成临空面，又为未滑动滑体提供了滑移空间，进而导致渐进连锁反应，使得滑坡各分区有失稳的趋势。随着滑移的发生，滑坡内部应力重新分布。

大村断裂分支断裂在滑坡Ⅰ区中下部通过，产状近SN，W∠70°，宽5～10 m，断裂带及影响带岩体破碎，为地下水的渗透和运动创造了良好的条件，局部构造裂隙水的出露，对滑坡的形成和发展起到控制作用。雨季降雨以及滑坡上灌溉水下渗是诱发滑坡的主要因素之一。沿江公路从滑坡Ⅰ区的中后缘通过，改变了滑坡Ⅰ区的应力状态和排水条件，使滑坡Ⅰ区出现新的应力调整。目前，Ⅱ区上大量的建筑及人类活动，导致荷载增加、地下水及地表水活动加强，也是影响滑坡Ⅰ区稳定的主要因素。

总之，沧江桥-营盘滑坡是不同期次形成的古滑坡，前缘沧江桥滑坡为最新期次滑坡，各区滑动时间不一致，不存在统一的滑动面。从滑动力学角度分析，属牵引式滑坡。

2 稳定性分析

2.1 计算方法及参数

考虑滑坡上部城镇居民的重要性，沧江桥-营盘滑坡属B类水库边坡，边坡级别为Ⅰ级。稳定性计算分析主要考虑各典型断面在不同工况下边坡稳定状况，计算分析方法采用摩根斯顿-普莱斯法(M-P)和简化毕肖普法(Bishop)。假定边坡滑动方向与河床水流方向垂直，向河床内滑动，选取了7个剖面进行滑坡稳定计算，计算模式分为沿覆盖层土体内部滑动、沿基覆界线深层整体剪出2种形式。采用的土体物理力学参数根据变形监测成果采用反演分析获得，其中Ⅰ区土体内摩擦角φ为19.8°，粘聚力c为18.6 MPa；Ⅱ区土体内摩擦角φ为22.3°，粘聚力c为19.5 MPa。

2.2 稳定性计算

采用天然状况(库水位1 445 m)、天然状况+降雨、天然状况+地震，正常蓄水位(库水位1 477 m)、正常蓄水位+降雨、正常蓄水位+地震、库水骤降等7种不同工况，根据选用的参数进行稳定性计算。Ⅰ区典型断面的稳定性计算结果详见表1。Ⅱ区蓄水前稳定性计算结果如表2所示。假定在Ⅰ区已经整体失稳的极端条件下，Ⅱ区蓄水后，采用M-P沿基覆界线深层整体剪出，独立稳定性计算结果高于规范的要求值(见表3)，仅部分断面安全裕度较小。目前监测数据表明，Ⅱ区部分地段已出现蠕滑变形，滑动面基本位于滑坡体内中部及浅表层位置，后期应持续观测，并考虑采取适当工程措施防止Ⅱ区变形继续扩大，以致影响上部的居民生活。

表1 Ⅰ区典型断面不同工况下的安全系数

表2 蓄水前Ⅱ区典型断面不同工况下的安全系数

表3 蓄水后Ⅱ区典型断面不同工况下的安全系数

2.3 稳定性评价

滑坡各区地形上相对独立，变形特征及程度差异性大，从居民点、水田种植等状况分析，各区并未发生同步的整体滑动，长期以来其活动方式以解体式蠕变为主要类型。因此，从宏观上来看，沧江桥-营盘滑坡目前整体处于蠕动变形状态，不具有统一的滑面。典型断面在蓄水前、蓄水后各个工况条件下的稳定分析计算表明，沧江桥-营盘滑坡体Ⅱ区整体稳定性较好；Ⅰ区处于基本稳定～临界稳定状态。其中，Ⅰ-2区整体处于基本稳定状态，局部存在稳定性较差的浅表层滑移；Ⅰ-1区则处于临界稳定状态。

3 工程防治设计

滑坡防治原则为动态控制、整体规划、分期治理，以控制沧江桥-营盘滑坡变形，安全系数满足规范要求，确保水库蓄水后滑坡前缘不致垮塌，进而牵引滑坡上部变形影响营盘镇居民的生活为目标。根据治理效果及变形监测情况，再考虑是否开展二期治理。

3.1 防治方案

在滑坡前缘布置抗滑桩和压脚填筑，并设置截排水措施。滑坡防治共划分为A、B、C、D等4个区，其中A、B、C区采用1～2排滑桩，桩径2 m，

间距4～6 m，桩深30～50 m不等，前缘设置压脚；D区仅采用压脚填筑。各区压脚分高程1 462.5 m平台及高程1 477.5 m平台，宽度分别是16 m和15 m，坡比1∶2。沿抗滑桩平台及开挖坡面布设系统截排水措施，底部布置排水深孔，上部开挖边坡坡面上布置系统排水孔，坡脚设置排水沟。防治方案见图2。

图2 防治方案

3.2 三维有限元分析

为分析滑坡加固后变形特征，对滑坡进行了三维有限元应力应变分析。三维模型表面根据等高线差值形成空间曲面，根据地质资料进行分区、确定各层界限。计算模型与计算网络见图3。同时，模型中考虑了抗滑桩加固，见图4。计算模型采用理想弹塑性模型，屈服准则为摩尔-库伦强度准则，计算模型四周法向约束，底部固定约束。根据三维模型，对滑坡初始应力场进行了分析，并考虑了库水位升降、地下水位上升、地震、抗滑桩、压脚处理等对边坡应力变形的影响，分析了各典型断面整体位移分布、塑性区分布特征。

图3 计算模型与计算网络

图4 抗滑桩示意

正常蓄水位时典型断面模拟结果见图5。水位由1 477 m骤降至1 472 m时典型断面模拟结果见图6。压脚后典型断面模拟结果见图7。

图5 正常蓄水位时典型断面模拟结果

图6 水位骤降时典型断面模拟结果

图7 压脚后典型断面模拟结果

根据模拟成果分析，采取工程处理措施后，水库蓄水或骤降后整体位移影响范围为Ⅰ-1、Ⅰ-2区及水位以下范围，其他区域未见明显位移集中区，以指向河床位移为主；地下水位升高后边坡变形较大，数值分析成果超过40 cm，集中分布的4个区域能与现有裂缝及滑坡位置较好对应；正常蓄水位及水位骤降时位移在抗滑桩附近均出现明显变化，抗滑桩上、下方出现明显的位移间断，最大位移均位于抗滑桩下方，说明在水库蓄水过程中抗滑桩能有效限制抗滑桩上部滑坡体变形，加固效果明显；7度地震作用下位移变化集中区域主要分为5个区域，在抗滑桩附近无明显位移突变，地震作用明显，抗滑桩基本失效，边坡稳定性差；压脚对边坡变形与稳定的影响计算成果表明，压脚对水位升降条件下边坡变形影响较大，对降雨和地震条件下影响很小。

3.3 稳定性评价

经抗滑桩和压脚填筑措施处理后，各断面计算表明，Ⅰ-1区整体稳定安全系数为1.22，各工况均满足规范要求，局部稳定安全系数为1.19。Ⅰ-2区整体稳定和局部稳定安全系数各工况均满足规范要求，整体稳定性相比较Ⅰ-1区稍好。稳定计算表明，不同区域采取抗滑桩+压脚填筑和排水措施的防治方案，能有效提高边坡稳定安全系数。滑坡治理前后全貌见图8。

图8 滑坡全貌

3.3.1监测数据对比

滑坡防治施工于2018年1月底完成。为合理有效评价沧江桥-营盘滑坡工程防治效果，选取2018年1月～7月监测点变形速率与2017年1月～7月数据进行平行对比分析。测斜孔孔口变形速率对比见表4，测斜孔滑动面变形速率对比见表5，GNSS位移速率对比见表6。

3.3.2治理效果

从位移变形速率对比来看，防治工程完成后，滑坡体Ⅰ区监测孔孔口位移速率与同期相比多处于减缓状态，局部变形速率减少较多；Ⅱ区监测孔孔口位移速率与同期相比处于基本持平状态，并没有因为水库蓄水而增大。Ⅰ区、Ⅱ区深层滑移面变形速率变化不明显，基本保持一致。Ⅰ区地表GNSS位移速率向江侧位移及沿高程变化减缓明显，Ⅱ区变化不大。从监测点位移速率分析，滑坡体防治措施起到了抑制滑坡体前缘变形的作用，水库蓄水后，滑坡前缘未发生塌滑，滑坡各区变形未发生明显变化。

6个抗滑桩上24支钢筋计监测成果表明，目前抗滑桩钢筋计处于较低应力水平，实测应力在-10.07～16.70 MPa之间，应力变化过程平稳，抗滑桩尚未完全受力，抗滑桩未见明显变形。

4 几点思考

(1)滑坡的形成是多因素综合作用的结果，对滑坡的防治需查明滑坡形成条件、变形破坏机制、变形特征等，有针对性地采用综合防治工程措施。针对沧江桥-营盘特大型滑坡，采取前缘抗滑桩+压脚、系统截排水措施是合适的。监测数据表明，滑坡体防治措施抑制了滑坡体浅表层变形，治理效果初见成效。

表4 测斜孔孔口变形监测成果

表5 测斜孔滑动面变形监测成果

表6 GNSS位移速率对比 mm/d

(2)根据防治工程完工后7个月的监测资料，对比分析滑坡的治理效果时间尚短，需结合大量的监测资料、现场地质调查等进行更深入的专题研究。由于滑坡成因复杂，滑带土强度参数的选取、滑坡推力的计算不确定因素较多，故滑坡的防治方案的确定多以经验为主，往往会导致防治工程过于保守或治理不当，加上滑坡治理多为隐蔽工程，对滑坡治理后的效果评价特别是经济性评价较难，这也是今后需重点研究的内容。

(3)该滑坡防治设计时曾采用大截面挖孔钢筋混凝土抗滑桩，但由于滑坡内地下水丰富，滑体结构松散，人工开挖困难，且安全隐患大，最终采用了机械旋挖钻孔桩，其具有布置灵活、施工简单、快速、对滑坡扰动小等特点，但施工中塌孔严重。方案设计时，要充分考虑滑坡的物质组成、地下水分布等因素，采取合理的设计方案及施工手段。

(4)系统截排水设计主要采用水平深钻孔，但现场针对性差，造成部分排水孔无地下水排出；受表面灌溉水的影响，滑坡地表水的治理不到位，需统筹考虑地下水及地表水的补排，对地表水以拦截和旁引为原则，对地下水采用垂直水平钻孔与深部水平排水廊道相结合的排水体系，尽量减少地下水的入渗。

(5)减重和反压工程是滑坡防治的有效经济手段。对沧江桥-营盘滑坡来讲，不具备减重的条件，反压首先要判定主滑面及抗滑段位置，在抗滑段进行有效的反压。由于该滑坡不具有统一的滑面，分区特征明显，Ⅰ区、Ⅱ区分界处地形较陡，选择Ⅰ区前缘反压对限制滑坡变形作用明显，但对Ⅱ区的效果尚需时间检验。