高建軍，楊人光

（中國四海控股有限公司，北京 100081）

巴東縣黃土坡滑坡復(fù)活機(jī)制及其治理探討

高建軍，楊人光

（中國四?？毓捎邢薰?，北京 100081）

該滑坡在三峽庫岸滑坡中具有普遍性，是特大型古滑坡的復(fù)活。在分析黃土坡滑坡深部滑動(dòng)誘因的基礎(chǔ)上，闡述目前被動(dòng)式治理工程和措施的局限性，并提出錨固與排水相結(jié)合的主動(dòng)式抗滑方案和作業(yè)程序。

黃土坡；深滑帶；誘因；治理措施

黃土坡滑坡位于巴東縣新城區(qū)，包括臨江崩滑堆積體、變電站滑坡、園藝場(chǎng)滑坡等統(tǒng)稱為“黃土坡滑坡”，其面積135×104m2，體積近7000×104m3，分布見圖1［1］。

圖1 黃土坡滑坡組成分布圖Fig.1 Distribution of Huangtupo landslides

根據(jù)湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)所做的滑帶土熱釋光年齡測(cè)試試驗(yàn)可知，黃土坡古滑坡系統(tǒng)上段滑坡形成于距今13～14×104a，而中、下段滑坡形成的要早一些，大約形成于15～16×104a前［2］。

黃土坡在作為新城選址建設(shè)中發(fā)現(xiàn)深層移動(dòng)而中止了大規(guī)模建設(shè)活動(dòng)并開始耗資巨大的重新遷移工程。作者認(rèn)為：解決巨型滑坡體的深層滑帶止滑，是徹底根治庫區(qū)潛在危險(xiǎn)的關(guān)鍵。

1 黃土坡深層滑坡復(fù)活流變的誘因

1.1 黃土坡深層滑坡復(fù)活的成因與易滑性

黃土坡滑坡區(qū)屬于巴東組地層巖層組合上硬下軟地質(zhì)特性，經(jīng)大量的系列勘察論證表明，巴東組地層巖層是本地區(qū)的易滑地層組合，且上硬下軟地質(zhì)結(jié)構(gòu)系為長(zhǎng)江天塹形成岸坡古滑體自然地質(zhì)特性。地表質(zhì)硬是古滑坡歷經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化沖刷的結(jié)果；深層質(zhì)軟是古滑坡堆積體與基層接觸面亦經(jīng)長(zhǎng)期的地下水蝕化淤積形成的易滑軟弱破碎帶，見圖2［1］。

自1982年在黃土坡上開始較大規(guī)模的工程建設(shè)，到1985年地質(zhì)勘測(cè)人員發(fā)現(xiàn)，黃土坡地區(qū)是座大型古滑坡，從古滑坡復(fù)活萌發(fā)起，僅時(shí)隔10a，1995年6月10日凌晨5：45和1995年11月20日，黃土坡二道溝和三道溝臨江部位相繼發(fā)生滑坡，體積分別為4×104m3和近20×104m3。古滑坡滑塌必先從前緣臨江部位開始，這是古滑坡非整體發(fā)展必然過程，盡管黃土坡滑坡作為整體滑坡的滑坡帶尚待貫通，仍處于流變萌發(fā)時(shí)段，雖然不會(huì)發(fā)生整體劇滑，但及時(shí)治理是必要的。

圖2 TP3平硐內(nèi)滑帶特征Fig.2 Features of the sliding zone in TP3adit

黃土坡滑坡區(qū)經(jīng)歷長(zhǎng)期的穩(wěn)態(tài)又復(fù)活，很值得人們深思。穩(wěn)態(tài)是滑坡帶在滑坡自身重力承壓固結(jié)與滑坡帶地下水蝕化進(jìn)程相平衡的結(jié)果，然而一旦在黃土坡上進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)（有人估算建筑載荷強(qiáng)度為0.6MPa）［3］，地面垂直載荷給滑坡帶增添附加下滑剪切載荷力，再加上地面施工擾動(dòng)（當(dāng)時(shí)三峽大壩尚未蓄水），破壞了天然形成自重承壓固結(jié)強(qiáng)度穩(wěn)定的受力平衡狀態(tài)，因而萌發(fā)出古滑坡復(fù)活滑動(dòng)，這將賦予古滑坡易滑性的清晰而具體的概念。由于沿江公路開挖直接破壞臨江層節(jié)理面原承壓固結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致臨江岸坡滑塊在時(shí)間效應(yīng)下（蠕變）而垮塌。據(jù)“三峽庫岸穩(wěn)定性調(diào)查”表明，巴東組地層中滑坡、崩塌等斜度變形、破壞較為發(fā)育，線密度達(dá)0.29個(gè)/km，著名的關(guān)廟沱滑坡（1.231×107m3）、趙樹嶺滑坡（5×107m3）、巫山流水觀滑坡（3.3×107m3）、黃蠟石滑坡（4×107m3）均發(fā)育于該組地層中，充分顯示了此類地層的易滑特性。

1.2 黃土坡深層滑坡地質(zhì)背景及其回水、浮托效應(yīng)

據(jù)鉆孔深探查明［1］：古滑坡滑帶的分布，就臨江1號(hào)崩滑堆積體地質(zhì)剖面線，其最大厚度達(dá)95.27 m，并給出各部分破壞帶厚度。又據(jù)臨江崩滑體上設(shè)置峒探TP3平峒，在峒深218.3m處（高程142.07）見紅棕色黏土滑帶，結(jié)構(gòu)密實(shí)，層厚4～7 m，呈可塑至硬塑狀，滑帶巖土成分為粉質(zhì)粘土夾碎石，含有親水粘土礦物呈片狀結(jié)構(gòu)，在回水作用下易飽水軟化，同時(shí)還有吸水膨脹，使土體結(jié)構(gòu)破壞，降低固結(jié)強(qiáng)度。沿滑坡體與基層界石接觸帶向兩側(cè)追蹤8～15m，滑帶東西方向上起伏不平，基巖表部呈中等風(fēng)化。這就是古滑體易滑性的地質(zhì)背景。

監(jiān)測(cè)資料（表1）［4］亦表明：在滑坡體135m蓄水后地表和深部位移總體上同步緩慢增長(zhǎng)，也證明古滑坡堆積體上硬下軟地質(zhì)分布特性，即垂向分布的整體性。并且不同部位位移速率不盡一致，至今縱橫滑移帶尚待貫通，但在135m蓄水及運(yùn)行期流變累計(jì)位移量為最大的時(shí)期，即回水效應(yīng)顯著，庫區(qū)水位提升，被浸泡或毛細(xì)浸潤(rùn)軟化滑移帶固結(jié)強(qiáng)度（內(nèi)聚力強(qiáng)度C與內(nèi)摩角φ，即回水效應(yīng)大于浮托效應(yīng)）、滑坡下滑力相對(duì)增強(qiáng)。

表1 BDZK（2）2003.1～2003.10水平位移觀測(cè)值及其累加值（單位：mm）Table 1 Horizontal displacement values and cumulative values for Borehole BDZK（2）from January to October，2003

大壩截水以后，2003年庫區(qū)水位接近135m高程（2003年6月1日水位達(dá)135m），回水效應(yīng)導(dǎo)致形變位移呈現(xiàn)逐增速流變。根據(jù)巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論時(shí)效規(guī)律［5］，選取跟蹤監(jiān)測(cè)擬合點(diǎn)，代入逐增速失穩(wěn)時(shí)段鑒別不等式，即

依表（1）數(shù)據(jù)，若yi＝168.83便有

亦不滿足失穩(wěn)時(shí)段必要條件。因此，BDZK（2）鉆孔深層位滑塊還處于逐增速流變萌發(fā)狀態(tài)，反饋出回水滑移帶巖土物態(tài)強(qiáng)度在浸泡中軟化而降低。

庫區(qū)運(yùn)行期延續(xù)2004年之后，物態(tài)強(qiáng)度趨近穩(wěn)定以及在相鄰滑塊彼此相互作用下，使綜合驅(qū)動(dòng)載荷比（即滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Ksf的倒數(shù)）降低。因而2004年以來崩滑變形有減緩趨勢(shì)。2006年汛后156m回水，變形雖有所加快，但尚未超過135m，在高水位回水相應(yīng)加大浮托效應(yīng)（即綜合下滑力降低）。

然而此類闡述無法給出古滑體各部位與整體所處狀態(tài)，應(yīng)從分別于滑坡區(qū)內(nèi)網(wǎng)狀大地形變GPS位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)跟蹤監(jiān)測(cè)出古滑體各部位形變位移矢量，依監(jiān)測(cè)曲線作出滑坡的同步性和整體性的校核，給出古滑體整體或分塊體在各種氣候條件與回水、浮托效應(yīng)下所處的形變狀態(tài)，同時(shí)反饋出測(cè)樁位滑塊相互作用下受力狀態(tài)（擠壓彎曲隆起，牽引速率回穩(wěn)和增速以及側(cè)面剪切），方可針對(duì)黃土坡滑坡區(qū)回水效應(yīng)與浮托效應(yīng)賦予定量的解析，客觀地給出滑坡現(xiàn)有變形所處狀態(tài)。

綜合上述，由工程建設(shè)加載與擾動(dòng)破壞了固有天然重力承壓固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)，又經(jīng)庫區(qū)水位升降及降雨天氣的影響，是黃土坡深滑帶古滑坡復(fù)活流變的主要誘因。

2 被動(dòng)式滑坡治理措施的局限性

黃土坡滑坡的第一階段治理工程主要采用以護(hù)坡樁淺部支擋和錨桿格構(gòu)砌石護(hù)坡為主，同時(shí)輔以三道填筑工程、地表排水與監(jiān)測(cè)工程等綜合治理措施，現(xiàn)已實(shí)施。然而，淺層支護(hù)是被動(dòng)式阻擋，對(duì)于巨型滑坡體的整體穩(wěn)定性收效甚微。鑒于黃土坡滑坡區(qū)滑體厚度巨大，且石土混合，挖掘困難，又受地下水影響等特點(diǎn)，再加上現(xiàn)有人們對(duì)坡面上設(shè)置GPS測(cè)樁的監(jiān)測(cè)曲線缺乏應(yīng)有認(rèn)識(shí)，僅憑借SARMA法分條塊估算整體穩(wěn)定性系數(shù)，或采用NACP巖土邊坡工程穩(wěn)定性有限元計(jì)算程序，或采用時(shí)尚離散元計(jì)算，或采用滑坡形變的灰色理論預(yù)測(cè)等，均停留在萌發(fā)流變直觀的判斷。因此，能否滑塌與何時(shí)滑塌這兩個(gè)實(shí)質(zhì)性問題無法作出客觀的回答。由于基礎(chǔ)理論的局限性，在第二階段加固治理方案中，基本歸結(jié)以下兩種工程治理辦法：

（1）側(cè)重于完善地表排水系統(tǒng)，輔以建立分布的排水深井網(wǎng)，降低水位。

（2）采用中深孔口徑注漿并相間大直徑加固樁對(duì)滑移帶巖土體進(jìn)行加固。樁（孔）端伸入基巖下5～8m，加固深度約70～80m，間排距3m。

這些應(yīng)用于中、小型滑坡加固的成功方案，能否適用巨型古滑坡？據(jù)悉淺層支護(hù)在2005年前已實(shí)施，至今黃土坡滑坡仍在不斷擴(kuò)大險(xiǎn)情，這就進(jìn)一步驗(yàn)證了對(duì)于擁有近7000×104m3的巨型滑坡體，靠淺層被動(dòng)式支護(hù)或許能提高支護(hù)部位的穩(wěn)定性，但很難控制滑坡整體的不穩(wěn)定。從工程實(shí)施難度分析，滑帶粘性石土混合，結(jié)構(gòu)密實(shí)，且滑體厚度69.40～95.27m，深層滑帶厚度高達(dá)5～7m。這樣的地質(zhì)復(fù)雜性很難保證打樁、鉆孔的成孔率，給工程施工增加了難度。另外由于打樁、鉆孔工作量巨大，已經(jīng)處于流變萌發(fā)狀態(tài)下的滑坡區(qū)無法承受如此密集鉆機(jī)的再次擾動(dòng)。

綜合上述，采用目前的滑坡治理措施屬于被動(dòng)式治理技術(shù)，把治理中小型滑坡上的成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于巨型深滑帶滑坡治理不一定合適。

3 主動(dòng)式錨固治理措施探討

主動(dòng)式錨固治理措施的基本思路是：采用超大口徑（平峒）錨固，結(jié)合排水治理工程使深層滑帶承壓固化，導(dǎo)致滑體回穩(wěn)。

3.1 具體方案

根據(jù)滑坡區(qū)近7000×104m3的巨型滑坡體的適當(dāng)位置開挖平硐，可視為平躺的錨固鉆孔。按幾何相似原則，錨固鉆孔直徑應(yīng)與原有設(shè)計(jì)的探峒具有類似尺寸，即超大型口徑。錨固峒又是排水峒，同時(shí)在峒室安裝監(jiān)測(cè)錨固載荷力的儀器，故而它又是監(jiān)測(cè)峒。這樣構(gòu)成了錨固峒，排水峒和監(jiān)測(cè)峒三位一體的深層工程治理方案。實(shí)際上該方案系為傳統(tǒng)錨固方案的擴(kuò)大與延伸，以保證巨型滑坡體的長(zhǎng)期整體穩(wěn)定。

錨固峒擁有足夠大錨固操作空間，單峒?jí)?、剪錨固力高達(dá)1×104t以上。相應(yīng)峒間距（排）可達(dá)100 m左右。最大限度發(fā)揮挖掘平巷的效能，縮小挖掘平巷數(shù)量，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益與可操作性。

錨固峒內(nèi)錨索分布結(jié)構(gòu)，把數(shù)根錨索并合成大束錨索組，每組安置于峒頂壁四周，每組大束錨索錨固力為1000t左右。

錨固峒長(zhǎng)度伸入基巖部位，依基巖部位巖質(zhì)強(qiáng)度，基巖挖掘長(zhǎng)度為10～15m，到位后擴(kuò)大空腔，作為放置大束錨索組的卡盤。它是錨固力的固定點(diǎn)，卡盤外基巖部采用超壁厚配筋砼被覆，即錨固段，緊固著1×104t以上錨固力。外端錨固峒口的坡面上設(shè)置臺(tái)階式卡盤，采用旋轉(zhuǎn)螺帽調(diào)控每組大束錨索承受拉力。從滑帶處到峒口均為錨固自由段，不影響滑體和滑帶自由排水。監(jiān)測(cè)員可隨時(shí)進(jìn)峒監(jiān)測(cè)和檢查。

錨固力通過外卡盤承壓于坡面上壓剪載荷力，經(jīng)滑坡體厚度應(yīng)力擴(kuò)散后作用于滑帶上。其錨固承壓脫水和排水工作原理如下：

（1）從表象看錨固峒加固僅為常規(guī)預(yù)應(yīng)力鉆孔加固支護(hù)按幾何相似擴(kuò)大，實(shí)際上工作原理有本質(zhì)的差別，錨固峒穿過滑帶，錨索并合大束錨索為一組，錨固在堅(jiān)硬的基巖上，配筋砼澆注和峒壁被覆的錨固段均處在基巖段，它作為固定端其錨固質(zhì)量有保證，并且不影響排水。錨固峒即為排水峒，即錨固自由段。

（2）多組大束錨索組合總拉力近1×104t。經(jīng)過臺(tái)階式配筋砼，卡盤面積數(shù)百倍于多組大束錨索總和的截面積。由于應(yīng)力分散后作用于滑帶面上分解逆向剪應(yīng)力（它與滑體自身下滑剪應(yīng)力相抵）與法向正應(yīng)力，在恒定附加錨固載荷力作用下，它以主動(dòng)力（非被動(dòng)力）形成增強(qiáng)滑帶巖土空隙水壓力，阻擋暴雨久雨及其庫區(qū)回水的浸泡和毛細(xì)浸潤(rùn)軟化效應(yīng)，同時(shí)加速滑帶巖土承壓脫水固結(jié)。它又是排水峒，即時(shí)以常壓狀態(tài)直接（以最短的滲徑）排泄巖土逸出水和周邊滲透水。

（3）在滑帶承壓脫水固結(jié)的同時(shí)，其厚度相應(yīng)被壓縮，而錨固拉力隨之降低，即時(shí)旋轉(zhuǎn)螺帽，使錨固力返回設(shè)計(jì)恒定壓力（一般錨索拉伸應(yīng)力應(yīng)取為錨索極限抗拉強(qiáng)度的60%～70%）。

因此，平巷式錨固峒在確保錨固質(zhì)量的同時(shí)，滑帶巖土體在恒定載荷承壓下，始終保持其超壓空隙水壓力，以防滲透水和庫區(qū)回水浸泡，直至極限狀態(tài)下脫水固結(jié)，隨時(shí)間推移固結(jié)強(qiáng)度隨之增強(qiáng)。最終恢復(fù)原先的長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)，稱謂自鎖性錨固。

（4）錨固峒又是排水峒，以最大空隙水壓力梯度排泄?jié)B透水，從而達(dá)到滑帶承壓排水固結(jié)自鎖之效果。

3.2 平巷或斜井式錨固峒治理工程作業(yè)程序

（1）首個(gè)錨固峒峒口方位的確定

首個(gè)錨固峒峒口高程定于庫區(qū)水位可能到達(dá)的高程，再依據(jù)該高程地面周圍上下測(cè)樁監(jiān)測(cè)曲線作滑塊整體性校核。峒口選在與協(xié)調(diào)方程關(guān)系式偏差最大方位上，即它與相鄰測(cè)樁位尚未構(gòu)成整體性滑移而處于萌發(fā)流變時(shí)段。

錨固峒的挖掘應(yīng)以工人與風(fēng)鎬為主，遇到整體巖石采用密孔導(dǎo)向預(yù)裂崩落掘進(jìn)法（作者曾與云南省公路局李宗民工程師合作成功實(shí)踐了鹼水壩底部導(dǎo)流峒的開挖）。在挖掘過程中隨時(shí)調(diào)控監(jiān)測(cè)周期TG，用解析判據(jù)即時(shí)預(yù)測(cè)出滑體流變所處時(shí)段及發(fā)展趨勢(shì)。為確保挖掘過程絕對(duì)安全，挖掘與臨時(shí)支護(hù)同時(shí)作業(yè)，每進(jìn)尺要作出峒口地質(zhì)素描。已有數(shù)百米TP3探峒挖掘經(jīng)驗(yàn)也可作借鑒。

（2）首個(gè)錨固峒加固后監(jiān)測(cè)與觀察

首個(gè)錨固峒加固完工后，要?dú)v經(jīng)一、二監(jiān)期內(nèi)觀察在氣候和庫區(qū)水位升降諸因素影響下所反饋出的加固效果：

①觀察相鄰測(cè)樁監(jiān)測(cè)曲線的變化，以此確定錨固峒加固影響的范圍。

②觀察峒內(nèi)錨固力的波動(dòng)，正常情況下由于滑帶承壓脫水與排水而致密、壓縮形變、錨固力松弛而降低，即時(shí)旋轉(zhuǎn)螺帽提升其錨固力，使之達(dá)到每根錨索極限抗壓強(qiáng)度的70%。同時(shí)監(jiān)測(cè)錨固段的彈性形變量，校核錨固段長(zhǎng)度。

③觀察與測(cè)定排水峒的排水量和時(shí)間曲線。

（3）擬定出滑坡區(qū)整體深層加固治理工程設(shè)計(jì)方案

依首個(gè)錨固峒加固影響范圍，確定峒間和排間的距離，即峒口設(shè)計(jì)方位。同時(shí)決定錨固力噸位及其大束錨索的組數(shù)，再根據(jù)滑坡區(qū)1/1000地形圖和地質(zhì)水文剖面圖決定峒口具體位置。

鑒于滑坡區(qū)已形成深層豎向整體形變，錨固施工暫設(shè)計(jì)兩排錨固峒。又根據(jù)每道溝均已實(shí)施的淺層支護(hù)，每排平均設(shè)置5～6個(gè)錨固峒即可?？v向形成了近200m長(zhǎng)承壓脫水和排水的加固帶，隨時(shí)間推移在承壓下固結(jié)而自鎖。再歷經(jīng)半年GPS監(jiān)測(cè)，加固工程治理即可驗(yàn)收。

4 結(jié)語

黃土坡滑坡屬于易滑性深滑帶特大型古滑坡，采用“平硐多組集束錨固”的治理措施能夠使已復(fù)活的滑坡回穩(wěn)。黃土坡滑坡不僅是三峽庫區(qū)滑坡治理之重點(diǎn)，也具有長(zhǎng)江天塹形成岸坡滑體較為典型并帶有普遍性的特征。在滑坡治理工程中，若能走出一條既經(jīng)濟(jì)、又切實(shí)可操作性工程治理之路，它將擁有實(shí)踐價(jià)值。

［1］陳松，徐光黎，等.三峽庫區(qū)黃土坡滑坡滑帶工程地質(zhì)特征研究［J］.巖土力學(xué)，2009，30（10）：3048－3052.

［2］武雄，于青春，等.三峽庫區(qū)巴東黃土坡巨型古滑坡體形成機(jī)理［J］.水利學(xué)報(bào)，2006，37（8）：969－975.

［3］安關(guān)峰，殷坤龍，等.黃土坡滑坡的離散元研究［J］.地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，27（4）：357－359.

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［5］楊人光.巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論與滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)［M］.地質(zhì)出版社，2010.

REACTIVATION MECHANISM OF HUANGTUPO LANDSLIDES AND THEIR CONTROL

Gao Jian－jun，Yang Ren－guang
（China Sihai Holdings Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

Such landslides like these are common on Sanxia Reservoir，which are reactivated super－large ancient landslides.On the basis of the analysis of their deep－slide causes，the limitations are discussed for the present passive control projects and measures.Active anti－slide programs and operation procedures are proposed with a combination of anchoring and drainage.

Huangtupo；deep sliding zone；causes；control measures

P642.22

:A

1006－4362（2012）02－0081－05

高建軍（1967－ ），男，現(xiàn)任中國四海控股有限公司董事長(zhǎng)兼總裁，高級(jí)工程師，本人長(zhǎng)期致力于建筑安全及地質(zhì)災(zāi)害治理等方面的研究與工程管理實(shí)踐。

2011－09－16改回日期:2012－03－13