维普资讯 http://www.cqvip.com 第３８卷第９期 ２００ ７年９月 人 民 长 江 Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｖ０１．３８．Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．，２Ｏ０７ 文章编号：１００１—４１７９（２Ｏ０７）０９—０Ｏ４８—０４ 南水北调中线工程陶岔膨胀土滑坡稳定性研究 李 锋 朱瑛洁 赵 更 阳云华 （长江水利委员会长江岩土工程总公司，湖北武汉４３００１０） 摘要：南水北调膨胀土渠道在设计施工前，均须对渠坡土体的强度和变形性质进行研究，以便提供合理的计算 参数。由于膨胀土的性质很复杂，地层中地应力场及其影响难以估计，水作用下土体的变化趋势不好预测。对 渠首陶岔膨胀土大型滑坡的稳定性进行了分析与评价，结果表明：在现状正常情况下，陶岔滑坡整体稳定性较 好，在充分饱水条件下，滑坡段上游处于极限平衡状态，中间及滑坡段下游存在滑移变形问题，同时提出了膨胀 土滑坡的具体防治建议，可为类似工程地质条件的渠道提供设计参考数据。 关键词：陶岔；膨胀土滑坡；稳定性；研究与评价；南水北调中线工程 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＵ４４３ 陶岔引丹渠首１９６８年开始施工，１９７４年建成并投入运行， １．２中更新统 中更新统为粘土、粉质粘土，棕黄色、褐黄色，结构紧密，稍 硬一硬塑状，含灰白及灰绿色粘土条带。裂隙发育，裂面多具灰 白、灰绿色粘土薄膜，倾角５０￣以上者居多，含铁锰质结核，分布 渠坡坡比１：４ ０，坡面设置有截、排水沟等防护措施。经过持续 １月的雨水天气，２０（Ｏ年１０月１６日夜渠首下游约１ ｋｒｎ处渠道 发生滑坡，滑坡从渠道坡顶高程１６５ ０～１６６．０ ｍ下滑，滑移后滑 坡体后缘高程１６３ ｍ左右，滑坡坡舌高程１４２．０ ｍ左右，滑移后 坡面多处见规模较大的横裂缝。 于场区ＱＩ粘土之上，厚度６～１５ ｍ不等，顶板高程１５４～１５８ ｍ。 １．３上更新统 上更新统为粉质粘土，棕黄色、褐黄色为主，夹浅灰色、浅灰 白色，结构较紧密，稍硬一硬塑状。裂隙发育程度不均，厚３～ １地质环境 滑坡区位于引丹总干渠桩号０＋９００～１＋３００一带，北至总 干渠左岸坡脚，南到右岸坡顶，东西长约４００ ｍ，南北宽约２００ ｍ， 研究面积约０．０９ ｋ 。 １０ ｍ，分布于场区Ｑ２粘土之上，顶板高程１６０～１６５ ｍ。 １．４人工堆积层 人工堆积层为工程开挖弃土，广泛分布于高程１５ ｍ以上 ６的渠坡及渠肩部位。 区内地形北低南高，北边总干渠渠底最低，高程约为１４１ ｍ， 渠底宽度１０～２０ ｍ，南部渠肩宽２０—４０ ｍ，较平缓，高程一般１７０ ｍ左右。 滑坡区地层主要为第四系下更新统（ｐｌＱ。）、中更新统（ａｌ— ｐｌＱ２）、上更新统（ａｌ—ｌＱ３）、滑坡层（ｄｅｌＱ）和人工堆积层（ｒＱ），分 述如下。 １．５滑坡堆积层 滑坡堆积层主要为原ｐｌＱ。一 、ａｌ—ｐｌＱ２、ａｌ一１Ｑ３的粘土、粉质 粘土，在滑坡体中部最厚，最大厚度约１８ ｍ，往滑坡体前缘和后 １．１下更新统 下更新统分为上下两层：下部ｐｌＱＩ一，，粘土，浅棕红色一棕 黄色，结构致密，较硬，含姜石，厚度一般大于５ ｍ，没揭穿，顶板 缘方向变薄。 滑坡区多年平均降雨量７００—１ １００ ｍｍ，降雨量年内分配不 均，降雨期多集中在５—１０月。滑坡区地层均由粘性土组成，土 体赋水透水性差，区内地下水贫乏。地下水赋存形式为孔隙裂 高程１３８ １４１ ｍ，分布于场区下部，地表无出露。 上部ｐｌＱ。一 ，粘土，棕红色，结构致密，稍硬一较硬状，裂隙 隙水，受大气降水补给，向总干渠排泄，水量少，补排不畅。 场区地震动峰值加速度为０．０５ ｇ，地震基本烈度为Ⅵ度。 及微裂隙不发育，矿物成分主要为伊利石，其次为高岭石和蒙脱 石，裂缝中所夹的灰白色粘土，网状裂隙发育，矿物成份主要为 蒙脱石。 ２滑坡体基本特征 ２．１滑坡体分布 滑坡体后缘位于总干渠右岸渠肩北侧，由西向东分布高程 １６５—１６９ ｍ，前缘位于总干渠渠底，高程１４０ １４２ ｍ，滑体东西 该层厚度３．５—６．７ ｍ，顶板高程１４３—１４６ ｍ，分布于ｐｌＱ，一 之上，仅出露于总干渠渠底附近。 收稿日期：２（ＫＩ／＇一０７—１８ 作者简介：李锋，男，长江水利委员会长江岩土工程总公司，工程师。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第９期 李锋等：南水北调中线工程陶岔膨胀土滑坡稳定性研究 ４９ 勘探点编号 静探ｑ ／ｉａ＇ａ 静探 ／ｋＰａ ＨＰ４ Ｊｒ７ ｏ １ｏ ２０ Ｑ １ｏ． ２９ ３９．４９ ｊｒ８ ｌｆ：，５ ｊｒ９ ＨＰ６ ０ ｌ０ ２０ ｌ ２ｏ ３９ ４９ ｏ １ｏ ２０ ９ １９ ２９ ３９ ４９ 图１滑坡体结构示意 两侧均以小陡坎与渠坡相接，坎高０．２ ０．５ ｍ不等。滑坡体前 舌长约３５０ ｍ，后缘长约２００ ｍ，南北最大宽度约１３０ ｍ，分布面积 ３．３万ｍ２，体积约３０万ｍ］。 （１）滑坡后缘段。滑床为 、Ｑ２粉质粘土，滑床面倾角较 陡，为４５。 ７０。，滑床面高程一般１５０—１６３ ｍ。 （２）滑坡中部。以Ｑ２粉质粘土为主，部分为Ｑ。一：粘土，滑 根据地形特征将滑坡体大致分为３部分：后部凹陷区，宽约 ３０ ｍ左右，南侧与滑坡后缘陡坎相接，北侧与中部隆起区呈多 级陡坎状相接，凹陷处地面高程１５８．３ ｍ；中部略微隆起区高程 为１５１—１６２ ｍ，宽约３０ ４０ ｍ，坡面较完整，地形坡度１５。左右； 床面有所变缓，倾角１３。 ２０￣，滑床面一般高程１４１ １５ｏ ｍ。 （３）滑坡前缘。滑床为Ｑ 粘土，滑床面平缓，倾角０。左 右，在滑舌部位，滑床面略微反倾。滑床面高程１３９ １４１ ｍ。 前部滑舌区高程１５１ ｍ以下，地形坡度１２。左右，坡面完整。 ２．２滑体结构及物质组成 该滑体物质组成已基本揭示清楚，自上而下大致为４层，见 图１。各层分述于下： （１）原人工堆积的粉质粘土，主要分布于后缘陡坎下凹陷 区地表，厚度１ ３ ｍ不等，在其它位置仅零星分布。 （２）原上更新统粉质粘土，局部夹薄层灰白色粘土，裂隙较 发育，含较多灰白色粘土条带。该层连续分布于滑体后部凹陷 区及中部隆起区，分布厚度一般３—８ ｍ，在滑体中后部较厚，往 前变薄。 （３）原中更新统粘土、粉质粘土，含大量灰白色粘土条带 （局部聚集成块）。该层广泛分布于滑体中、下部，分布连续，厚 度６ １２ ｍ不等，往滑体前缘方向厚度变薄。 （４）原下更新统上部粘土，含灰白色粘土条带（局部聚集成 图２竖井ｓＪ１滑带土电镜扫描擦痕 块）。该层广泛分布于滑体底部，分布连续，厚度一般４ ６．５ ｍ， 往滑体前、后方向厚度变薄。 ２．３滑带 （１）滑带物质。根据竖井ＳＪ１及ＳＪ３揭露，在滑坡体底部可 见明显的滑动带。其中ＳＪ１滑动带为浅棕红色粘土，极稀软，接 近流塑状，部分呈软塑状，厚度约８～１０ ｅｍ，在电子显微镜下观 察，滑带粘土矿物具有明显定向排列特征，土体具有明显的线形 擦痕（见图２）；ＳＪ３滑动带为浅棕黄色一浅褐黄色粘土，呈软塑 状，厚度３—１０ ｌ／ｌｎｌ不等，而且滑动带上的粘土明显可见被牵引、 揉皱现象（见图３）。 （２）滑带土物理力学指标。现场对滑带土体取样进行试 图３竖井ｓＪ３滑带粘土牵引现象 验，成果见表１、２。试验结果表明，滑带物质由粉粒、粘粒与胶 粒组成，其中胶粒含量在２４％以上，且粘土矿物中以亲水性强 的蒙托石含量为主。 ３滑坡形成机制及稳定性分析 ３．１滑坡形成机制分析 该渠段为膨胀土渠坡，渠坡各层粘粒含量较高，粘土矿物中 ２．４滑床 从滑坡后缘到前缘，滑床分别以第四系上更新统粉质粘土、 中更新统粉质粘土、下更新统粘土为主。在滑坡的不同位置，其 滑床特征有所不同。 又以亲水性强的蒙托石含量为主，且各层均夹较多灰白色粘土 条带，有的聚集成块，白色粘土对水的作用反应非常敏感。季节 维普资讯 http://www.cqvip.com ５０ 人 民 长 江 ２００７年 Ｑ３粉质粘土 Ｏ．３６ ５．３ ３３．４—５０．８ １５．６—１９．３ ３１．９ ４．０ ２２．９—３２．８ ２２．８—２５．２ ２３．４—２７．０ ２３．７—２５．２ １８．８—２１．０ １７．７—１９．３ ４５—５３—３．０一一１．３ Ｏ一０ ０．１—０．１ ４２．１（２） １７．５（２） ２８．０（３） ３．２９（３） ５．２７（３） ２４．４（３） １９．７（３） １８．４（３）４９（３） 一２．２（２）０（２）０．１（２） 注：上面教为最小值～最大值；下面教为平均值（组教）。 性的气候变化产生的渠坡土体往复湿胀干缩效应非常强烈，由 ３．２．２稳定性验算 （１）滑带土抗剪强度参数取值。选取目前仍在缓慢变形的 实测滑坡主断面Ｂ—Ｂ 进行反分析，地下水位按滑体接近全饱 水考虑，滑坡稳定系数取０．９７，计算简图如图５所示。反分析依 于每次胀缩循环都不能恢复原位，产生胀缩残余变形，渠坡土体 在原生裂隙的基础上又形成了众多风化裂隙。在多年往复湿胀 干缩效应作用下，渠坡不可逆的蠕变变形逐渐增大，裂隙逐年增 多、规模逐年增大，加之滑动前该段坡面排水沟年久失修，损坏 严重，为水的渗入与蒸发创造了良好条件，促进了水在土体中的 据极限平衡剩余推力法，并考虑了地下水静水压力和动水压力。 反演验算中有关物理参数取值原则：根据滑体中各层对滑 坡影响大小，将各层试验结果进行加权平均，其中 及Ｑ２层重 度、孔隙度，权重均为０．４，Ｑ，层权重０．２，ｒＱ层厚度小，权重为 ０。加权平均结果：天然重度７＝１５．１６ ｋＮ／ ；饱和重度 ＝ 循环。水的渗入与蒸发一方面加剧了土体的湿胀干缩效应，引 起土体强度削弱；另一方面有限的淋溶进一步促使化学风化，有 利于裂隙面上蒙托石的形成、聚集，加速了土体破坏。这两种因 素互相叠加影响，循环往复，导致渠坡软弱面逐渐增多，继而连 续、贯通，在有特大降雨时，连续软弱结构面含水量迅速增大达 到临界含水量，土体强度大幅度衰减，同时雨水快速下渗还产生 动水压力，形成滑坡。 １９．０２ ｋＮ／ ；孔隙度７／＝０．４４６。反演计算结果列于表３及图６。 ３．２滑坡稳定性分析 ３．２．１滑坡稳定性宏观分析 ２００５年１０月渠坡产生较大的滑移变形，后来滑体虽未明显 变形，但根据２００６年７月至２００７年３月的位移监测成果（见图 ４），滑体尤其是后缘部分仍在缓慢向下滑移。 由于该膨胀土渠坡土体历经多年湿胀干缩变化，蠕变变形 持续积累，渠坡软弱面逐渐增多、连贯，遇到特大暴雨时，渠坡软 弱面强度会迅速大幅度衰减，滑移速度加快，渠坡土体将产生较 大变形。 图５滑坡反演计算概化剖面 从宏观上分析，在少雨年份或旱季，滑体滑动速度减慢，甚 至暂时停止滑动，而在暴雨和连绵雨期间，地下水位升高，软弱 面含水量增加，导致滑移速度加快，将产生较大变形。 图６反演分析ｃ～≯曲线 由反演计算可知，滑带土的Ｃ、 值对滑坡稳定系数的影响 都是明显的，其中 值较Ｃ值对 值的影响更明显一些。当 值 每提高１ｏ， 值约提高７％；当Ｃ值每提高１ ｋＰａ，Ｋ值约增大 ２．７％。当滑带土取图６曲线上每一点对应的Ｃ、 值时，满足 ＝０．９７。 根据滑体、滑带土室内试验成果、反演分析成果，并类比同 类滑坡抗剪强度指标，经综合分析，选定陶岔滑坡滑带土抗剪强 时间ｔ／（年．月．日） 度指标为：Ｃ＝１１ ｋＰａ， ＝９．５。。 图４空间位移■随时间变化曲线（２００６年７月至２００７年３月） （２）稳定性计算。稳定性计算考虑地下水静水压力和动水 维普资讯 http://www.cqvip.com 第９期 李锋等：南水北调中线工程陶岔膨胀土滑坡稳定性研究 ５１ 压力，计算工况一：正常水位；计算工况二ｌ暴雨水位。 计算物理参数取值：仍取滑体中各层的加权平均值，天然重 度取１９．０２ ｋＮ／ｍ，饱和重度取１９．６４ ｋＮ／ｍ，孔隙度取Ｏ．４４６。 根据上述计算原则及参数，分别对３个剖面进行稳定性计 算。计算结果见表４。 表３反演计算成果 ／ ｃ／ｋＰａ （ｏ） ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ ０．７１３ ０ ７４ｌ ０．７６８ ０．７９６ ０．８２４ ０．８５２ ０ ８７９ ０．９０７ ０．７２７ ０．７５５ ０ ７８３ ０．８ｌｌ ０．８３８ ０．８６６ ０．８９４ ０．９２２ ０ ９４９ ０．９７７ ０．６８６ ０．７１４ ０．７４２ ０．７７０ ０ ７９８ ０．８２６ ０．鼢０＿龄ｌ ０．９０９ ０．卿０ ９６５ ０．９９３ １．∞ｌ１．０４８ ０．７５７ ０．７８５ ０．８１３ ０ ８４ｌ ０．８６９ ０．研０．９２５ ０．螂０．９８ｌｌ ００９ １．研１．嘶１．ｏ９３ ｌ，ｌ２ｌ ０．８３ｏ ０．８５８ ０ ８８５ ０．９１４ ０．９４２ ０．９７０ ０．９９８ ｌ ０２６ ｌ ０５４ １．０８２ １．１ｌ０ １．１３８ １．１６６ １．１９４ ０．９∞０．９３ｌ ０，９５９ ０，９８７ １．０１５ １． ０． １．００５ ｌ＿ｍ３ ｌ嘶ｌ ｃ／ ６ ｌ７ Ｉ８ ｌ９ ２０ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ０．７８２ ０．黜０ ０嘶２ ０．８８９ ０．９１５ ０．９４２ ０．７７０ ０．７９７ ０．８２５ ０．８５２ ０ ８８０ ０．螂０ ９３３ ０．９６０ ０．９８７ １．０１４ ０．７２８ ０．７５５ ０．７８３ ０．８１０ ０ ８３８ ０ ８６５ ０．８９３ ０．９２０ ０．９４８ ０．町５ １．００３ １．０３０ ｌ ０５８ １．０８５ ０．７９６ ０． ０．８５１ ０． ０ ９０６ ０．９３４ ０．９６２ ０．９８９ １．０１７ １．ｏ４４ ｌ册１．０９９ ｌ ｌ２７ ｌ ｌ５４ ０ ８６５ ０．踟０．９２０ ０．９４８ ０．昕６ １．００３ １∞ｌｌ ０５８ １ ｏ８６ １．１ｌ３ １．１４ｌ１． １．１９６ １． ０，９３５ ０．９６２ ０．９９０ １．０１８ １． １．町３ １．１０ｌ１．１２８ １．００５ １．０３３ １．嘶ｌ １．０鼹１ １１６ 表４稳定计算成果 剖面编号计算工况稳定系数 剖面编号计算工况稳定系数 Ａ—Ａ 一 １．３２９ Ｂ—Ｂ 二０．９７６ 二 １．Ｏ２０ Ｃ—Ｃ 一 １．１８６ Ｂ—Ｂ 一 １．２１５ 二０．８７６ ３．２．３滑体稳定性评价 稳定性计算成果表明，在现状正常情况下，陶岔滑坡整体稳 定性较好，其稳定系数均在１．１８以上；在充分饱水条件下，滑坡 段上游（见图７）稳定系数略大于１，处于极限平衡状态，中间部 分（见图８）及滑坡段下游（见图９）稳定系数均小于１，存在滑移 变形问题。 图７ Ａ—Ａ 剖面滑坡推力计算概化 ４滑坡体治理方案建议 ４．１治理工程设计参数建议 陶岔滑坡滑面抗剪强度及有关参数建议值见表５。 图８ Ｂ—Ｂ，剖面滑坡推力计算概化 图９ Ｃ—Ｃ 剖面滑坡推力计算概化 表５滑面抗剪强度及有关参数建议值 ４．２滑坡防治建议 滑坡防治原则是：技术可行、经济合理、施工方便，且有利于 保护和改善周边环境。在选择治理措施时，应考虑从影响膨胀 土渠坡稳定的主要因素人手，建议采用截、排水＋抗滑支挡综合 治理方案，主要有以下几方面： （１）坡面修整和地表水截、排。水是影响膨胀土渠坡稳定 的重要因素，由于现坡面凸凹不平、长大裂缝众多，表水多直接 渗入坡体而不能畅排，因此，渠坡治理首先应修整坡面、填实裂 缝，在坡面设置合理、有效的截、排水网系，使表水排泄畅通，以 避免冲刷坡面。截、排水沟应进行防渗处理，尽量减少表水入 渗，避免雨水渗入导致土体强度的大幅度衰减。 （２）抗滑支挡。该滑坡滑体厚度一般较大，多超过１０ ｍ，中 部厚度接近１９ ｍ，仅在滑体前缘，滑面埋深相对较小，一般在渠 底以下３～４ ｍ。设计时应选择合理、有效的抗滑支挡方案，充 分考虑膨胀土胀、缩效应引起的压力变化，以及对抗滑支挡设施 产生的不同影响，抗滑支挡设施应有足够的抵抗力和足够的埋 设深度。 ５结语 通过本次勘察，基本查明了陶岔滑坡体地质结构及工程地 质条件，并对其形成机制与稳定性进行了分析、评价，提出了治 理建议方案及有关参数。滑坡体在现状正常情况下整体稳定； 在暴雨期间充分饱水情况下存在失稳问题。 滑坡治理建议采用截、排水＋抗滑支挡综合治理方案。 （编辑：刘忠清）
