晋宁县打黑水库库区右岸滑坡工程地质研究

晋宁县打黑水库库区右岸滑坡工程地质研究

赵保祥

（昆明市水利水电勘测设计院）

摘要：本文从滑坡所处区域地质条件入手，对滑坡的基本地质条件、空间形态、物质组成及岩（土）体结构、变形机制以及岩（土）体物理力学性质分析研究，通过室外与室内试验得到滑坡稳定性分析计算参数，从而提出滑坡治理建议，最后得出治理滑坡的工程地质结论。

关键词：水库库区右岸滑坡　工程地质条件　基本特征　治理建议

一、概　述

（一）工程概况

晋宁县打黑水库属红河流域绿汁江水系，扒河二级支流打黑河上，总库容63万m³，为小（二）型水库工程，坝型为浆砌石拱坝，坝高40.28m。水库库区右岸滑坡位置为东经102°20′15″，北纬24°25′25″，滑坡距坝址右坝肩100～250m处，滑坡失稳会危及打黑水库大坝的安全，经济损失较大。

该地区山高坡陡，自然条件恶劣，山体岩体较破碎，为老地层，风化较强烈，其特征对边坡稳定不利。2008年5月以来，雨水较多，致使水库库区右岸出现滑坡，且滑坡体出现若干裂缝，局部岸坡已经有坍塌现象发生，并有进一步扩大的趋势。

根据勘察结果，滑坡目前处于欠稳定状态，且为涉水滑坡，据地质条件分析，水库蓄水后，在库水高低水位反复作用下，稳定性将下降，滑坡会失稳滑动。

（二）区域工程地质概况

工程区地处海拔2 100m以上的山区，地形北东高南西低，山体走向呈北东—南西向延伸。区内最高点为雷打山，高程2 563.6m，最低点为打黑河下游谷底，高程约2 122.7m，最大高差为440.9m，一般高差在100～200m之间，属中等切割中山地形。根据地貌成因、构造应力及地层岩性等特征，工程区可分为两种地貌类型，一为分布于工程区内的群美党组板岩组成的构造侵蚀剥蚀地貌；二为分布于打黑村东一带的大龙口组灰岩组成的岩溶地貌。工程区属中等切割中山地形，构造侵蚀剥蚀地貌。

工程区出露地层主要为中元古界昆阳群大龙口组（P_t2d）、昆阳群美党组（P_t2m）及第四系全新统残坡积层（Q_h^edl）、冲洪积层（Q_h^apl）、滑坡堆积层（Q_h^del）与崩积层（Q_h^col）。

测区位于山口—华宁弧形断裂西翼内缘（距滑坡区最短距离约14km），受其影响工程区外围地质构造发育且复杂。工程区主要为一由昆阳群美党组地层组成的北西走向，倾向北东的单斜构造，为雷打山向斜北西翼；测区断层发育，主要以北东向发育为主，断层较为规则，切割关系清楚，主要为逆断层。根据1∶400万《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），工程区地震动峰值加速度为0.20g，动反应谱特征周期为0.45s，对应地震基本烈度为Ⅷ度。

测区地下水以风化裂隙水为主，主要接受大气降水的补给，其运动主要受岩性、节理裂隙及地形等因素控制。滑坡区地下水分水岭与地表水分水岭基本一致，地下水沿岩体节理裂隙自高处向低处运移至相对隔水层后，于沟谷或低凹处呈泉或散浸等形式溢出地表汇入河谷，最终向打黑河河谷排泄流入本区最低侵蚀基准面——丁癸江。工程区下游打黑村灰岩分布区，岩溶发育，地下水常形成越流补给，形成较为复杂的水文地质单元。

测区出露地层为中元古界昆阳群美党组（P_t2m），形成时代较老。岩性主要为钙泥质板岩、粉砂质板岩等，岩体破碎，节理、裂隙极发育，近地表强—弱风化岩体属中等—弱透水层，深部微风化—新鲜岩体构成相对隔水层。地形坡度为25°～35°，局部达40°以上。地表多为厚度不大的第四系残坡积层覆盖，部分为岩质边坡。不良物理地质现象表现为滑坡，局部为崩塌和坍塌。

二、滑坡的基本特征

滑坡所处地貌单元属于中等切割中山地形，其地貌有冲沟、陡坎、平台等。滑坡右侧有一条冲沟，左侧地形稍微平缓，后缘及右前侧较陡，中部稍微平缓，右前部有临空面，中下部有一条简易道路穿过，前缘在水库正常蓄水位以下，地形地貌起伏较大，地质环境复杂程度为中等。

（一）滑坡基本地质条件

滑坡后缘最高点高程为2 214.40m，前缘为最低点，即为打黑河谷底，高程约2 141.52m，高差约72.88m。滑坡右侧有一条冲沟，主滑线地表及左部地形稍微平缓，后缘及右前侧较陡，右前部有临空面。滑坡体坡度5°～30°，局部达40°，右侧陡坎处为60°以上。地表植被覆盖较好，植被大多为松树及灌木，有部分树木已倾倒，滑坡中下部为水库正常蓄水位以下。根据地貌成因、构造应力及地层岩性等特征，该滑坡为构造侵蚀剥蚀地貌。

滑坡地层分布中元古界昆阳群美党组（P_t2m）之灰、灰绿色，近地表呈棕红、灰黄色薄层—中厚层状板岩，局部夹有浅黄、浅灰色粉砂岩，节理、裂隙发育，分布于滑坡体表面土层以下；新生界第四系全新统残坡积层（Q_h^edl）之棕红、棕黄、褐黄色黏土、粉质黏土、含砾粉质黏土，钻孔揭露最大厚度9.40m，为板岩风化之产物，分布于滑坡体表层；新生界第四系全新统冲洪积层（Q^a_h^pl）之灰黄、棕灰、灰黑色粉质黏土夹碎石、圆砾、砂砾石，沿滑坡前缘打黑河谷底及滑坡右侧沟谷分布；新生界第四系全新统滑坡堆积层（Q_h^del）之灰褐、灰黄、褐黄色含砾粉质黏土、粉质土砾及碎块石，分布于滑坡前缘部位；新生界第四系全新统崩积层（Q_h^col）之灰褐、褐、褐黄色含砾粉质黏土、粉质土砾及碎块石，分布于滑坡中部右侧及前缘右侧陡坎。

滑坡区未发现断裂、褶皱构造。为昆阳群美党组（P_t2m）之板岩组成的产状65°∠53°的单斜构造，受区域构造与风化作用的影响，岩体褶皱强烈，节理、裂隙发育。

滑坡区位于雷打山向斜北西翼，岩层产状走向北西，为与坡向斜交的单斜构造，斜坡后缘山脊为分水岭，至前缘（打黑河）为一独立的水文地质单元，区内滑坡右侧有大致顺坡向径流的长年性流水冲沟1条，区内水源以大气降水为主。

滑坡区内地层具土层与下伏基岩的双层结构，地下水按其赋存特征及水理性质可分为松散土层孔隙水和基岩裂隙水两类。孔隙水主要赋存于残坡积层、滑坡堆积层中。岩性为粉质黏土夹板岩碎块石，碎块石含量占30%左右，滑体物质均一性较差，有较多网状缝隙、孔隙，降雨一部分沿地表径流排泄，一部分下渗入土体。下伏基岩板岩为相对隔水层，渗入土体的地下水在基覆界面处汇集及基岩体内沿滑动面渗出；基岩裂隙水主要赋存于昆阳群美党组板岩裂隙中，强风化带及弱风化带上部网状风化裂隙发育，透水性中等，弱风化带下部裂隙逐渐减少，且多闭合，透水性弱，成为相对隔水层。从本次勘察钻孔ZK1～ZK5揭露，强风化板岩裂隙中有地下水存在。根据测量及勘探，目前滑坡处打黑河河底水位为2 141.52 m，滑坡地下水位在钻孔ZK1处为9.60m、ZK2处为10.10m、ZK3处为21.50m、ZK4处23.50m、ZK5处为22.00m，对应高程分别为2 194.06m、2 178.81m、2 150.14m、2 149.78m、2 146.32m。由此可见，滑坡地下水位均高于近滑坡打黑河河底。

（二）滑坡空间形态

滑坡周界在平面上呈圈椅形，滑坡主滑向为南东向，两侧边界主要受地形特征控制，南西侧以近滑坡山体沟谷为界，后缘以陡壁为界，前缘以打黑河河谷为界。右侧下部较陡，有临空面；中部坡度相对较缓；后壁较陡；下部为滑舌，滑舌相对较陡，以开口状滑向打黑河。横宽平均约100m，纵长约159m，面积约1.59×10⁴ m²，平均深度约15m，体积约23.85×10⁴ m³。该滑坡滑体体积大于10×10⁴ m³，为巨型滑坡。

（三）滑坡物质组成及结构

根据地表地质测绘与ZK1～ZK5钻孔揭露，滑坡滑体物质具双层结构：一为第四系全新统残坡积层（Q_h^edl）的褐红、灰黄色黏土、粉质黏土及含砾粉质黏土组成，稍湿，可塑—硬塑状，含少量强风化板岩砾石，砾石粒径在5～25mm，多呈棱角～次棱角状；二为中元古界昆阳群美党组（P_t2m）浅灰、灰黄、黄、浅黄色板岩组成，局部夹浅黄色粉砂岩，薄层—中厚层状，岩层产状65°∠53°，为单斜岩层，岩体强风化，较破碎，节理、裂隙发育，为碎裂散体结构。滑坡滑体的厚度变化较大，最大厚度约21.80m。总体上具有两侧薄、中间厚的特点，其平均厚度约15m。

滑带位于基岩之间夹层，滑带土主要为浅灰、灰黄、浅灰黄色粉质黏土、含砾粉质黏土及粉质土砾组成，湿，软塑状，松散，钻探手感变软，钻进快，漏水，含强风化板岩砾石，砾石粒径在5～25mm，多呈次棱角状，砾石含量占5°～15%，局部达75%。滑坡滑带厚度变化不大，厚度0.70～1.70m，其平均厚度约1m。

滑坡体所座滑床物质组成及结构均为昆阳群美党组（P_t2m）之浅灰、浅黄色板岩，局部夹薄层粉砂岩，薄层—中厚层状，岩层产状65°～77°∠53°～55°之单斜构造。浅部岩体强风化，较破碎，节理、裂隙发育，强度低，岩体完整性差，RQD值几乎为零，岩芯呈碎块，少量短柱状，易产生压缩变形，抗滑稳定性差，为碎裂散体结构；深部岩体节理裂隙较发育，多呈闭合状，强度较高，岩体完整性较好，岩芯多呈柱状，少量碎块状，压缩变形较小，为层状碎裂结构。

（四）滑坡变形机制

根据本次调查：2008年5月以来，由于雨水较多，致使原有裂缝变形加剧，滑坡体新出现若干裂缝，局部岸坡已经有坍塌现象发生，而且有进一步扩大的趋势，滑坡处于变形阶段。变形形迹有地面裂缝、滑坡体陡坎处坍塌、滑坡上的建筑物变形破坏等。

据滑坡钻探成果分析，距后缘部位17m处ZK1钻孔揭露滑动带深度为8.30～9.50m；ZK2钻孔位于滑坡中上部，揭露滑动带深度为10.30～11.80m；ZK3钻孔位于滑坡中部，揭露滑动带深度为16.20～17.90m；ZK4钻孔位于滑坡中右部，揭露了两个滑动面，其中主滑动带深度为21.80～22.60m，次滑动带深度为17.80～18.30m；ZK5钻孔位于滑坡中左部，揭露滑动带深度为16.30～17.00m。由此可见，此滑坡体厚度平均约为15m，在6～20m之间，为中层滑坡。另外，该滑坡滑体体积大于10万m³，为巨型滑坡。

根据现场勘察，该滑坡变形强烈地段位于滑坡的后部及中下部。其中：滑坡壁深度为1.60m，此为滑坡滑动最为直观的表现；滑体中上部分布有横向的几条裂缝，为弧形，两翼顺坡向下延伸，延伸长度最长大于30m，此为滑坡滑动后，致使斜坡坡面及房屋（房屋已拆除）多处拉裂；滑体中、中下部发育横向、纵向拉裂缝十余条。纵向裂缝居多，延伸方向近滑坡体山脊坡向，为南东、南西向，延伸最长长度达50m，地面裂缝最宽宽度约15cm，此为滑坡右下部陡峭，局部有临空面所致；滑坡下部发育次级滑坡及裂缝，为弧形，两翼分别沿南西向和南东向向下延伸，延伸长度大于50m，这与该处有临空面存在有关。

根据滑坡变形机制分析，滑坡所处地层为中元古界昆阳群美党组（P_t2m）之板岩，岩体产状为65°∠53°，岩体有软弱夹层存在，岩层形成时代较老且倾角较大，又经地下水活动及地表水（2009年）急剧增多致使山体滑坡。该山体下部先滑使上部失去支撑而变形滑动，滑动速度较慢，呈上小下大的塔式外貌，横向裂隙发育。从引起滑动的力学性质看，为牵引式滑坡。目前，整个滑坡还在逐渐的缓慢变形中，特别是在暴雨后，均有较明显的变形迹象。

（五）滑坡岩（土）体物理力学性质

为了取得滑坡体物理力学参数值，在钻孔中采取土样进行室内试验，物理力学试验方法按照《土工试验方法标准》（GB/T50123－1999）、《土工试验规程》（SL237－1999）及《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）的规定进行。

岩土物理力学参数按下列公式进行计算和统计［《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）14.2］：

式中：

_m—岩土参数的平均值；

σ_f—岩土参数的标准差；

δ—岩土参数的变异系数；

_k—岩土参数的标准值；

γ_s—统计修正系数。

1.滑体物理力学性质

滑坡滑体物质具双层结构：一为第四系全新统残坡积层（Qhedl）之黏土、粉质黏土及含砾粉质黏土组成；二为中元古界昆阳群美党组（P_t2m）之强风化板岩组成。为了评价滑体的密实度、变形指标及剪切指标等，对滑坡滑体进行了标准贯入试验与圆锥动力触探试验。根据工程特点，对滑体进行了现场采取土样进行室内岩土物理力学试验，结合工程特点，对该滑坡体残坡积层土体进行颗粒分析试验、标准贯入试验及现场采取3组土样进行室内试验，统计结果见表1和表2。

表1　滑坡滑体土（残坡积层）颗粒分析试验成果表

根据所取3组残坡积层土样颗粒分析试验指标统计结果：砾石含量为29.0%～42.0%，平均值为35.3%；砂粒含量为15.0%～18.0%，平均值为16.7%；粉粒含量为17.0%～24.0%，平均值为20.7%；黏粒含量23.0%～30.0%，平均值为27.3%。根据颗粒分析实验成果及《土工试验规程》（SL237－1999），滑坡体残坡积层土体总体为粗粒土，其中砾石粒组质量占35.3%，且细粒黏土占27.3%，则该土体命名为粘土质砂（SC）。

从滑坡体残坡积层土体标准贯入试验成果看，该滑体平均修正后锤击数为21，实测锤击数为23，介于15～30之间，则密实程度为中密，硬塑状。

表2　滑坡滑体土（残坡积层）物理力学性质试验成果统计表

根据统计试验结果统计得出滑坡滑体残坡积层的天然重度平均值为19.21kN/m³，饱和重度为19.99kN/m³；饱和快剪强度小值平均值C＝16.3kPa，＝23.40°。

对该滑坡体强风化板岩进行颗粒分析试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验及现场采取6组土样进行室内试验，统计结果见表3和表4。

表3　滑坡滑体土（强风化板岩）颗粒分析试验成果表

表4　滑坡滑体土（强风化板岩）物理力学性质试验成果统计表

根据所取6组残坡积层土样颗粒分析试验指标统计结果：砾石含量为17.0%～58.0%，平均值为36.7%；砂粒含量为14.0%～26.0%，平均值为21.5%；粉粒含量为11.0%～31.0%，平均值为18.3%；黏粒含量17.0%～33.0%，平均值为23.5%。根据颗粒分析实验成果及《土工试验规程》（SL237－1999），滑坡体强风化板岩分选性差，不均一，总体为粗粒土，其中砾石粒组质量占36.7%，且细粒黏土占23.5%，则该土体命名为黏土质砂（SC）。

从滑坡体强风化板岩圆锥动力触探试验与标准贯入试验成果看，该滑体强风化板岩密实程度为中密，硬塑状。

根据上述试验结果统计得出滑坡滑体强风化板岩的天然重度平均值为19.11kN/m³，饱和重度为20.19kN/m³；饱和快剪强度小值平均值C＝12.2kPa，＝17.99°；标准值为C＝12.5kPa，＝19.67°。

2.滑带土物理力学性质

滑带土为浅灰、浅灰黄色粉质黏土、含砾粉质黏土及粉质土砾，湿，软塑状，含强风化板岩砾石。根据工程实际，共现场取样6组滑动带土进行试验颗粒分析试验（见表5）及剪切试验（见表6）。

表5　滑坡滑动带土颗粒分析试验成果表

根据土样颗粒分析试验指标统计结果及《土工试验规程》（SL237－1999）：滑坡滑动带土砾石含量为17.0%～47.0%，平均值为29.3%；砂粒含量为22.0%～46.0%，平均值为34.0%；粉粒含量为12.0%～22.0%，平均值为15.5%；黏粒含量18.0%～27.0%，平均值为21.3%。则滑坡滑动带土为砂类土。

表6　滑坡滑动带土物理力学性质试验成果统计表

根据试验结果统计得出滑坡滑动带土的比重平均值为2.79，饱和直接剪切强度平均值C＝17.5kPa，＝23.00°，饱和反复剪切强度平均值C＝8.9kPa，＝21.60°。

通过试验结果可以看出，滑坡滑动带土做了饱和直接剪切试验与饱和反复剪切试验，对比后内摩擦角变小，但变化不大；内聚力显著变化，减少32.5%，即内聚力要敏感得多，这也说明岩体夹层滑动带土的物理力学性质极差。

3.滑床岩体物理力学性质

滑坡滑床为中元古界昆阳群美党组（P_t2m）之板岩组成，按其物理力学性质分为两层：一为全—强风化板岩岩体，节理裂隙发育，强度低，岩体完整性差，RQD值几乎为零，岩芯呈碎块，少量短柱状，易产生压缩变形，抗滑稳定性差。为散体碎裂结构，岩块单轴抗压强度小于15MPa，属较坏岩组；二为弱风化—新鲜板岩岩体，节理裂隙较发育，多呈闭合状。强度较高，岩体完整性较好，岩芯多呈柱状，少量碎块状，压缩变形较小，为层状碎裂结构，岩体单轴抗压强度大于15MPa，属中等岩组。

三、滑坡治理建议

（一）参数建议

依据室内试验及现场试验成果，考虑两个滑坡均具双层结构，得出滑坡物理力学参数值，见表7（滑坡体物理力学参数建议值）、表8（滑坡体残坡积层物理力学参数建议值）、表9（滑坡体强风化板岩物理力学参数建议值）。

表7　滑坡体物理力学参数建议值

表8　滑坡体残坡积层物理力学参数建议值

表9　滑坡体强风化板岩物理力学参数建议值

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）5.3.1边坡稳定安全系数表，取Fs＝1.25～1.30，通过反分析结果并参考同类工程经验，考虑打黑水库蓄水后，滑坡下部部分土体将处于库水中，其土体性质有所降低，根据有关规程规范并类比其他工程提出滑坡治理工程地质参数建议值，见表10（滑坡滑带土抗剪强度参数建议值）。

表10　滑坡滑带土抗剪强度参数建议值

（二）治理措施建议

滑坡目前处于欠稳定状态，据地质条件分析，水库蓄水后，在库水高低水位反复作用下，稳定性降低，滑坡将失稳滑动，因此滑坡治理是十分必要的。

（1）针对滑坡工程特点，治理措施宜采取减重与反压相结合的方法治理。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削减。建议滑坡在高程约2 180～2 115m间削坡，在滑坡底部进行反压，并设盲沟。滑坡减重与反压相结合方法处理后，可对整个滑坡面进行喷护。

（2）滑坡治理措施也可放在下滑力相对较小的前缘部位，滑坡在高程约2 148～2 160m附近。建议在滑坡前缘设置支挡工程，可选择抗滑桩或抗滑重力式挡墙加护坡。

（3）为了防止地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟；在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟，即对整个滑坡体范围内的边坡表部设置若干条纵、横向截、排水沟，设置完善的地表排水系统，以消除和减轻暴雨及人为形成的地表水对滑坡稳定性的影响。滑坡区内地下水的治理可采取加强滑坡范围以外的截水沟，切断其补给来源；针对出露的泉水和湿地等，做排水沟或渗沟，将水引出滑坡体外；滑坡体前缘可做边坡渗沟疏干，或做小盲沟，兼取支撑和疏干作用。治理滑坡带的地下水可在滑坡前缘附近作支撑盲沟疏导这部分滑动带水，而在其他部位作排水构筑物（如泄水隧道等）排除滑动面上的地下水，使地下水位降低到滑动面以下。

四、结　论

（1）滑坡周界在平面上呈圈椅形，为中层滑坡。滑坡主滑向为南东向，大致为顺层滑坡，且为牵引式滑坡，规模为巨型滑坡。

（2）滑坡滑体物质具双层结构：一为第四系全新统残坡积层（Q_h^edl）之黏土、粉质黏土及含砾粉质黏土组成，土体密实程度为中密，硬塑状；二为中元古界昆阳群美党组（P_t2m）之强风化板岩组成，岩体破碎，为层状碎裂结构，节理、裂隙发育。滑带位于基岩间夹层接触处，主要滑带土为浅灰、浅灰黄色粉质黏土、含砾粉质黏土及粉质土砾，湿，软塑状，含强风化板岩砾石。滑床为中元古界昆阳群美党组（P_t2m）之板岩组成，其物理力学性质分为两层：一为全—强风化板岩岩体，二为弱风化—新鲜板岩岩体。

（3）从工程地质条件分析结果看，滑坡处于欠稳定状态。另外，由于降雨和水库蓄水作用后，滑坡稳定性将下降，滑坡处于不稳定状态。

（4）滑坡治理宜采取减重与反压相结合的方法治理，也可在滑坡前缘设置支挡工程（可选择抗滑桩或抗滑重力式挡墙加护坡）。滑坡治理还应包括滑坡区地表水与地下水。

（5）滑坡治理应设置观测器，定期监测治理后滑坡的变化情况及规律。

参考文献：

［1］昆明市水利水电勘测设计院.晋宁县打黑水库库区右岸地质灾害（滑坡）治理工程初步设计报告.昆明：昆明市水利水电勘测设计院，2009.

［2］《工程地质手册》编委会.工程地质手册（第四版）.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［3］郑颖人，陈祖煜，王恭先，凌天清编著.边坡与滑坡工程治理.北京：人民交通出版社，2007.

［4］岩土工程勘察规范（GB50021－2001）.

［5］建筑边坡工程技术规范（GB50330－2002）.

［6］水利水电工程地质勘察规范（GB50287－1999）.

［7］水利水电工程钻探规程（SL291－2003）.

［8］土工试验方法标准（GB/T50123－1999）.

［9］中国地震动参数区划图（GB18306－2001）.