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浅析南水北调典型区段地质灾害

2019/09/09 阅读:

摘要:针对河北省南水北调中线沿线区段暴雨发生后,考虑地质及强降雨条件下,对某区段产生滑坡原因及施工条件进行了分析,其降雨影响是关键因素。并对地质灾害提出了治理措施,为滑坡地质和工程设计施工提供重要依据。

关键词:地质条件;滑坡;暴雨

1国内外研究现状

斜坡的稳定性评价,主要分为区域斜坡稳定性评价和单点斜坡稳定性评价两种。前者是对一定大范围的斜坡进行评价,通常采用结合地质资料的遥感技术、结合GIS技术的统计模型,以及野外调查等方法;后者可以进行定性或定量分析,以极限平衡法、数值分析法应用最为广泛,除此之外还包括极限分析法以及强度折减法。在区域斜坡稳定性评价方面,GIS技术得到了最广泛的应用。早在20世纪60~80年代国外学者利用一些数学模型对滑坡灾害危险性及斜坡稳定性进行区划。我国对于斜坡稳定性评价的研究开始较晚,有30多年的历史,而对于国外20世纪90年代开始在斜坡稳定性研究中应用的GIS技术,则是进入21世纪以后才得到广泛关注。然而定性评价方法有其固定缺陷,例如无法形成统一标准,不同区域有各自不同的指标体系,以及不同的量化分类规则。能弥补定性方法缺陷的结合稳定性力学分析的定量评价研究还很少,还处于起步阶段。由于此项技术在国内起步较晚,国内目前只对部分典型地区做过此类研究,如汶川地区、三峡库区、黄土高原地区等,对河北省地区的斜坡稳定性并没有典型、成熟的评价方法。在地质灾害预警方面,美国从1985年就开始对地质灾害的预警预报开展研究工作,20世纪即在旧金山湾、夏威夷、佛基尼亚州等地建立了地质灾害实时预警预报系统。近些年来,我国学者均对区域性的降雨型地质灾害预警预报做了许多研究工作。其采用的方法归纳起来有:地貌分析—临界降雨量模板判据法、气象—地质环境要素叠加统计法、地质灾害致灾因素的概率量化模型、地质灾害预报指数法、降雨量等级指数法等。但由于我国的研究工作开展较晚,在研究方面取得的成绩尚不理想。进行斜坡单点稳定性定量评价时,尤其是在工程实际应用中,往往多种方法相互结合,并逐渐形成了以地质原型研究→变形破坏机制分析→数值模拟及物理模拟→稳定性分析计算→工程地质评价为主体的系统工程地质分析方法。在滑坡方面,国内王恭先通过灌铅混凝土和致密黏土等方法对滑坡破坏模式进行了定性的研究。J.A.Shby将倾斜台面模型最早应用于研究边坡倾倒破坏机理的研究中。李媛等(2001)对于天水市某黄土—泥岩滑坡接触面进行了室内模型试验,最后总结出黄土—泥岩滑坡的破坏过程:“坡体螺动—后缘拉裂-滑带,由中部向两侧发展—剪出口形成—坡体突滑”。文宝萍(2005)通过监测黄土—泥岩滑坡和室内模型试验,总结出该类滑坡变形破坏机理:一般经过牵引式和累进式扩展变形阶段与沿接触层滑动阶段。胡厚田,赵晓彦等采用对摩擦特性、碰撞特性和碰撞过程物理模拟等试验手段对滑坡的运动机理进行了研究。

2研究内容

结合具体工程实例,河北省对典型基质调查,包括典型基质的孔隙率、导水率、含水率、堆积角、颗粒级配、颗粒形态、风化(破碎)速度、颗粒沉速、起动速度的样本试验和理论分析。结合具体工程施工情况,研究斜坡地貌稳定性分析方法,建立斜坡地貌稳定性力学模式,通过试验验证斜坡地貌稳定性力学模式。由理论研究指导试验研究,验证、订正基质参数。构建斜坡地貌稳定性动力数学模型,采用网格和无网格方法模拟水动力、地表、地下动力条件下斜坡地貌运动过程。在理论和试验基础上的数值模拟。结合具体工程实例和施工情况,以数学模型模拟水动力、地表、地下动力条件下斜坡地貌地质灾害形成过程,为实际工程的斜坡开挖提供数学模型的指导,并进行斜坡地貌地质灾害的危险程度评价,提出斜坡地貌地质灾害的防治措施。本文不对研究建模做具体论述,只对典型地质灾害进行分析。

2.1滑坡概况

2018年7月19日~7月20日,南水北调中线沿线突降特大暴雨,在陆港桥上游渠段右岸边坡发生了滑塌,滑坡位于二级马道以上,边坡出现70cm裂缝,并在一级马道附近出现挤压变形,位于二级马道多处错台开裂。

2.2暴雨特征

该区属暖温带大陆季风气候区多年平均气温13.6℃。多年平均风速2.6m/s,多为北风或西北风。多年平均降雨量550mm,夏季温湿多雨,降水年内变化大,70%~80%多集中在训期,暴雨一般出现在7~8月份。2.3地下水区域内地下水有空隙水、基岩裂隙水两种类型。地下水的化学类型一般为HCO3-Ca-Mg型、SO4-HCO3-Ca或HCO3-Ca型,少数为SO4-Ca型、HCO3-C1-Ca型或C1-HCO3-Ca型;矿化度小于1g/L,大部分属淡水,pH值6.9~8.1,呈中偏碱性。地下水对混凝土不具腐蚀性。

3滑坡原因

3.1暴雨

(1)2018年7月19日~20日,中线区段突降暴雨,其暴雨特征历时短,强度大,强降雨致地区积水严重,换填土与原状土结合部位积水。(2)滑坡区永久占地以外地势东高西低,一部分降水顺地势沿黏土岩裂隙及粉砂夹层潜渗,一部分降水自换填土面下渗,并在换填土底部汇集,造成换填土基面处孔隙水压力升高,换填土自身饱和软化后,在内力作用下蠕变、滑动,形成滑坡。(3)滑坡区原设计无排水设施。

3.2施工原因

(1)施工破孔残留率低,岩石表面平整性差,超挖地段较多。(2)施工爆破不当,未严格控制爆破参数施工,形成滑坡。

4处理措施

4.1渠内左侧边坡

(1)以不增加工程永久占地为原则,对局部坡比稍做调整,碎石边坡系数为1∶1.5,采用六角空心混凝土碎石护坡及浆砌护肩。(2)渠内仍采用喷8cm厚,C20混凝土护坡。

4.2渠内右侧边坡

为保证侧混凝土板设计厚度,衬砌基面大部增设C10贴坡混凝土,上部砌筑浆砌面。

4.3施工处理

(1)取消在二级边坡坡顶的路面,原设计路面采用碎石找平,并在截流沟左侧增加浆砌石挡泥。(2)渠内左侧截流沟土方开挖,采用0.5m浆砌石衬砌,顶面采用50cm浆砌石护坡。

5结语

(1)滑坡是在不利地质条件下,强降雨及地下水影响等多条件因素共同作用产生的,本工程采取截流、排水、加固等措施进行了处理,排除了工程隐患,目前工程运行效果良好。(2)针对南水北调中线区段,出现滑坡原因,结合降雨影响因素,进行了分析,提出了针对性治理措施,可供类似工程地质灾害提供参考。

参考文献:

[1]郝红英.南水北调京石应急供水工程易县石渠段滑坡治理[J].水科学与工程技术,2010(4).

[2]徐邦栋.滑坡分析与防治[J].北京:中国铁道出版社,2001.

[3]李增平.南水北调中线工程京石段S48标渠道边坡滑坡机理及处理措施[J].水科学与工程技术,2011(2):52-54.

[4]时启军.南水北调中线一期工程等渠段滑坡处理措施[J].水科学与工程技术,2018(5):42-44.

作者:毛少波 马宝祥 单位:天津市水利勘测设计院

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