某水电站近坝特大型滑坡体稳定性评价及预测
时间：2023-01-23 19:50:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
郑青海，李云鹤
（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）
由于我国西部地区地层岩性多样，地质构造复杂，新构造运动强烈，地震活动频繁，伴随水库蓄水等外在作用的影响，近坝库岸滑坡体容易发生变形失稳。通常近坝库岸滑坡体规模大、滑速高、滑距远，加上距离坝址较近，一旦失稳，会对大坝安全造成较大影响。我国三峡、李家峡、乌江渡等大中型水电工程中，都曾发生过库岸边坡失稳［1～2］，鉴于近坝库岸滑坡体稳定性分析的重要性，本文选取西部某电站近坝特大型滑坡体进行稳定性及其成因机制深入研究。
2.1 地形地貌
滑坡体位于拟建水电站上游左岸约2.1km，在平面上呈东北向分布、向金沙江张开的口袋状（图1）。上下游边界以两侧冲沟为界，后缘至陡缓交界处，高程约2 530 m左右，滑坡体前缘基岩出露，基岩面高程为2060～2 090 m，高出金沙江常年河水面40～70 m。滑坡体前缘顺河向宽度约510 m，前后缘平面距离为650～750 m，平均厚度约36.0 m，最厚达86.5 m（钻孔ZK116处），方量约1 260万m3，为特大型滑坡。
根据地形地貌，滑坡体分为3个分区（图1）。A区边界清晰，上游侧边界为一个深切冲沟，后缘及下游侧地形陡缓交界处十分明显，早期形成的滑坡圈清晰可见，地形前陡后缓，边坡总体坡度30°左右；
高程2170～2180m附近有缓坡平台，平台宽度约30 m；
高程2 170 m以下地形较陡，坡度35°～45°。B区边界清晰，上游侧为地形陡缓交界处，下游侧为一个冲沟，地形和A区相比凸向河床，上下游方向呈斜坡状，高程2 270 m以下地形较陡，平均地形坡度约33°；
高程2 270 m以上地形稍缓，平均地形坡度约23°。C区以两侧冲沟为上下游边界，地形凸向河床，高程2 340 m以下地形较陡，平均地形坡度约36°；
高程2 340～2 350 m附近有缓坡平台，平台宽度约30 m。
图1 滑坡体勘探布置图
2.2 物质组成与物理力学性质
据勘探钻孔和平洞揭露，该滑坡体的物质组成主要分为碎石土和滑带土两类，其典型地质剖面见图2～图4。
图2 滑坡体Ⅰ-Ⅰ′剖面示意图
图3 滑坡体Ⅱ-Ⅱ′剖面示意图
图4 滑坡体Ⅲ-Ⅲ′剖面示意图
①碎石土：灰黄色粉土夹碎块石，粉土松散，碎块石成分为灰岩或板岩，碎石直径为2～4 cm，含量约15%～25%，但胶结较差；
局部碎块石较集中，保留原岩结构，但经过滑动破坏后，碎块石结构松散，或者原岩结构层面杂乱并夹有少量粉土。在平洞PD31、PD32和PD35采取碎石土原状样做室内土工试验和现场直剪试验。结果表明：碎石土颗粒分析定名为含细粒土砾，其中砾石含量平均值64%～71%，砂粒含量25%～30%，粉粒、粘粒含量4%～6%，碎石土的含水量2.9%～5.1%，天然重度22.1 kN/m3，抗剪强度：凝聚力为50～80 kPa，内摩擦角31.0°～31.5°。
②滑带土：灰黑色、灰黄色粉土质砾、细砂，在平洞PD35采集滑带土原状土样进行室内土工试验和现场直剪试验，成果见表1。结果表明：滑带土颗粒分析定名为粉土质砾，其中砾石含量平均值30%～46%，砂粒含量29%～33%，粉粒、粘粒含量25%～37%，滑带土的含水量5.6%～6.6%，干重度21.6 kN/m3，现场取原状样做现场抗剪试验，凝聚力为97～100 kPa，内摩擦角23.2°～23.7°。
下覆基岩为泥盆系中统穷错组（D2q），岩性以薄层状至中厚层状灰色、灰绿色、紫红色泥质板岩为主，局部夹厚至巨厚层状灰色、灰白色灰岩或大理石化灰岩互层。以断层f203为界，断层f203西南侧，岩层倾向坡外，为顺向坡，岩层产状为310°/SW∠60°～70°；
断层f203东北侧，岩层倾向坡内，为反向坡，岩层产状为310°/NE∠60°～70°。
2.3 地质构造和地下水
滑坡体后缘东北方向500 m有1条区域性断裂甲学断层（F301），该断层是1条张扭性正断层，走向NW、倾向NE、倾角55°～60°，下盘为泥盆系（D2q）、上盘为三叠系（T2q1）地层，破碎带宽度2.0～3.0 m，通过平面地质测绘发现地表发育3条同期的次级破裂面，最近的次级破裂面距离滑坡体后缘约300 m。滑坡体中后部发育1条Ⅱ级结构面f203，该断层是1条逆断层，断层产状278°～320°/SW∠50°～79°，破碎带宽度1.5～2.0m，断层两侧岩层倾向相反，外侧为顺向坡，内侧为反向坡。
电站区域降水量较少，多年平均降水量296.9 mm，据平面地质调查，滑坡体地表及冲沟内均无泉水出露、勘探钻孔和平洞亦无地下水出露，地下水位埋藏很深。
2.4 变形破坏特征及成因机制
该滑坡为古滑坡体，目前在整体上处于基本稳定状态，根据地表调查未发现任何整体变形破坏迹象，仅局部陡坡在暴雨天气下会发生小规模的崩塌，范围和深度都很小。根据勘探的成果显示，滑坡体变形破坏类型属于倾倒型[3～4]，具体的形成演化过程如下所述：
滑坡体的原岩多为板岩，岩层陡倾坡外，板岩属于较软岩，在风化卸荷及地震作用下，岩层顶部或中上部易被折断、倾倒，其中平洞PD35内基岩与覆盖层分界面附近可以清楚看见陡倾岩层折断后缓倾坡外的现象。折断后的倾倒变形体会沿着折断面或缓倾角软弱结构面发生滑动，并且板岩的层间挤压破碎带和小断层较发育，为形成一个连贯的滑动面提供了便利条件。
其次，滑坡体后缘发育的区域性断裂甲学断层及多条次级破裂面，使得后缘岩体破碎，形成一个后缘切割面；
前缘由于地壳抬升导致河流快速下切，使得滑坡体前缘高于河水面，出现临空面；
加上历史时期出现的暴雨及地震等诱因，都促成了古滑坡体的形成。
经地表调查，滑坡体地表未发现明显的变形破坏迹象，说明滑坡体在天然状态下处于基本稳定状态。在暴雨天气下，局部陡坡会发生小规模的崩塌，范围和深度都很小；
2013年香格里拉发生5.9级地震，滑坡体位于本次地震Ⅶ度烈度区，亦未发生明显的变形破坏，表明滑坡体在暴雨及地震工况下亦处于基本稳定状态。预测水库蓄水后，滑坡体整体基本稳定，前缘可能产生塌滑现象。
滑坡体距离水电站坝址较近，对工程影响很大，为复核其稳定性，在滑坡体的3个分区内分别选取1条剖面进行计算，采用摩根斯顿-普莱斯法进行二维计算。计算工况主要考虑自重、地下水作用、天然河水位、水库正常蓄水位、暴雨及地震等因素，分天然、持久和短暂工况，其中工程区地震基本烈度为Ⅷ度。
根据滑坡岩土体现场及室内试验成果，提出该滑坡岩土体稳定性计算参数（表1），其稳定性计算成果见表2。
表1 滑坡体稳定性计算参数取值表
表2 滑坡体稳定性计算结果表
滑坡体稳定性计算结果表明：
1）工况1（自重+地下水位+天然水位2 021 m）条件下，滑坡体处于基本稳定～稳定。
2）工况2（自重+暴雨地下水位+天然水位2021m）条件下，滑坡处于基本稳定～稳定。
3）工况3（自重+地下水位+天然水位2 021 m+地震）条件下，Ⅰ-Ⅰ′和Ⅱ-Ⅱ′剖面计算结果为基本稳定，Ⅲ-Ⅲ′剖面计算结果为不稳定。
4）工况4（自重+地下水位+正常蓄水位2 150 m）条件下，Ⅰ-Ⅰ′和Ⅱ-Ⅱ′剖面计算结果为基本稳定，Ⅲ-Ⅲ′剖面计算结果为不稳定。
上述计算结果与滑坡实际情况相符合，天然和暴雨工况下为基本稳定～稳定，偶然地震和正常蓄水位运行期，预测滑坡体的C区不稳定。根据《水电工程边坡设计规范》（NB/T 10512-2021），该工程边坡的设计安全系数：持久工况下为1.15，短暂工况为1.05，偶然工况下1.05[5]。可见滑坡的3条地质剖面在偶然地震和正常蓄水位运行期时，计算结果均不能满足边坡安全标准，需对可能失稳的部位采取工程治理措施。
滑坡体距离大坝较近，其失稳对大坝的影响主要是滑体入库而造成的涌浪可能翻坝。针对该滑坡的处理，提出两种工程方案综合治理：①抗滑桩方案；
②削坡减载方案。
其中滑坡体A区和B区在正常蓄水运行期时处于基本稳定，但安全裕度不够，前缘泡水可能产生局部滑动。根据计算模型中的滑弧可知，滑坡体前缘滑弧深度为16.0～26.0m，滑弧不深，且前缘覆盖层厚度约40.0 m，可以通过抗滑桩方案在滑坡体前缘设置两排抗滑桩，以保障滑坡体稳定，且A区在2 170～2 180 m附近有缓坡平台，有开展抗滑桩施工的场地［6］。
滑坡体C区在正常蓄水位运行期时，前缘淹没高度约90 m，且基岩与覆盖层的分界面较陡，约33°，前缘泡水后可能产生大规模的滑动。根据计算模型中的滑弧可知，滑坡体前缘滑弧深度为50.0～80.0 m，滑弧很深，且前缘覆盖层厚度为60.0～80.0 m，难以通过抗滑桩等加固措施进行处理，可通过削坡减载方案将C区中后部的土体挖除，减轻滑坡顶部推力，以达到工程边坡的设计安全要求。同时，削坡减载的土料可以作为围堰建设的填筑土料，并且滑坡距离大坝较近，开采容易，交通便利，是围堰填筑材料的较好的料源地，这样既治理了滑坡，又使得开挖土料得到综合利用。
1）滑坡体位于拟建水电站上游左岸约2.1 km处，顺向坡，方量约1 260万m3，为特大型滑坡；
物质组成为碎石土和滑带土，结构密实，力学参数较高；
滑坡体后缘及中后部共发育两条Ⅱ级以上的结构面；
滑坡体属于倾倒型，具体的形成演化过程为陡倾岩层倾倒后滑动。
2）滑坡体天然状态下地表未发现明显的变形破坏迹象，处于基本稳定状态。采用摩根斯顿-普莱斯法对典型剖面进行二维计算，计算结果表明滑坡体在天然和暴雨工况下为基本稳定～稳定，偶然地震和正常蓄水位运行期时，预测滑坡体的C区不稳定。根据《水电工程边坡设计规范》的设计安全要求，滑坡体的3个分区在正常蓄水位运行期时都需采取工程措施治理。
3）根据滑坡体3个分区的具体情况，建议滑坡体A区和B区采取抗滑桩措施治理，滑坡体C区采取削坡减载措施治理。
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