西藏藏中與昌都聯(lián)網(wǎng)工程八宿縣10L336-10L338段滑坡及塔基穩(wěn)定性分析

樊柱軍，劉曉娟，程東幸

(西北電力設(shè)計院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

藏中聯(lián)網(wǎng)工程線路[1]海拔高程在2 930～5 200 m，一般高差在500～1 200 m，最大高差達(dá)1 550 m,整個線路沿線主要為侵蝕溶蝕剝蝕高山峽谷及侵蝕剝蝕溶蝕中、高山地貌。線路路徑走廊十分狹窄，塔基所處的地質(zhì)環(huán)境條件十分復(fù)雜。絕大部分塔基位于斜坡上，斜坡包括基巖斜坡、土巖混合斜坡、崩塌堆積體斜坡、滑坡堆積體斜坡等，斜坡上塔基的穩(wěn)定性受到多種因素的影響。

韋立德等[2]建立了輸電線路塔基土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的BP預(yù)測模型；趙有余等[3]分析了影響西南山區(qū)線路塔基穩(wěn)定性的因素，提出了相關(guān)的處理措施；章誠亮[4]分析了不同塔基基礎(chǔ)類型及穩(wěn)定性特點；魯先龍等[5]從塔基基礎(chǔ)穩(wěn)定性考慮，提出了不同基礎(chǔ)類型塔基的適用。相關(guān)文獻(xiàn)對輸電線路塔基穩(wěn)定性的研究，主要集中在塔基所在的宏觀地質(zhì)環(huán)境條件和塔基基礎(chǔ)兩方面，很少將二者統(tǒng)一起來。對于受構(gòu)造斷裂發(fā)育、剝蝕強(qiáng)烈、風(fēng)化嚴(yán)重、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的剝蝕峽谷地區(qū)，塔基的穩(wěn)定性需要綜合考慮多種因素，本文以八宿縣10L336-10L338段塔基為研究對象，分析了塔基所在堆積體的成因，查明了堆積體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點，分析了斜坡的穩(wěn)定性和塔基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，綜合判斷了各個塔基的立塔條件和適宜性，提出了塔基地基方案和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的相關(guān)建議措施。

1 塔基所在工程區(qū)地質(zhì)概況

10L336-10L338、10R335-10R337塔位邊坡大致傾向W，坡體頂部較陡，坡度大于40°，中上部發(fā)育一平臺，平均坡度約10°，中下部坡度在25°～40°；坡體兩側(cè)、坡體中部均可見流向東至西的沖溝，坡體前緣發(fā)育河流階地，怒江上游支流冷曲河由南向北從坡體前緣流過；此外，在坡體前部發(fā)現(xiàn)多處泉點，并可見較大范圍的滲水區(qū)域。塔位10R335、10L336、10R336、10L337、10R337、10L338由北向南展布于坡體中部(圖1)。

工程區(qū)主要發(fā)育古生界石炭系、二疊系來姑組(C2P1l)灰黑色板巖、結(jié)晶灰?guī)r，偶見乳白色、白色大理巖，中生界侏羅系(δoJ)石英閃長巖，且塔基所在斜坡主要為板巖，板巖中發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面傾向坡外，組合形成楔形體。

圖1 塔基在斜坡分布Fig.1 A photo showing the tower foundation distribution in the slope area

2 滑坡特征及成因分析

2.1 宏觀定性分析

塔基兩側(cè)發(fā)育沖溝，坡體中上部發(fā)育緩傾坡外平臺，其后為一較光滑的陡壁，圈椅狀地形顯著；邊坡下部發(fā)育多處泉點及滲水區(qū)域；堆積體覆于河流相卵礫石堆積體之上，據(jù)此分析認(rèn)為該邊坡為一古滑坡，滑坡發(fā)生于該處河流堆積階地之后，運(yùn)動方向與坡向近一致，為一典型的大型巖質(zhì)滑坡?；轮骰较騑，前緣抵達(dá)鄉(xiāng)村公路，高程3 920 m，后緣高程5 000 m，順河寬約1 km，橫河長約1.4 km。目前，殘余滑坡堆積物體積約6.00×107m3，主要分布于4 470 m高程以下，4 300～4 470 m為滑坡平臺，坡度10°～15°，起伏不平，4 300 m以下坡度較大，約35°～40°，滑坡舌部外有階地分布，寬約400 m。

滑坡在地形上較為明顯，邊界易區(qū)分，前部被泥石流等堆積體覆蓋，整體呈開口微閉的“馬蹄形”。該滑坡體后壁為上部緩傾平臺E側(cè)陡峻山體，后壁較平直光滑，可見“圈椅狀”地形。滑坡前緣位于下部緩傾平臺上部坡體泉水出露一帶，下部緩傾平臺主要為原河流階地，其N側(cè)可見卵礫石堆積體，滑坡體基本覆蓋在原始河流階地上，左右側(cè)位于兩側(cè)山脊。

2.2 成因機(jī)制分析

該邊坡滑坡之前為一較陡峻的巖質(zhì)邊坡，巖傾向坡內(nèi)，且板巖、凝灰?guī)r硬度大，因此邊坡較為陡峻。邊坡上部海拔較高，風(fēng)化、凍融作用強(qiáng)烈，再加之巖體發(fā)育有兩組傾向坡外的結(jié)構(gòu)面(圖2)，傾坡外的結(jié)構(gòu)面在上述作用下逐漸向下發(fā)展貫通。此外，坡體前緣河流侵蝕坡腳形成臨空面，后期可能受上部崩坡積體荷載、前緣河流侵蝕、地震等作用，山體上部可能產(chǎn)生垮塌、滑移，坡體下部巖體受剪切作用，最后坡體沿著貫通的結(jié)構(gòu)面形成滑坡。其演化過程，大致可分為以下幾個階段：巖體結(jié)構(gòu)面向下發(fā)育→巖體結(jié)構(gòu)面逐漸貫通→結(jié)構(gòu)面完全貫通，下部產(chǎn)生剪切破壞滑坡形成→滑坡堆積體前部受河流侵蝕形成現(xiàn)今地貌(圖2)。

圖2 滑坡堆積縱剖面圖Fig.2 A longitudinal plan of the landslide accumulation

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 定性分析

綜合野外調(diào)查及室內(nèi)資料分析認(rèn)為，塔位邊坡雖堆積體較厚，整體坡度較大，地下水發(fā)育，且為古滑坡堆積體?，F(xiàn)今滑坡堆積體前緣為坡度30°的斜坡，滑坡上發(fā)育一級滑坡平臺，未見后期滑動形成的次級滑坡平臺?；露逊e體上游邊界處，生有直徑30～50 cm的古樹，樹木未見彎曲等變形現(xiàn)象。說明滑坡發(fā)生后，堆積體穩(wěn)定性較好，未發(fā)生次級滑動，近期也沒有產(chǎn)生明顯的蠕滑變形?，F(xiàn)今堆積體前部延伸遠(yuǎn)，坡腳位置不存在陡傾的臨空面，且現(xiàn)今的泥石流堆積體堆積在坡前，這多種因素使得坡體向前滑動方向受阻，抗滑力較大。此外基巖為板巖，層面傾向坡內(nèi)，增大了坡體與基巖的摩擦阻力，抗滑力亦隨之增加，有利于坡體穩(wěn)定，故定性分析認(rèn)為邊坡整體穩(wěn)定性較好。

3.2 定量分析

3.2.1剖面選擇和模型建立

定量計算采用Geostudio(SEEP/W&SIGMA/W)模塊，首先運(yùn)用SEEP/W軟件分析斜坡體的滲流場，接著采用SIGMA/W對其應(yīng)力進(jìn)行分析，然后運(yùn)用SLOPE/W進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

滑坡體大致形狀呈散開的扇形，考慮所選剖面既能反映坡體的典型特征，又能對滑坡體本身穩(wěn)定性進(jìn)行全面評價，且對塔位邊坡亦能予以關(guān)注，并分析評價，綜合各因素，計算剖面參考滑坡主滑方向，垂直兩回線路走向，分別選取10R335-10L336(1-1′)剖面、10R336-10L337(2-2′)剖面、10R337-10L338(3-3′)剖面，分析認(rèn)為，邊坡前部階地平臺對研究坡體穩(wěn)定性無實際意義，坡體頂部基巖于滑坡體穩(wěn)定性影響亦不大，故通過適量簡化邊坡剖面，所建立的典型剖面數(shù)值模型見圖3，其中各模型所設(shè)滑帶均位于基伏界線處，圖中①至④為指定的滑面，①為基伏界線處滑面。

圖3 典型剖面數(shù)值計算模型Fig.3 A numerical model of the typical profile

3.2.2參數(shù)選取及計算工況

參考相鄰區(qū)域的巖土工程資料，再利用工程經(jīng)驗法結(jié)合實際情況綜合選取研究區(qū)的巖土參數(shù)，研究區(qū)各地層參數(shù)見表1。

結(jié)合研究區(qū)實際，本次數(shù)值模擬主要考慮天然穩(wěn)定性、暴雨穩(wěn)定性、地震穩(wěn)定性以及塔基荷載穩(wěn)定性，對應(yīng)的工況分別為：天然工況、天然+荷載工況、暴雨工況、暴雨+荷載工況、地震工況。

表1 研究區(qū)各類巖土體物理力學(xué)參數(shù)

3.2.3計算結(jié)果

計算過程中選取的3條剖面中，其中10R336-10L337(2-2′)剖面基本上沿著滑坡的主滑方向，該剖面兩側(cè)坡面沖溝發(fā)育，坡面受沖溝沖刷侵蝕影響，植被發(fā)育一般，在斜坡的中部平臺上堆積了沖溝坡洪積物。從對滑坡穩(wěn)定性影響程度上分析，該剖面的計算分析更具有典型性和代表性,計算結(jié)果見表2。

天然工況下2-2’剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.246，天然工況下加上輸電塔等外部荷載后，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)有所降低，為1.236。暴雨工況下邊坡數(shù)值模擬計算結(jié)果見圖4、圖5，在暴雨工況下坡體上部緩傾平臺外側(cè)坡體以及緩傾平臺上部坡腳有負(fù)量值區(qū)域存在，表明該處受拉，這與該邊坡靠近緩傾平臺頂部存在大量沖溝的現(xiàn)象近一致，初步判斷其沖溝是由融雪或降雨形成的徑流侵蝕形成的。在暴雨工況下，堆積體內(nèi)部存在多處剪應(yīng)變集中區(qū)域，說明暴雨情況下坡體有向外運(yùn)動的趨勢，但這些剪應(yīng)變集中區(qū)域尚未貫通，是局部存在的，坡體整體穩(wěn)定性影響較小。從表2可知，暴雨情況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.239；在暴雨工況下加上外部荷載后，邊坡穩(wěn)定性略有降低，穩(wěn)定性系數(shù)為1.217。在地震作用下邊坡穩(wěn)定性顯著降低，其穩(wěn)定性系數(shù)降為1.055，當(dāng)存在輸電塔等荷載后，地震作用使得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)一步降低，為1.054。

表2 各剖面各工況安全系數(shù)平均值

10R336-10L337及其它兩剖面計算結(jié)果統(tǒng)計分析，見表2可以得出，邊坡整體在天然、荷載、暴雨、暴雨+荷載、地震+荷載工況下穩(wěn)定，在地震工況下亦較穩(wěn)定，綜合評價認(rèn)為邊坡在各工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 暴雨工況最小主應(yīng)力Fig.4 Diagram showing the minimum stress distribution under rainstorm condition

圖5 暴雨工況最大剪應(yīng)變Fig.5 Diagram showing the distribution of maximum shear strain under rainstorm condition

4 塔基穩(wěn)定性分析

4.1 定性分析

通過對滑坡體進(jìn)行定性分析和定量計算，結(jié)果顯示：古滑坡體在天然、暴雨等工況下處于穩(wěn)定狀態(tài), 不存在整體復(fù)活的可能性，這為在該場地立塔提供了基礎(chǔ)條件，該古滑坡區(qū)六基塔為原狀土掏挖基礎(chǔ)[6]，上部鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性通過樁周土的剪切力提供，掏挖基礎(chǔ)埋深在10～13 m，塔基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性依賴于古滑坡體的穩(wěn)定性，但是，對于整個古滑坡體來說，塔基基礎(chǔ)仍然屬于淺基礎(chǔ)的范疇，塔基在坡面加載、施工擾動，易對滑坡體表層地質(zhì)環(huán)境條件產(chǎn)生破壞，在降雨等外在工況的觸發(fā)下，地質(zhì)環(huán)境平衡系統(tǒng)被打破，滑坡體易產(chǎn)生淺表層變形，進(jìn)而對塔基穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此在對古滑坡整體穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上，對塔基基礎(chǔ)淺表層斜坡穩(wěn)定性分析顯得十分必要。

對6基塔所處微地貌單元、地表植被、地形坡度、地表不良地質(zhì)作用等方面進(jìn)行綜合定性分析，除10L337塔基外，其余5基塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，10L337塔基存在極大的安全隱患。10L337塔位處于堆積體坡肩部位，緩傾平臺邊緣，10L337塔A、B腿位于上部緩傾平臺邊緣，C、D腿位于斜坡上，斜坡坡度約35°(圖6)。10L337塔位于堆積體坡肩部位，A、B腿后緣平臺形成的匯水面，通過C、D腿所在斜坡坡面寬淺沖溝自然排泄，坡面受沖刷影響，地形較破碎，地形線凹向坡體內(nèi)，地表植被不發(fā)育，坡面由較為松散的碎石組成，在坡面暫時性流水作用下，碎石易垮塌，引起淺表層松動變形，進(jìn)而牽引堆積體坡肩受拉，產(chǎn)生法向力，引起變形，從而對塔基穩(wěn)定造成影響。

圖6 10L337塔基全景Fig.6 Panoramic photo of the slope area of 10L337 tower foundation

4.2 定量計算

通過定性分析可知，10L337塔基所在坡面發(fā)育寬淺沖溝，對塔基穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，為進(jìn)一步定量評價其在荷載、暴雨工況、地震工況下的穩(wěn)定性，擬采用Geostudio進(jìn)行計算分析。據(jù)野外調(diào)查，分析認(rèn)為沖溝侵蝕形成的臨空面使得坡體局部穩(wěn)定性降低，塔位邊坡在荷載、暴雨、地震等情況下可能產(chǎn)生局部滑動、垮塌，其剪出口較大可能位于臨空面上?；诖?，通過指定出入口地毯式搜索確定危險區(qū)域后，指定了不同角度的6條滑面，計算模型及滑面見圖7。

圖7 10L337塔基計算模型Fig.7 Diagram of the calculation model of 10L337 tower foundation

巖土參數(shù)詳見表1，各工況計算結(jié)果見表3，詳細(xì)分析列于表后。

表3 10L337塔基各工況計算結(jié)果

由通過計算可知滑面③為最危險滑面。在暴雨情況下(40 mm/d)塔位邊坡穩(wěn)定性明顯降低，穩(wěn)定性系數(shù)為1.022，接近極限平衡狀態(tài)。暴雨情況下加上輸電塔荷載后，塔位邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降為0.976(圖8)，其失穩(wěn)的可能性較大，根據(jù)計算結(jié)果估計來看，其滑動平均深度約10 m，滑動體積約1.2×104m3，于沖溝侵蝕臨空面剪出，考慮到塔基基礎(chǔ)埋深在12 m左右，塔基基礎(chǔ)地基土處于變形范圍內(nèi)，因此分析認(rèn)為在暴雨工況下，塔位邊坡局部可能會出現(xiàn)垮塌，影響塔基的安全。

圖8 暴雨+荷載安全系數(shù)Fig.8 Diagram showing the results of safety factor under the rainstorm and load conditions

在地震工況下塔位邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.055，邊坡基本穩(wěn)定。地震情況下加上輸電塔等荷載后邊坡穩(wěn)定性系數(shù)略有降低(圖9)，為1.015，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖9 地震+荷載安全系數(shù)Fig.9 Diagram showing the results of safety factor under the earthquake and load conditions

由此可以看出，10L337塔位邊坡對降雨較為敏感，在暴雨工況下坡體穩(wěn)定性顯著降低，這與定性分析是一致的。綜合分析認(rèn)為10L337塔位邊坡在天然工況以及天然+荷載情況下坡體穩(wěn)定性較好，邊坡失穩(wěn)的可能性?。辉诘卣鸸r下，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡失穩(wěn)的可能性小；但在暴雨工況下以及暴雨+荷載工況下邊坡穩(wěn)定性較差，邊坡局部向沖溝內(nèi)失穩(wěn)的可能性較大。

5 結(jié)論

通過對塔基所在斜坡宏觀地質(zhì)條件和基礎(chǔ)兩方面進(jìn)行綜合分析，對塔基穩(wěn)定性獲得的結(jié)論及建議如下：

(1)塔基所在斜坡為大型巖質(zhì)滑坡形成的厚層-巨厚層堆積體，該滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；位于滑坡堆積體淺表部的塔基，除10L337塔基存在安全隱患外，其余塔基處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)塔基的穩(wěn)定性和塔基所在斜坡的穩(wěn)定性是兩個范疇，斜坡整體穩(wěn)定是立塔的基本條件，塔基穩(wěn)定性不僅依賴于整個斜坡的穩(wěn)定，更取決于塔基地基的穩(wěn)定性。

(3)鑒于塔基穩(wěn)定性主要取決于塔基基礎(chǔ)持力層以及下臥層土體的穩(wěn)定性，因此山區(qū)輸電線路塔基應(yīng)盡量選擇在穩(wěn)定可靠的基巖上，對于位于斜坡堆積體上的塔基，一定要查明基礎(chǔ)埋深范圍、下臥層巖土體的特征以及工程性能，采取由整體到局部、由宏觀到微觀等方法，綜合判定塔基的穩(wěn)定性。

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