某水電站近壩特大型滑坡體穩(wěn)定性評價及預測

鄭青海，李云鶴

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

1 研究背景

由于我國西部地區(qū)地層巖性多樣，地質構造復雜，新構造運動強烈，地震活動頻繁，伴隨水庫蓄水等外在作用的影響，近壩庫岸滑坡體容易發(fā)生變形失穩(wěn)。通常近壩庫岸滑坡體規(guī)模大、滑速高、滑距遠，加上距離壩址較近，一旦失穩(wěn)，會對大壩安全造成較大影響。我國三峽、李家峽、烏江渡等大中型水電工程中，都曾發(fā)生過庫岸邊坡失穩(wěn)［1～2］，鑒于近壩庫岸滑坡體穩(wěn)定性分析的重要性，本文選取西部某電站近壩特大型滑坡體進行穩(wěn)定性及其成因機制深入研究。

2 滑坡體基本特征及成因機制

2.1 地形地貌

滑坡體位于擬建水電站上游左岸約2.1km，在平面上呈東北向分布、向金沙江張開的口袋狀（圖1）。上下游邊界以兩側沖溝為界，后緣至陡緩交界處，高程約2 530 m左右，滑坡體前緣基巖出露，基巖面高程為2060～2 090 m，高出金沙江常年河水面40～70 m?；麦w前緣順河向寬度約510 m，前后緣平面距離為650～750 m，平均厚度約36.0 m，最厚達86.5 m（鉆孔ZK116處），方量約1 260萬m3，為特大型滑坡。

根據地形地貌，滑坡體分為3個分區(qū)（圖1）。A區(qū)邊界清晰，上游側邊界為一個深切沖溝，后緣及下游側地形陡緩交界處十分明顯，早期形成的滑坡圈清晰可見，地形前陡后緩，邊坡總體坡度30°左右；高程2170～2180m附近有緩坡平臺，平臺寬度約30 m；高程2 170 m以下地形較陡，坡度35°～45°。B區(qū)邊界清晰，上游側為地形陡緩交界處，下游側為一個沖溝，地形和A區(qū)相比凸向河床，上下游方向呈斜坡狀，高程2 270 m以下地形較陡，平均地形坡度約33°；高程2 270 m以上地形稍緩，平均地形坡度約23°。C區(qū)以兩側沖溝為上下游邊界，地形凸向河床，高程2 340 m以下地形較陡，平均地形坡度約36°；高程2 340～2 350 m附近有緩坡平臺，平臺寬度約30 m。

圖1 滑坡體勘探布置圖

2.2 物質組成與物理力學性質

據勘探鉆孔和平洞揭露，該滑坡體的物質組成主要分為碎石土和滑帶土兩類，其典型地質剖面見圖2～圖4。

圖2 滑坡體Ⅰ-Ⅰ′剖面示意圖

圖3 滑坡體Ⅱ-Ⅱ′剖面示意圖

圖4 滑坡體Ⅲ-Ⅲ′剖面示意圖

①碎石土：灰黃色粉土夾碎塊石，粉土松散，碎塊石成分為灰?guī)r或板巖，碎石直徑為2～4 cm，含量約15%～25%，但膠結較差；局部碎塊石較集中，保留原巖結構，但經過滑動破壞后，碎塊石結構松散，或者原巖結構層面雜亂并夾有少量粉土。在平洞PD31、PD32和PD35采取碎石土原狀樣做室內土工試驗和現場直剪試驗。結果表明：碎石土顆粒分析定名為含細粒土礫，其中礫石含量平均值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，抗剪強度：凝聚力為50～80 kPa，內摩擦角31.0°～31.5°。

②滑帶土：灰黑色、灰黃色粉土質礫、細砂，在平洞PD35采集滑帶土原狀土樣進行室內土工試驗和現場直剪試驗，成果見表1。結果表明：滑帶土顆粒分析定名為粉土質礫，其中礫石含量平均值30%～46%，砂粒含量29%～33%，粉粒、粘粒含量25%～37%，滑帶土的含水量5.6%～6.6%，干重度21.6 kN/m3，現場取原狀樣做現場抗剪試驗，凝聚力為97～100 kPa，內摩擦角23.2°～23.7°。

下覆基巖為泥盆系中統窮錯組（D2q），巖性以薄層狀至中厚層狀灰色、灰綠色、紫紅色泥質板巖為主，局部夾厚至巨厚層狀灰色、灰白色灰?guī)r或大理石化灰?guī)r互層。以斷層f203為界，斷層f203西南側，巖層傾向坡外，為順向坡，巖層產狀為310°/SW∠60°～70°；斷層f203東北側，巖層傾向坡內，為反向坡，巖層產狀為310°/NE∠60°～70°。

2.3 地質構造和地下水

滑坡體后緣東北方向500 m有1條區(qū)域性斷裂甲學斷層（F301），該斷層是1條張扭性正斷層，走向NW、傾向NE、傾角55°～60°，下盤為泥盆系（D2q）、上盤為三疊系（T2q1）地層，破碎帶寬度2.0～3.0 m，通過平面地質測繪發(fā)現地表發(fā)育3條同期的次級破裂面，最近的次級破裂面距離滑坡體后緣約300 m?；麦w中后部發(fā)育1條Ⅱ級結構面f203，該斷層是1條逆斷層，斷層產狀278°～320°/SW∠50°～79°，破碎帶寬度1.5～2.0m，斷層兩側巖層傾向相反，外側為順向坡，內側為反向坡。

電站區(qū)域降水量較少，多年平均降水量296.9 mm，據平面地質調查，滑坡體地表及沖溝內均無泉水出露、勘探鉆孔和平洞亦無地下水出露，地下水位埋藏很深。

2.4 變形破壞特征及成因機制

該滑坡為古滑坡體，目前在整體上處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，根據地表調查未發(fā)現任何整體變形破壞跡象，僅局部陡坡在暴雨天氣下會發(fā)生小規(guī)模的崩塌，范圍和深度都很小。根據勘探的成果顯示，滑坡體變形破壞類型屬于傾倒型[3～4]，具體的形成演化過程如下所述：

滑坡體的原巖多為板巖，巖層陡傾坡外，板巖屬于較軟巖，在風化卸荷及地震作用下，巖層頂部或中上部易被折斷、傾倒，其中平洞PD35內基巖與覆蓋層分界面附近可以清楚看見陡傾巖層折斷后緩傾坡外的現象。折斷后的傾倒變形體會沿著折斷面或緩傾角軟弱結構面發(fā)生滑動，并且板巖的層間擠壓破碎帶和小斷層較發(fā)育，為形成一個連貫的滑動面提供了便利條件。

其次，滑坡體后緣發(fā)育的區(qū)域性斷裂甲學斷層及多條次級破裂面，使得后緣巖體破碎，形成一個后緣切割面；前緣由于地殼抬升導致河流快速下切，使得滑坡體前緣高于河水面，出現臨空面；加上歷史時期出現的暴雨及地震等誘因，都促成了古滑坡體的形成。

3 滑坡體穩(wěn)定性評價及預測

經地表調查，滑坡體地表未發(fā)現明顯的變形破壞跡象，說明滑坡體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨天氣下，局部陡坡會發(fā)生小規(guī)模的崩塌，范圍和深度都很??；2013年香格里拉發(fā)生5.9級地震，滑坡體位于本次地震Ⅶ度烈度區(qū)，亦未發(fā)生明顯的變形破壞，表明滑坡體在暴雨及地震工況下亦處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。預測水庫蓄水后，滑坡體整體基本穩(wěn)定，前緣可能產生塌滑現象。

滑坡體距離水電站壩址較近，對工程影響很大，為復核其穩(wěn)定性，在滑坡體的3個分區(qū)內分別選取1條剖面進行計算，采用摩根斯頓-普萊斯法進行二維計算。計算工況主要考慮自重、地下水作用、天然河水位、水庫正常蓄水位、暴雨及地震等因素，分天然、持久和短暫工況，其中工程區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。

根據滑坡巖土體現場及室內試驗成果，提出該滑坡巖土體穩(wěn)定性計算參數（表1），其穩(wěn)定性計算成果見表2。

表1 滑坡體穩(wěn)定性計算參數取值表

表2 滑坡體穩(wěn)定性計算結果表

滑坡體穩(wěn)定性計算結果表明：

1）工況1（自重+地下水位+天然水位2 021 m）條件下，滑坡體處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定。

2）工況2（自重+暴雨地下水位+天然水位2021m）條件下，滑坡處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定。

3）工況3（自重+地下水位+天然水位2 021 m+地震）條件下，Ⅰ-Ⅰ′和Ⅱ-Ⅱ′剖面計算結果為基本穩(wěn)定，Ⅲ-Ⅲ′剖面計算結果為不穩(wěn)定。

4）工況4（自重+地下水位+正常蓄水位2 150 m）條件下，Ⅰ-Ⅰ′和Ⅱ-Ⅱ′剖面計算結果為基本穩(wěn)定，Ⅲ-Ⅲ′剖面計算結果為不穩(wěn)定。

上述計算結果與滑坡實際情況相符合，天然和暴雨工況下為基本穩(wěn)定～穩(wěn)定，偶然地震和正常蓄水位運行期，預測滑坡體的C區(qū)不穩(wěn)定。根據《水電工程邊坡設計規(guī)范》（NB/T 10512-2021），該工程邊坡的設計安全系數：持久工況下為1.15，短暫工況為1.05，偶然工況下1.05[5]。可見滑坡的3條地質剖面在偶然地震和正常蓄水位運行期時，計算結果均不能滿足邊坡安全標準，需對可能失穩(wěn)的部位采取工程治理措施。

4 治理措施

滑坡體距離大壩較近，其失穩(wěn)對大壩的影響主要是滑體入庫而造成的涌浪可能翻壩。針對該滑坡的處理，提出兩種工程方案綜合治理：①抗滑樁方案；②削坡減載方案。

其中滑坡體A區(qū)和B區(qū)在正常蓄水運行期時處于基本穩(wěn)定，但安全裕度不夠，前緣泡水可能產生局部滑動。根據計算模型中的滑弧可知，滑坡體前緣滑弧深度為16.0～26.0m，滑弧不深，且前緣覆蓋層厚度約40.0 m，可以通過抗滑樁方案在滑坡體前緣設置兩排抗滑樁，以保障滑坡體穩(wěn)定，且A區(qū)在2 170～2 180 m附近有緩坡平臺，有開展抗滑樁施工的場地［6］。

滑坡體C區(qū)在正常蓄水位運行期時，前緣淹沒高度約90 m，且基巖與覆蓋層的分界面較陡，約33°，前緣泡水后可能產生大規(guī)模的滑動。根據計算模型中的滑弧可知，滑坡體前緣滑弧深度為50.0～80.0 m，滑弧很深，且前緣覆蓋層厚度為60.0～80.0 m，難以通過抗滑樁等加固措施進行處理，可通過削坡減載方案將C區(qū)中后部的土體挖除，減輕滑坡頂部推力，以達到工程邊坡的設計安全要求。同時，削坡減載的土料可以作為圍堰建設的填筑土料，并且滑坡距離大壩較近，開采容易，交通便利，是圍堰填筑材料的較好的料源地，這樣既治理了滑坡，又使得開挖土料得到綜合利用。

5 結 論

1）滑坡體位于擬建水電站上游左岸約2.1 km處，順向坡，方量約1 260萬m3，為特大型滑坡；物質組成為碎石土和滑帶土，結構密實，力學參數較高；滑坡體后緣及中后部共發(fā)育兩條Ⅱ級以上的結構面；滑坡體屬于傾倒型，具體的形成演化過程為陡傾巖層傾倒后滑動。

2）滑坡體天然狀態(tài)下地表未發(fā)現明顯的變形破壞跡象，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。采用摩根斯頓-普萊斯法對典型剖面進行二維計算，計算結果表明滑坡體在天然和暴雨工況下為基本穩(wěn)定～穩(wěn)定，偶然地震和正常蓄水位運行期時，預測滑坡體的C區(qū)不穩(wěn)定。根據《水電工程邊坡設計規(guī)范》的設計安全要求，滑坡體的3個分區(qū)在正常蓄水位運行期時都需采取工程措施治理。

3）根據滑坡體3個分區(qū)的具體情況，建議滑坡體A區(qū)和B區(qū)采取抗滑樁措施治理，滑坡體C區(qū)采取削坡減載措施治理。