鐘勝紅 汪祥兆
摘 要:介紹了座滑堆積體基本地質(zhì)條件,工程地質(zhì)特點和巖(土)物理力學(xué)性質(zhì)。分析了座滑堆積體的變形特征及影響因素,并進行了工程地質(zhì)穩(wěn)定性評價,根據(jù)工程區(qū)防護巖(土)體試驗參數(shù)值,提出了合理的邊坡治理結(jié)論與建議。
關(guān)鍵詞:水電站 座滑堆積體 工程地質(zhì)勘察 分析 研究
1.工程概況
該水電站位于湖北堵河干流上游,壩址處在湖北省竹山縣境內(nèi)。電站為Ⅰ等工程,工程規(guī)模為大(1)型。電站裝2臺250MW水輪發(fā)電機組,總裝機容量500MW。水庫正常蓄水位355.00m,死水位330.00m,總庫容23.38億m3,調(diào)節(jié)庫容11.2億m3,防洪庫容4億m3,具年調(diào)節(jié)性能。
2.邊坡基本地質(zhì)條件
2.1地形地貌
邊坡所處地貌上為中低山峽谷區(qū),緊鄰官渡河,河道江面較開闊,寬80m~100m,堆積體部位河段呈弧形內(nèi)凹,上游河流流向N55°E,堆積體所處河段河流流向N25°W,至下游凸入河道的山脊后折向為S55°W,勘察期間河水面高程334.80m左右。
2.2地層巖性
邊坡所處地區(qū)出露地層主要為志留系和第四系地層,其地層巖性從老至新分述如下:
志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m):地層巖性為泥質(zhì)砂質(zhì)板巖夾薄層砂巖。
志留系中統(tǒng)竹溪群(S2zh):地層巖性為砂質(zhì)板巖生物灰?guī)r或泥紋狀灰?guī)r、砂巖。
第四系地層主要為殘坡積物(Q4edl)、崩坡堆積物(Q4dl+col)、沖洪積物(Q4al+pl)及人工堆積物(Q4s)。
2.3地質(zhì)構(gòu)造
邊坡區(qū)內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)有較大區(qū)域斷裂構(gòu)造存在。區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,節(jié)理主要以NNE和NNW向為主,其它方向節(jié)理尚有零星分布。巖層中局部存在層間軟弱結(jié)構(gòu)面。
邊坡所處區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定。根據(jù)國家地震局出版的《中國地震烈度區(qū)劃圖(GB18306~2001)》,本區(qū)地震動峰值加速度為0.10g,相應(yīng)地震基本烈度為7度。
2.4水文地質(zhì)條件
區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較簡單,地下水按其賦存條件和水動力特征可分為2種主要類型:即松散堆積物中的孔隙水和基巖裂隙水。
3.邊坡結(jié)構(gòu)特征
坡體主要由整體座滑的志留系中統(tǒng)竹溪群砂質(zhì)板巖生物灰?guī)r或泥紋狀灰?guī)r、砂巖地層及上部的第四系覆蓋層組成。座滑體具有巖層產(chǎn)狀(傾角)變異、結(jié)構(gòu)面張開、拉張裂隙發(fā)育、巖體架空、透水性強、低波速、低密度、巖體質(zhì)量差等特點。根據(jù)平面地質(zhì)調(diào)查及鉆孔勘探資料,座滑堆積體滑體、滑帶、滑面、滑床等滑坡要素齊全,估算平面面積約17萬m2,體積約900萬m3。
3.1.1滑體
座滑堆積體滑體部分主要物質(zhì)組成為:①碎石、塊石夾粉質(zhì)粘土層;②砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層。
①碎石、塊石夾粉質(zhì)粘土層:分布于座滑體表層絕大部分地區(qū)。前緣公路外側(cè)厚度相對較大,中部和后緣厚度相對較小。
②砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層:分布于①層以下,滑帶以上層段,是構(gòu)成座滑體的主要物質(zhì)。根據(jù)鉆孔揭露,該層一般厚度為8.5m~47.5m,最大厚度位于ZK6號鉆孔,達71.3m。
為了解座滑堆積體的空間分布形態(tài),在座滑堆積體區(qū)內(nèi)布置了5條物探剖面。從物探成果資料分析,座滑體上部碎石、塊石夾粉質(zhì)粘土等第四系堆積層,地震波速400m/s~900m/s;座滑體下部砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層,地震波速1600m/s~2500m/s;座滑體下伏完整基巖地震波速多在4000m/s以上。
從鉆探、物探資料顯示,座滑堆積體滑體具有前緣和后緣薄、中部厚的特點。座滑體物質(zhì)組成在空間上分布變化特征為:從滑體上部到底部由塊石、碎石夾粉質(zhì)粘土層→座滑的砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層。為了解座滑體巖石物理力學(xué)性質(zhì),對座滑巖體進行了巖石室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗,試驗結(jié)果見表3.1-1。
3.1.2滑帶、滑面
滑帶位于座滑堆積體底部滑面以上,以灰褐色、灰黃色粉質(zhì)粘土夾板巖、灰?guī)r碎塊為主。滑帶在公路路基外側(cè)鉆孔中表現(xiàn)不明顯,在堆積體中段ZK6、ZK7鉆孔均有揭露。其中ZK6鉆孔中,滑帶埋深78.8m,滑帶厚度6.5m,主要為粉質(zhì)粘土夾板巖、灰?guī)r碎塊。ZK7鉆孔中,滑帶埋深27.0m,滑帶厚度2.4m,主要為粉質(zhì)粘土夾板巖碎塊。根據(jù)平面地質(zhì)測繪和鉆孔資料分析,正常巖體的片理傾角為55°~60°,而座滑體中巖體傾角變?yōu)?0°~20°,由此推斷鉆孔中傾角發(fā)生轉(zhuǎn)折的部位即為滑面位置。
3.1.3滑床
根據(jù)平面地質(zhì)測繪,滑床的基巖組成主要為志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m)泥質(zhì)砂質(zhì)板巖夾薄層砂巖,巖石強度較低,屬軟巖類,其巖石物理力學(xué)性質(zhì)見表3.1-1。根據(jù)鉆孔揭露情況,堆積體前緣滑床基巖最大埋深37.2m;堆積體中部滑床基巖最大埋深85.3m;堆積體后緣滑床基巖最大埋深29.4m?;不鶐r上部均存在強至中等風(fēng)化座滑變形巖體。鉆孔揭露基巖強風(fēng)化帶厚度較小,弱風(fēng)化至微風(fēng)化基巖巖體片理發(fā)育,片理傾角一般55°~60°,與座滑堆積體周邊基巖產(chǎn)狀基本一致,其上覆座滑體的片理傾角為10°~20°。
3.2座滑體變形特征與影響因素
3.2.1現(xiàn)階段變形特征
自2011年9月電站開始蓄水后,座滑堆積體前緣松散堆積層開始出現(xiàn)局部變形。尤其是2011年底至2012年3月間,庫區(qū)內(nèi)降雨頻繁,導(dǎo)致岸坡內(nèi)公路變形加劇。岸坡變形主要集中于橫穿桃子埡的S236省道竹向公路,主要表現(xiàn)為路面開裂、路基沉降及公路邊坡局部巖體崩落。據(jù)觀測最大沉降近2m,嚴重影響竹向公路的正常運營。但座滑體未見有地表裂縫,岸坡無明顯的整體滑移跡象。
根據(jù)座滑堆積體平面分布形態(tài)和地形地貌特點、堆積體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征和滑動面形態(tài)特征分析,具有歷史曾巖層整體座滑、現(xiàn)階段第四系覆蓋層局部淺表變形特性。
3.2.2影響因素
座滑堆積體目前產(chǎn)生變形的原因、發(fā)展及其未來的演化趨勢有其內(nèi)在和外在因素,其中主要包括岸坡的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征、暴雨和地下水作用、邊坡開挖等因素。
a)岸坡的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征。座滑堆積體岸坡為一古滑坡堆積體,岸坡由土石堆積物構(gòu)成,堆積物結(jié)構(gòu)松散,穩(wěn)定條件較差。
b)暴雨和地下水。堵河流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),多年平均降雨量為811.2mm,4~10月份降雨量較集中,高強度的暴雨,對岸坡松散堆積層的變形破壞起著誘發(fā)作用,導(dǎo)致座滑堆積體前緣覆蓋層發(fā)生一定規(guī)模的岸坡再造。
c)邊坡開挖。S236省道竹向公路為竹山至向壩的唯一等級公路,公路的修建開挖在桃子埡岸坡形成一級坡,最大坡高近50m,最大坡角近80°。由于古滑坡體前緣開挖改變了座滑堆積體的應(yīng)力狀態(tài),降低了座滑體的松散堆積層的穩(wěn)定性,導(dǎo)致局部出現(xiàn)淺表性變形。
4.座滑堆積體穩(wěn)定分析與評價
依據(jù)平面地質(zhì)調(diào)查及工程地質(zhì)勘察結(jié)果分析可知:
a)座滑堆積體為一古滑坡體,通過平面地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)勘察,座滑體未見有大的、明顯的整體變形現(xiàn)象,表明座滑堆積體目前處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。座滑體前緣剪出口最低高程為370.00m,高出正常蓄水位355.00m近15m,水庫蓄水對座滑體的穩(wěn)定條件不會產(chǎn)生大的影響。平面地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)勘察期間,水庫蓄水位低于座滑堆積體滑床基巖最低埋深高程近35m,現(xiàn)階段座滑堆積體出現(xiàn)松散覆蓋層變形與水庫蓄水
無關(guān)。
b)構(gòu)成座滑堆積體滑體的主要物質(zhì)為座滑堆積的碎石、塊石夾粘土以及座滑傾倒的變形巖體,岸坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,巖石破碎,工程地質(zhì)條件較差。同時公路開挖邊坡偏陡、坡高偏大、且未任何支護,座滑堆積體在經(jīng)歷持續(xù)強降雨時,滑體松散層出現(xiàn)較大規(guī)模,較大范圍,較為集中的變形,主要表現(xiàn)為座滑體前緣公路路面開裂、路基下沉、公路邊坡局部松散破碎巖體崩落。說明暴雨入滲沖刷降低座滑體表層松散堆積物巖土體的強度、改變巖土體結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致座滑堆積體出現(xiàn)松散層淺表性變形,發(fā)生岸坡再造的直接和主要原因。
c)平面地質(zhì)調(diào)查和工程勘探期間,區(qū)內(nèi)降雨偏少,路面開裂及路基下沉未見持續(xù)發(fā)展,表明在正常情況下,岸坡整體穩(wěn)定
5.座滑堆積體結(jié)論與建議
5.1結(jié)論
a)座滑體所處岸坡為斜交反向坡;區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有較大斷裂構(gòu)造存在,巖體曾整體座滑變形,節(jié)理裂隙相對較發(fā)育。
b)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較簡單,地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水??紫端逊e體中的水位受本身堆積厚度控制,埋藏深度較大外(最大近75m),其余埋藏深度均不大,水量季節(jié)性變化明顯。
c)座滑堆積體滑體具有前緣和后緣薄、中部厚的特點。滑帶特征在中部表現(xiàn)明顯;滑面傾角與座滑體后緣陡坎出露的傾倒變形基巖傾角基本一致;滑床面形態(tài)與岸坡原始地形基本一致,滑床微風(fēng)化至新鮮基巖巖體中見與周邊基巖產(chǎn)狀一致的
片理。
d)岸坡具典型滑坡地貌,前緣河流深切,組成岸坡的巖層巖性較弱,巖體易蠕變,在常年風(fēng)化及雨水沖刷入滲影響下,歷史曾整體向河谷座滑;現(xiàn)階段在降雨影響下,座滑體前緣覆蓋層出現(xiàn)淺表性變形,一般規(guī)模較小,延續(xù)性差。
e)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和勘探資料分析,座滑堆積體目前整體處于整體穩(wěn)定狀態(tài),變形未見發(fā)展。座滑堆積體前緣剪出口高程大于370.00m,大于水庫正常蓄水位355.00m近15m,水庫蓄水對座滑堆積體整體穩(wěn)定條件影響不大,現(xiàn)階段座滑體出現(xiàn)的淺表性松散覆蓋層變形與水庫庫水無關(guān)。
f)根據(jù)分析,暴雨入滲沖刷降低座滑體表層松散堆積物巖土體的強度、改變巖土體結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致桃子埡座滑堆積體出現(xiàn)覆蓋層淺表性變形,發(fā)生岸坡再造的直接和主要原因。
5.2建議
由于座滑堆積體范圍體積大,其變形破壞將對水庫庫區(qū)及周邊環(huán)境,尤其是對S236省道竹向路的交通暢通產(chǎn)生大的影響,為避免座滑堆積體變形所帶來的影響,建議如下:
a)為保證S236省道竹向路桃子埡段的交通暢通,初擬道路改線與岸坡工程治理方案。道路改線可采用隧道方案。岸坡工程治理可采用局部布設(shè)抗滑樁,局部擴挖公路內(nèi)側(cè)邊坡以保證路面寬度??够瑯兑陨钊牖蚕氯躏L(fēng)化~新鮮泥質(zhì)砂質(zhì)板巖15m~20m為宜。建議對各方案進行經(jīng)濟性對比,采用相對更為經(jīng)濟的方案。
b)建議對座滑堆積體前緣覆蓋層分布影響范圍內(nèi)的房屋實施搬遷處理,同時加強對座滑堆積體的變形觀測工作,密切注意座滑堆積體變形情況,做好避險應(yīng)急預(yù)案。
參考文獻:
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[5] 《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2017).
作者簡介:鐘勝紅(1982-),男,漢族,湖南益陽人,長沙理工大學(xué),交通土建,工程師,從事水利水電工程地質(zhì)設(shè)計工作。
汪祥兆(1984-),男,漢族,湖南衡陽人,長沙理工大學(xué),交通土建,工程師,從事水利水電工程地質(zhì)設(shè)計工作。