烏魯瓦提水利樞紐工程近壩庫岸SL3滑坡體穩(wěn)定性研究

員繼軍

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

烏魯瓦提水利樞紐工程2000年7月下旬開始蓄水，2000年9月17日庫水由1 893 m上升至1 940 m高程(正常高水位1 962 m)。初蓄水時SL1～SL3未見明顯活動跡象，2000年11月發(fā)現(xiàn)SL1～SL3滑坡體局部產(chǎn)生滑坡，其中SL1滑坡體后緣下滑4～5 m，SL3滑坡體發(fā)生滑坡，左岸牧道遭到破壞?？紤]庫區(qū)大壩的安全，2001年5-6月，建管局組織專業(yè)技術人員對庫區(qū)內(nèi)滑坡體進行了專題勘察，提出了評價意見。SL1和SL2滑坡體距離大壩較遠且水位以上無剪出口，高度不大以傾倒變形為主，不會對大壩產(chǎn)生不良影響，建議以巡監(jiān)為主；SL3滑坡體距離大壩較近，建議對該滑坡體進行監(jiān)測。2006年12月烏魯瓦提建設管理局對SL3滑坡體設置監(jiān)測點并一直監(jiān)測至今。

SL3滑坡體距離大壩較近且多年以來仍有小的變形現(xiàn)象，為了進一步對該滑坡體穩(wěn)定性進行評估，烏魯瓦提建設管理局于2019年7月委托新疆水利水電勘測設計研究院對SL3滑坡體進行地質(zhì)災害危險性評估工作。

1 研究思路

本項目分四個步驟，(1)收集前期勘測及竣工資料，認真分析前期勘察結論；(2)收集建設管理局自2006年12月份以來的長系列監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)并進行分析；(3)從滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境入手，通過航衛(wèi)片解譯、現(xiàn)場地質(zhì)測繪、地球物理勘探和室內(nèi)外實驗等手段對該滑坡體現(xiàn)狀地質(zhì)條件進行分析；(4)結合前期勘測成果，現(xiàn)場勘測成果及長系列監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合研判SL3滑坡體的未來發(fā)展趨勢并給出符合實際的結論及合理化建議。

2 滑坡體特征

2.1 滑坡體概況

SL3滑坡體位于大壩上游左岸3.5 km，滑坡體呈寬大舌狀，后緣及側緣高程2 100～1 925 m，自然坡度35°～55°，基巖裸露，巖性為元古界埃連卡特組(Pta)云母石英片巖、綠泥石石英片巖互層，鱗片粒狀變晶結構，片狀結構，片理發(fā)育。岸坡走向與河流近平行，前緣順河長350 m，橫河水平寬度200 m。SL3滑坡區(qū)，由河床至后緣高差達175 m(圖1)。

2.2 SL3滑坡體成因

SL3滑坡體為巖質(zhì)切層滑坡，后緣受F26斷層影響形成線狀陡坎，滑坡體主要變形特征為滑坡陡坎，表部裂縫、局部滑坡及前緣鼓脹等現(xiàn)象。

圖1 SL3滑坡體地形地貌圖

SL3滑坡體，主要受斷層F26及L1、L2兩組裂隙及片理面相互切割形成(圖2、圖3)。

圖2 SL3滑坡體結構面赤平投影圖 圖3 SL3滑坡體Ⅰ-Ⅰ典型剖面圖

(1)在滑坡區(qū)后緣分布一條斷層F26，延伸長約5.1km，產(chǎn)狀10°～25°SE∠75°～80°，破碎帶寬3～7 m，帶內(nèi)主要為碎裂巖及角礫巖，局部糜棱巖厚20～26 cm，見水平擦痕及牽引構造，影響帶寬15 m，構造片狀巖及節(jié)理密集帶發(fā)育，地貌上形成線狀溝槽和埡口；

(2)在岸發(fā)育一組與片理面走向相同傾角較緩的裂隙L1，產(chǎn)狀70°SE∠40°，延伸長20～50 m，傾上游傾岸外，間距20～30 m；

(3)在滑坡體表部發(fā)育一組與岸坡小角度相交傾角較陡的裂隙L2，產(chǎn)狀30°～35°SE∠70°～75°，延伸長20～40 m，傾上游傾岸外，間距20～30 m；

在斷層F26影響下，片理面與岸坡小角度相交，(2)(3)兩組裂隙與片理面相互切割形成不穩(wěn)定塊體，云母石英片巖在庫水影響下，巖石在陡峭岸坡段經(jīng)歷風化→卸荷→傾倒過程(Ⅰ-Ⅰ典型剖面)。

2.3 SL3滑坡體方量

SL3滑坡區(qū)呈舌狀，前緣順河長350 m，垂河長約200 m，斜長約250 m。按照平行斷面法計算，滑坡體平均厚度按40 m考慮，其總方量約為350萬 m3。

2.4 SL3滑坡體滑動帶物質(zhì)組成及結構特征

根據(jù)現(xiàn)場查勘，對滑坡體起主要作用的結構面為L1、L2，其中L1結構面走向與片理面走向一致。裂隙面間夾小角礫及少量經(jīng)錯動后形成的粉末狀狀物質(zhì)，據(jù)顆分資料，滑帶物質(zhì)為角礫，該滑坡體滑距小，綜合判定滑帶物質(zhì)為巖塊巖屑型。根據(jù)前期勘測資料，云母石英片巖物理、力學參數(shù)，天然容重27.1 KN/m3，軟化系數(shù)0.67，巖/巖飽和抗剪及抗剪斷強度參數(shù)：c=0.45 MPa，f=0.65，c′=0.6 MPa，f′=0.7。通過對SL3滑坡體滑動帶物質(zhì)分析，滑動帶為巖塊巖屑型。本次軟件計算采用GeoSLOP，干燥狀態(tài)下力學抗剪斷強度參數(shù)：c′=0.12 MPa，f′=0.58(φ=30°)；飽和狀態(tài)下c′=0.10 MPa，f′=0.42(φ=23°)。

3 SL3滑坡體監(jiān)測成果

SL3滑坡體于2006年12月安置了6個監(jiān)測點，分別為A1～A6，各監(jiān)測點從2012年12月至2019年7月監(jiān)測數(shù)據(jù)完整，分析方法采用單點平差方法。各監(jiān)測點變形分析成果見圖4～圖6。

圖4 A1、A2監(jiān)測點2012-2019年水平位移量及沉降量柱狀圖

圖5 A3、A4監(jiān)測點2012-2019年水平位移量及沉降量柱狀圖

圖6 A5、A6監(jiān)測點2012-2019年水平位移量及沉降量柱狀圖

從6個監(jiān)測點長達7年的變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以得出，2017年以前監(jiān)測點數(shù)據(jù)呈波狀起伏，但從2017年開始各監(jiān)測點位移量及沉降量均呈現(xiàn)逐年線性下降趨勢，自2016年以來沉降量0.013～0.018 mm/d，水平位移量0.03～0.04 mm/d，說明滑坡體處于蠕滑狀態(tài)。

4 EMU模擬計算成果

通過對SL3滑坡體滑動帶物質(zhì)分析，滑動帶為巖塊巖屑型。本次計算采用中國水科院EMU軟件。力學參數(shù)：干燥狀態(tài)下c=120 Kpa，φ=30°；飽和狀態(tài)下c=100 Kpa，φ=23°。

按四種工況進行計算，其結果如下：

(1)工況一，天然狀態(tài)，K=1.05；(2)工況二，天然狀態(tài)+Ⅷ度地震，K=0.95；(3)工況三，飽和狀態(tài)，K=0.87；(4)工況四，飽和狀態(tài)+Ⅷ度地震，K=0.76。

可見，該滑坡體在飽水及地震工況下將失穩(wěn)。從不穩(wěn)定體特征分析，該滑坡體在非正常工況下有進一步失穩(wěn)的可能，失穩(wěn)形式以崩塌、滑坡為主。

5 涌浪計算成果

假設滑坡體SL3在1 990 m高程剪出(圖3)，出現(xiàn)最不利的整體高速下滑，采用潘家崢院士的滑坡涌浪估算法進行計算。

基本數(shù)據(jù)：

滑坡體至下游大壩河道距離3 500 m。

滑坡體體積：順河向平均長度350 m，斜坡平均長250 m，垂直坡面平均厚度40 m，總方量350萬 m3。

滑坡碎塊石體重量：碎塊石堆積體方量350萬 m3，容重2.2 T/m3，共計重量770萬 t。

經(jīng)計算，水庫蓄水至正常高水位1 962 m高程后，若滑坡體整體高速下滑，擊起的涌浪初始涌浪初始高度達28 m。自滑坡體到下游大壩整體較為順直，彎道少(圖7)，能量削減相對少，滑坡產(chǎn)生后，傳至大壩的涌浪高度小于4.8 m，其高程可達1 968.29 m，超過壩頂高程(1 967.0 m)1.29 m，接近防浪墻頂高程。

圖7 滑坡體SL3與大壩位置關系圖

6 結論與建議

6.1 結論

(1)評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復雜程度屬復雜,烏魯瓦提水利樞紐工程為大(Ⅱ)型，屬重要建設項目，綜合判定本評估項目地質(zhì)災害危險性評估級別為“一級”。

(2)⑵地質(zhì)災害危險性綜合評估表明：烏魯瓦提大壩上游0.5 km庫區(qū)范圍地質(zhì)災害危險性大，其它地質(zhì)災害危險性中等。

(3)⑶評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境復雜程度為復雜，烏魯瓦提水利樞紐庫水引發(fā)、加劇SL3滑坡區(qū)的地質(zhì)災害的可能性大，危險性大。為防治地質(zhì)災害而額外增加的項目建設成本較大。

6.2 建議

(1)建議對滑坡體繼續(xù)進行人工監(jiān)測，針對可能發(fā)生的地質(zhì)災害，預先做好相應的應急預案。

(2)當前所使用的監(jiān)測設備為徠卡TCA2003，根據(jù)當前的道路交通條件及SL3滑坡體可能對監(jiān)測設備、人員造成危害，建議采用更為先進的GPS自動化監(jiān)測設備進行監(jiān)測工作。

(3)⑶由于該滑坡體危害程度大，建議進行地質(zhì)災害專項勘查工作，進一步查明該滑坡體特征、滑床、滑面、下滑方向、滑坡前緣特征等重要環(huán)節(jié)并加大滑坡結構特征分析研究力度，確保水利樞紐工程正常安全運行。