西部某水電站庫區(qū)HP08滑坡形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析

包 健，賈 東，楊 賢

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

經(jīng)過70年的發(fā)展，中國在水利水電工程建設(shè)方面取得了巨大成就。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2019年，全國已建成的水庫98 822座，總庫容8 953億m3，其中大型736座，中型3 954座，小型94 132座[1]。在水利水電行業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，庫區(qū)岸坡穩(wěn)定一直是水利水電工程安全重點(diǎn)關(guān)注的問題之一[2]。1961年中國柘溪水庫塘巖光滑坡失穩(wěn)并激起涌浪導(dǎo)致多人死亡，該滑坡是我國建國后首例水庫蓄水引發(fā)的大型滑坡[3]；2003年7月13日，三峽庫區(qū)秭歸縣千將坪村發(fā)生了山體基巖滑坡，巨大的滑體截?cái)嗔?00多米寬的青干河，造成千將坪村14人死亡, 10人失蹤[4]；2018年10月10日和11月3日，西藏江達(dá)縣白格村金沙江右岸先后2次發(fā)生滑坡堵江事件，潰壩洪水給金沙江上游沿岸居民及其生產(chǎn)和生活設(shè)施帶來嚴(yán)重災(zāi)害[5]。鑒于庫區(qū)滑坡發(fā)生后造成的巨大人員及財(cái)產(chǎn)損失，在擬建水電站前期工作中，開展庫區(qū)滑坡等不良地質(zhì)體的形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析工作至關(guān)重要[6-7]。

本文以中國西部某水電站庫區(qū)HP08滑坡為研究對象，在遙感解譯、現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對該滑坡的空間展布、規(guī)模、邊界分區(qū)及變形機(jī)制等進(jìn)行了分析研究，并采用地質(zhì)定性分析及量化評價(jià)方法[8]，對不同工況下該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價(jià)，以期為庫區(qū)岸坡穩(wěn)定性防治對策提供地質(zhì)依據(jù)[9]。

1 滑坡特征

1.1 空間展布及規(guī)模

HP08滑坡發(fā)育于西部某水電站庫區(qū)干流與支流交匯處北岸的斜坡帶上，距擬建壩址約50 km。滑坡在平面呈“簸箕”分布，后緣呈不顯著的圈椅狀地貌，HP08滑坡全貌如圖1所示?；路植几叱? 810.00～4 200.00 m，總體呈現(xiàn)上部緩、下部陡的特征。滑坡前緣沿江寬約1 000 m，軸線方向長約660 m，出露面積約0.45 km2，滑體厚度約為20～60 m，估算體積約1 200 m3，屬特大型滑坡。

圖1 HP08滑坡全貌(鏡向下游)圖

1.2 邊界特征

HP08滑坡后緣邊界大致位于后緣緩坡根部地帶以上，表層覆蓋坡積、崩積成因的碎塊石土?；虑熬壩挥谂R江地帶公路路面以下的河床附近。受工程開挖及淺表層塌滑覆蓋等影響，前緣剪出口部位已基本被覆蓋。此外，該堆積體前緣存在淺表層次級滑體，HP08滑坡工程地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 HP08滑坡工程地質(zhì)剖面圖

滑坡上游側(cè)邊界受微地貌控制，基本沿上游山梁東側(cè)的凹槽展布；下游側(cè)邊界在地貌上不明顯，但滑坡堆積體與基巖的接觸界面明顯，HP08滑坡下游側(cè)邊界如圖3所示。

圖3 HP08滑坡下游側(cè)邊界圖

1.3 物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

HP08滑坡堆積體主要分布于3 820.00～4 200.00 m高程段，堆積物由塊石、碎石土、黏土質(zhì)礫構(gòu)成，其中細(xì)粒土所占比例較大。前緣高程3 820.00～3 840.00m為道路內(nèi)側(cè)開挖部位，表層土體結(jié)構(gòu)較松散，局部塌滑明顯，且沿公路內(nèi)側(cè)有多段區(qū)域有地下水流滲出。高程4 200.00 m以上既是基巖出露區(qū)，同時(shí)也是滑坡早期滑動所形成的滑坡后壁。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及兩側(cè)邊界的揭露情況推斷，滑帶總體位于碎石土與底部的砂質(zhì)板巖的分界處，該滑坡中、上部是追索層面“順層”發(fā)育的，在中、下部則是追索順傾巖層滑移彎曲產(chǎn)生的“X”破裂面中的緩傾外節(jié)理切出的。淺表層塌滑的次級滑帶又是在滑坡堆積體內(nèi)發(fā)育的。因此，構(gòu)成滑帶的物質(zhì)主要是含黏土或砂質(zhì)礫類，顆粒以粗粒為主。

滑體由前緣至后緣呈薄～厚～薄的厚度變化特征，前部一般厚度 15～20 m，中部堆積厚度40 m 左右；橫向上滑坡堆積體表現(xiàn)為中間厚兩側(cè)薄的特點(diǎn)。

根據(jù)滑坡上、下游邊界處的地質(zhì)露頭，HP08滑坡滑床主要是侏羅系中、上統(tǒng)拉貢塘組(J2-3l)粉砂質(zhì)板巖，巖層中-陡傾坡外，產(chǎn)狀NW290°SW∠55°～75°?；残螒B(tài)總體是中后部陡、前緣稍緩的特征。滑床基巖中還發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面，一組緩傾坡內(nèi)或坡外，產(chǎn)狀為NE80°NW∠9°；一組陡傾上游，產(chǎn)狀NE280°NW∠77°，層面與這兩組結(jié)構(gòu)面組合可以形成滿足變形破壞邊界的不穩(wěn)定塊體?；不鶐r發(fā)育的結(jié)構(gòu)面見圖4。

圖4 滑床基巖發(fā)育的結(jié)構(gòu)面圖

1.4 變形破壞特征

(1) 地表調(diào)查

野外調(diào)查表明，HP08滑坡整體變形破壞現(xiàn)象不明顯，但滑坡前緣受河流水流的侵蝕、沖刷及修路開挖等影響，平臺前緣中下部坡體淺表層的塌滑破壞較明顯?；聹\表層的穩(wěn)定性總體較差。

(2) InSAR變形監(jiān)測

圖5 HP08滑坡InSAR形變圖

利用遙感手段獲得的該滑坡2019年05月05日至2020年04月09日InSAR變形監(jiān)測成果(見圖5)可以看出，該滑坡具有一定的形變位移跡象，尤其是在滑坡前緣和中前部位。其中，滑坡前緣形變方向遠(yuǎn)離視線方向，其位移量約為30 mm；滑坡中部形變方向靠近視線方向，位移量在20～30 mm。通過對滑坡各部位布置監(jiān)測點(diǎn)對HP08滑坡進(jìn)行時(shí)序監(jiān)測(見圖6)表明，滑坡前緣的位移量為26～31 mm，中部的位移量為-16～-23 mm，后緣的位移量為25 mm。綜上認(rèn)為，HP08滑坡在現(xiàn)狀條件下淺表層變形破壞明顯，前緣以及中上部地形轉(zhuǎn)折的緩坡平臺臺緣附近穩(wěn)定性較差，與地質(zhì)調(diào)查結(jié)果一致。

圖6 HP08滑坡InSAR監(jiān)測結(jié)果圖

2 滑坡形成機(jī)制

HP08滑坡的形成是順向坡岸段薄層狀結(jié)構(gòu)的巖體在特殊地貌條件下經(jīng)受河流長期侵蝕、下切作用的結(jié)果，其形成過程大致經(jīng)歷了斜坡坡腳侵蝕、河谷展寬階段；斜坡巖層順層復(fù)合變形階段?；滦纬呻A段如圖7所示，其具體演化過程如下：

(1) 斜坡坡腳侵蝕、河谷展寬階段

HP08滑坡所在岸段特有的河口地貌條件，岸坡受干流與支流的雙重侵蝕作用，由薄層狀砂質(zhì)板巖構(gòu)成的順向斜坡坡腳部部位逐漸變陡，河谷進(jìn)入展寬階段。

(2) 斜坡巖層順層復(fù)合變形階段

在河流的側(cè)蝕和下切演化過程中，具備“三向臨空”條件的順向岸坡段一方面受卸荷回彈、層間松弛及重分布應(yīng)力的影響，在臨空面附近的淺表層巖體內(nèi)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的應(yīng)力分異，岸坡坡肩部位因拉應(yīng)力集中逐漸發(fā)育板狀巖層的彎曲-拉裂變形，岸坡中下部位尤其是坡腳部位則因剪應(yīng)力集中容易產(chǎn)生沿層面的壓致拉裂變形，并隨岸坡上部巖層傾倒變形程度的不斷增強(qiáng)，在巖體內(nèi)部出現(xiàn)層面逐漸開裂和層間粘接不斷降低的現(xiàn)象。另一方面，隨河流側(cè)向侵蝕過程中層狀巖體坡腳帶“抗力體”部分的侵蝕減薄和臨空面的變陡，重力作用產(chǎn)生的順層下滑力分量也在不斷增強(qiáng)，并進(jìn)一步促進(jìn)了淺表層巖體中層間錯(cuò)動和滑移的發(fā)育。順向岸坡坡腳附近的巖體因受到層間滑移產(chǎn)生的順層擠壓力從而產(chǎn)生表層的彎曲隆起變形。如此就形成了岸坡上部的坡肩部位為“彎曲-拉裂”變形而岸坡下部的坡腳附近為“滑移-拉裂”變形的組合形式。

圖7 HP08滑坡形成演化模式圖

(3) 滑坡形成階段

隨著順傾岸坡段淺表層巖體的層間滑移和順層擠壓，斜坡下部坡腳附近巖層不斷隆起并逐漸形成2組共軛發(fā)育的“X”型破裂面。淺表層巖體的層間滑移，可以通過逐漸追蹤層面和“X”型破裂面中傾向坡外的一組面后形成貫通性的滑移破壞面并產(chǎn)生滑坡，導(dǎo)致河道堵塞。在HP08滑坡上游邊界高出河面15 m處存在多層“紋泥”(見圖8)，推測為滑坡堵江事件形成的堆積物。

圖8 HP08滑坡上游邊界附近堆積物特征圖

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 地質(zhì)定性分析

HP08滑坡位于支流匯入口轉(zhuǎn)彎處，坡度總體較陡、前后緣落差較大，河流沖刷等對滑坡穩(wěn)定性不利。受河流沖刷、降雨和工程開挖改造等的影響，現(xiàn)狀條件滑坡變形主要集中在前緣淺表層，已發(fā)生多次塌滑破壞。水庫蓄水后，正常蓄水位3 892.00 m以下滑體入水方量較大，淹沒于水下的部分高達(dá)70 m，長期浸泡和水位的季節(jié)性變動都不利于滑坡的穩(wěn)定，整體穩(wěn)定性較差。因此，HP08滑坡在庫水位的作用不僅存在一定規(guī)模的塌岸，同時(shí)也存在一定規(guī)模失穩(wěn)、甚至堵塞河道的可能。

3.2 量化評價(jià)

綜合滑帶土強(qiáng)度參數(shù)中型剪切試驗(yàn)、基于滑帶土原狀樣物理指標(biāo)與仿真分析，結(jié)合工程類比，建議的HP08滑坡計(jì)算參數(shù)具體見表1。

表1 HP08滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)建議值表

圖9 蓄水前HP08滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型圖

工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，水平地震系數(shù)取Kh=0.103，地震作用效應(yīng)的折減系數(shù)按有關(guān)規(guī)范取0.25。HP08滑坡穩(wěn)定性計(jì)算以控制性縱剖面為依據(jù)(見圖2)，建立HP08滑坡蓄水前后計(jì)算模型如圖9～10所示?；趧傮w極限平衡法(簡化Bishop法、修正Janbu法及M-P法)，選用天然、暴雨、地震工況按照條分法理論及方法分別對蓄水前后邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。圓弧搜索法計(jì)算的滑坡前緣在不同工況下的局部穩(wěn)定性系數(shù)見表3，暴雨工況下最危險(xiǎn)潛在滑動面如圖11所示。

圖10 蓄水后HP08滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型圖

表2 HP08滑坡整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

表3 HP08滑坡前緣局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

圖11 HP08滑坡蓄水后最危險(xiǎn)圓弧滑動面(暴雨)圖

由表2、3的計(jì)算結(jié)果可以看出：蓄水前HP08滑坡天然工況處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨與地震工況體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；前緣局部天然條件下穩(wěn)定性差，暴雨及地震工況處于不穩(wěn)定狀態(tài)，會發(fā)生局部塌滑。蓄水后滑坡在天然、暴雨、地震工況下整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；滑坡體前緣穩(wěn)定性較差，不同工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論與建議

HP08滑坡屬于由中陡順傾巖層滑移彎曲、傾倒變形復(fù)合形成的一類巖質(zhì)滑坡。穩(wěn)定性計(jì)算表明，蓄水前、后不同工況下，滑坡整體處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)；滑坡前緣在不同工況下處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，有失穩(wěn)的可能。影響滑坡體穩(wěn)定的主導(dǎo)因素是暴雨。若發(fā)生一定規(guī)?；率Х€(wěn)或坍塌可能會造成支庫的堵塞，從而影響水庫正常運(yùn)行，建議采取以下措施：

(1) 加強(qiáng)HP08滑坡的監(jiān)測、巡視，為進(jìn)一步分析滑坡穩(wěn)定性和預(yù)警、預(yù)報(bào)以及防范決策提供依據(jù)。

(2) 在滑坡體后緣及坡面設(shè)置導(dǎo)排水設(shè)施，控制誘滑因素，前緣采取必要的抗滑支護(hù)措施。