某滑坡体的形成机制、稳定性分析及治理方案

2015-12-17张宇姜湘兰陈新李尚高

水利水电工程设计 2015年2期

张宇姜湘兰陈新李尚高

张宇姜湘兰陈新李尚高

云南省澜沧江托巴水电站厂房出水口对岸存在一大型滑坡体S0，总方量约260万m3。由于该滑坡体距大坝泄洪建筑物及电站尾水出口较近，因此，滑坡体的稳定性如何，是否会给电站建设及运行带来安全隐患，成为该水电站建设期必须解决的工程技术问题。通过深入研究S0滑坡体空间分布特征、性状、形成机制，同时采用极限平衡等分析方法，得出滑坡体在各种工况下可能存在的不稳定滑块，并在此基础上采用多种支护形式进行针对性治理，从而为其它类似工程的稳定分析与治理提供借鉴。

托巴水电站滑坡体形成机制稳定性分析治理方案

托巴水电站为云南省境内澜沧江上游河段的第4个梯级电站，坝址位于云南省迪庆州维西县中路乡的澜沧江干流上。大坝为混凝土重力坝，最大坝高158.0 m，总装机容量1 400.0 MW，属一等大（1）型工程。在坝址左岸下游河流拐弯处分布S0滑坡体，距坝线350～800 m，总方量约为260万m3，为一大型滑坡体。该滑坡距坝线较近，且位于大坝泄洪影响区及厂房尾水的对岸，因此，S0滑坡体的形成机制、各类工况下的稳定性以及处理方案，关系到托巴水电站建成后运行的安全性。

1 滑坡区地质条件概况

1.1 区域地质及地震

滑坡区属青藏高原东南缘横断山区，位于唐古拉—兰坪—思茅地槽褶皱系内，区内地层以上古生界和中生界地层分布较为广泛。区内构造痕迹以呈近SN和NNW向展布的断裂构造为主，自更新世中、晚期以来，新构造运动以地壳的大面积间歇性抬升为主。滑坡区50年基准期超越概率10%的地震动峰值加速度为0.113g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

1.2 滑坡区地形地貌

滑坡区整体表现为高山峡谷地貌，河谷深切，水流湍急。滑坡体沿河长约430 m，分布高程1 620～1 845 m，后缘边界呈弧圈形，下游侧边界见完整的基岩，中部为一缓坡平台，前缘延伸至河床，沿河水边线未见基岩出露。该滑坡体地形呈现上、下部较陡，中部较缓的特点，高程1 680 m以下地形坡度为45°左右，高程1 680～1 715 m为22°左右，高程1 715～1 776 m为33°左右。

1.3 滑坡区地层岩性

滑坡区下伏地层为印支期灰绿色细粒至中粒状基性辉长岩，上覆地层为崩坡积物、滑坡堆积物及冲洪积物。其中，崩坡积物主要分布于滑坡体后缘，成分为块石、碎石及粉质黏土；滑坡堆积物分布于滑坡区，成分为块石、巨石、碎石及粉质黏土，部分巨石保持原岩结构；冲洪积物分布于滑坡体前沿河床部位，成分为砂卵砾石、漂石等。

1.4 滑坡区地质构造

滑坡区内构造应力场挤压应力方向为NNW到近SN向，下伏的辉长岩等侵入岩的后期进一步隆起与近SN、NNW向的构造挤压形迹明显，形成了一系列因隆起挤压产生的压性（压扭性）缓倾角结构面和近EW、NW、近SN向的陡倾角结构面。

1.5 滑坡区水文地质条件

滑坡区未见地表水及地下水露头，地下水主要接受大气降水补给，滑坡体前沿的澜沧江是区内地下水的最低排泄基准面。滑坡体范围地下水的埋深为0～110 m，根据勘探平洞揭示，洞室内一般较湿润，局部见滴水，但未见流水。滑带物质手感湿润，用手搓揉有湿滑感。

2 滑坡的基本特征

2.1 滑坡体的空间形态及规模

滑坡体平面形态较规则，呈扇型展布，顺河向长约480 m，前沿伸至河床，高程1 587 m；后缘被崩塌堆积物覆盖，高程1 840 m，前后缘相对高差约250 m。滑坡体地形呈现上、下部较陡，中部较缓的特点。

通过对S0滑坡体进行钻探、洞探及物探等勘探工作，初步确定滑坡体的形态及规模，如图1及图2所示。滑坡体厚度呈两侧薄、中部厚的“船”形特征，水平厚度一般为40～78 m，平均铅直厚度约26 m，面积约10.0万m2，体积约260.0万m3。

图1 S0滑坡体平面图

图2 S0滑坡体剖面示意图

2.2 滑坡体的物质组成及其特征

根据滑坡体的勘探平洞及钻孔揭露，滑体的物质组成在空间分布上具有明显的差异性，如图3所示。滑带以上物质主要分为三部分，从地表往下分别为：①层的碎块石、块石夹粉质黏土；②层的基本保持原岩结构的辉长岩；③层的巨石、块石、碎石及少量灰色泥，局部岩体保持原岩结构。其中滑体后部主要为①层物质，为后缘滑壁辉长岩风化、卸荷崩塌堆积而成；滑体中部为①、③层物质；滑体前部包含①、②、③层物质，其中②层物质的中后部夹于①层与③层之间，后缘分布高层至1 670 m，其前沿则伸入滑坡体前端澜沧江左岸的河床冲洪积物下部，下伏完整的弱风化辉长岩。

2.3 滑带的物质组成及其特征

根据滑坡体的勘探平洞揭露，滑带厚度为0.5～1 m，为清淅完整的滑移面。滑坡体与基岩接触面产状为N38°～50°W，SW∠29°～70°（综合倾角36°），接触面由NW向中倾角、陡倾角两组结构面组成，为一复合面。滑带由灰白色岩屑、碎石及少量泥组成，泥质胶结。该带明显受动力地质作用，辗磨充分，为应力集中带。由于滑坡形成时间较早，滑带土具半固结—固结状态，密实，湿润，遇水易软化。

根据滑坡体11个勘探钻孔及4个平洞资料揭示，S0滑坡体未见有2层或2层以上的滑带土分布，说明该滑坡仅有唯一的滑移面。

3 滑坡形成机制浅析

（1）滑坡区第四纪以来地壳主要表现为间歇性的强烈抬升，河流冲刷切割速率较快，致使地形较陡峻，为滑坡形成提供了临空面和滑动空间。

（2）滑坡体后缘山体卸荷作用明显，岩体完整性较差，岩石在长期风化剥蚀、卸荷和自重作用下，不断往下剥落，后缘地表的崩坡积物覆着在滑坡体上，滑体自身重量不断增加。

（3）滑坡体所处岸坡岩体中存在NW、NEE及NE向结构面，NEE及NE向结构面为陡倾结构面，构成横向切割面；NW向结构面较发育，顺坡向，由中倾角和陡倾角二组结构面组成，陡倾结构面倾角为64°～78°，中倾结构面倾角为29°～44°，构成滑坡体的底滑面。各结构面连通性较好。

（4）在特定的外部条件，如持续暴雨作用下，碎裂岩体易达到饱和，增加岩体重量，降低结构面（滑带）的力学强度，加之前缘的冲刷使原始岸坡下部形成临空面，具有足够的下滑势能，诱发滑坡的形成。

（5）地震的发生也可能是滑坡形成的诱发因素之一。

（6）该滑坡为短程滑动的推移式座滑体，前缘伸入河床，受河床基岩的反作用力抵消下滑动能。

4 滑坡体的稳定性分析

4.1 滑坡稳定性宏观地质分析

根据滑坡近年来的变化情况，滑坡未出现大面积复活的迹象，滑体亦未见有贯通性好、连续性好的拉裂缝及鼓胀裂隙。最近2年，7、8月份均有连续降雨一星期以上的自然气候条件，降雨量大，但滑坡整体未出现位移，仅前沿局部有小规模垮塌现象。滑坡区地震记录甚少，但近期最大一次地震发生于1996年的云南丽江7.0级地震，据滑坡体距离110 km，波及到工程区烈度为Ⅵ度，滑坡体亦未出现明显的变形。

综上宏观判断，S0滑坡体在天然状态和暴雨状态下总体是基本稳定的，地震工况也无变形迹象。4.2滑坡稳定性计算

4.2.1 物理力学参数的分析与选用

根据室内和现场原位试验成果，结合工程类比、参数反演等方法，分析确定滑坡体的物理力学参数。计算采用的滑坡体的物理力学参数如表1所示。

表1 滑坡体分区及材料参数

4.2.2 稳定性计算结果与分析

利用Bishop、Morgenstern-Price极限平衡分析方法及剩余推力法计算滑坡体中部代表剖面B，采用基准期50年内超越概率10%，设计基本地震加速度值为0.113g。选用孔隙水压力系数法，天然工况认为排水有效，即孔隙水压力系数为0.05；暴雨工况下，孔隙水压力系数为0.15。

根据相关建筑物设计标准和边坡的重要性，按照DL/T 5353—2006《水电水利工程边坡设计规范》的级别划分规定，按A类Ⅱ级边坡设计安全系数标准，具体取值如表2所示。

表2 边坡抗滑稳定荷载组合和安全系数

对滑体各个区域及全局进行最危险滑面搜索，分别得到不满足设计安全系数标准及潜在滑块部位，见图3，计算结果列于表3。

如上所示，S0滑坡体上部及中部出现2个潜在滑块，上部滑块位于高程1 765～1 965 m，单宽滑体大小约5 312 m3/m。滑面较为平缓、大致与坡面平行，滑坡体和剪出口为平缓型；下部滑块位于高程1 711～1 875 m，单宽滑体大小约6 426 m3/ m。滑面大部分过古滑带上部，在滑坡体中部顺层剪出，滑面上缘较陡，滑体总体较为平缓。两滑块自然状况下稳定，暴雨和地震工况对其安全性的影响较大，计算结果不满足设计要求，需要进行加固处理。以古滑带为基础对滑坡体自身稳定性进行计算，其稳定性相对较佳，滑坡体整体下滑可能性不大，且其已经下卧到河床内，河床基岩亦对滑体存在反作用力，阻挡其整体下滑。

图3 S0滑坡体潜在滑块示意图

表3 稳定性计算安全系数结果

由上述计算分析表明，S0滑坡体在自然工况下处于稳定状态，整体失稳的可能性较小。暴雨及地震工况下，滑坡体中上部安全系数不满足设计要求，且由于其位于大坝泄洪影响区及厂房尾水的对岸，泄洪及厂房尾水对其稳定性均有影响，需对边坡中上部进行支护处理，并对下部进行防护处理，防止厂房尾水对其冲刷淘蚀形成临空面。

5 滑坡体的治理方案

S0滑坡体自然边坡整体稳定，局部地段坡体安全系数偏低。为充分发挥岩体的自稳能力，采取尽量不扰动坡体，局部针对性地维护和加强岩体本身强度的工程措施。依据上述计算结果及分析，滑坡体不稳定滑块主要分布于中上部，设置抗滑桩应能兼顾2个区域的不稳定滑块。依据《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》，抗滑桩的位置应设置在剩余推力减少的区域。根据上述计算成果2个不稳定滑块的剩余推力降低的公共区域在滑坡体高程1 765～1 806 m，由此确定滑坡体加固措施的设计范围如图4所示。经过综合分析比较，拟采用预应力锚索抗滑桩进行滑坡体的稳定加固。分析表明预应力锚索抗滑桩应提供2 800 kN/m的抗力，即能达到设计的稳定性要求，因此，在高程1 775 m和1 805 m处设置2排预应力锚索抗滑桩，抗滑桩桩身断面尺寸为5.0 m×7.0 m（宽×高），水平间距10 m，桩长35～55 m，入岩深度为桩全长的1/4～1/3，2排抗滑桩提供2 800 kN/m的抗力后，计算结果见表4。

图4 S0滑坡体加固措施布置图

表4 边坡加固稳定计算安全系数结果

此外，为防止大坝泄洪产生的雾化影响以及泄洪高速水流对S0滑坡体坡脚的淘刷，进而危及边坡稳定，必须对雾化影响区坡面及坡脚进行有效的表面保护。拟采取以下处理措施：考虑到正对电站厂房尾水出口，高程1 640 m以下水流流速较大且位于滑坡体的坡脚，对于该部位进行适当的开挖后，采用1.5 m厚钢筋混凝土面板进行衬护，并布置1排长55～60 m深入完整微风化岩体的预应力锚索，同时下部设1排深20 m的钢筋桩。

S0滑坡体上沿江公路以及抗滑桩的施工，一定会破坏原状坡的结构，暴雨工况下的水土流失将会比较严重，因此，拟在滑坡体上施工区进行植草皮护坡，重要部位设置网格梁，减少水土流失，增强边坡稳定。对坡面凸体部分进行局部适当挖除，以使坡顶连接平顺并满足稳定要求。地下水对滑坡体的影响较大，完善坡面截排水系统，地表采用排水洞+排水幕的防、截、排水体系。