木爾宗溝古滑坡體穩定性分析

王 鑄

(自貢市水利電力建筑勘測設計院,四川自貢,643000)

2007年12月,我院承擔了雙江口水電站庫區移民安置工程木爾宗溝 2級水電站可研——初步設計階段的勘察設計任務。在具體勘察過程中,通過鉆探、物探、地質調查等綜合勘察手段對高山區古滑坡體的綜合分析有了新的認識,本文介紹如下。

1 工程基本情況

木爾宗溝系大渡河上游左岸一級支流綽斯甲河的一小支溝,位于馬爾康縣木爾宗鄉境內,全長62.5km,流域面積 149.30km2。木爾宗溝二級站為無調節引水式電站,取水樞紐位于木爾宗溝與綽斯甲河匯合口上游約 8.0km、河溝海拔 3004m～3010m處,下游與大型水電站——雙江口水電站庫內水位銜接。電站利用落差 485.05m,設計引用流量 2.65m3/s,裝機規模為 10MW。

工程區位于青藏高原東南部川西北丘狀高原南緣山原地帶,屬深切割高山區構造侵蝕與剝蝕侵蝕堆積地貌,以 2級水電站壩址為界,上下游地形地貌迥然不同。壩址以下至溝口位置,無大型沖溝分布,河谷呈不對稱“V”型,谷底狹窄,河流湍急,多有跌水跌坎分布。左岸綿延分布厚達數十米至上百米的堆積物;右岸則均系陡崖,坡麓地帶多見倒石堆狀或裙狀分布的崩塌堆積體。壩址以上河谷呈“U”型,兩谷坡均為基巖,地形坡度一般 30°～45°,谷底較平坦開闊,坡降不大,形成了較開闊的漫灘階地地貌。溝內縱剖面圖見圖 1。

圖 1 木爾宗溝干流二級水電站縱斷面

經地質與設計人員現場踏勘后,初步擬定了上下兩條壩線進行比較。兩壩線直線距離約240m,平面上河流有一較大拐彎,河面高差約7m。上壩線河道較平直,兩岸山體陡峻,撥高 ＞1000m,地形坡度 ＞40°,谷底高程 3003m～3005m,寬約 110m;現代河床高程 3003.27m,寬約10m,兩岸高漫灘高出現代河床約 1m～2m,河谷平坦開闊。上下壩線之間河谷開闊,至下壩線位置河谷收窄,谷底高程2995m～3004m,寬約75m;現代河床高程 2996.04m,寬約 8m。左岸為一巨大的第四系松散堆積體,自然地形坡度約 30°,上建有“之”字形村間公路。右岸為山體陡崖,地形坡度 ＞60°,地形上呈不對稱深“U”型谷。

2 下壩線左岸滑坡體初步認識

一堆積體位于下壩線左岸,其前沿為木爾宗溝,后緣為斯喀尼浩沃山南坡,形狀如斷塊山,后壁較高,遠觀具有典型的圈椅狀地貌,初步判別應為一大型滑坡體。滑坡體平行河流方向長約620m,垂直河流方向最寬處約 300m,規模較大;地表坡度 30°～40°,前緣較緩,后緣較陡,表面較為平整,無明顯裂縫及沉陷現象,滑坡臺階多已夷平(如圖 2所示)。

圖 2 下壩線左岸滑坡體

對滑坡體物質成份的調查表明,其前緣表面多為黃色粘土夾碎塊石,厚約 1m～2m,下部則以塊碎石夾粉土、粉質粘土為主,并在塊石間零星分布有純細砂,呈不規則之團狀。塊碎石分選性差,棱角狀,并多有架空現象,粒徑均較大,普遍大于0.5m,最大者可達 5m～6m,塊石中偶見有冰川刨痕。后緣物質成份則主要以破碎的塊碎石為主,基本未見充填物,其巖性為變質砂巖夾板巖,與后沿山體巖性一致,多具原巖結構,褶皺、擠壓特征明顯,破碎巖體中多見有斜鋇鈣石晶體呈集合塊體狀分布。前后緣的物質成份差異很大。

為查清滑坡體的性質,勘察時在擬定壩址附近的滑坡體前沿布置了 3個鉆孔,最大孔深26.4m,但均未揭穿滑坡體厚度。同時,在堆積體上布置了 2條高密度電法物探測線。高密度電法物探成果圖及地質剖面圖如圖 3所示。

物探人員分析解譯認為,堆積體內結構為塊碎石土,塊石含量的不同及個體大小不一樣,電阻率值變化較大,范圍值 400Ωm～65000Ωm。在電阻率的顯著變化處,可劃分出①和②兩個滑動界面,其中滑動面②為老滑動面,滑動面①為新滑動面。滑動面①起伏不平,多呈臺階狀,垂直埋深約7m～23m;滑動面②較平滑,垂直埋深 17m～50m不等,且厚度向滑坡后緣遞增,推測滑坡后緣覆蓋層最厚處可達 100m左右。滑坡體下伏基巖為三疊系上統侏倭組(T3zh)變質砂巖夾砂質板巖,電阻率為 60Ωm～150Ωm。

圖 3 下壩線左岸堆積體高密度電法物探成果及地質剖面

3 下壩線地層結構

隨著滑坡體前沿的下壩軸線各鉆孔的完成,基本查清了壩線處的地層層序結構。以縱斷面為例,其中 ZK1號孔位于左岸滑坡體前沿,孔深19.48m,巖芯為塊碎石土,未揭穿堆積體厚度;ZK2號孔位于堆積體與河漫灘之銜接部位,孔深20.34m,巖芯同為塊碎石土,ZK3號孔位于現代河床內,孔深 31.98m,巖芯從上至下依次揭示覆蓋層為漂卵礫石夾砂(厚 6m)、灰黑色有機質粉質粘土(厚 5.9m)、塊碎石土(6.08m)、卵礫石夾砂(厚 3m),基巖為變質砂巖夾板巖,揭露厚度11m。綜合左岸滑坡體高密度電法物探成果,初步分析確定的壩線剖面地層結構如圖 4所示。圖中,①②即為前述物探解譯之滑動界面。

圖 4 下壩線工程地質剖面

4 上壩線地層結構

上壩軸線布置有 2個鉆孔,ZK1號孔位于左岸高漫灘,孔深 54.38m,巖芯從上至下依次為漂卵礫石夾砂、卵礫石夾砂、漂卵礫石夾砂、卵礫石夾砂、灰黑色有機質粉質粘土,未揭露到基巖;ZK2號孔位于右岸高漫灘,孔深 25.23m,巖芯從上至下依次為漂卵礫石夾砂、卵礫石夾砂、漂卵礫石夾砂、灰黑色有機質粉質粘土、卵礫石夾砂,未揭露到基巖。綜合高密度電法物探成果,初步分析確定的壩線剖面地層結構如圖 5所示。

即現有河床位置地表覆蓋層為第四系現代河床沖洪積漂卵礫石夾砂,兩側為第四系Ⅰ級階地沖洪積漂卵礫石夾砂,總厚約 15.5m～16.14m。以下突變為灰黑 ～黑色粉質粘土,左岸厚達38.88m且未揭穿,右岸揭示 8.44m后見卵礫石夾砂層即終孔。該粉質粘土軟塑 ～軟可塑,多見有腐木、樹葉分布,鉆探時無需加壓即自動鉆進,具典型的靜水湖泊沉積特征。

圖 5 上壩線工程地質剖面

5 左岸滑坡體與壩線覆蓋層成因綜合分析

由上下壩線剖面分析可知,其平距約 240m,河面高差約 7m。上壩線位置基巖面高程小于2940m,而下壩線河床基巖面高程 2975m,比上壩線高出 35m!按此結論,則上下壩線間就勢必存在有一個很大的深潭,但結合場地地形與河流規模,卻具有較大的不合理性。

再次分析下壩線地質剖面,左岸滑坡體內的地下水水位明顯低于河水位,但與物探解析的滑動面②位置較接近。同時,在滑坡體的下游,即下壩線下游約 500m處,調查到 5處下降泉,分布高程 2910m～2920m,流量一般 3L/min～5L/min。故此,分析認為物探人員解析的滑動面②可能有誤。根據其電阻率推測應為堆積體內部的地下水位線,在滑坡體以下應分布有一古河道,底高程與上壩線應基本接近,即介于 2920m～2940m之間。而下壩線現代河床內鉆孔所揭示的基巖則應是原古河道的岸坡!

通過對鉆孔資料及物探資料的成果進行綜合判斷,分析認為,該滑坡體歷史上曾為一古冰川堆積體。此后因強烈的構造運動影響,其下覆的基巖產生錯落,此時的錯落體和上覆的冰川堆積層基本保持著原始結構。此后錯落體內又沿滑動面1發生了滑動,形成了現在的古滑坡體。新滑動一定程度上改變了錯落體的原始結構,冰川堆積層和部份錯落的巖體向前滑移,使滑坡前沿的物質成分變得十分混雜,而后緣則基本保留著原始錯落體的特征,這也與現場對滑坡體及前沿調查時的情況基本一致。

該滑坡體形成時,應堵塞過最早期的木爾宗溝河道,即前面分析之存在于滑坡體底部的古河道。并在上游形成了一個高山堰塞湖,導致了富含植物結構的有機質粘土的靜水淤積(前述之第四系更新統湖積層),覆蓋于舊河床之上。此后,堵塞河道的滑坡體最終被河流沖開,堰塞湖消失,在淤積的粘土、粉土之上形成了現代的河床(前述之第四系全新統沖洪積層)。長期的沉積作用,基本塑造了以下壩線為界,上、下游河段迥然不同的地形地貌特點。因此,整個過程可概括為巖體錯落與滑坡→堵塞河谷成湖→湖水潰決→河谷地形改造這一系列事件。

6 結語

受限于本水電站的規模等級,未能對該滑坡體開展進一步的深入研究工作,而是選擇了避讓。考慮到工程采用低壩擋水,上壩線處現代河床沖洪積漂卵礫石層厚約 15m～16m,只要滿足沉降校核計算及軟弱下臥層頂面的應力驗算,以上壩線作為推薦方案也是可行的。故此,地質上及時提出了變更壩線的相關建議,審查時也被專家認可。

通過本工程,可見在對高山區古滑坡堆積體進行調查時,要充分結合場地及附近的地形地貌、地層巖性,在鉆探、物探等勘察實物工作的基礎上進行綜合分析,對成果資料要敢于提出質疑,以尋求最合理的解釋地質現象的結論。

〔1〕黃潤秋.中國西部地區典型巖質滑坡機理研究.地球科學進展,2004,(6).

〔2〕黃潤秋.20世紀以來中國的大型滑坡及其發生機制.巖石力學與工程學報,2007,(3).

〔3〕殷躍平.中國典型滑坡研究畫冊.中國大地出版社,2007.

〔4〕張咸恭,王思敬,張倬元等.中國工程地質學.科學出版社,2000.