嘎夏帕變形體穩定性分析及工程影響評價

劉思丁，肖華波，魏星燦

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

嘎夏帕變形體穩定性分析及工程影響評價

劉思丁，肖華波，魏星燦

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

嘎夏帕變形體位于楞古水電站壩址上游右岸，距壩址距離約0.5 km，估計方量約18.8萬m3。如果變形體產生失穩破壞，產生的涌浪將對大壩及相關建筑物產生巨大的威脅。本文在對變形體工程地質特征分析的基礎上，建立地質模型，用極限平衡理論計算天然、暴雨、地震三種工況下變形體的穩定性，然后，根據水利水電邊坡控制安全系數標準，分別就變形體在各工況下的安全性進行了分析評價，并對其失穩破壞后的工程影響進行了初步分析評價。

嘎夏帕變形體；工程地質特征；極限平衡理論；穩定性評價；工程影響

0 引 言

嘎夏帕變形體位于楞古水電站壩址上游右岸，與壩址距離約0.5 km。嘎夏帕變形體前緣高程2 490 m，后緣高程2 600 m，順河寬50～80 m，垂直厚度20～30 m，方量約18.8萬m3（見圖1）。由于方量大，且潛在滑體重心比蓄水后庫水位高約80 m，存在失穩可能，如果嘎夏帕變形體失穩破壞，產生的涌浪將對大壩及相關建筑物產生巨大的威脅。

圖1 嘎夏帕變形體全貌

1 地質概況

嘎夏帕變形體前部、左側和右側三面臨空，出露地層巖性為三疊系上統侏倭組（T3zh）中厚層變質砂巖，并穿插有印支—燕山期花崗偉晶巖脈。依據巖體結構和變形破壞模式，可以將變形體大致分為三個亞區（見圖2）。

Ⅰ區由變質砂巖及花崗偉晶巖脈組成，其中，變質砂巖位于前緣，層面反傾坡內，因遭受多期地質構造作用及風化卸荷作用影響，巖體較破碎。

Ⅰ區花崗巖體變形模式為典型的壓致拉裂，主要發育兩組裂隙：①N10°E／SE∠35°；②N80°W／NE∠84°。其中，第②組裂隙構成變形體的側裂面，使變形體兩側面臨空，第①組相對較緩的結構面為變形體的潛在滑面，控制巖體的滑動，變形體結構面赤平投影見圖3。

在Ⅰ區花崗巖體中共發育三條第①組結構面，巖體有沿這三條結構面滑動的趨勢，由于結構面上存在鎖固段，阻止巖體下滑，因此，在鎖固段處發育豎向拉裂縫，進一步將巖體切割成獨立于母體的變形體。在巖脈的頂部，豎向裂隙已經貫通，形成了變形體；在中下部，豎向裂縫在逐漸擴大，有貫通的趨勢。

Ⅱ區主要為砂巖，層面反傾坡內，傾角較陡，巖體完整性較好，在其中發育有Ⅰ區延伸過來并逐漸消失的3條第①組緩節理和層理。雖然受到結構面切割，但是結構面處于閉合、緊密接觸狀態，且巖體并沒有明顯變形，穩定性較好。

Ⅲ區巖體由4條花崗巖脈與砂巖組成，由于巖脈侵入時的擠壓作用，后緣砂巖破碎，為碎裂狀巖體，呈堆石狀，且由于變形體底部與地面接觸面的角度達到45°以上，因此，Ⅲ區巖體穩定性差，主要靠Ⅰ區及Ⅱ區阻滑。

圖2 嘎夏帕變形體剖面示意

圖3 結構面赤平投影

圖4 穩定性計算模型

圖5 穩定性計算模型條分圖

2 工程地質分析

根據嘎夏帕變形體工程地質條件宏觀判斷，Ⅰ區前部砂巖目前穩定性差，隨時可能發生崩塌破壞；Ⅰ區花崗巖體變形較大，頂部拉裂縫已經貫通，中下部拉裂縫正在發展擴大，在大壩建設和運行期間，受地震及降雨的影響，極有可能失穩發生滑移式崩塌；Ⅱ區砂巖完整性較好，目前未有明顯變形；Ⅲ區砂巖為碎裂狀巖體，巖體破碎。目前Ⅰ區和Ⅱ區巖體對Ⅲ區碎裂狀巖體起阻滑作用，維持整個嘎夏帕變形體的穩定。但是在Ⅰ區失穩破壞的情況下，Ⅱ區砂巖對Ⅲ區巖體阻滑作用有限，可能發生整體潰決式破壞。

3 穩定性計算與分析

3.1 計算剖面與滑面選取

選取縱1-1剖面作為變形體代表性剖面進行穩定性分析，計算簡圖見圖4，條分圖見圖5。

3.2 計算方法與工況

依據《水利水電邊坡工程設計規范》DL／T5353 -2006，結合變形體的實際情況，選用摩根斯頓-普賴斯法和剩余推力法對變形體的穩定性進行定量計算。

邊坡穩定性計算主要考慮自重、蓄水、地震和降雨等四種工況以及它們的組合工況下變形體的穩定性。由于蓄水后最高水位2 477 m低于變形體前緣高程2 490 m，因此蓄水后的工況無需計算。地震工況按壩址區50年超越概率10%的地震動參數選取，即水平加速度峰值取0.143 6 g。計算工況如下：

工況1 （自重）：天然狀態下水位為2 399 m，僅考慮斜坡巖土體的自重。

工況2 （自重＋暴雨）：在工況1的基礎上，考慮暴雨作用。

工況3 （自重＋地震）：在工況1的基礎上，考慮地震引起的水平推力。水平地震加速度取0.143 6 g。

3.3 邊坡等級與安全標準

本次研究根據計算結果，采用《滑坡防治工程勘查規范》（DZ／T0218-2006）中的滑坡穩定狀態劃分標準（見表1），對斜坡穩定性做出評價。

根據《水利水電工程邊坡設計規范》（DL／T 5353 -2006），嘎夏帕變形體為A類樞紐工程區邊坡中的II級邊坡。工況1、4、7為持久狀況，工況2、5、8為短暫工況，工況3、6為偶然工況。因此，在1、4、7工況下穩定性系數達到1.15～1.25即為安全；在2、5、8工況下穩定性系數達到1.05～1.15即為安全；在3、6工況下穩定性系數達到1.05即為安全。

3.4 物理力學參數取值

本次研究采用兩種方法對巖土體的物理力學參數進行綜合研究，包括工程地質類比與經驗取值、反

演，最后根據變形體和堆積體的實際情況綜合取值（見表2）。

表1 斜坡穩定性評價標準

表2 變形體巖體物理力學參數

3.5 穩定性計算成果及評價

嘎夏帕變形體剛體極限平衡法計算結果如表3所示。根據《滑坡防治工程勘查規范》（DZ／T0218-2006）評價嘎夏帕變形體的穩定性，《水利水電工程邊坡設計規范》DL／T5353-2006評價嘎夏帕變形體的安全性。穩定性和安全性綜合評價結果如表4所示。嘎夏帕變形體在天然工況下處于基本穩定狀態，在暴雨和地震等因素作用下處于欠穩定、不穩定狀態，而三種工況下均不能達到《水利水電工程邊坡設計規范》DL／T5353-2006的安全標準。

表3 變形體穩定性計算成果

表4 變形體穩定性、安全性綜合評價

4 工程影響評價

嘎夏帕變形體離壩址僅0.5km，如失穩以后發生堵江或涌浪，將對大壩及相關水力設施產生影響，因此，這里對其進行堵江和涌浪定量計算。

4.1 滑坡堵江計算及評價

滑坡進入河床完全堵塞河床需要有一定的體積。構成完全堵江的最小入江土石方量Vmin可通過計算獲得（柴賀軍、張倬元，1996）。

根據嘎夏帕變形體穩定性計算結果，變形體在天然工況下處于基本穩定狀態，發生滑動破壞的可能性較小；暴雨工況和地震工況中處于欠穩定狀態，存在整體滑動的可能性，估計失穩方量約為18.8萬m3。表5為最小堵江體積計算結果，由此可以判定，變形體如果發生整體滑動，將不會形成堵江。

4.2 滑坡涌浪計算及評價

滑坡涌浪的計算包括滑坡激起的初始浪高的計算及涌浪在河道中的傳播計算，計算方法主要有經驗公式、模型試驗方法及數值模擬計算方法，工程上的滑坡涌浪計算以經驗公式為主。本文參考《水利水電工程地質手冊》的公式進行涌浪計算。

根據蓄水后滑坡堆積體基本參數、剖面圖形態及水深確定具體計算參數。具體計算參數見表6。

根據表6的參數，可以計算得到嘎夏帕變形體涌浪預測的平均速度（根據嘎夏帕變形體剛體極限平衡分析，建議采取地震工況進行預測，即堆積體滑動時平均速度為12.59m／s。）、首浪預測值、對岸岸坡前浪高及壩址區涌浪預測高度，見表7。

滑動產生的初始涌浪高度為29.78m，對岸岸坡浪高21.6m。考慮雅礱江江水流速的影響，傳播浪浪高計算中進行一定的修正。根據河道地形條件，建議上游采用0.7、下游采用1.2的修正系數，涌浪傳遞至壩址區時預測浪高為14.44m，將對壩體和相關建筑物有影響。

5 結 語

（1）嘎夏帕變形體目前正經歷嚴重的變形，在暴雨和地震因素作用下，整體失穩破壞的可能性較高。

（2）嘎夏帕變形體整體入江將在壩址處產生14.4m高的涌浪，對大壩及相關水力設施產生嚴重的破壞。

（3）Ⅰ區花崗巖脈和砂巖是嘎夏帕變形體整體穩定的關鍵塊體，建議對Ⅰ區花崗巖體采取錨固措施，阻止Ⅱ區和Ⅲ區巖體下滑，保證變形體的整體穩定性；或對嘎夏帕變形體采取整體清方措施，保證楞古水電站建設和運行期的安全。

表5 最小堵江體積計算

表6 涌浪計算參數

表7 涌浪計算結果

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圖8 B區穩定性計算模型

（3）A區若出現變形失穩，對B區穩定性有較為明顯的影響，穩定性計算表明，B區整體在A區下滑后在各種工況下仍處于穩定狀態，但局部地段在暴雨和地震工況下將會產生失穩。

（4）在庫水升降作用下滑坡體存在A區下滑的可能。當A區滑動破壞后，后緣B區由于失去支撐易發生局部牽引式滑動破壞，因此，A區穩定是控制滑坡穩定的關鍵，應對坡體A區采取必要的加固處理措施。

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TV221.1

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1003-9805（2015）04-0048-04

2015-06-09

劉思丁（1981-），男，山西運城人，工程師，從事水電勘察工作。