某水電站庫區古滑坡穩定性分析

盧 民 陳子華 胡小光

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司,云南 昆明 650051)

0 引言

隨著國家西南地區一大批水電站的建設，對電站庫岸穩定性進行研究已成為一項緊迫性工作。當電站完工開始蓄水后，庫區內原有的部分滑坡、崩塌體等將被淹沒。水會降低土體的抗剪強度參數，將降低這些不穩定地質體的穩定性。當電站在正常運行過程中，水位漲落將對已有滑坡和崩塌堆積體的穩定性產生不利影響，如果發生地震，地震產生的滑坡等次生災害造成損失也很嚴重。本文以正在建設中的西南地區某水電站庫岸古滑坡為例，在宏觀地質判斷的基礎上，對該古滑坡進行了穩定性分析。計算分析時，取滑坡在天然狀況水位380 m、施工期水位450 m和正常蓄水位600 m三種蓄水位工況，以及不考慮地震(地震系數Kh=0)和考慮8度地震工況(Kh=0.18)共6種組合，來進行穩定性計算分析。綜合現場宏觀地質判斷及穩定性分析結果，全面評價了該滑坡在各種工況下的穩定性。

1 滑坡體基本特征

1.1 地理位置與空間形態特征

該滑坡體發育在正在建設中的西南某水電站近壩庫段內，位置在江右岸。滑坡離壩址距離為22.6 km～27.0 km，體積為3 670萬m3。滑坡所處江段，江水總體流向由N46°E轉為N24°E。河谷深切，切割深度達1 500 m～1 800 m。

從空間形態來看，該滑坡前緣的物質已堆積到江邊，高程為380 m～410 m。滑坡的后緣部分為一平臺，高程為630 m～660 m，長約630 m，寬210 m～310 m，總體以3°～6°向坡內反傾；平臺前緣臨江斜坡較陡，坡度總體為36°～42°。

1.2 滑坡體物質組成特征

現場地質鉆孔揭示：滑坡滑床基巖為志留系下統龍馬溪組的泥頁巖及粉砂巖。滑坡各層物質分別敘述如下：

1)表層滑坡堆積體：主要物質為二疊系陽新灰巖(P1y)，以及玄武巖(P2β)。主要為表層分布，大多數厚度為10.50 m～60.30 m，最厚的位置達到135.70 m。碎石的形狀為棱角狀，粒徑大部分為4 cm～7 cm，最大粒徑可達11 cm，結構呈松散狀態。

2)主滑坡堆積體：主要物質為陽新灰巖(P1y)的碎石層，在滑坡的前緣、滑體的中部、上部等位置多有分布，是滑體物質的主要成分。厚度一般為33.67 m～75.01 m。

3)志留系地層為主的碎石層，原巖為泥頁巖，主要在滑體的底部分布，厚度26.5 m～30.5 m。

古滑坡剖面圖如圖1所示。

2 滑坡穩定性分析

2.1 宏觀地質判斷

滑坡穩定性分析首先要進行現場的宏觀地質判斷。在此基礎上，再對滑坡進行各種工況下變形與穩定性的計算分析，最后對滑坡的穩定性進行綜合判斷[1]。對于該古滑坡，主要從以下幾方面進行定性分析：

1)通過實際現場勘察及查閱相關資料，沒有發現古滑坡有復活以及變形破壞跡象；庫區移民搬遷后人類活動對滑坡穩定性的影響也將大大減小。

2)該古滑坡經過高速滑動后，位能已經較低；上游側溝深切，地表水排泄通暢；滑坡體物質為塊碎石層，透水性好；滑面平緩，且水平段距離較長。

3)滑坡前緣堆積的大量陽新灰巖塊碎石減緩了河流對坡腳的切割，降低了古滑坡復活的可能性。

上述分析表明該古滑坡目前處于穩定。但安全裕度有限，在水庫蓄水及地震作用下，有滑坡的可能性。

2.2 滑坡穩定性計算

2.2.1模型與計算參數選取

依據滑坡結構特征，將滑坡體物質組成概化為三種，即：滑體、滑帶和基巖。

穩定性計算時，需要先建立分析模型。根據地質專業提供的剖面圖，在軟件中建立的模型如下：計算剖面X軸方向的長度為1 860 m，Y軸方向的長度為750 m。土體材料考慮為彈塑性材料，強度破壞準則采用摩爾—庫侖強度準則。

計算分析時的抗剪強度參數由現場實驗并經工程類比后，經綜合分析后確定。該滑坡進行過現場大型直剪試驗，試驗得到的抗剪強度參數值如表1所示。

表1 大型直剪試驗抗剪強度參數

為較準確的得到抗剪強度參數，進行了參數的工程類比。類比對象選擇為左岸谷肩的滑體以及滑帶成果：滑帶土天然容重γ=19.5 kN/m3，粘聚力c=22 kPa～52 kPa,內摩擦角φ=23°～26°；滑體土天然容重γ=20.5 kN/m3，粘聚力c=35 kPa～55 kPa,內摩擦角φ=30°～35°。

綜合試驗及工程類比參數，滑坡穩定性計算選取的參數取值如表2所示。

表2 滑坡穩定性計算參數取值

二維極限平衡分析法的分析結果通常作為穩定性判斷和工程設計的依據[2]。根據SL 386—2007水利水電邊坡設計規范中第5.2.7規定，對于土質邊坡和呈碎裂結構、散體結構的巖質邊坡，當滑動面呈非圓弧形時，宜采用摩根斯頓—普賴斯法(Morgenstern-Price)進行抗滑穩定計算。

本文對天然狀況水位380 m、施工期水位450 m和正常蓄水位600 m三種蓄水位工況，以及不考慮地震(地震系數Kh=0)和考慮8度地震工況(Kh=0.18)共6種組合，來進行穩定性計算分析。水平地震系數的選取，用壩址區成果。依據滑坡體上進行的鉆孔實驗對滑帶性狀的揭示，軟件計算時指定滑動面，即建模時在滑體下部設一層厚約0.5 m～2.3 m軟弱層，其強度采用滑帶處抗剪強度參數。蓄水到450 m和600 m浸潤線位置利用GeoStudio軟件中的Seep計算程序所得的結果確定。

2.2.2計算結果

對6種組合工況下采用極限平衡法計算得到不同滑面如圖2所示。計算方法為摩根斯頓—普賴斯法(Morgenstern-Price)和Bishop改進法[4]。以長期穩定性安全系統1.5，短期1.25為標準，同時也推薦Taylor圖表法和Bishop改進法進行檢驗。計算得到安全系數如表3所示。

表3 滑坡穩定性計算成果表

Morgenstern-Price法計算結果表明：該滑坡在天然狀態水位380 m下，安全系數為2.72，表明滑坡整體很穩定。野外宏觀地質調查也沒有發現滑坡體有變形跡象，綜合判斷該滑坡體天然狀態下為穩定狀態。考慮地震作用時，穩定性系數1.75，仍然比較穩定；當施工期水位450 m時，滑坡穩定安全系數為2.62，與天然狀態比較接近，滑坡整體穩定性很好；考慮地震作用時，穩定性系數1.53，仍然穩定；水庫蓄水到600 m后，穩定性系數1.23，相比前兩種工況下降達51%，處于暫時穩定狀態。地震作用下安全系數為0.75，將發生滑坡。但由于在蓄水后，滑坡不具備整體高速下滑的條件，滑坡大部分物質已被庫水淹沒，滑動物質的勢能將非常低，因此對工程不會有大的影響。

3 結語

本文對庫區開展野外調查，大型原位試驗以及穩定性計算，獲得以下結論：1)綜合現場宏觀地質調查及穩定性計算的結果，認為該古滑坡在380 m和450 m自然工況下比較穩定。當發生地震時，兩種工況計算下，滑坡處于不穩定狀態。對滑動面的分析表明，滑動面積較大，必須引起足夠重視。2)600 m蓄水和考慮地震后，穩定性大大降低，都將發生滑坡。但由于在蓄水后，滑坡不具備整體高速下滑的條件，滑坡大部分物質已被庫水淹沒，滑動物質的勢能將非常低，因此對工程不會有大的影響。