貴州省盤縣西得泥水庫溢洪道引渠段滑坡成因分析

王銀軍

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽550002)

1 工程概況

貴州省盤縣西得泥水庫位于盤縣灑基鎮(zhèn)，其溢洪道位于壩址右岸，為開敞式，總長230.067 m，凈寬20 m。溢洪道由進口引渠、控制段、泄槽、消能鼻坎等部分組成。擬研究滑坡位于溢洪道引渠段，其右側(cè)開挖邊坡高7 m～15 m，左側(cè)至趾槽開挖邊坡高12 m～20 m。滑坡為土質(zhì)和全風(fēng)化玄武巖滑坡，其前端已向左岸平移了17 m左右，已抵壩址右岸大壩趾板基坑邊上，后沿位于溢洪道引渠段中心線附近。滑坡體滑動軸長40 m，前沿寬約73 m，其面積約2000 m2，估算滑坡體總方量約5000 m3(見圖 1)。

圖1 滑坡體圖片

2 基本地質(zhì)條件

滑坡體所處位置自然地形坡度25°左右。現(xiàn)引渠左側(cè)開挖邊坡高12 m～20 m，坡度約為30°；右側(cè)開挖邊坡高約8 m，坡度約為65°。

該位置覆蓋層主要為風(fēng)化殘坡積(Qel+dl)粉砂質(zhì)粘土夾碎石，厚2 m～6 m；下伏基巖為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組第三段(P3β3)深灰色玄武巖夾1層10 m～30 cm厚的紫紅色、灰紅色凝灰質(zhì)泥巖夾層(見圖2)。夾層分布為傾伏向斜構(gòu)造形態(tài)，向斜軸部傾向左岸，其走向為SW向，與平面夾角為12°左右；向斜NE翼夾層傾向260°，最大傾角為40°左右；向斜NW翼夾層傾向137°，最大傾角為45°左右(見圖3、圖 4)。

圖2 凝灰質(zhì)泥巖夾層

圖3 滑坡體工程地質(zhì)平面圖

圖4 滑坡體2-2＇工程地質(zhì)剖面圖

覆蓋層厚度大。巖體風(fēng)化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖體全風(fēng)化層厚4 m～20 m，玄武巖呈散體狀結(jié)構(gòu)，夾泥較嚴重；強風(fēng)化層厚5 m～8 m，玄武巖為碎裂鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，局部夾泥；全、強風(fēng)化巖體內(nèi)凝灰質(zhì)泥巖呈泥狀，滲透系數(shù)相對較小，為相對隔水層；覆蓋層及全、強風(fēng)化玄武巖的滲透系數(shù)較大，為相對透水層。地下水類型主要為基巖裂隙水和孔隙水。地下水除接受降雨補給外，還接受附近居民排放生活廢水補給，然后沿相對隔水夾層向岸坡低洼處排泄，于溢洪道左側(cè)與右岸趾槽之間出露，枯季流量約為0.2 L/s。

表1 巖(土)體物理力學(xué)參數(shù)表

該工程分別取了7組、6組巖樣進行巖石常規(guī)試驗和直剪試驗。根據(jù)試驗成果、結(jié)合有關(guān)工程經(jīng)驗，考慮到現(xiàn)狀邊坡性狀及水下參數(shù)的軟化，滑坡體各巖(土)體物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。由表可知，全、強風(fēng)化凝灰質(zhì)泥巖力學(xué)性質(zhì)差，尤其水下飽和狀態(tài)時其φ（摩擦角）值僅為5°～6°，C＇（粘結(jié)力）值僅為 8 kPa～12 kPa。

3 滑坡穩(wěn)定性評價

3.1 滑坡發(fā)育特性

研究滑坡體位于壩址右岸溢洪道引渠段，物質(zhì)成分主要為砂質(zhì)粘土夾碎石及散體狀全風(fēng)化玄武巖。滑動面為全風(fēng)化紫紅、灰紅色凝灰質(zhì)泥巖夾層，該夾層厚10 cm～30 cm，地下水浸泡軟化下，其力學(xué)性質(zhì)差(見表1)。由于溢洪道引渠段及右岸趾墻基坑開挖切腳，引發(fā)邊坡沿全風(fēng)化凝灰質(zhì)泥巖夾層產(chǎn)生滑坡。

溢洪道引渠段右側(cè)開挖邊坡高7 m～15 m，左側(cè)至趾槽開挖邊坡高12 m～20 m。滑坡前端在趾墻基坑開挖中，在清除—滑坡—清除—滑坡的循環(huán)中已向左岸方向平移了17 m左右，已抵右岸大壩趾板基坑邊上，后沿位于溢洪道引渠段中心線附近；滑動軸長約40 m；周界形如圍椅狀；滑坡壁高0 m～2 m；滑坡臺階不明顯；滑坡舌抵右岸趾墻基坑邊上，橫向長約110 m；滑坡體上部發(fā)育張拉裂縫，多為弧形；滑坡體中部兩側(cè)為剪切裂縫，較平直，規(guī)模較小；滑面為直線與圓弧的組合(見圖5)。

圖5 滑坡體1-1＇工程地質(zhì)剖面圖

滑坡面積約2000 m2，估算滑坡體總方量約5000 m3。隨著溢洪道引渠、趾槽的不斷開挖，滑坡將不斷發(fā)展，其滑坡壁將不斷后移。因凝灰質(zhì)泥巖夾層分布形如圍椅狀，其頂端抵張家灣村寨前，由于凝灰質(zhì)泥巖力學(xué)性質(zhì)相對砂質(zhì)粘土夾碎石及全風(fēng)化玄武巖差(見表1)，隨著滑坡的發(fā)展，最終滑坡壁將直抵張家灣村寨前，潛在滑坡面積約12200 m2，估算滑坡體總方量約55000 m3。

3.2 滑坡穩(wěn)定計算及評價

3.2.1 滑坡坡穩(wěn)定計算及評價

目前，溢洪道引渠段邊坡在開挖切腳的情況下已產(chǎn)生滑坡，在自然條件下，邊坡在凝灰質(zhì)泥巖夾層上有泉水出露，可以認為凝灰質(zhì)泥巖處于飽和狀態(tài)，其物理力學(xué)性質(zhì)見表1。由于滑坡體較松散，認為滑坡后部滑面為圓弧形；前部沿凝灰質(zhì)泥巖產(chǎn)生滑動，其滑面為平面；對滑坡采用簡化畢肖普法和摩根斯頓－普賴斯法進行穩(wěn)定計算，成果見圖6、圖7。

圖6 現(xiàn)狀情況下的折線滑面安全系數(shù)

圖7 現(xiàn)狀情況下的復(fù)合滑面安全系數(shù)

經(jīng)采用簡化畢肖普法和摩根斯頓－普賴斯法計算，其穩(wěn)定系數(shù)分別為0.990、0.979，均小于《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL 386—2007）對應(yīng)4級邊坡安全系數(shù)1.15，邊坡穩(wěn)定性差，產(chǎn)生滑動。

3.2.2 潛在滑坡穩(wěn)定計算及評價

在分布的巖土體中，凝灰質(zhì)泥巖物理力學(xué)性質(zhì)相對砂質(zhì)粘土夾碎石及散體狀全風(fēng)化玄武巖差。經(jīng)分析，認為溢洪道引渠段邊坡極易沿凝灰質(zhì)泥巖滑動，為折線滑動，采用摩根斯頓－普賴斯法對邊坡進行穩(wěn)定計算，成果見圖8。

圖8 現(xiàn)狀條件下安全系數(shù)

由計算結(jié)果可知，現(xiàn)狀條件下最小安全系數(shù)為1.087，大于1、小于《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》SL 386—2007對應(yīng)4級邊坡安全系數(shù)1.15，表明邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，出現(xiàn)整體滑動可能性較小，但安全儲備不足，在暴雨等不利因素影響下可能出現(xiàn)整體和局部滑動。

該邊坡在水庫運行時，水位從校核洪水位1751.59 m驟降至死水位時最為危險，采用摩根斯頓－普賴斯法對邊坡進行穩(wěn)定計算，其成果見圖9。

圖9 庫水由校核洪水位驟降至死水位安全系數(shù)

由計算結(jié)果可知，蓄水后庫水位由校核洪水位驟降至死水位條件下最小安全系數(shù)為0.743，小于1，難以達到規(guī)范對應(yīng)4級邊坡安全系數(shù)1.10，表明邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，溢洪道邊坡沿凝灰質(zhì)泥巖產(chǎn)生滑坡的可能性大。

由此，溢洪道引渠段邊坡在現(xiàn)狀條件下整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差，易發(fā)生滑坡。水庫蓄水位后，庫水位由校核洪水位驟降至死水位時，邊坡整體穩(wěn)定性差，易發(fā)生整體滑坡，其后緣直抵距趾槽基坑約200 m遠的張家灣村寨前。

4 滑坡成因分析

溢洪道引渠段邊坡挖切腳前總體穩(wěn)定，在右岸趾槽及溢洪道引渠開挖對岸坡切腳后，產(chǎn)生局部滑坡。水庫蓄水位后，庫水位由校核洪水位驟降至死水位時，邊坡整體穩(wěn)定性差，易發(fā)生整體滑坡。經(jīng)分析，滑坡的成因主要有內(nèi)因和外因兩個因素。

4.1 滑坡產(chǎn)生內(nèi)因

1)滑坡位置覆蓋層為砂質(zhì)粘土夾碎石，滲透系數(shù)相對較大，透水性較強。下伏基巖為玄武巖，全風(fēng)化狀態(tài)下呈散體狀結(jié)構(gòu)，較松散，滲透系數(shù)相對較大，透水性較強。

2)該位置在玄武巖中發(fā)育1層凝灰質(zhì)泥巖夾層，在全、強風(fēng)化狀態(tài)下呈土狀，滲透系數(shù)相對較小，透水性較弱，為相對隔水層。同時，在地下水長期浸泡下力學(xué)性質(zhì)差(見表 1)。

3)滑坡位置凝灰質(zhì)泥巖夾層呈向斜構(gòu)造狀，其成因為兩次火山噴發(fā)間歇，火山灰沉積在凹凸不平的巖漿巖上形成。該向斜構(gòu)造為傾伏向斜，其軸部傾向左岸，傾角為10°左右，該位置邊坡結(jié)構(gòu)總體為順向坡。

4)由于匯水向斜構(gòu)造的存在，地下水在接受降雨及人工排水補給后，沿覆蓋層、全(強)風(fēng)化孔隙、裂隙等下滲，受相對隔水層——凝灰質(zhì)泥巖夾層阻擋后，沿夾層向低洼的右岸趾槽基坑位置流動、排泄。

4.2 滑坡產(chǎn)生外因

1)溢洪道及右岸趾槽基坑開挖，對邊坡切腳形成較高陡邊坡。

2)持續(xù)降雨及居住在邊坡上部的居民排放生產(chǎn)、生活廢水入滲至松散的覆蓋層及全、強風(fēng)化巖體中，從而導(dǎo)致巖、土體的容重增加，且降低了滑動帶——凝灰質(zhì)泥巖夾層的力學(xué)性質(zhì)(見表1)，惡化邊坡穩(wěn)定條件。

在外因、內(nèi)因的共同作用下，溢洪道引渠段左側(cè)的局部邊坡已經(jīng)產(chǎn)生滑動(見圖1、圖3)。目前，右岸趾槽已開挖至設(shè)計高程，滿足設(shè)計要求；溢洪道引渠段未開挖至設(shè)計高程，仍需繼續(xù)開挖，對邊坡切腳不斷加劇，受其影響，滑坡將不斷發(fā)展、加劇，最終滑坡后沿直抵上部村寨，嚴重威脅村寨居民生命財產(chǎn)安全。

5 結(jié)語

該滑坡發(fā)育于覆蓋層及全、強風(fēng)化玄武巖地層中，滑動面為向斜狀展布的全風(fēng)化凝灰質(zhì)泥巖夾層，受降雨及當?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活用水補給后，沿凝灰質(zhì)泥巖夾層向低洼帶運移、排泄，在此過程中降低了夾層的力學(xué)性質(zhì)，是滑坡的產(chǎn)生的原因之一。同時，溢洪道引渠段及右岸趾槽開挖對斜坡切腳，是滑坡產(chǎn)生的原因之二。隨著開挖的繼續(xù)進行，滑坡將不斷發(fā)展、加劇，最終滑坡后沿直抵上部村寨，嚴重威脅村寨居民生命財產(chǎn)安全。

該滑坡發(fā)育二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組第三段(P3β3)地層中，巖性以玄武巖為主，在玄武巖中層理不發(fā)育，但在火山噴發(fā)間歇沉積的火山灰就形成了夾層，其巖質(zhì)軟弱，抗風(fēng)化、抗軟化能力差，在發(fā)育的滑坡中往往為滑面或滑動帶。對該滑坡的形成機理和形成條件的分析、歸納和總結(jié)對今后此類地層中工程建設(shè)具有借鑒意義。