構造控制風化巖邊坡側旋滑移及監測結果映現

劉震濤 尚彥軍 邵鵬

摘? ?要：本文以梅州市大埔韓江高陂水利樞紐右岸邊坡為例，據現場工程地質勘察、鉆探開挖揭露和坡體變形監測數據，分析該風化花崗巖邊坡地質特點及不同開挖階段監測點的位移。發現該邊坡的滑移受到地質構造控制：斷裂控制其后緣拉裂縫;節理密集帶控制東邊界側緣溝谷;與斑狀花崗巖相伴生的輝綠巖脈控制其西邊界。工程上采取關閉滑體中部通過的公路、補充地質勘探、加強變形體監測、滑體中上部快速削方卸載、保護好西緣輝綠巖脈之下起抗剪支撐作用的塊狀斑狀花崗巖體、減少西側緣坡腳開挖范圍并及早回填砼擋土墻、滑坡前緣跳槽式開挖等工程搶險和加固處理措施，取得了預期效果，保證了坡腳尾水房擋土墻下挖期間的施工安全。

關鍵詞：水利樞紐;風化巖邊坡;構造控制;輝綠巖脈;側旋滑移

斷裂控制的滑坡分布常與地形地貌、地層巖性及坡體與斷裂的交切密切相關[1]。通過對西南鐵路滑坡的調查發現，在活動性強的大構造及不同構造單元交接帶，滑坡分布較集中，在大斷層帶附近巖體較破碎，這更有利于地下水活動及滑坡發生[2]。絕大多數巨型-大型滑坡緊鄰斷裂上盤發育，斷裂錯斷方式對滑坡滑動方向有較大影響[3]。殷躍平通過對武隆雞尾山滑坡研究，提出了斜傾厚層山體視傾向滑動并轉化為高速遠程碎屑流的新型失穩模式，并提出了斜傾厚層山體滑坡視傾向滑動應具備下部穩定山體阻擋等5個條件和需以前緣阻滑的“關鍵塊體”為重點的防治思路[4]。室內物理模擬試驗表明，不同滑動方向的滑體運動軌跡有較大差異，原因是滑坡體受邊界轉折銳夾角（偏轉角）約束阻擋以及在此處運動機制不同，偏轉角越大，轉角約束導致滑坡運動方向改變越大，滑坡運動距離越小;偏轉角使滑坡體出現明顯顆粒篩分（破碎化）現象[5]。

梅州市氣候介于中亞熱帶與南亞熱帶之間，從地理分區看，該區位于長江流域與東南沿海河流域交接處;從地貌上看，該區位于南嶺山地與浙閩山地交接地帶。4-6月副高北緣雨帶停滯在華南地區，導致梅州降雨頻繁，易發生暴雨洪澇災害[6]。作為研究區主要河流，韓江是其上游梅江、汀江和梅潭河在大埔的三河壩匯流形成。韓江自三河壩由北向南，經高陂、譚江鎮，流向潮州、汕頭后注入南海。作為韓江下游及三角洲防洪工程體系中不可替代的工程和供水總體布局中的關鍵性工程，高陂水利樞紐工程位于干流的梅州市大埔縣高陂鎮上游約5 km處，正常高水位為38.0 m，最大庫容為4.1×108 m3，年發電量達5.85×108 度。該河段河床寬200～600 m，兩岸山體高程一般100 ～500 m，兩岸分水嶺發育。眾多溪流匯入韓江，河兩側沖溝泉水補給河流，高程100 m以上沖溝常年有流水。2019年2月24日右岸上壩道路壩縱YSK0+120～260范圍的道路上方邊坡、道路平臺及其下方廠房尾水擋墻開挖坡面出現裂縫，并開始了較持續的滑移變形，破壞了在邊坡中部通過的省道S222，影響到擋土墻基坑開挖施工安全1。

作者依據工程地質補充勘察（包括鉆探編錄和斷層分析）、變形監測等第一手資料和現場調查，提出了該邊坡受斷裂構造控制而呈右旋弧形滑移的變形破壞模型。宏觀裂縫展布特點和監測結果驗證了該模型的合理性，據此開展的滑坡災害防治工作取得了預期效果。

1? 高陂水利樞紐工程右岸邊坡工? ? ? 程地質條件

高陂水利樞紐工程區地層主要由侏羅紀砂巖和燕山第三期花崗巖組成[7]。燕山運動第三期巖基大埔巖體呈NE走向展布，巖性以中粒與中粒斑狀花崗巖為主，構成了壩址區主體巖性。據地質勘察資料和邊坡施工開挖揭露情況，右岸為風化深槽，全風化夾強風化巖體;左岸為硅化角礫巖。右岸上壩道路存在弱風化巖面構成呈U型的風化深槽，向河邊廠房尾水區基坑傾斜。壩縱樁號YSK0+140～0+260段左側路基下邊坡開挖揭露顯示風化槽內為風化劇烈的花崗巖全-強風化巖，局部夾弱風化巖透鏡體。強風化巖被多組裂隙切割，巖體完整性差，夾大量風化土，風化槽弱風化巖埋深6～20 m。右側路面邊坡坡面以花崗巖風化土為主，風化土厚8～12 m。強風化巖被多組裂隙切割，厚5～13 m;弱風化巖較堅硬，巖體完整性較好，頂面埋深10～20 m。受風化槽影響，YSK0+140～0+260路段邊坡地質情況復雜，工程地質條件差（圖1）。

從構造體系上看，高陂水利樞紐區位于NE走向的大埔-豐順華夏系，屬粵東隆起區II4。區域性斷裂蓮花山斷裂帶東支（海豐-豐順）延伸至大埔[8]。受區域構造控制，壩址區NW向斷裂構造最發育，次為NE和近NS向構造。據地質測繪資料，一般是NW向斷層切割NE向斷層。從兩者切割交接關系判斷，NE向屬于早期構造，NW向屬于后期構造。根據現場地質調查結果及相關資料，滑坡區發育兩條規模不等、走向近乎正交的斷裂（編號為F8和F8’，其中F8沿用勘測報告編號）（圖2）。

位于滑坡后緣的F8斷裂為該處規模最大的斷裂，其大致沿滑坡體后緣——電站辦公區西側陡崖展布，中壩線下游右岸約900 m公路邊及下游左岸約1 300 m公路邊均見斷層F8，產狀40°∠70°～80°，寬1～8 m，由壓碎巖、片狀巖及扁豆體巖塊組成，下盤擠壓面有10～30 cm寬的角礫巖，硅質膠結，場區可見長度800 m以上，推測其性質為左行走滑-正斷層。在F8斷裂作用下，其北側山脊產生了一系列的弧形拐彎。受該斷裂左行運動牽引，滑坡兩側NE向溝谷所反映的F8’斷層表現為拖曳而呈平面S型，剖面上呈弧形起伏，可見長度150 m以上，總體傾向NW，性質未明。F8’斷層以節理密集帶和深切S型溝谷形式出現，大致沿滑坡體東側邊緣深窄溝谷展布，形成時期早于F8。 F8和F8’兩條斷裂在滑坡后緣SW端部交匯，將山體切割成開口向NNW的楔形滑體，這兩條斷裂就成為高陂水利樞紐工程右岸滑坡的控制性地質構造。

壩址區節理明顯受斷裂構造控制，NW向與NE向二組節理性質相似，互為配套。NW組：產狀N40°～60°W/NE、SW∠60°～80°，一般3條/m～6條/m，裂面普遍銹黃色，多有鐵質，面平直，延伸較長，微張。走向與斷層F8和河右岸基本一致;NE組：產狀N25°～50°E/NW、SE∠50°～85°，一般2條/m～5條/m，裂面普遍銹黃色，多有鐵質和綠泥石薄膜，面平直，微張。走向與S溝谷和斷層F8’基本一致。

據鉆孔揭露的資料分析，壩址基巖裂隙較發育，特別是弱風化帶以上，裂隙更發育，裂隙產狀以中陡-陡傾角為主，裂隙面普遍有鐵質渲染，多呈褐黃色，部分裂隙面見綠泥石薄膜，微張。

坡體內地下水位隨季節變化，徑流方向與地形變化一致，由高向低至坡腳處排泄流入韓江。在補充勘探期間，坡腳強風化巖體多處有地下水滲出。

全風化帶土體一般呈砂質土狀，該層滲透系數平均值K=2×10-4? cm/s，具中等透水性。強風化帶與弱風化帶上部巖體裂隙發育，裂面多張開，充填鐵錳質，多具中等-強透水性。邊坡開挖過程中，坡面雨水滲入坡體內部，沿強風化帶底部向坡體外滲出，降低了該處抗剪強度，形成軟弱結構面，是邊坡產生變形的主要不利因素。靠近輝綠巖脈風化槽的存在，說明該處富水性和連通性較好（圖3-a）。

2? 構造控制的邊坡變形破壞特征

根據現場工程地質勘察、開挖揭露的地質條件以及坡體變形實測資料分析，邊坡變形體總體呈中間坐落塌滑、兩側牽引向上游的剪裂形式，表現為右旋混合式蠕動變形，滑體中下段以推移式滑移為主，頂部及兩側為牽引式滑移。邊坡變形體后緣以坡面最高（高程約95 m）斷層F8為界（圖3-c，d），邊坡變形體內部沿不同深度的不連續軟弱面滑移，呈現多段滑移，未發現連續的滑動面。

受F8斷裂左行運動影響和滑坡體北西側基巖限制，滑坡中后部（S222道路內側坡）向韓江上游滑動，方向為340°，坡度小于20o，斜長約150 m，滑體切過路面寬105 m。滑坡前部（道路外側坡）向韓江下游滑動，方向約35°，總體坡度30o，斜長約50 m，坡腳基坑開挖前被削出4級馬道（寬3.0～3.5 m）? ? ? ? ?（圖3-a）。滑坡邊緣剪裂縫明顯且呈右列式分叉，造成該現象的原因是受其西（左）側軟弱的輝綠巖脈阻水及堅硬的塊狀斑狀花崗巖體的阻擋（圖3-c），導致滑坡體滑動方向發生了順時針偏轉，并呈普遍向上游方向水平位移的變形特點。

原弧形邊坡地形面坡角小于20o，2月24日發現裂縫且一直蠕動變形，在強降雨作用下變形速率有所增大。滑坡體表面坡角約18o，高差約80 m，斜長200 m，滑動面埋深6～10 m，滑坡體積約12×104 m3，屬于中淺層風化破碎巖體蠕滑中型滑坡。

3? 變形監測結果分析

在現場出現裂縫的邊坡上分階段設立了變形監測點。前期監測點在邊坡開挖中大部分被破壞而在下一期重新建立。第1批25個監測點分別建立于2月：1～5號測點2月21日號建立;6～7號測點2月25日建立;8～15號測點2月26日建立;16、17號測點3月2日建立。第2批增加6個監測點N1～N6設立于4月8日，第3批5個監測點M7～M11于4月20號建立，第4批9個監測點設立于5月8日，第5批5個監測點A1～A5設立于6月8日。在3個月時間里分5批設立了不同部位監測點近50個。其平面投影位置見圖4。隨著邊坡的開挖，其先后設立位置見圖5。

監測點位置坐標采用西安坐標體系，X軸為壩縱（走向平行河流），Y軸為壩橫（走向垂直河流，與壩軸向70o一致）。X值負值向上游、正值向下游，Y值負值向左岸、正值向右岸。海拔高程系統采用珠江基準。豎向Z軸向下為負值。

采用高精度經緯儀定時觀測方法，得到不同監測點的X、Y和Z 3個方向的變形量，將隨觀測時間增加的位移增量累加，得到各測點的累積變形量。總體來看，這些測點水平方向（沿X和Y軸）的變形大于垂直方向（Z軸）變形，向左岸方向（Y軸負）變形大于向上游方向（X軸負）變形（圖6），且絕大部分監測點最終監測結果是向上游及左岸方向變形為主，即東西側緣均發生了近乎一致的向X軸負方向的變形? ? （圖4）。在小變形時或初始階段，則幾個方向的差別不太明顯。

測點8位于路面上滑坡西側緣以外，其監測數據可反映滑體外側非滑動體的變形。實際監測結果表明，測點8發生了向坡內側和上游位移，反映出滑坡體西側緣以外非滑體受滑體擠壓以及滑體西側緣的左行剪切作用（圖6-a）。位于坡面上滑體東側緣內N1點在兩個方向上的變形相等（X=Y），位移方向沿X-Y對角線方向。滑體西側緣內的N2點和M7點，向左岸變形大于向上游變形。在東側緣受F8’控制的測點5，開始時X和Y方向變形接近，且遠大于垂向變形，隨著時間推移，其向左岸方向變形逐漸加大，表明隨著坡腳開挖，東邊界向外側的運動增強。

由圖6可見，初始滑動時，向上游和向左岸的變形與垂向變形基本接近。隨時間推移，向上游變形超過垂向變形，基本穩定在100 mm，向左岸的變形與垂向變形的差值一直在持續增加，由50 mm逐漸增大到700 mm。這些隨開挖卸荷不同時間設立、在不同時間段里真實監測的數據，其3個方向的位移矢量密切相關，顯示了很好的整體滑動性和偏轉中壓密有關的近于彈性的三分量等比例變形特點，這是較少見的線性相關關系曲線，也是現場滑坡前緣未見到大規模的鼓張弧形裂隙，而只是西緣右列式近直立剪切面和不同高程坡腳泥流的出現，顯示了不同位置和高程弧形剪切作用的存在（圖7）。

4? 右旋滑移模式的建立

根據該風化花崗巖邊坡地質特點及不同開挖施工階段監測點的三維運移矢量分析，得到滑體受地質構造控制的方式：中尺度斷裂F8控制其后緣拉裂縫，節理密集帶F8’控制東邊界側緣溝谷，與斑狀花崗巖相伴生的輝綠巖脈控制其西邊界，3個邊界構造組合對滑體的控制導致該邊坡滑體發生順時針右旋滑移：統一向河流上游（壩縱X軸負方向）變形、X方向和Z方向變形差值穩定、隨時間發展向河流左岸變形逐步加大。

在這樣的地質模型和變形方式下，發生了邊坡的破壞：滑體東緣邊界拉剪而使混凝土擋墻西側外張破壞，滑體西緣邊界右列式壓剪和擴容而使邊緣裂縫近直立且光滑平直，平面上呈右列式斷續分布，同時滑體壓密排水，這使得地下水以集中的泥流形式排泄（圖5）。壓剪帶變形擠壓滑體邊界外側非滑動塊體，導致非滑動體的抬升和向坡內變形。整個斜坡和溝谷的地貌形態或可指示出，歷史上曾發生過此類弧形滑移。

近50個監測點4個月階段性監測結果表明，滑體不同部位的變形位移矢量協調，滑體東緣邊界（基巖溝谷）附近滑體向西北（河流上游）運動，陡立的西側邊緣附近滑體也向同方向運動且向河左岸運移。滑體西部滑移量大，而東部較小。宏觀裂縫形態及三維變形結果驗證了上述邊坡在構造控制下的右旋滑移破壞模式。

5? 滑坡搶險和地質隱患處理

針對該邊坡滑體右旋滑移變形的情況，工程上采取了迅速封閉在滑體中部通過的省級公路、覆蓋后緣和側緣裂縫減少降水入滲、補充地質勘探和裂縫空間發育特征調查、加強變形體外觀監測、保護好西側緣軟弱致密的輝綠巖脈之下起抗剪支撐作用的塊狀斑狀花崗巖體、減少西側緣坡腳開挖范圍和及早回填砼擋土墻、滑坡前緣跳槽式開挖等工程搶險和加固處理措施。6月以來，邊坡中上部全風化土卸荷方量達10×104 m3;后緣排水溝已修好，可及時引出上游來水減少入滲量;滑坡體前緣尾水挖到弱風化巖后6-7號擋墻己澆基礎砼，達到了預期效果。目前正在向上游開挖3號塊，然后構筑擋土墻。上述工程措施已使邊坡滑體達到基本穩定狀態，使滑坡對工程的不利影響降到最低。

6? 結論

受構造控制的邊坡變形形態與一般重力控制的均質邊坡鉛垂剖面上的圓弧滑動有很大不同。對高陂水利樞紐右岸邊坡變形破壞調查研究，揭示了斷裂控制的滑體右旋滑移模式。宏觀裂縫及非對稱的變形監測結果驗證了該模型，尤其是邊坡體向河流上游的一致變形、水平方向變形大于垂直方向、初期兩水平方向變形接近、后期向左岸變形明顯加大等三維矢量時空關系轉化，基本勾勒出了該邊坡的時空變形軌跡。構造控制和巖脈控水及壓剪作用下，滑坡體西側緣成為泥水集中排泄通道，固結壓密的風化槽及其周邊的強-中風化花崗巖，表現出了似彈性介質特性，X、Y和Z 3個方向的位移量呈高度線形相關，向壩縱X軸負方向位移量較穩定而相對較小，東緣水平位移量遠大于垂向變形。

針對此類邊坡順時針弧形滑動和側緣集中排水，應急搶險階段迅速覆蓋裂縫防止水的繼續入滲、中上部大規模卸載、封閉滑坡體上道路交通。開挖中對壓剪側緣支撐體的保護、坡腳跳槽開挖等是有效降低地質災害損失、提高尾水庫擋土墻施工和運行期安全的有效措施。

致謝：現場工作得到高陂水利樞紐工程各參建單位領導和技術人員的大力支持和協助。文中邊坡變形監測數據和邊坡鉆孔等原始資料來源自廣東省水利電力勘測設計研究院等單位的技術報告。在此謹致謝忱！

參考文獻

[1]? ? 張瑩.斷裂控制的滑坡分布規律及機理研究——以柳家坡滑坡為例[D].長安大學碩士學位論文，2013.

[2]? ?鐵路滑坡分類及分布規律研究專題組. 我國鐵路沿線滑坡分布規律[A].滑坡文集（第二集）[C].1979：6-23.

[3]? ?黃潤秋.汶川8.0級地震觸發崩塌災害機理及其地質力學模式[J].巖石力學與工程學報，2009，28（6）：1239-1249.

[4]? ?殷躍平.斜傾厚層山體滑坡視向滑動機制研究——以重慶武隆雞尾山滑坡為例[J].巖石力學與工程學報，2010，29（2）：217-226.

[5]? ? 趙運會，樊曉一，王海瓜，等.偏轉型滑坡滑動與堆積影響因素研究[J].人民長江，2017，48（3）：48-52.

[6]? ?羅迎新.梅州市氣象災害的形成、特征及其防治[J].熱帶地理，2007，27（6）：505-510.

[7]? ?廣東省地礦局.廣東省區域地質志[S].北京：地質出版社，1988.

[8]? ?廣東省地質局區域地質調查隊一分隊.中華人民共和國區域地質調查報告：梅縣幅? （G-50-XXXⅢ， 比例尺1∶20萬）[S].1971.