銅街子水電站大壩左岸古滑坡體穩(wěn)定性分析

郭 家 成， 柯 虎 ， 江 德 軍， 劉 恒， 魯 晨 陽

(國能大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041)

1 左岸右滑坡體現(xiàn)狀

銅街子水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)境內(nèi)的大渡河上，電站壩軸線下游的左岸，為一片平緩的臺(tái)地[1-4]。前期水電站的地質(zhì)勘探工作者認(rèn)為，新華臺(tái)地是第四紀(jì)冰川融凍的產(chǎn)物，僅表面有塌滑現(xiàn)象。所以在原初步設(shè)計(jì)中，將左壩肩及主要水工建筑物均布在新華臺(tái)地上。經(jīng)地面調(diào)查和物探后，根據(jù)大量資料判定，新華臺(tái)地由南北兩個(gè)特征不同的滑坡群組成，北區(qū)滑坡群處于整體活動(dòng)中；南區(qū)滑坡群由全新世晚期的一次大滑坡解體及牽引周圍坡體，使其失穩(wěn)而形成[5-6]。

為進(jìn)一步了解銅街子水電站左岸古滑坡體的變形規(guī)律，保證大壩安全，通過古滑坡體的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、長期監(jiān)測等資料，對銅街子左岸古滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，分析其復(fù)活的可能性和變化趨勢，十分必要且勢在必行。

2 左岸滑坡堆積的形成機(jī)理

2.1 滑坡體的結(jié)構(gòu)和成分

銅街子水電站位于四川盆地西南邊緣，屬中、高山峽谷與底衫丘陵過渡地帶。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造體系可分為南北構(gòu)造和北東構(gòu)造。樞紐區(qū)構(gòu)造褶曲舒緩，中小斷裂發(fā)育而強(qiáng)烈。電站左岸滑坡堆積由塊碎石夾粘土、亞粘土組成，塊石棱角分明，大小不一，常常架空堆積。越靠近滑坡體上部，大塊石含量越多，塊石越大，越能體現(xiàn)母巖特征。在坡體的后部，堆積物為銅街子組加飛仙關(guān)組地層碎塊石夾粘土。在坡體前半部，堆積物有明顯的層次，自下而上可分為三層：

(1)紫紅色粘土夾塊碎石層(f1)，厚0.2～10 m。塊石為飛仙關(guān)組紫紅色砂巖，具棱角，排列雜亂，一般塊徑10～30 cm，大者60～80 cm。本層豎井土樣的礦物成分以水云母為主，含高嶺石、蒙脫石和赤鐵礦，與上覆碎石土層界面清晰。

(2)灰綠色塊碎石夾灰綠色重壤土或粘土層(S2)，該層厚約9～14 m不等，塊碎石為單一的灰綠色砂巖，面新鮮，具棱角，排列雜亂，一般塊徑為10～20 cm，大者80～100 cm。粘土細(xì)膩，具滑感。本層成分單一純凈，為沙灣組灰綠色砂巖、泥巖地層的破碎產(chǎn)物。該層下部出現(xiàn)滑面。本層土樣的成分為水云母、高嶺石、蒙脫石和石英。

(3)紫紅色粘土夾飛仙關(guān)組塊碎石層(f3)，該層廣布斜坡表層，厚1～45 m不等，塊石具棱角，排列雜亂，有架空現(xiàn)象，局部見大塊石集中，相互嵌合，一般塊徑20～40 cm，大者80～100 cm，巨者20～400 cm，成分為飛仙關(guān)組砂巖，坡后有銅街子組砂巖或灰?guī)r碎塊。局部仍保留母巖的層理、垂直裂隙等結(jié)構(gòu)。有囊狀純粘土出現(xiàn)，井壁易坍塌。此層與下伏S2層界面波狀起伏，關(guān)系突變。

2.2 滑坡體的形成條件

2.2.1 巖性條件

本區(qū)出露的沙灣組砂頁巖、泥巖及飛仙關(guān)組的砂巖、泥巖等地層均為易滑地層。這些地層軟硬相間。其中泥巖、頁巖富含粘粒，遇水極易軟化、泥化，使巖體強(qiáng)度大幅度降低。當(dāng)巖體破碎以后，或在風(fēng)化破碎、剝落形成的堆積物中，粘粒極易在堆積物的某一層中富集，在條件適合時(shí)逐步發(fā)育成滑動(dòng)面。

2.2.2 結(jié)構(gòu)條件

本區(qū)沙灣組及飛仙關(guān)組地層中發(fā)育七組節(jié)理裂隙，其中特別發(fā)育的三組節(jié)理與滑坡發(fā)育直接有關(guān)。走向近南北、傾向東的陡傾裂隙使坡體與后緣山體分開，其中一部分成為滑坡后緣邊界;走向近東西的陡傾節(jié)理為滑坡發(fā)育提供了側(cè)面邊界；走向近南北，傾向東的緩傾裂隙和部分層面是構(gòu)成本區(qū)滑動(dòng)面的主要軟弱結(jié)構(gòu)面。

2.2.3 其他條件

由于大渡河深切，使斜坡成為高陡斜坡，滑坡體較易剪出。以及本區(qū)地表水及地下水較為豐富，使巖石風(fēng)化破碎，使泥巖、頁巖軟化、泥化、從而促使了滑動(dòng)面的形成。

2.3 滑坡過程及滑動(dòng)方式

滑坡發(fā)生前的推測地質(zhì)剖面見圖1。大渡河左岸共有四級階地，階地座主要由沙灣組地層構(gòu)成，第一級階地部分基座是峨眉山玄武巖。基座之上均有幾米至十幾米的河流相砂卵石堆積。各級階地和山坡上堆積有十幾米至幾十米的以崩落的飛仙關(guān)組地層為主的破碎巖塊，在坡體前部也有少量沙灣組地層的坡殘積碎塊。越靠近山后，堆積物愈厚，塊石愈大。

圖1 推測的滑坡發(fā)生前的地質(zhì)剖面

厚層塊石堆積使下伏基巖承受重荷，加上本地降水豐富，降水又很容易沿堆積物下滲到基巖，再沿飛仙關(guān)組或沙灣組地層中發(fā)育的節(jié)理裂隙下滲，在重力和水的作用下某幾組軟弱結(jié)構(gòu)面逐漸貫通形成滑移面。滑移面的前段和中段在沙灣地層中發(fā)育，后段為飛仙關(guān)組和銅街子組地層中的陡傾裂隙。

滑移面一旦形成，在地震、暴雨等因素觸發(fā)下，其上覆厚層堅(jiān)硬砂巖及其它巖層便如一個(gè)剛體，迅速將勢能變成動(dòng)能，快速地向大渡河方向滑去，鏟平了520 m高程的基座，破壞了480 m高程基座以上的砂卵石層，使450 m基座以上的砂卵石層成為弧形凸出，又在風(fēng)化破碎的飛仙關(guān)組崩坡堆積物上向前滑動(dòng)。到達(dá)河漫灘上以后，滑坡體雖遇到了強(qiáng)大的抗滑力，由于滑體具有強(qiáng)大動(dòng)能(高速、大體積)，在砂卵石層上仍然滑動(dòng)了約100m后才停止。這樣，在滑坡前部形成了如前面敘述的自下而上的三層f1，S2和f3。滑坡中段和前段以飛仙關(guān)組破碎產(chǎn)物為主，后段為飛仙關(guān)組及銅街子組地層破碎巖塊的混合物。

3 GNSS測量監(jiān)測成果

GNSS主要是利用空間測距后方交會(huì)的原理完成定位工作的，即在未知點(diǎn)架設(shè)儀器觀測衛(wèi)星，通過測量未知點(diǎn)與衛(wèi)星之間的距離和由衛(wèi)星星歷獲取的衛(wèi)星位置，根據(jù)測距后方交會(huì)的原理確定出未知點(diǎn)的位置。

3.1 滑坡體GNSS測點(diǎn)布置

為實(shí)現(xiàn)該區(qū)域測點(diǎn)自動(dòng)化監(jiān)測，提高觀測頻次和測量精度，以便及時(shí)掌握以上部位的變形情況。在左岸滑坡體邊坡布設(shè)測點(diǎn)TP06、TP07、TP08號點(diǎn)，共3個(gè)測點(diǎn)。其中，TP06號點(diǎn)布設(shè)在三角網(wǎng)TP02位置，TP08號點(diǎn)布設(shè)在營地圍墻內(nèi)，水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)I04、I05中間部位，TP07號點(diǎn)布設(shè)在4、6號點(diǎn)連線中部，3點(diǎn)形成一條監(jiān)測斷面，滑坡體點(diǎn)位布置見圖2。

圖2 滑坡體GNSS點(diǎn)位布置圖

3.2 GNSS監(jiān)測成果

銅街子水電站左岸邊坡變形觀測GNSS系統(tǒng)于2018年1月正式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，TN08由于監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，本次只對點(diǎn)TP06、TP07和兩個(gè)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

從圖3～4可以看出，TP06點(diǎn)在橫向、縱向以及沉降方向均表現(xiàn)出增大的趨勢，截至2020年7月8日，橫向位移累計(jì)變化量為18.82 mm，縱向累計(jì)變化量為23.70 mm，沉降方向累計(jì)變化量為11.4 mm。

其中，2018年1月～2019年12月，TP06點(diǎn)在橫向、縱向以及沉降方向的變化趨勢較為緩慢，橫向位移累計(jì)變化量為9.58 mm，縱向累計(jì)變化量為8.57 mm，沉降方向累計(jì)變化量為2.28 mm。2020年1月～2020年7月，TP06點(diǎn)在橫向、縱向以及沉降方向的有明顯增快的趨勢，僅僅7個(gè)月左右的時(shí)間，橫向位移累計(jì)變化量為9.24 mm，縱向累計(jì)變化量為15.13 mm，沉降方向累計(jì)變化量為8.12 mm，這7個(gè)月的變化量接近甚至超過了以往2年的變化量。

圖3 TP6橫向位移過程線

圖4 TP6縱向位移過程線

截至2020年7月8日，TP07點(diǎn)在橫向位移累計(jì)變化量為7.99 mm，縱向累計(jì)變化量為-10.25 mm，沉降方向累計(jì)變化量為0.78 mm。

從圖5～6可以看出，TP07點(diǎn)橫向位移在2018年1月～2019年8月期間，基本保持一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在2019年9月開始變現(xiàn)處逐漸增大的狀態(tài)；縱向位移在2018年1月～2019年4月期間基本保持穩(wěn)定的狀態(tài)，從2019年后4月～2020年2月縱向位移表現(xiàn)向上游方向的緩慢增加狀態(tài)，從2020年2月，變化趨勢表現(xiàn)出明顯增大的趨勢；沉降位移近幾年基本表現(xiàn)出一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)，呈現(xiàn)出周期性變化狀態(tài)。

圖5 TP7橫向位移過程線

圖6 TP7縱向位移過程線

4 控制網(wǎng)點(diǎn)測量成果

4.1 水準(zhǔn)網(wǎng)控制點(diǎn)布置

銅街子壩區(qū)垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)用以監(jiān)測兩岸山體穩(wěn)定和校核壩肩工作基點(diǎn)，其中位于左岸滑坡體邊坡測點(diǎn)有I02(新)、I03、I03-1、I03-2、I03-3X、I04、I04-2X、I08。其中I02(新)位于590平臺(tái)(距壩軸線約1.8 km)、I08設(shè)于下游公路大橋左橋頭附近，兩個(gè)點(diǎn)基本處于左岸滑坡體范圍以外但接近坡腳；I03處于左岸滑坡體靠下游測坡腳的范圍內(nèi)(距壩軸線約1.2 km)；I04位于左岸滑坡體中間區(qū)域(距壩軸線僅200 m)；2005年在I03～I(xiàn)04之間增加3個(gè)滑坡體監(jiān)測點(diǎn)，編號為I03-1、I03-2、I03-3，I04～I(xiàn)05之間增加2個(gè)滑坡體監(jiān)測點(diǎn)，編號為I04-1、I04-2，2012年I04-1滑坡體監(jiān)測測點(diǎn)因修建廠房被埋，由于I04-1測點(diǎn)與I04測點(diǎn)距離較近，I04測點(diǎn)能反映該區(qū)域垂直位移變形情況，不再恢復(fù)I04-1。因2018年修建外部變形GNSS監(jiān)測設(shè)施影響，I03-3測點(diǎn)被破壞，在其附近布置了新的測點(diǎn)I03-3X。2019年因政府修路影響，原測點(diǎn)I04-2、I05-1被破壞，在I04和I05之間增加了一個(gè)新監(jiān)測點(diǎn)I04-2X。

4.2 水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)測量成果

根據(jù)垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)測點(diǎn)布置，位于古滑坡體上的測點(diǎn)有I02(新)、I03、I03-1、I03-2、I03-3X、I04、I04-2X、I08。其中I02(新)、I03、I03-1、I03-2、I04測點(diǎn)呈逐年下沉趨勢，測點(diǎn)位移過程線見圖7。

圖7 I03、I03-1、I03-2、I04測點(diǎn)位移過程線

從歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)及本期成果綜合分析，垂直位移控制網(wǎng)基點(diǎn)和壩頂沉陷左岸工作基點(diǎn)I05基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但左岸滑坡體存在著整體下沉的緩慢變化趨勢，其中I03～I(xiàn)04區(qū)段測點(diǎn)的下沉量較其他測點(diǎn)相對較大，考慮到近5年內(nèi)左岸邊坡各點(diǎn)平均變化量都小于1 mm，可以認(rèn)為該滑坡體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié) 語

銅街子水電站大壩左岸滑坡體在歷史上經(jīng)歷大規(guī)模滑坡之后又發(fā)生多次中小規(guī)模的局部滑坡，滑坡體整體上已經(jīng)解體，邊坡處于近乎極限穩(wěn)定狀態(tài)。

GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)表明上部TP06位移變化相對較大，中部TN07位移變化較小，滑坡體上部有存在緩慢的變化趨勢。水準(zhǔn)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)也顯示左岸滑坡體存在一定的變化趨勢，但水準(zhǔn)點(diǎn)近5年內(nèi)左岸邊坡各點(diǎn)平均變化量都小于1 mm，變化較為緩慢。滑坡體雖整體上處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，變化較為緩慢，但后期任然需要密切關(guān)注滑坡體的運(yùn)行狀態(tài)。