烏魯瓦提水利樞紐工程近壩庫岸SL3滑坡體穩定性研究

員繼軍

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

烏魯瓦提水利樞紐工程2000年7月下旬開始蓄水，2000年9月17日庫水由1 893 m上升至1 940 m高程(正常高水位1 962 m)。初蓄水時SL1～SL3未見明顯活動跡象，2000年11月發現SL1～SL3滑坡體局部產生滑坡，其中SL1滑坡體后緣下滑4～5 m，SL3滑坡體發生滑坡，左岸牧道遭到破壞。考慮庫區大壩的安全，2001年5-6月，建管局組織專業技術人員對庫區內滑坡體進行了專題勘察，提出了評價意見。SL1和SL2滑坡體距離大壩較遠且水位以上無剪出口，高度不大以傾倒變形為主，不會對大壩產生不良影響，建議以巡監為主；SL3滑坡體距離大壩較近，建議對該滑坡體進行監測。2006年12月烏魯瓦提建設管理局對SL3滑坡體設置監測點并一直監測至今。

SL3滑坡體距離大壩較近且多年以來仍有小的變形現象，為了進一步對該滑坡體穩定性進行評估，烏魯瓦提建設管理局于2019年7月委托新疆水利水電勘測設計研究院對SL3滑坡體進行地質災害危險性評估工作。

1 研究思路

本項目分四個步驟，(1)收集前期勘測及竣工資料，認真分析前期勘察結論；(2)收集建設管理局自2006年12月份以來的長系列監測數據，統計數據并進行分析；(3)從滑坡區地質環境入手，通過航衛片解譯、現場地質測繪、地球物理勘探和室內外實驗等手段對該滑坡體現狀地質條件進行分析；(4)結合前期勘測成果，現場勘測成果及長系列監測數據綜合研判SL3滑坡體的未來發展趨勢并給出符合實際的結論及合理化建議。

2 滑坡體特征

2.1 滑坡體概況

SL3滑坡體位于大壩上游左岸3.5 km，滑坡體呈寬大舌狀，后緣及側緣高程2 100～1 925 m，自然坡度35°～55°，基巖裸露，巖性為元古界埃連卡特組(Pta)云母石英片巖、綠泥石石英片巖互層，鱗片粒狀變晶結構，片狀結構，片理發育。岸坡走向與河流近平行，前緣順河長350 m，橫河水平寬度200 m。SL3滑坡區，由河床至后緣高差達175 m(圖1)。

2.2 SL3滑坡體成因

SL3滑坡體為巖質切層滑坡，后緣受F26斷層影響形成線狀陡坎，滑坡體主要變形特征為滑坡陡坎，表部裂縫、局部滑坡及前緣鼓脹等現象。

圖1 SL3滑坡體地形地貌圖

SL3滑坡體，主要受斷層F26及L1、L2兩組裂隙及片理面相互切割形成(圖2、圖3)。

圖2 SL3滑坡體結構面赤平投影圖 圖3 SL3滑坡體Ⅰ-Ⅰ典型剖面圖

(1)在滑坡區后緣分布一條斷層F26，延伸長約5.1km，產狀10°～25°SE∠75°～80°，破碎帶寬3～7 m，帶內主要為碎裂巖及角礫巖，局部糜棱巖厚20～26 cm，見水平擦痕及牽引構造，影響帶寬15 m，構造片狀巖及節理密集帶發育，地貌上形成線狀溝槽和埡口；

(2)在岸發育一組與片理面走向相同傾角較緩的裂隙L1，產狀70°SE∠40°，延伸長20～50 m，傾上游傾岸外，間距20～30 m；

(3)在滑坡體表部發育一組與岸坡小角度相交傾角較陡的裂隙L2，產狀30°～35°SE∠70°～75°，延伸長20～40 m，傾上游傾岸外，間距20～30 m；

在斷層F26影響下，片理面與岸坡小角度相交，(2)(3)兩組裂隙與片理面相互切割形成不穩定塊體，云母石英片巖在庫水影響下，巖石在陡峭岸坡段經歷風化→卸荷→傾倒過程(Ⅰ-Ⅰ典型剖面)。

2.3 SL3滑坡體方量

SL3滑坡區呈舌狀，前緣順河長350 m，垂河長約200 m，斜長約250 m。按照平行斷面法計算，滑坡體平均厚度按40 m考慮，其總方量約為350萬 m3。

2.4 SL3滑坡體滑動帶物質組成及結構特征

根據現場查勘，對滑坡體起主要作用的結構面為L1、L2，其中L1結構面走向與片理面走向一致。裂隙面間夾小角礫及少量經錯動后形成的粉末狀狀物質，據顆分資料，滑帶物質為角礫，該滑坡體滑距小，綜合判定滑帶物質為巖塊巖屑型。根據前期勘測資料，云母石英片巖物理、力學參數，天然容重27.1 KN/m3，軟化系數0.67，巖/巖飽和抗剪及抗剪斷強度參數：c=0.45 MPa，f=0.65，c′=0.6 MPa，f′=0.7。通過對SL3滑坡體滑動帶物質分析，滑動帶為巖塊巖屑型。本次軟件計算采用GeoSLOP，干燥狀態下力學抗剪斷強度參數：c′=0.12 MPa，f′=0.58(φ=30°)；飽和狀態下c′=0.10 MPa，f′=0.42(φ=23°)。

3 SL3滑坡體監測成果

SL3滑坡體于2006年12月安置了6個監測點，分別為A1～A6，各監測點從2012年12月至2019年7月監測數據完整，分析方法采用單點平差方法。各監測點變形分析成果見圖4～圖6。

圖4 A1、A2監測點2012-2019年水平位移量及沉降量柱狀圖

圖5 A3、A4監測點2012-2019年水平位移量及沉降量柱狀圖

圖6 A5、A6監測點2012-2019年水平位移量及沉降量柱狀圖

從6個監測點長達7年的變形數據統計分析可以得出，2017年以前監測點數據呈波狀起伏，但從2017年開始各監測點位移量及沉降量均呈現逐年線性下降趨勢，自2016年以來沉降量0.013～0.018 mm/d，水平位移量0.03～0.04 mm/d，說明滑坡體處于蠕滑狀態。

4 EMU模擬計算成果

通過對SL3滑坡體滑動帶物質分析，滑動帶為巖塊巖屑型。本次計算采用中國水科院EMU軟件。力學參數：干燥狀態下c=120 Kpa，φ=30°；飽和狀態下c=100 Kpa，φ=23°。

按四種工況進行計算，其結果如下：

(1)工況一，天然狀態，K=1.05；(2)工況二，天然狀態+Ⅷ度地震，K=0.95；(3)工況三，飽和狀態，K=0.87；(4)工況四，飽和狀態+Ⅷ度地震，K=0.76。

可見，該滑坡體在飽水及地震工況下將失穩。從不穩定體特征分析，該滑坡體在非正常工況下有進一步失穩的可能，失穩形式以崩塌、滑坡為主。

5 涌浪計算成果

假設滑坡體SL3在1 990 m高程剪出(圖3)，出現最不利的整體高速下滑，采用潘家崢院士的滑坡涌浪估算法進行計算。

基本數據：

滑坡體至下游大壩河道距離3 500 m。

滑坡體體積：順河向平均長度350 m，斜坡平均長250 m，垂直坡面平均厚度40 m，總方量350萬 m3。

滑坡碎塊石體重量：碎塊石堆積體方量350萬 m3，容重2.2 T/m3，共計重量770萬 t。

經計算，水庫蓄水至正常高水位1 962 m高程后，若滑坡體整體高速下滑，擊起的涌浪初始涌浪初始高度達28 m。自滑坡體到下游大壩整體較為順直，彎道少(圖7)，能量削減相對少，滑坡產生后，傳至大壩的涌浪高度小于4.8 m，其高程可達1 968.29 m，超過壩頂高程(1 967.0 m)1.29 m，接近防浪墻頂高程。

圖7 滑坡體SL3與大壩位置關系圖

6 結論與建議

6.1 結論

(1)評估區地質環境條件復雜程度屬復雜,烏魯瓦提水利樞紐工程為大(Ⅱ)型，屬重要建設項目，綜合判定本評估項目地質災害危險性評估級別為“一級”。

(2)⑵地質災害危險性綜合評估表明：烏魯瓦提大壩上游0.5 km庫區范圍地質災害危險性大，其它地質災害危險性中等。

(3)⑶評估區地質環境復雜程度為復雜，烏魯瓦提水利樞紐庫水引發、加劇SL3滑坡區的地質災害的可能性大，危險性大。為防治地質災害而額外增加的項目建設成本較大。

6.2 建議

(1)建議對滑坡體繼續進行人工監測，針對可能發生的地質災害，預先做好相應的應急預案。

(2)當前所使用的監測設備為徠卡TCA2003，根據當前的道路交通條件及SL3滑坡體可能對監測設備、人員造成危害，建議采用更為先進的GPS自動化監測設備進行監測工作。

(3)⑶由于該滑坡體危害程度大，建議進行地質災害專項勘查工作，進一步查明該滑坡體特征、滑床、滑面、下滑方向、滑坡前緣特征等重要環節并加大滑坡結構特征分析研究力度，確保水利樞紐工程正常安全運行。