苗尾水電站庫區(qū)滑坡地表變形及成因機(jī)制分析

陳 梁

（華東勘測設(shè)計(jì)院（福建）有限公司，福州 350003）

隨著我國西南地區(qū)水利工程的發(fā)展，水庫的大量建設(shè)不僅帶動了區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還大大緩解了電力緊張局面[1]。但水庫的建設(shè)也會增加一定的風(fēng)險，水庫在蓄水發(fā)電過程中，隨著水位的提升，容易誘發(fā)地震與滑坡。

國內(nèi)外學(xué)者對水庫區(qū)域的滑坡及地震進(jìn)行了大量研究[2-4]。研究發(fā)現(xiàn)，水電站庫區(qū)的地勢一般較為陡峭，其庫區(qū)邊坡較多，加上降雨充沛等原因，容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。許振棟等[5]對福建水口水庫區(qū)域的水庫誘發(fā)地震序列以及活動特征進(jìn)行大量分析，對庫區(qū)最大誘發(fā)地震進(jìn)行了預(yù)測。張楠等[6]查閱大量文獻(xiàn)，分析了水-巖相互作用、水位驟降時的空隙水壓力對庫區(qū)穩(wěn)定性的影響，總結(jié)出庫水位上升過程中的水庫誘發(fā)滑坡形成機(jī)理。唐鳳嬌等[7]對水電站區(qū)域的25 個歷史水庫蓄水誘發(fā)滑坡進(jìn)行了規(guī)律性研究，結(jié)果表明水庫誘發(fā)滑坡的主控因素為距死水位距離和高程，高程1 km 以下和距死水位400 m 以內(nèi)的范圍內(nèi)容易誘發(fā)滑坡。張保軍等[8]通過對水庫蓄水期間水庫庫岸穩(wěn)定性監(jiān)測，對岸區(qū)邊坡裂縫、溶洞、斷層滲透與地震誘發(fā)滑坡進(jìn)行關(guān)聯(lián)性評估，結(jié)果表明，地震次生災(zāi)害作用直接導(dǎo)致滑坡發(fā)生。鄭海益等[9]利用三維建模對金沙江溪洛渡水電站庫區(qū)滑坡體進(jìn)行成因分析，結(jié)果表明水庫蓄水后導(dǎo)致松散邊坡浸沒于水中，水浸潤到邊坡土體后會導(dǎo)致土體內(nèi)摩擦角降低，再加上庫水的托浮作用，最終誘發(fā)邊坡滑動失穩(wěn)。

本文中案例滑坡區(qū)域內(nèi)無居民，但滑坡體對岸居民點(diǎn)較多，且右岸過境公路由滑坡體中下部通過，道路開挖對滑坡體的穩(wěn)定有一定影響。因此對滑坡成因機(jī)制進(jìn)行了相關(guān)研究，對滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性評價。對庫區(qū)滑坡治理及預(yù)防有一定的借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

苗尾水電站庫區(qū)河道呈不對稱的“V”型狹谷與“U”型寬谷相間分布，兩岸坡度一般為25～50°。水庫區(qū)分布有Ⅰ～Ⅳ級階地，庫內(nèi)岸坡分布多個滑坡體、傾倒變形體、崩塌堆積體和泥石流堆積物等物理地質(zhì)作用[10]。

其中馬拉滑坡位于瀾滄江右岸支流瓦窯河與阿馬拉河之間庫段，山前凹形斜坡內(nèi)，距壩址約40.5 km，如圖1所示。

圖1 滑坡區(qū)域地形地貌圖

滑坡區(qū)對岸有居民區(qū)存在，區(qū)域地貌為瀾滄江河流堆積階地，地形坡度10～20°，分布高程為1 400～1 500 m。其中1 400～1 430 m 高程為瀾滄江II 級河流階地，階地前緣為陡坎，江邊基巖出露，階地上分布少量民房；1 430～1 500 m 高程為瀾滄江III 級河流階地，上覆少量泥石流堆積物，核桃坪小組居民位于III 級階地中后部，最低分布高程1 455 m 左右。

2 地質(zhì)及水文條件

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)基巖為侏羅系花開左組（J2h2）紫紅色、灰綠色板巖，傾倒較強(qiáng)烈。滑坡區(qū)一般坡度20～40°，滑坡體主要由碎石土組成，分布于1 650～1 408 m 高程。滑坡體下部為較破碎的基巖邊坡，六庫至蘭坪的縣級公路由1 407～1 409 m 通過。

2.2 地層巖性

場地基巖為侏羅系中統(tǒng)、上統(tǒng)地層，巖性為壩注路組（J3b）紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、板巖及花開左組紫紅色、灰綠色板巖[11]。上部覆蓋層主要有崩坡積含碎石粉質(zhì)黏土層，其中碎石母巖成分多為板巖、少量砂巖，勘探鉆孔揭示其厚度一般在2～9 m；Qdel滑坡堆積物多為假基巖，局部可見原巖體結(jié)構(gòu)特征，厚度一般在30～70 m，上游側(cè)及堆積體后部略薄，下游側(cè)及堆積體前部略厚。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

場地內(nèi)無活動斷裂分布，但近場區(qū)40 km 范圍內(nèi)自有記錄以來，多次發(fā)生地震活動。現(xiàn)代地震震源深度均小于20 km，主要分布深度為5～20 km。根據(jù)規(guī)范及相關(guān)規(guī)定，本區(qū)抗震設(shè)防烈度為7 度，抗震分組為第三組，場地區(qū)基本地震加速度為0.15 g。場地區(qū)內(nèi)無活動斷裂分布。

2.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)無地表徑流，岸坡三面臨空，不利于地下水的賦存，地下水類型主要為基巖裂隙水，賦存于基巖巖體結(jié)構(gòu)面中，主要受大氣降水補(bǔ)給，向?yàn)憸娼庸扰判埂？碧姐@孔揭示，岸坡地下水埋藏較深，近河谷段基本與江水位持平，區(qū)內(nèi)未見地表徑流及地下水出露點(diǎn)。

3 地表變形及監(jiān)測

地表變形與檢測是判斷滑坡發(fā)展階段及預(yù)測滑坡發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)，也是滑坡穩(wěn)定性復(fù)核的重要內(nèi)容之一。

3.1 裂縫分布特征

上游側(cè)邊界裂縫的出現(xiàn)主要集中在高程1 530～1 570 m 的側(cè)陡坎邊，呈拉張裂縫，深度約30～60 m。下游側(cè)邊界裂縫主要集中在高程斜坡與平臺上，宏觀表現(xiàn)為寬度較窄、深度較淺的橫向拉裂縫。滑坡體前緣裂縫早期已局部貫通，自下游側(cè)邊界至河邊陡坎延伸約100 m，張開度約5～15 cm。而滑坡的后緣裂縫平主要集中在高程平臺，深度最高達(dá)到了3 m。剖面均呈弧形，顯張性力學(xué)性質(zhì)。下游側(cè)邊界裂縫最先出現(xiàn)，隨后后緣裂縫、上游側(cè)邊界裂縫依次出現(xiàn)，地表裂縫發(fā)育部位主要位于古滑坡周界處。

3.2 滑坡剪切口分析

滑坡體上游側(cè)邊界開挖揭露古滑面，可見明顯擦痕，滑面的上盤為碎石土，下盤為傾倒變形巖體。前緣剪出口的上盤為滑坡堆積碎石混合土，下盤為傾倒變形板巖。

3.3 變形監(jiān)測結(jié)果

地表監(jiān)測主要為滑坡體周界內(nèi)的6 個監(jiān)測點(diǎn)（編號TP-H6-2、3、4、6、7、8）蓄水后出現(xiàn)變形，滑坡體周界外的2 個監(jiān)測點(diǎn)（編號TP-H6-1、TP-H6-5）蓄水后未出現(xiàn)變形。表觀位移檢測點(diǎn)設(shè)置如圖2 所示，監(jiān)測頻率為一周一次。

圖2 滑坡體表觀位移監(jiān)測點(diǎn)布置圖

各表觀監(jiān)測點(diǎn)的平面變形方向基本一致，見表1，即垂直河流方向（略偏下游）；垂直位移均為沉降。以水平位移為主的監(jiān)測點(diǎn)位于滑坡體前緣，以沉降位移為主的監(jiān)測點(diǎn)位于滑坡體后緣及滑坡體下游側(cè)邊界附近。表觀監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示坡體的變形特征（坡體變形方向、裂縫發(fā)育的先后順序、裂縫張開寬度）與地表裂縫發(fā)育特征吻合度較好。

表1 各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)位移量匯總表mm

4 深部位移變形監(jiān)測

深部變形監(jiān)測利用勘探鉆孔，共計(jì)8 孔，編號：ZKH21—24、ZKH31—34。監(jiān)測期間根據(jù)蓄水、降雨及變形速率變化情況適當(dāng)加密觀測頻率。

在孔深27～37 m 之間，孔深33.2 m 處為軟弱夾層，巖芯破碎且呈全強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)合鉆孔巖芯判斷孔深33.2 m 處為滑移面。巖心細(xì)節(jié)照片如圖3 所示。孔深58.0 m 處巖芯呈全風(fēng)化狀，其形狀與上游側(cè)剪出口出露滑面基本一致。部分巖心細(xì)節(jié)照片如圖4 所示，鉆孔巖芯顯示，在孔深67～77 m 之間，孔深72.2 m 處巖芯破碎且呈全強(qiáng)風(fēng)化，礫石具有一定的磨圓度，如圖5所示。

圖3 ZKKH21 孔深33.2m 細(xì)節(jié)照片

圖4 ZKKH34 孔深58.0m 細(xì)節(jié)照片

圖5 ZKKH22 孔深72.2m 細(xì)節(jié)照片

深部變形監(jiān)測的變形方向、速率、累積位移與滑坡穩(wěn)定性復(fù)核緊密相關(guān)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷滑面深度，結(jié)合地面裂縫開合度監(jiān)測。各監(jiān)測孔潛在滑移面的深度和累積位移量見表2。

表2 各監(jiān)測孔潛在滑移面深度、累積位移量

探及深部變形監(jiān)測顯示，坡體現(xiàn)階段變形深度與古滑坡的滑面深度一致；勘探揭示老滑面前緣水平段高程位于1 401 m 高程以下，坡體出現(xiàn)整體變形的時間是在水庫蓄水至1 401 m 高程2 個月后。

5 成因機(jī)制分析

5.1 變形范圍

通過對變形邊坡地表裂縫分布特征的調(diào)查，結(jié)合表觀、深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定滑坡體后緣高程1 620 m，前緣高程在1 380～1 390 m 之間，順河向長約420 m，垂直河向長約350 m，滑體厚10～75 m，滑面總體形態(tài)后陡前緩，后緣滑面坡度一般在45°左右，前緣滑面坡度近水平。滑坡堆積體形態(tài)詳見地質(zhì)平剖面圖按平行斷面法計(jì)算其方量約430 萬m3。

5.2 變形特征

庫水位由1 372.7 m 高程抬升至1 392.8 m 高程期間，水庫回水至滑坡體庫段附近，滑坡體前緣岸坡（下游側(cè)邊界附近）產(chǎn)生了一定范圍的塌岸。此時，滑坡體前緣靠近塌岸區(qū)的TP-H6-8 號表觀監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)平面及沉降變形。隨后庫水位繼續(xù)抬升在1 401 m 高程左右，前緣新增幾處小規(guī)模塌岸。之后，滑坡體從前緣至后緣，周界內(nèi)的各表觀位移監(jiān)測點(diǎn)相繼出現(xiàn)變形，此時監(jiān)測點(diǎn)最大變形量為55 mm（TP-H6-8），該時間段大部分監(jiān)測點(diǎn)變形速率較緩。2 個月后，滑坡周界內(nèi)各表觀監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)加速變形，此時庫水位已穩(wěn)定在1 401 m 高程且地表出現(xiàn)肉眼可見裂縫，結(jié)合期間連續(xù)降雨量較大的影響分析，該時間段的變形一定程度上受降雨影響。

滑坡體前部下游側(cè)變形為水平、沉降2 個方向，滑坡體后部變形以沉降為主；滑坡體前部上游側(cè)變形以水平位移為主。

5.3 原因分析

坡體現(xiàn)階段變形深度與古滑坡的滑面深度一致；勘探揭示老滑面前緣水平段高程位于1 401 m 高程以下，坡體出現(xiàn)整體變形的時間是在水庫蓄水至1 401 m高程2 個月后，滑坡周界內(nèi)各表觀監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)加速變形，蓄水后水位上漲導(dǎo)致庫區(qū)附近地應(yīng)力承受增加，連續(xù)降雨后土體抗剪能力減弱，且地表裂縫分布位置與古滑坡周界重合。

5.4 滑坡體穩(wěn)定性評價

根據(jù)滑坡體水平錯距及塌落水庫方量分析判斷，滑坡整體失穩(wěn)發(fā)生堵江的可能性很小，其失穩(wěn)主要影響右岸沿江公路通行、附近的基礎(chǔ)設(shè)施。但考慮庫水位變化對滑坡體的穩(wěn)定影響較大，建議庫水位驟升驟降速率在正常工況下不宜大于2.0 m/d，非正常工況下不宜超過1.5 m/d[12]。

6 結(jié)論

根據(jù)前期地質(zhì)條件與現(xiàn)場滑坡體及區(qū)域地質(zhì)勘察，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)對滑坡體成因機(jī)制進(jìn)行了分析，總結(jié)為以下3 點(diǎn)內(nèi)容。

1）馬拉滑坡是以巖質(zhì)為主的古滑坡，水庫蓄水至穩(wěn)定的1 401 m 高程后，老滑面水平段大部分被庫水淹沒，滑帶土泡水軟化，抗剪強(qiáng)度降低，在滑坡堆積物重力作用下，滑坡體整體沿老滑面產(chǎn)生蠕變滑移。坡體產(chǎn)生整體變形主要原因是水庫蓄水導(dǎo)致古滑坡復(fù)活。

2）水庫蓄水初期岸坡前緣塌岸，滑坡體前緣監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)微量變形，并表現(xiàn)為沉降變形。故水庫塌岸是滑坡體產(chǎn)生變形的一個誘因。

3）地表出現(xiàn)裂縫后，連續(xù)降雨導(dǎo)致大量雨水沿裂縫下滲，滑帶土體泡水軟化，抗剪強(qiáng)度降低。邊坡變形不斷加劇，裂縫向深部擴(kuò)展，邊坡發(fā)生較大范圍變形。滑坡堆積體沿老滑面產(chǎn)生整體蠕變滑移，隨后變形一直不能收斂。分析認(rèn)為，連續(xù)降雨是加劇滑坡體變形的原因之一。