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        溪洛渡水電站蓄水期干海子滑坡穩(wěn)定性評價(jià)

        2016-09-28 03:31:51
        水電站設(shè)計(jì) 2016年3期
        關(guān)鍵詞:前緣蓄水滑坡

        劉 源

        (中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)

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        溪洛渡水電站蓄水期干海子滑坡穩(wěn)定性評價(jià)

        劉源

        (中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都610072)

        干海子滑坡規(guī)模巨大,為近壩庫段重點(diǎn)滑坡,滑坡穩(wěn)定性對電站的安全和正常運(yùn)營至關(guān)重要。通過地質(zhì)宏觀評價(jià)、變形監(jiān)測、極限平衡計(jì)算等多種方法對其蓄水期間穩(wěn)定性進(jìn)行了復(fù)核。結(jié)果表明:目前滑坡整體基本穩(wěn)定,但滑坡前緣部位處于臨界滑動階段,不穩(wěn)定,存在隨時(shí)滑塌的可能性,失穩(wěn)形式應(yīng)為蠕滑~拉裂解體。

        滑坡;蓄水;監(jiān)測;穩(wěn)定性

        0 前  言

        干海子滑坡位于金沙江右岸的云南省永善縣務(wù)基鎮(zhèn)白勝村,是溪洛渡水庫近壩庫段的重點(diǎn)滑坡?;麦w順江展布長約900 m,一般厚55.66~166.04 m,總體積約4 760萬m3;后緣為干海子平臺,高程640~650 m,長約600 m,寬200~300 m,總體以3°~5°傾角向坡內(nèi)反傾;平臺后部為一負(fù)地形,即所謂的“干海子”。唐家灣座滑體位于干海子滑坡的后部,后緣高程900~920 m,前緣物質(zhì)堆積至干海子平臺后緣,高程為640~650 m。該滑坡穩(wěn)定性對電站的安全和正常運(yùn)營至關(guān)重要,因此有必要對其在蓄水階段的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)。

        1 滑坡地質(zhì)背景

        干海子滑坡區(qū)所處的金沙江段,江水總體流向由N55°E轉(zhuǎn)為N25°E。地貌上滑坡體所在的岸坡向右岸凹進(jìn),谷坡陡緩相間。出露的基巖有寒武系上統(tǒng)二道水組(∈3e),奧陶系紅石崖組(O1h)、巧家組(O1-2q),志留系龍馬溪組(O3-S1l)、石門坎組(S2s),二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)、陽新灰?guī)r(P1y)及二迭系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)?;聟^(qū)位于雷波~永盛寬緩向斜的南東翼,總體構(gòu)造不發(fā)育,無大的斷層通過,該地段構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為一些褶皺和節(jié)理裂隙。根據(jù)國家地震局全國地震烈度區(qū)劃資料和水庫地震地質(zhì)背景分析,滑坡區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度,地震峰值加速度0.15g。

        2 滑坡變形特征

        干海子滑坡體經(jīng)過高速滑動后,位能較低,并經(jīng)歷了歷史上堵江洪水的考驗(yàn);滑體地形完整,上游側(cè)沖溝深切,地表水排泄通暢;滑坡物質(zhì)為塊碎石層,較松散,透水性好;滑面平緩,約5°~8°,且水平段距離很長,約650 m;蓄水前地表調(diào)查未見明顯的變形跡象。僅前緣斜坡“垮堵灣”部位發(fā)生表層的牽引變形。

        溪洛渡水庫蓄水至600 m過程中,由于受庫水位浸泡等影響,干海子滑坡體前緣垮堵灣部位發(fā)生變形、塌岸,出現(xiàn)兩條沿金沙江流向展布的拉裂縫,拉裂縫距坡體前緣最大距離約50 m;坡體其余范圍則未見明顯的宏觀變形跡象。

        3 蓄水期監(jiān)測成果及分析

        水庫蓄水前,在干海子滑坡體的重點(diǎn)部位布置了10個(gè)外觀變形觀測墩,水庫580 m蓄水期間,為加強(qiáng)對滑坡體前緣變形情況的監(jiān)測,增加了3個(gè)外觀變形觀測墩。監(jiān)測方法主要為地表變形監(jiān)測(外觀點(diǎn))。

        3.1水平位移方向

        根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),對各測點(diǎn)水平位移矢量方向進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明矢量方向總體為N52°~79°W,說明滑坡體主要是向金沙江河谷方向變形(見圖1)。

        3.2累計(jì)位移

        干海子滑坡地表變形監(jiān)測點(diǎn)2013年5月6日取得首期測值,TP11~TP13于2014年6月8日取得首期測值 ;截至2014年11月6日,各測點(diǎn)各向累計(jì)位移值見表1:

        圖1 干海子滑坡監(jiān)測點(diǎn)布置及矢量方向示意

        測點(diǎn)編號埋設(shè)高程/m累計(jì)位移量/mmXYXYHTP1811.620652.85236.90288.29165.15TP2767.163643.35212.05244.28180.60TP3675.3591106.00196.90233.3799.90TP4663.1846173.70251.30315.15135.90TP5637.2042513.60766.75870.31613.50TP6759.618879.45267.40292.40232.40TP7707.456786.95252.60289.02189.40TP8655.7456104.90216.50253.60128.20TP9657.0637336.75436.80557.00319.75TP10635.7645486.55796.95940.42592.75TP11655.8612126.25192.20234.12221.95TP12638.107988.05255.50277.09333.95TP13648.302592.90179.80205.76151.50

        由表1可知:三個(gè)分量變形以向河谷方向最大,沉降次之,向下游最小。對X方向位移而言,均為正值,說明整體向下游方向變位;Y方向位移均為正值,說明坡體向臨江河谷方向變位,除前緣測點(diǎn)外其它部位變形量與臨江距離相關(guān)性不大;H方向變位為正值,表現(xiàn)為沉降,其規(guī)律性與Y方向變形規(guī)律接近。

        通過對不同蓄水時(shí)段監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析,水平位移累計(jì)量和沉降量的變化規(guī)律主要有:

        ⑴位于滑坡體前緣“垮堵灣”附近測點(diǎn)(TP5、TP10)的累計(jì)位移量明顯大于滑坡體主體部位測點(diǎn)(TP3、TP4、TP8)和后緣測點(diǎn)(TP1、TP2、TP6、TP7)的累計(jì)位移量。

        ⑵各測點(diǎn)累計(jì)位移量均隨時(shí)間增長而逐漸增加;前緣測點(diǎn)位移量在庫水位變化(上升或下降)期間的增量較其余時(shí)段大,位移量變化與水位變化相關(guān)性較明顯;中后部測點(diǎn)位移量變化與水位變化之間的相關(guān)性不明顯。

        3.3位移速率

        通過對不同蓄水時(shí)段監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析,向河谷水平方向位移,前緣已發(fā)生裂縫的部位平均變形速率約0.69~3.25 mm/d,最大可達(dá)7.2 mm/d;而干海子滑坡主體及后緣平均變形速率0.38~0.92 mm/d,最大可達(dá)1.49 mm/d。各測點(diǎn)沉降變形,滑坡前緣平均0.87~1.68 mm/d,最大可達(dá)2.12 mm/d;其余測點(diǎn)平均沉降速率一般0.2~0.4 mm/d。水平位移速率和沉降速率的變化規(guī)律主要有:

        (1)各測點(diǎn)水平位移速率和沉降速率最大值基本上都出現(xiàn)在水庫蓄水初期。

        (2)庫水位相同時(shí)段對于同一剖面上的不同測點(diǎn),其各向位移速率變化趨勢基本具有同步性,總體上表現(xiàn)為前緣測點(diǎn)位移速率普遍大于后緣測點(diǎn)。

        (3)庫水位變化期間,坡體(尤其是坡體前緣)的變形速率一般較大。

        4 滑坡穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算

        4.1計(jì)算方法

        本文選用兩種嚴(yán)格條分法Morgenstern-Price法和Spencer法,一種非嚴(yán)格條分法——羅厄法(考慮到干海子滑坡的局部滑帶傾角變化較大可能影響結(jié)果精度,未選用工程界常用的傳遞系數(shù)法);在局部搜索滑面分析時(shí),采用了簡化畢肖普法。計(jì)算程序選用水電行業(yè)的邊坡穩(wěn)定分析通用軟件STAB。

        4.2計(jì)算模型

        為全面評價(jià)各種工況下滑坡體的整體穩(wěn)定性、局部(前緣垮堵灣)穩(wěn)定性,以及前緣垮堵灣裂縫以外部位垮塌后干海子滑坡體的整體、局部穩(wěn)定性,建立滑坡穩(wěn)定性極限平衡計(jì)算模型5個(gè)(見圖2~6)。其中模型Ⅰ為干海子與唐家灣整體;模型Ⅱ?yàn)榍熬壙宥聻车妮^大范圍;模型Ⅲ為前緣垮堵灣的較小范圍;模型Ⅳ為前緣裂縫以外坡體滑移后,剩余滑坡的整體;模型Ⅴ為前緣裂縫以外坡體滑移后,剩余滑坡的局部。

        4.3計(jì)算工況

        根據(jù)實(shí)際蓄水過程,選取4個(gè)計(jì)算水位,分別為高程540 m、560 m、580 m和600 m;在各水位條件下,分別計(jì)算蓄水、蓄水+暴雨、蓄水+地震3種工況。其中暴雨按3 m水頭考慮,地震按烈度按Ⅷ度考慮。

        圖2模型Ⅰ圖3模型Ⅱ

        圖4模型Ⅲ圖5模型Ⅳ

        圖6 模型Ⅴ

        4.4計(jì)算參數(shù)選取

        綜合試驗(yàn)資料、宏觀地質(zhì)判斷、試算反算和工程類比等,提出蓄水期穩(wěn)性計(jì)算建議參數(shù)(見表3) 。

        4.5計(jì)算成果及分析

        (1)模型1。通過指定滑面計(jì)算水庫蓄水各階段干海子滑坡的整體穩(wěn)定性,選定滑面為地勘揭示的原滑坡滑帶,計(jì)算成果見表4。

        計(jì)算結(jié)果表明:蓄水和暴雨工況下,不同水位時(shí)整體穩(wěn)定性系數(shù)都高于1.05,邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài);地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多,穩(wěn)定性系數(shù)0.92~1.01,干海子滑坡處于欠穩(wěn)定~不穩(wěn)定狀態(tài);隨著水位的升高,穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低;蓄水工況下,水位每上升20m,穩(wěn)定性系數(shù)依次降低約0.02。

        表3 復(fù)核計(jì)算參數(shù)

        表4 模型1穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

        注:方法1是Spencer法;方法2是Morgenstern-Price法;方法3是羅厄法。

        (2)模型2。分析垮堵灣前緣變形體較大范圍的穩(wěn)定性,選定滑面后緣邊界以裂縫為界,前緣剪出口高程為490m,計(jì)算成果見表5。

        表5 模型2穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

        計(jì)算結(jié)果表明:蓄水和暴雨工況下,不同水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)都高于1.05,處于基本穩(wěn)定狀態(tài);地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多,540 m、560 m和580 m水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)略低于1.0,處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。

        (3)模型3。分析垮堵灣前緣變形體較小范圍內(nèi)的穩(wěn)定性,選定滑面后緣邊界以裂縫為界,前緣剪出口高程為550 m,計(jì)算成果見表6。

        表6 模型3穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

        計(jì)算結(jié)果表明:蓄水和暴雨工況下,560 m水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)高于1.05,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),580 m水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)1.0~1.05,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),600 m水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)都低于1.0,處于不穩(wěn)定狀態(tài);地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多,560 m水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)介于1.0~1.05,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),580 m和600 m水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)都低于1.0,處于不穩(wěn)定狀態(tài);隨著水位的升高,穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低;可以看出,當(dāng)水位由560 m上升至580 m時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)降低0.07左右,當(dāng)水位由580 m上升至600 m時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)降低0.03左右。

        (4)模型4。分析垮堵灣前緣裂縫以外滑移后,剩余的干海子(含唐家灣坐滑體)整體的穩(wěn)定性,選定滑面為地勘揭示的原滑坡滑帶,計(jì)算成果見表7。

        表7 模型4穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

        計(jì)算結(jié)果表明:蓄水和暴雨工況下,不同水位時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)都高于1.05,邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多,都低于1.0,處于不穩(wěn)定狀態(tài);隨著水位的升高,穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低;可以看出,當(dāng)水位由540 m上升至560 m、由560 m上升至580 m時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)降低大概0.24左右,當(dāng)水位由580 m上升至600 m時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)降低大概0.15左右。

        (5)模型5。以假設(shè)前緣垮堵灣變形部位以550 m高程的剪出口發(fā)生破壞后,縱向剖面3-3為對象構(gòu)建,搜索計(jì)算干海子滑坡的前緣局部穩(wěn)定性,計(jì)算成果見表8。

        表8 模型5穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

        注:計(jì)算滑面為圓弧形,穩(wěn)定性計(jì)算方法均采用簡化畢肖普法。

        計(jì)算結(jié)果表明:蓄水工況的穩(wěn)定系數(shù)高于暴雨工況和地震工況;不同水位時(shí),蓄水工況下穩(wěn)定性系數(shù)接近1.05的搜索范圍不同;通過STAB程序中的整體單形法搜索穩(wěn)定性系數(shù)最低的臨界滑面形狀大致相同,且穩(wěn)定性系數(shù)低于1.0,臨界滑面范圍以內(nèi)的坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài);隨著水位的升高,臨界滑面的穩(wěn)定性系數(shù)降低。

        在水位540 m、560 m、580 m和600 m時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)最低的臨界滑面范圍內(nèi)坡體規(guī)模較小,且臨界滑面形狀接近,坡度較陡;說明當(dāng)垮堵灣前緣局部發(fā)生沿高程550 m剪出口破壞后,垮堵灣岸坡主要是以小規(guī)模塌岸的方式發(fā)生破壞。

        5 評價(jià)結(jié)論

        通過地質(zhì)宏觀評價(jià)、變形監(jiān)測、極限平衡計(jì)算等多種方法對干海子滑坡體開展研究,得到的主要評價(jià)結(jié)論如下:

        (1)水庫蓄水后,干海子滑坡體的宏觀變形主要發(fā)生在坡體前緣約50 m范圍內(nèi),滑坡主體及后部位地表無明顯變形跡象。在庫水位上升與下降的過程中,滑坡前緣部位的土體受水庫水位的升降影響大。

        (2)通過表觀監(jiān)測,干海子滑坡體在水庫蓄水至600 m后均發(fā)生了不同程度的變形調(diào)整,但尚未發(fā)生整體式變形破壞。目前滑坡體前緣變形速率接近或大于3 mm/d,主體部位及后緣唐家灣變形速率較小,均小于1.0 mm/d。分析認(rèn)為滑坡前緣部位處于臨界滑動階段。

        (3)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明,各種水位時(shí)期,蓄水和暴雨工況下滑坡整體穩(wěn)定性系數(shù)基本大于1.05;600 m水位時(shí)滑坡前緣部位穩(wěn)定性系數(shù)為0.99。分析認(rèn)為干海子滑坡整體目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài);坡體前緣不穩(wěn)定,存在隨時(shí)滑塌的可能性,特別是在水位升降過程中。

        (4)干海子滑坡大部分位于庫水位以下,勢能已經(jīng)減少,不具備整體高速下滑的條件,綜合地質(zhì)宏觀評價(jià)、變形監(jiān)測、極限平衡計(jì)算等多種方法分析認(rèn)為失穩(wěn)形式應(yīng)為蠕滑~拉裂解體,以前緣緩慢垮塌為主,發(fā)生一次性劇沖式破壞的可能性較小。

        [1]鄭穎人,陳祖煜. 邊坡與滑坡工程治理(第二版)[M].人民交通出版社,2010.

        [2]鄒國慶,張紹成.溪洛渡水電站干海子滑坡穩(wěn)定性分析[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào),2011(3).

        2015-04-09

        劉源(1982-),男,四川閬中人,高級工程師,從事水電工程地質(zhì)相關(guān)工作。

        TV223

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        1003-9805(2016)03-0029-04

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