盧 民 陳子華 胡小光

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南 昆明 650051)

0 引言

隨著國(guó)家西南地區(qū)一大批水電站的建設(shè)，對(duì)電站庫(kù)岸穩(wěn)定性進(jìn)行研究已成為一項(xiàng)緊迫性工作。當(dāng)電站完工開始蓄水后，庫(kù)區(qū)內(nèi)原有的部分滑坡、崩塌體等將被淹沒。水會(huì)降低土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，將降低這些不穩(wěn)定地質(zhì)體的穩(wěn)定性。當(dāng)電站在正常運(yùn)行過程中，水位漲落將對(duì)已有滑坡和崩塌堆積體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，如果發(fā)生地震，地震產(chǎn)生的滑坡等次生災(zāi)害造成損失也很嚴(yán)重。本文以正在建設(shè)中的西南地區(qū)某水電站庫(kù)岸古滑坡為例，在宏觀地質(zhì)判斷的基礎(chǔ)上，對(duì)該古滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。計(jì)算分析時(shí)，取滑坡在天然狀況水位380 m、施工期水位450 m和正常蓄水位600 m三種蓄水位工況，以及不考慮地震(地震系數(shù)Kh=0)和考慮8度地震工況(Kh=0.18)共6種組合，來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。綜合現(xiàn)場(chǎng)宏觀地質(zhì)判斷及穩(wěn)定性分析結(jié)果，全面評(píng)價(jià)了該滑坡在各種工況下的穩(wěn)定性。

1 滑坡體基本特征

1.1 地理位置與空間形態(tài)特征

該滑坡體發(fā)育在正在建設(shè)中的西南某水電站近壩庫(kù)段內(nèi)，位置在江右岸。滑坡離壩址距離為22.6 km～27.0 km，體積為3 670萬(wàn)m3。滑坡所處江段，江水總體流向由N46°E轉(zhuǎn)為N24°E。河谷深切，切割深度達(dá)1 500 m～1 800 m。

從空間形態(tài)來(lái)看，該滑坡前緣的物質(zhì)已堆積到江邊，高程為380 m～410 m?；碌暮缶壊糠譃橐黄脚_(tái)，高程為630 m～660 m，長(zhǎng)約630 m，寬210 m～310 m，總體以3°～6°向坡內(nèi)反傾；平臺(tái)前緣臨江斜坡較陡，坡度總體為36°～42°。

1.2 滑坡體物質(zhì)組成特征

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)鉆孔揭示：滑坡滑床基巖為志留系下統(tǒng)龍馬溪組的泥頁(yè)巖及粉砂巖?；赂鲗游镔|(zhì)分別敘述如下：

1)表層滑坡堆積體：主要物質(zhì)為二疊系陽(yáng)新灰?guī)r(P1y)，以及玄武巖(P2β)。主要為表層分布，大多數(shù)厚度為10.50 m～60.30 m，最厚的位置達(dá)到135.70 m。碎石的形狀為棱角狀，粒徑大部分為4 cm～7 cm，最大粒徑可達(dá)11 cm，結(jié)構(gòu)呈松散狀態(tài)。

2)主滑坡堆積體：主要物質(zhì)為陽(yáng)新灰?guī)r(P1y)的碎石層，在滑坡的前緣、滑體的中部、上部等位置多有分布，是滑體物質(zhì)的主要成分。厚度一般為33.67 m～75.01 m。

3)志留系地層為主的碎石層，原巖為泥頁(yè)巖，主要在滑體的底部分布，厚度26.5 m～30.5 m。

古滑坡剖面圖如圖1所示。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 宏觀地質(zhì)判斷

滑坡穩(wěn)定性分析首先要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的宏觀地質(zhì)判斷。在此基礎(chǔ)上，再對(duì)滑坡進(jìn)行各種工況下變形與穩(wěn)定性的計(jì)算分析，最后對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合判斷[1]。對(duì)于該古滑坡，主要從以下幾方面進(jìn)行定性分析：

1)通過實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)勘察及查閱相關(guān)資料，沒有發(fā)現(xiàn)古滑坡有復(fù)活以及變形破壞跡象；庫(kù)區(qū)移民搬遷后人類活動(dòng)對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響也將大大減小。

2)該古滑坡經(jīng)過高速滑動(dòng)后，位能已經(jīng)較低；上游側(cè)溝深切，地表水排泄通暢；滑坡體物質(zhì)為塊碎石層，透水性好；滑面平緩，且水平段距離較長(zhǎng)。

3)滑坡前緣堆積的大量陽(yáng)新灰?guī)r塊碎石減緩了河流對(duì)坡腳的切割，降低了古滑坡復(fù)活的可能性。

上述分析表明該古滑坡目前處于穩(wěn)定。但安全裕度有限，在水庫(kù)蓄水及地震作用下，有滑坡的可能性。

2.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

2.2.1模型與計(jì)算參數(shù)選取

依據(jù)滑坡結(jié)構(gòu)特征，將滑坡體物質(zhì)組成概化為三種，即：滑體、滑帶和基巖。

穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，需要先建立分析模型。根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的剖面圖，在軟件中建立的模型如下：計(jì)算剖面X軸方向的長(zhǎng)度為1 860 m，Y軸方向的長(zhǎng)度為750 m。土體材料考慮為彈塑性材料，強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則采用摩爾—庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則。

計(jì)算分析時(shí)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)并經(jīng)工程類比后，經(jīng)綜合分析后確定。該滑坡進(jìn)行過現(xiàn)場(chǎng)大型直剪試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度參數(shù)值如表1所示。

表1 大型直剪試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度參數(shù)

為較準(zhǔn)確的得到抗剪強(qiáng)度參數(shù)，進(jìn)行了參數(shù)的工程類比。類比對(duì)象選擇為左岸谷肩的滑體以及滑帶成果：滑帶土天然容重γ=19.5 kN/m3，粘聚力c=22 kPa～52 kPa,內(nèi)摩擦角φ=23°～26°；滑體土天然容重γ=20.5 kN/m3，粘聚力c=35 kPa～55 kPa,內(nèi)摩擦角φ=30°～35°。

綜合試驗(yàn)及工程類比參數(shù)，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算選取的參數(shù)取值如表2所示。

表2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

二維極限平衡分析法的分析結(jié)果通常作為穩(wěn)定性判斷和工程設(shè)計(jì)的依據(jù)[2]。根據(jù)SL 386—2007水利水電邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范中第5.2.7規(guī)定，對(duì)于土質(zhì)邊坡和呈碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，當(dāng)滑動(dòng)面呈非圓弧形時(shí)，宜采用摩根斯頓—普賴斯法(Morgenstern-Price)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

本文對(duì)天然狀況水位380 m、施工期水位450 m和正常蓄水位600 m三種蓄水位工況，以及不考慮地震(地震系數(shù)Kh=0)和考慮8度地震工況(Kh=0.18)共6種組合，來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。水平地震系數(shù)的選取，用壩址區(qū)成果。依據(jù)滑坡體上進(jìn)行的鉆孔實(shí)驗(yàn)對(duì)滑帶性狀的揭示，軟件計(jì)算時(shí)指定滑動(dòng)面，即建模時(shí)在滑體下部設(shè)一層厚約0.5 m～2.3 m軟弱層，其強(qiáng)度采用滑帶處抗剪強(qiáng)度參數(shù)。蓄水到450 m和600 m浸潤(rùn)線位置利用GeoStudio軟件中的Seep計(jì)算程序所得的結(jié)果確定。

2.2.2計(jì)算結(jié)果

對(duì)6種組合工況下采用極限平衡法計(jì)算得到不同滑面如圖2所示。計(jì)算方法為摩根斯頓—普賴斯法(Morgenstern-Price)和Bishop改進(jìn)法[4]。以長(zhǎng)期穩(wěn)定性安全系統(tǒng)1.5，短期1.25為標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也推薦Taylor圖表法和Bishop改進(jìn)法進(jìn)行檢驗(yàn)。計(jì)算得到安全系數(shù)如表3所示。

表3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

Morgenstern-Price法計(jì)算結(jié)果表明：該滑坡在天然狀態(tài)水位380 m下，安全系數(shù)為2.72，表明滑坡整體很穩(wěn)定。野外宏觀地質(zhì)調(diào)查也沒有發(fā)現(xiàn)滑坡體有變形跡象，綜合判斷該滑坡體天然狀態(tài)下為穩(wěn)定狀態(tài)。考慮地震作用時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)1.75，仍然比較穩(wěn)定；當(dāng)施工期水位450 m時(shí)，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)為2.62，與天然狀態(tài)比較接近，滑坡整體穩(wěn)定性很好；考慮地震作用時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)1.53，仍然穩(wěn)定；水庫(kù)蓄水到600 m后，穩(wěn)定性系數(shù)1.23，相比前兩種工況下降達(dá)51%，處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)。地震作用下安全系數(shù)為0.75，將發(fā)生滑坡。但由于在蓄水后，滑坡不具備整體高速下滑的條件，滑坡大部分物質(zhì)已被庫(kù)水淹沒，滑動(dòng)物質(zhì)的勢(shì)能將非常低，因此對(duì)工程不會(huì)有大的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)庫(kù)區(qū)開展野外調(diào)查，大型原位試驗(yàn)以及穩(wěn)定性計(jì)算，獲得以下結(jié)論：1)綜合現(xiàn)場(chǎng)宏觀地質(zhì)調(diào)查及穩(wěn)定性計(jì)算的結(jié)果，認(rèn)為該古滑坡在380 m和450 m自然工況下比較穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，兩種工況計(jì)算下，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)滑動(dòng)面的分析表明，滑動(dòng)面積較大，必須引起足夠重視。2)600 m蓄水和考慮地震后，穩(wěn)定性大大降低，都將發(fā)生滑坡。但由于在蓄水后，滑坡不具備整體高速下滑的條件，滑坡大部分物質(zhì)已被庫(kù)水淹沒，滑動(dòng)物質(zhì)的勢(shì)能將非常低，因此對(duì)工程不會(huì)有大的影響。