孫紅亮，羅 浩

(1.四川中水成勘院工程物探檢測有限公司，四川 成都 610072；2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610072)

水庫在蓄水及運營過程中，由于斜坡水文地質(zhì)條件變化，特別是庫水位升降產(chǎn)生的動水壓力及波浪對岸坡的沖蝕磨蝕等，容易引發(fā)岸坡失穩(wěn)，對生命和財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，因此，庫區(qū)岸坡穩(wěn)定性問題是水電工程建設(shè)和運營過程中重大的工程地質(zhì)問題之一。

對水電站庫區(qū)滑坡災(zāi)害開展全面系統(tǒng)的研究，分析滑坡的穩(wěn)定性特征，有效地評價庫區(qū)滑坡潛在危害程度，對保證水電站安全建設(shè)與正常運行、確保綜合效益的正常發(fā)揮，具有重要的現(xiàn)實意義，同時對開發(fā)西部山區(qū)豐富的水電資源，確保山區(qū)水電站的安全建設(shè)和營運，具有積極的指導(dǎo)作用。

分析滑坡穩(wěn)定性特征需明確滑坡發(fā)育的邊界條件，幾何邊界特點主要反映滑坡發(fā)育的規(guī)模，如長度、寬度、深度、發(fā)育形態(tài)、體積等。

對于庫區(qū)淹沒的滑坡體及庫岸滑坡水下部位的發(fā)育情況調(diào)查，引入三維多波束系統(tǒng)。對滑坡區(qū)域水下三維地形數(shù)據(jù)進行測量，并把離散的水深數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，構(gòu)建高分辨率的水下數(shù)字地形模型，繪制水下地形三維立體圖和坡度圖，以水下滑坡所呈現(xiàn)出的地形特征來識別其幾何結(jié)構(gòu)，量測和計算滑坡坡度、主要陡坎高度、滑坡發(fā)生的水深、滑坡表面積等，為確定滑坡水下邊界條件及確定滑坡穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)資料。

1 三維多波束系統(tǒng)

三維多波束系統(tǒng)是利用超聲波原理進行工作，是在單波束回聲測深基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。利用安裝于船的龍骨方向上一條長發(fā)射陣，向海底發(fā)射一個與船龍骨方向垂直的超寬聲波束，并利用安裝于船底的與發(fā)射陣垂直的接收陣，當(dāng)測深系統(tǒng)在完成一個完整的發(fā)射接收過程后，經(jīng)過適當(dāng)處理形成與發(fā)射波束垂直的許多個預(yù)成接收波束，從而形成一條由一系列窄波束測點組成的在船只正下方垂直航向排列的測深剖面。

三維多波束系統(tǒng)采用慣導(dǎo)系統(tǒng)并配有GNSS輔助定位及Octans慣性姿態(tài)傳感器，實現(xiàn)精確的位置、艏向、垂蕩和橫搖測量。結(jié)合配備北斗衛(wèi)星定位的RTK-GPS系統(tǒng)，實時提供厘米級定位精度的測量數(shù)據(jù)修正。對檢測區(qū)域進行全覆蓋掃測，相鄰測線覆蓋范圍重合至少20%，對于重點部位進行多次覆蓋掃測，保證探測數(shù)據(jù)精度。

采用Qinsy數(shù)據(jù)采集軟件以及CARIS HIPS and SIPS實測數(shù)據(jù)后處理軟件共同進行，對數(shù)據(jù)采集軟件采集來的各傳感器數(shù)據(jù)進行處理及對水深數(shù)據(jù)設(shè)定各項合理的過濾參數(shù)和刪除假信號，對兩條相鄰測線重覆蓋的地方的多余觀測數(shù)據(jù)進行篩選、刪除，以保留高精度的水深數(shù)據(jù)。最后，繪制等深線圖以及典型測線地貌圖。

2 水下滑坡形態(tài)特征

關(guān)于水下滑坡分類的研究并不多見，而水下滑坡與陸上滑坡基本相似，多為整體性滑坡，即滑坡體在被破壞的同時或隨后的運動過程中基本上保持不變形的滑坡。

整體性滑坡因滑動體變形小、滑距短，滑坡體保存相對完好，因此描述陸上滑坡結(jié)構(gòu)形態(tài)的常用術(shù)語也同樣適用于水下滑坡。一個發(fā)育完全的典型陸上滑坡，一般由滑坡體(1)、滑動面(2)、剪出口(3)、滑坡床(4)、滑坡后壁(5)、滑坡洼地(6)、滑坡臺地(7)、滑坡臺坎(8)、滑坡前部(9)、滑坡頂點(10)、滑墊面(11)、滑坡側(cè)壁(12)等要素組成，整體性滑坡結(jié)構(gòu)的特征示意圖如圖1所示。

圖1 滑坡形態(tài)特征示意圖

3 典型實例總結(jié)

本次應(yīng)用區(qū)域為西南區(qū)域某水電站長度為31.5km的局部庫區(qū)部分，共對28個水下滑坡體或滑坡體的水下部分進行了三維多波束系統(tǒng)測試，選取有典型的檢測成果進行分析論證。

3.1 A滑坡

A滑坡整體區(qū)域位于水下，水庫蓄水前地質(zhì)調(diào)查表明，坡體前緣局部滑塌、逐級牽引滑塌，覆蓋層存在局部垮塌。

水庫蓄水后三維多波束水下地形三維立體圖如圖2—3所示，以水下滑坡所呈現(xiàn)出的地形特征來識別其幾何結(jié)構(gòu)，由圖可見：

(1)滑坡區(qū)域相對上下游其他區(qū)域，中、低高程區(qū)域表層凹凸不平，塊狀堆積特征明顯，且中、低高程區(qū)域整體坡度較緩，由于沉積作用，滑坡洼地、滑坡臺地、滑坡臺坎等滑坡特征不明顯。

(2)滑坡體高高程的滑坡后壁區(qū)域較明顯，坡度相對低高程區(qū)域較陡。

(3)滑坡前部向河道中間區(qū)域滑動趨勢明顯，滑坡區(qū)域河床明顯變窄。

(4)從邊坡向河道方向由溝壑變?yōu)槁∑鹋_階，滑坡區(qū)域上下游兩側(cè)滑坡側(cè)壁清晰可見。

圖2 A滑坡俯視圖

圖3 A滑坡從左岸向右岸視圖

對水下滑坡完成三維多波束系統(tǒng)檢測，可根據(jù)水下三維數(shù)據(jù)量測和計算滑坡發(fā)生的高程、滑坡坡度、主要陡坎高度、滑坡表面積等。對滑坡體提取剖面(剖面1- 1、剖面2- 2、剖面3- 3)，剖面位置如圖3所示，剖面圖如圖4—6所示。

(1)由1- 1剖面圖可見，該剖面處：①河床較平坦，高程在1747.1m，滑坡頂點高程在1841.3m，整體呈中高程區(qū)域突起狀；②滑坡體橫河向長度139.7m，垂直高差94.2m，整體坡度34.0°；③滑坡前部特征明顯，呈9.5m高的垂直陡面狀，向河道中部滑動趨勢明顯。

(2)由2- 2剖面圖可見，該剖面處：①河床較平坦，高程在1747.8m，滑坡頂點高程在1852.9m，中高程滑坡臺地特征明顯；②滑坡體橫河向長度181.8m，垂直高差105.1m，整體坡度30.0°；③滑坡前部特征明顯，坡度相對較陡，向河道中部滑動趨勢明顯。

(3)由3- 3剖面圖可見，該剖面處：滑坡體兩側(cè)壁處特征明顯，上下游兩側(cè)較平整，滑坡區(qū)域向河道中心方向突出，最多突出33.9m。

(4)根據(jù)滑坡邊界及表面三維坐標數(shù)據(jù)，計算滑坡表面積為10.0萬m2。

圖4 1- 1剖面圖(從上游向下游看)

圖5 2- 2剖面圖(從上游向下游看)

圖6 3- 3剖面俯視圖

對比庫區(qū)蓄水前后滑坡的物理特征，滑坡體覆蓋層產(chǎn)生蠕動變形，總體變形未見明顯發(fā)展，前緣滑塌有所擴大，近期可能維持現(xiàn)狀。目前尚未對居民安全造成實質(zhì)影響，應(yīng)繼續(xù)做好水下定期檢查，發(fā)現(xiàn)危及到居民安全時及時采取安全措施。

3.2 B滑坡

B滑坡平面展布呈箕形，前緣最低高程1655m，與枯期河水位持平，后緣高程2120m，前后緣高差465m?；驴v長約880m，寬約260～300m，面積約0.28km2，滑坡殘體體積約1300萬m3?；虑熬壷林胁浚w表層組成物質(zhì)主要為塊碎石土，在庫水蓄水后被淹沒。

前期研究表明，該滑坡除水庫蓄水至正常蓄水位或迭加VII度地震時，滑體有滑動的可能，其余工況均能保持穩(wěn)定或基本穩(wěn)定，主滑體相對次滑體，其穩(wěn)定狀態(tài)較差，如圖7所示。

圖7 庫水上漲至1880m滑坡體全貌

水庫蓄水后，滑坡體產(chǎn)生整體蠕滑，在高程約1900、2050m及后緣地帶出現(xiàn)貫通性拉裂縫，下游側(cè)出現(xiàn)側(cè)裂縫，坡體原有拉張裂縫的下錯幅度有明顯增加，其中最后緣貫通裂縫最大下座高度已大于200cm，較蓄水前調(diào)查時增加約50cm。

監(jiān)測資料表明，截至復(fù)核評價期，最大水平合位移1113.0mm，位移速率1.78mm/d，最大垂直位移820.7mm，位移速率1.31mm/d，滑坡體的蠕滑變形仍在緩慢增加。

水庫蓄水滑坡穩(wěn)定性復(fù)核評價三維多波束水下地形三維立體圖如圖8—9所示，以水下滑坡所呈現(xiàn)出的地形特征來識別其幾何結(jié)構(gòu)，由圖可見：

(1)滑坡區(qū)域相對于上下游其他區(qū)域，中、低高程區(qū)域表層凹凸不平，塊狀堆積特征明顯，中、高高程區(qū)域表層相對平整光滑。

(2)滑坡中高程區(qū)域臺地特征明顯，坡度相對較緩。

(3)滑坡前部向河道中間區(qū)域滑動趨勢明顯，滑坡前部局部區(qū)域呈扇形。

(4)滑坡區(qū)域滑坡側(cè)壁清晰可見。

圖8 B滑坡俯視圖

圖9 B滑坡從左岸向右岸視圖

對該滑坡體提取剖面(剖面4- 4)，剖面位置如圖9所示，剖面圖如圖10所示，蓄水前地質(zhì)剖面圖如圖11所示，進行與蓄水前地質(zhì)剖面對比，對比圖如圖12所示。

圖10 4- 4剖面圖(從上游向下游看)

圖11 4- 4剖面位置蓄水前地質(zhì)剖面圖

圖12 4- 4剖面蓄水前后對比圖

(1)由4- 4剖面圖可見：①河床較平坦，高程在1653.5m；②滑坡前部區(qū)域表面有一定起伏，整體較陡，坡度33.6°；③滑坡臺地特征明顯，上部區(qū)域坡度較為平緩。

(2)由4- 4剖面位置蓄水前地質(zhì)剖面圖可見：①右岸邊坡為反向坡，岸坡相對較陡，坡度為35°；②滑坡處岸坡巖層產(chǎn)狀為N10～30°E/SE∠85°，前緣最低高程與枯期河水位持平。

(3)由庫區(qū)蓄水前后對比圖可見：①由于沉積和滑坡前部的堆積作用，現(xiàn)河床高程基本和蓄水前枯水期高程相同；②1800m高程以下區(qū)域向河道中間區(qū)域滑動趨勢明顯，低高程區(qū)域滑動堆積最大；③滑坡臺地及以上區(qū)域表層高程和蓄水前對比，有一定起伏，可能由于滑動堆積、拉裂或沉積影響。

總體分析可見，滑坡的整體蠕滑仍在發(fā)展，近期仍會保持整體變形持續(xù)緩慢增加的趨勢，水位下降期變形速率會有所增大，失穩(wěn)破壞模式以滑坡前緣及兩側(cè)溝近水邊部位牽引式逐級滑塌為主，不排除極端工況下發(fā)生快速的整體失穩(wěn)破壞。

鑒于滑坡處于近壩庫區(qū)，滑坡體上常有當(dāng)?shù)鼐用裢ㄟ^，考慮最不利情況，預(yù)測計算對岸涌浪高度近30m。為了庫區(qū)安全考慮，建議高度重視滑坡變形的巡視檢查、水下定期檢查及監(jiān)測工作，隨時掌握滑坡的活動狀態(tài)，做好滑坡變形異常的預(yù)警預(yù)報和相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保水庫運行安全。

4 結(jié)論

引入三維多波束系統(tǒng)對于庫區(qū)蓄水期滑坡體穩(wěn)定性復(fù)核進行評價，主要得出以下結(jié)論。

(1)水下三維多波束系統(tǒng)可清晰精確的反映水下滑坡的整體地貌及幾何結(jié)構(gòu)特征，可量測和計算滑坡坡度、主要陡坎高度、滑坡發(fā)生的水深、滑坡面積等，為確定滑坡水下邊界條件提供基礎(chǔ)資料。

(2)可根據(jù)水下滑坡體表面三維坐標成果建立基準數(shù)據(jù)模型，定期進行水下檢查，通過滑坡體表面三維坐標的變化情況，監(jiān)測滑坡活動狀態(tài)。

(3)可根據(jù)水下三維多波束系統(tǒng)測試滑坡體表面三維坐標，結(jié)合地面調(diào)查和監(jiān)測資料進行綜合分析判斷滑坡活動狀態(tài)。