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        東南亞某水電站古滑坡復(fù)活機(jī)制研究

        2023-06-12 02:23:08夏玉云喬建偉劉爭宏周人飛栗薪洋
        巖土工程技術(shù) 2023年3期
        關(guān)鍵詞:空面板巖復(fù)活

        夏玉云 柳 旻 喬建偉 劉爭宏 王 冉 周人飛 栗薪洋

        (1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西西安 710043;2.陜西省特殊巖土性質(zhì)與處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710043;3.中國重型機(jī)械有限公司,北京 100070)

        0 引言

        古滑坡是自第四紀(jì)以來未滑動(dòng)過的滑坡,是斜坡長期復(fù)雜演化過程的產(chǎn)物[1]。在公路、鐵路、水利水電建設(shè)中,經(jīng)常遇到古滑坡。一般情況下,古滑坡多處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但是隨著一些外部因素的改變,古滑坡有可能復(fù)活并再次滑動(dòng),古滑坡復(fù)活一直是困擾重大工程規(guī)劃建設(shè)的突出問題。

        滑坡復(fù)活是一個(gè)多因素綜合作用的復(fù)雜過程,通常是在滑坡邊界條件、結(jié)構(gòu)面及滑動(dòng)帶內(nèi)物質(zhì)等內(nèi)部因素控制作用下,通過降雨、地震、人類活動(dòng)等外在因素誘發(fā)形成[2—5]。降雨或地表水通過裂縫、道路等途徑入滲到滑坡體內(nèi),使滑坡體強(qiáng)透水巖土體飽和,巖土體抗剪強(qiáng)度降低,滲流壓力增大,滑動(dòng)力大幅度增加,從而誘發(fā)滑坡體復(fù)活[6—7]。研究發(fā)現(xiàn)汶川、舟曲等地區(qū)滑坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài),在地震后出現(xiàn)復(fù)活,研究結(jié)果認(rèn)為地震產(chǎn)生的水平力,使得滑坡體產(chǎn)生拉裂縫,提供了降雨入滲的有利通道,導(dǎo)致滑坡復(fù)活[8—10]。近年來,隨著工程建設(shè)規(guī)模的增加,受土地資源或建設(shè)空間的制約,工程建設(shè)過程中的開挖成為滑坡的復(fù)活關(guān)鍵誘發(fā)因素。邊坡開挖形成臨空面,改變其原始應(yīng)力場,使得臨空面附近應(yīng)力集中,邊坡后緣出現(xiàn)多條平行張拉裂縫或錯(cuò)落坎,臨空面附近形成剪出口,加速滑坡的復(fù)活[11—15]。

        目前針對(duì)滑坡復(fù)活的研究主要集中在滑坡變形特征、誘發(fā)因素以及復(fù)活機(jī)制[16—18],但針對(duì)多因素誘發(fā)古滑坡復(fù)活的研究相對(duì)較少。以東南亞某水電站壩址區(qū)右岸上游H1 古滑坡為例,結(jié)合現(xiàn)場踏勘、鉆探資料、測斜孔監(jiān)測數(shù)據(jù)、表觀位移監(jiān)測數(shù)據(jù)等,在研究該古滑坡特征的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)調(diào)查滑坡復(fù)活過程中地表裂縫發(fā)育和滑坡體表部噴護(hù)混凝土開裂的空間規(guī)律以及變形特征,確定開挖與降雨兩種作用在古滑坡復(fù)活中的相關(guān)關(guān)系,對(duì)防范古滑坡復(fù)活引起整體破壞、保障施工安全和滑坡治理具有重要意義。

        1 古滑坡概況

        1.1 滑坡發(fā)育特征

        東南亞某水電站最大壩高74 m,最大壩長228 m,裝機(jī)容量240 MW??刂屏饔蛎娣e1748 km2,正常蓄水位1040 m,對(duì)應(yīng)庫容為0.804×108m3。電站工程等別為二等,工程規(guī)模為大(2)型工程。

        H1 滑坡體位于壩址右岸順河床上游0.23 km 處(見圖1)。前緣高程995~1005 m,后緣高程1085~1093 m,滑坡體的長197.2~231.9 m,寬50~72.4 m,總體積約1.8×106m3?;麦w表面坡度26°,中后緣較薄、前緣較厚,通過遙感解譯和地質(zhì)調(diào)查,H1 滑坡平面“圈椅”特征明顯,前緣和中部位于正常蓄水位高程1040 m 以下。

        圖1 H1 滑坡區(qū)全貌圖

        滑坡兩側(cè)邊界特征明顯,上游側(cè)靠近G4 擠壓帶,下游側(cè)以G2 擠壓帶為下邊界(見圖2)。根據(jù)開挖揭露,G2 擠壓帶產(chǎn)狀為N30°~40°E/NW∠43°~58°,破碎帶寬度5~10 m,由擠壓片狀巖、透鏡體及少量糜棱巖等組成,帶內(nèi)巖體擠壓破碎明顯,局部強(qiáng)烈擠壓后呈片理化;G4 擠壓帶產(chǎn)狀為N40°E/NW∠55°~70°,由擠壓片狀巖組成,巖面有糜棱巖化現(xiàn)象,面呈銹黃色,帶內(nèi)巖體擠壓破碎明顯。G4 擠壓帶位于壩軸線上游右岸引水洞進(jìn)口附近偏上游,與G2 擠壓帶近乎平行。

        圖2 H1 滑坡區(qū)斷裂構(gòu)造分布圖

        在滑坡體中后緣布置2 個(gè)鉆孔(見圖3)。根據(jù)地質(zhì)測繪和鉆探揭露,H1 滑坡體上覆土層主要為坡積碎石土,下部基巖為板巖、炭質(zhì)板巖及砂巖,滑坡體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成及特征見表1 和圖3。

        表1 H1 滑坡結(jié)構(gòu)及特征

        圖3 H1 滑坡體斷面圖

        1.2 監(jiān)測布置

        在H1 滑坡體上共布置1 個(gè)測斜孔和3 個(gè)表觀監(jiān)測點(diǎn)(見圖4、圖5)。測斜孔YBP-IN-03 布置于滑坡體中部,高程為EL.1048 m,孔深26 m,2019 年4月1 日安裝完成,2019 年4 月8 日取得初始值,截止2021 年9 月7 日,累計(jì)監(jiān)測78 次。表觀監(jiān)測點(diǎn)H1-TP-1 布置于滑坡體后緣,高程為EL.1068 m,H1-TP-2 布置于滑坡體中部,高程為EL.1044 m,H1-TP-3 布置于滑坡下部,高程為EL.1028 m,3 個(gè)表觀監(jiān)測點(diǎn)于2018 年12 月1 日取得初始值,截止2021 年9 月7 日,累計(jì)監(jiān)測90 次。

        圖4 H1 滑坡監(jiān)測點(diǎn)布置圖

        圖5 H1 滑坡監(jiān)測點(diǎn)位置圖

        2 滑坡變形特征分析

        2.1 表觀變形特征

        (1)現(xiàn)場調(diào)查

        根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,H1 滑坡體整體上處于兩側(cè)山梁之間,沿滑坡方向,呈現(xiàn)上緩下陡的地貌形態(tài)。地形上有利于地表水匯集。

        滑坡體范圍內(nèi),位于EL.1044 m 壩頂公路路基發(fā)生沉降開裂現(xiàn)象,數(shù)條裂縫平行于路面延伸展布,寬度一般約2~3 cm,最大寬度約5 cm,延伸長度一般3~5 m(見圖6、圖7),地表相對(duì)下錯(cuò)形成落坎。EL.1044~1016.5 m 范圍邊坡噴砼均有開裂(見圖8),裂縫走向多垂直于滑動(dòng)方向,形成明顯的張拉裂縫。

        圖6 滑坡中部裂縫位置圖

        圖7 EL.1044m 壩頂公路裂縫

        圖8 滑坡中部噴砼開裂破壞

        (2)變形監(jiān)測

        1)測斜監(jiān)測成果經(jīng)歷第一個(gè)雨季后,截至2019 年11 月5 日,測斜孔YBP-IN-03 孔口累計(jì)位移為6.71 mm。從位移-深度曲線看,在EL.1045~1048 m 孔深范圍測點(diǎn)沿滑動(dòng)方向相對(duì)位移明顯,但總位移量較小,見圖9。

        圖9 YBP-IN-03 位移-深度曲線圖(2019 年)

        2)表觀監(jiān)測成果

        2018 年12 月1 日開始表觀監(jiān)測工作,至2021年9 月6 日監(jiān)測結(jié)束。表觀監(jiān)測成果見圖10—圖13。

        圖10 H1-TP-1、H1-TP-2 表觀監(jiān)測位移-時(shí)間關(guān)系圖

        圖11 H1-TP-1、H1-TP-2 表觀監(jiān)測位移速率-時(shí)間關(guān)系圖

        圖12 H1-TP-3 表觀監(jiān)測點(diǎn)位移-時(shí)間關(guān)系圖

        圖13 H1-TP-3 表觀監(jiān)測點(diǎn)變形速率-時(shí)間關(guān)系圖

        由圖10 和圖11 可知,滑坡體后緣H1-TP-1 和H1-TP-2 監(jiān)測點(diǎn)位移量及變形速率均較小;由圖12和圖13 可知,滑坡體中部H1-TP-3 監(jiān)測點(diǎn)位移量和變形速率發(fā)生3 次突變,均發(fā)生于雨季期間,且均在持續(xù)暴雨階段發(fā)生位移量和變形速率的顯著增大。雨季結(jié)束后監(jiān)測點(diǎn)的位移量和變形速率處于穩(wěn)定狀態(tài),基本無明顯變化。說明滑坡體淺層變形與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)。

        2.2 深部變形特征

        經(jīng)歷3 個(gè)雨季后,截至2021 年9 月7 日,位移變化趨勢(shì)與2019 年基本相同(見圖14),即H1 滑坡中部變形主要集中在EL.1045 m 以上區(qū)段,為表層崩坡積覆蓋層和板巖砂巖接觸帶,雨季時(shí)位移具有較大增幅,表明雨季表層覆蓋層變形速率加大;EL.1045 m 以下區(qū)段變形量及變形速率均較小(EL.1045~1031 m 年變形增幅<1 mm/a,EL.1031 m 以下基本無變形),未見位移突變,不受降雨及地下水影響,表明H1 滑坡體深部滑動(dòng)跡象不明顯。

        圖14 YBP-IN-03 位移-深度曲線圖(2021 年)

        3 古滑坡復(fù)活機(jī)制討論

        綜合鉆探、地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測成果,H1 滑坡屬于淺層蠕變滑坡,該滑坡的“復(fù)活”是內(nèi)在因素和外在因素綜合作用的結(jié)果。

        (1)內(nèi)在因素

        G2 和G4 擠壓帶分布在H1 古滑坡兩側(cè),是H1古滑坡的邊界,受構(gòu)造作用影響,滑坡帶內(nèi)巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,是滑坡復(fù)活的構(gòu)造基礎(chǔ)與邊界切割條件。滑坡堆積物為高滲透性碎石土,從地形地貌條件分析,滑坡體處于負(fù)地形位置,有利于地表水的匯聚。

        (2)外在因素

        EL.1016.5 m 進(jìn)水口公路開挖切坡形成臨空面,人工開挖及淺表生改造導(dǎo)致滑坡體在自重作用下向臨空方向發(fā)生位移,其中第四系坡積物與板巖接觸面膠結(jié)作用差,產(chǎn)生剪切蠕變,向臨空面位移。

        測斜孔H1-TP-3 監(jiān)測資料顯示,H1 古滑坡旱季時(shí)變形速率較小,基本處于穩(wěn)定狀態(tài),雨季時(shí)位移量和變形速率快速增大,發(fā)生突變,主要因?yàn)槠麦w表層第四系坡積物滲透性強(qiáng),外界水可快速下滲,并沿滑坡方向形成滲流壓力,導(dǎo)致滑體下滑力快速增大,形成淺層牽引式滑坡,拉裂滑坡中部噴砼,在EL.1044 m壩頂公路形成拉裂縫和錯(cuò)落坎(見圖15)。

        綜合內(nèi)外因素可知,滑坡不利的坡體結(jié)構(gòu)特征為滑坡“復(fù)活”提供了地質(zhì)條件基礎(chǔ);人工開挖邊坡降低了滑坡的穩(wěn)定性,為滑坡“復(fù)活”提供了運(yùn)動(dòng)空間;雨季強(qiáng)降雨加劇了滑坡的“復(fù)活”活動(dòng)。H1 古滑坡具體“復(fù)活”機(jī)制如下:

        滑坡淺表部第四紀(jì)坡積物和板巖、砂巖接觸帶為滑坡體最軟弱部分,一方面公路開挖后形成臨空面,淺表生改造導(dǎo)致應(yīng)力場改變,導(dǎo)致滑坡沿淺表部第四系崩坡積物和板巖、砂巖接觸面重新發(fā)生位移,向臨空面產(chǎn)生蠕變變形;另一方面,下伏板巖、砂巖透水性相對(duì)較差,降雨時(shí)在第四系坡積物與板巖、砂巖接觸面處易形成飽水軟化帶,降低巖土體抗剪強(qiáng)度,且淺表層排水條件通暢,產(chǎn)生滲流壓力,綜合導(dǎo)致淺層變形持續(xù)增大。宏觀表現(xiàn)即為滑坡的“復(fù)活”。

        4 結(jié)論

        (1)測斜孔監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,H1 古滑坡淺層位移變形較大,深部未見位移突變,降雨對(duì)深部位移基本無影響。該滑坡屬于淺層牽引式滑坡。

        (2)滑坡復(fù)活的內(nèi)因主要為G2 和G4 擠壓帶分布在H1 古滑坡兩側(cè),形成滑坡復(fù)活的構(gòu)造基礎(chǔ)與邊界切割條件?;露逊e物透水性強(qiáng),滑坡體處于負(fù)地形位置,有利于地表水的匯聚。

        (3)EL.1016.5 m 進(jìn)水口公路開挖將邊坡切割形成臨空面,構(gòu)成滑坡復(fù)活的外因,淺表生改造導(dǎo)致應(yīng)力場發(fā)生改變,導(dǎo)致滑坡沿淺表部第四系坡積物和板巖、砂巖接觸面“復(fù)活”,向臨空面產(chǎn)生蠕變變形。

        (4)H1 古滑坡旱季基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。雨季雨水容易在滑坡堆積物中快速下滲,并沿滑坡方向形成滲流壓力,導(dǎo)致邊坡下滑力增大,在淺層形成牽引式滑坡。

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