瀘定某水電站廠房后邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

李飛騰，黎璽克

（1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；2.甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司，蘭州730000）

0 引言

瀘定縣轄區(qū)內(nèi)水力資源豐富，目前已有多座已建與在建水電站?？h內(nèi)某在建水電站位于大渡河一級(jí)支流灣東河，本水電站廠址區(qū)選在灣東河畔一Ⅱ級(jí)階地上。廠址邊坡后有一坡度在40°～45°之間的高陡邊坡。邊坡地表覆蓋層厚度在10～15m，坡體覆蓋物較松散，在目前的狀態(tài)下為基本穩(wěn)定的狀態(tài)，但在暴雨、地震等不利工況下，加上邊坡前緣廠區(qū)的修建需要開挖邊坡前緣，易使邊坡發(fā)生漸進(jìn)式破壞。因此對(duì)本邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析具有明顯的工程實(shí)際意義，是必要的。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)所在區(qū)域地勢(shì)總體西高東低，為中—高山區(qū)。河谷斷面多呈深“V”型，屬于深切割地貌，河谷邊坡坡度多在40°～50°。廠址后邊坡坡度在40°～45°，此邊坡上陡下緩，植被覆蓋較好，多為灌木。坡腳處為灣東河Ⅱ級(jí)階地。

1.2 地層巖性

據(jù)地表調(diào)查與區(qū)域地質(zhì)資料，廠房邊坡范圍內(nèi)出露的第四系地層主要有：以塊碎石為主，呈灰黃色、青黃色的全新統(tǒng)崩坡積（Qcol＋dl4）；以磨圓度很好的青灰色的花崗閃長(zhǎng)巖塊為主的泥石流堆積物（Qsef4）。廠房邊坡范圍內(nèi)出露的基巖為澄江期花崗（閃長(zhǎng)）巖（δ12），為巖漿侵入巖，花剛結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅(jiān)硬。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，斷裂褶皺較發(fā)育。對(duì)邊坡影響較大的構(gòu)造有磨西斷裂，得妥斷裂（大渡河斷裂）。廠房后邊坡即位于磨西斷裂東盤之上。邊坡距其西側(cè)的磨西斷裂為0.30km，距得妥斷裂為3.5km。邊坡所在地區(qū)相應(yīng)的基本地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，未來50a超越概率為10%基巖水平峰值加速度值為282cm／s2。

1.4 氣象水文

根據(jù)鄰近海螺溝氣象站氣象資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)年平均氣溫4.4℃，多年平均年降雨量1 959.5mm。降雨主要集中在每年的5月—9月，占年降水量的72.9%。每年降雪時(shí)期較長(zhǎng)，除6月—8月一般不降雪外，其余月份都有降雪。

區(qū)內(nèi)水系屬岷江支流大渡河水系，廠址處流域內(nèi)，廠址上游不遠(yuǎn)處有銀廠溝匯入。邊坡處的地下水類型主要為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水。第四系花散層透水性好，富水性貧乏。兩類地下水都主要由降雨補(bǔ)給。

2 邊坡變形破壞特征及其影響因素分析

2.1 邊坡變形破壞特征

研究區(qū)邊坡的變形破壞機(jī)制為后退式的漸進(jìn)破壞，為沿著基覆界面滑動(dòng)的土質(zhì)邊坡。

本文所研究的邊坡由崩坡積堆積而成的塊碎石土組成，邊坡覆蓋物厚度約10～15m，結(jié)構(gòu)松馳。廠房邊坡地表植被覆蓋較好，邊坡地形坡度約40°，下部階地處地形平緩，為邊坡前緣的阻滑段。廠房邊坡整體上無明顯的變形破壞跡象，下部公路上方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)明顯的變形破壞跡象；在邊坡中部公路上下，由于公路的邊坡開挖和開挖后棄渣的堆放，有小規(guī)模的堆積體下錯(cuò)現(xiàn)象。另外邊坡局部可見淺層地表溜滑。

2.2 邊坡變形破壞影響因素分析

2.2.1 邊坡變形破壞的內(nèi)在因素分析

（1）地形因素：在青藏高原長(zhǎng)期抬升的背景下，研究區(qū)處于其抬升影響范圍內(nèi)，故研究區(qū)形成了明顯的高山峽谷地貌，同時(shí)在長(zhǎng)期的河流下蝕作用下，研究區(qū)的硬質(zhì)花崗巖容易形成陡坡地貌。邊坡整體在40°～45°的地形坡度下，再加上廠房后邊坡本身的箕形外部形態(tài)，為邊坡向臨空方向的變形提供了地形地貌條件。

（2）物質(zhì)因素：研究區(qū)的基巖為硬質(zhì)的花崗巖，在長(zhǎng)期的內(nèi)外營(yíng)力作用下解體覆蓋在基巖表面，形成內(nèi)部結(jié)合力不好的覆蓋層，其透水能力好，降雨容易下滲。另地表的強(qiáng)烈風(fēng)化形成的土壤類產(chǎn)物，在降雨等情況下易飽和，使其物理力學(xué)參數(shù)下降。這些都為邊坡變形破壞奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

（3）構(gòu)造因素：廠房邊坡所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，邊坡距離最近的磨西斷裂僅有0.30km的距離，受其影響會(huì)相當(dāng)強(qiáng)大。同時(shí)在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，邊坡基巖巖體結(jié)構(gòu)會(huì)愈加松散，發(fā)育不利于邊坡穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面。

2.2.2 滑坡變形破壞的外在因素分析

（1）降雨影響：研究區(qū)多年降雨統(tǒng)計(jì)顯示，區(qū)域降雨多集中在夏季，易出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)降雨。在此情況下，邊坡坡體在降雨后出現(xiàn)坡體覆蓋物重度增加，基覆界面物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)下降，連起的穩(wěn)定性因此而趨差。由此可見降雨的影響為引發(fā)邊坡可能失穩(wěn)的一個(gè)重要外在因素。

（2）地震影響：在近場(chǎng)范圍內(nèi)，迄今已有5次Ms≥4.7級(jí)的破壞性地震記載；1970年—2005年以來近代地震活動(dòng)的主要表現(xiàn)形式為ML＜4.7級(jí)的中、小地震，共記到 ML＝1.0—4.6級(jí)地震2 174次。由此可見，雖然在研究區(qū)無出現(xiàn)強(qiáng)震及其以上的地震，但由于研究區(qū)處于斷裂構(gòu)造的活動(dòng)地帶，且離一斷層較近，因此在可能出現(xiàn)地震的情況下，邊坡在水平地震分力的作用下有失穩(wěn)的趨勢(shì)。

（3）人類工程活動(dòng)：在邊坡范圍內(nèi)，邊坡中部修建了一條公路，擬建廠址又位于邊坡前緣，對(duì)前緣的切坡如處理不當(dāng)，將會(huì)是邊坡失穩(wěn)的直接外部因素。

3 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 邊坡穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，對(duì)廠房邊坡的整體和局部穩(wěn)定性宏觀判斷如下：

灣東電站廠房邊坡的三層式結(jié)構(gòu)，由地表的塊碎石土、淺表的泥石流堆積，和下伏的花崗（閃長(zhǎng)）巖組成。邊坡的整個(gè)坡度在40°～45°之間，地表覆蓋層厚度在10～15m之間，坡體覆蓋物較松散，在長(zhǎng)期的自然趨穩(wěn)過程中，已經(jīng)達(dá)到了基本平衡，在自然條件下，再加上邊坡下部和中部的公路對(duì)其的影響，目前整體判定為基本穩(wěn)定，局部有發(fā)生小規(guī)模地表崩塌的可能；若在邊坡前緣的階地上開挖，再加上邊坡上出現(xiàn)的人為因素，若在暴雨或者地震等不利條件下，則開挖后邊坡的整體穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生后退式的遞進(jìn)滑塌。

3.2 穩(wěn)定性定量計(jì)算

研究區(qū)邊坡的定量計(jì)算分析在定性分析的基礎(chǔ)上針對(duì)會(huì)對(duì)廠房區(qū)產(chǎn)生影響的邊坡范圍，在充分搜集其現(xiàn)場(chǎng)和歷史資料條件下，結(jié)合其定性分析，按照《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的方法，結(jié)合本工程實(shí)際，進(jìn)行定量計(jì)算分析。

根據(jù)本邊坡的實(shí)際情況，結(jié)合分析，選取剖面Ⅰ－Ⅰ作為穩(wěn)定性計(jì)算剖面。如圖1。

圖1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算剖面Ⅰ－Ⅰ

根據(jù)本邊坡所處的場(chǎng)地條件，選取以下3種工況進(jìn)行計(jì)算：選取以下3種工況進(jìn)行計(jì)算：

（1）工況Ⅰ：天然；

（2）工況Ⅱ：天然＋暴雨；

（3）工況Ⅲ：天然＋地震。

根據(jù)勘察數(shù)據(jù)成果，結(jié)合坡體的發(fā)育特征，按照DL／T 5353—2006《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用附錄E中的不平衡推力傳遞法，對(duì)邊坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。規(guī)范中推力傳遞法的計(jì)算公式如下：

式中：Ri——第i滑動(dòng)條塊底面的抗滑力；

Ti——第i滑動(dòng)條塊底面的滑動(dòng)力；

ψi——確定第i滑動(dòng)條塊界面推力的傳遞系數(shù)，ψ1＝l；

Wi——第i滑動(dòng)條塊自重；

Qi、Yi——分別為作用在第i條塊上的外力（包括地震力、錨索和錨樁提供的加固力和表面荷載）在水平向和垂直向分力；由于本工程處于Ⅷ度烈度區(qū)，本計(jì)算中地震加速度值取282cm／s2；

Ubi——第i滑動(dòng)條塊底面的孔隙壓力；

Ei－1——第i－1滑動(dòng)條塊作用于第i滑動(dòng)條塊的推力；

Ei——第i＋1滑動(dòng)條塊對(duì)第i滑動(dòng)條塊側(cè)面的反作用力，與第i滑動(dòng)條塊的推力大小相等，方向相反；

αi——第i滑動(dòng)條塊底面與水平面的夾角；

li——第i滑動(dòng)條塊底面長(zhǎng)度；

c′、φ′—— 第i滑動(dòng)條塊底面的有效凝聚力和內(nèi)摩擦角；

K——設(shè)計(jì)安全系數(shù)。

作用于條塊界面上的推力Ei按下式確定：

根據(jù)邊坡的結(jié)構(gòu)特征和形態(tài)特征，判斷其破壞模式后退式漸進(jìn)破壞，邊坡區(qū)巖體主要為花崗巖，根據(jù)相關(guān)規(guī)范分析，綜合鄰近場(chǎng)地的經(jīng)驗(yàn)資料，提出滑帶土的物理力學(xué)參數(shù)建議值，見表1。另外按DL 5180—2003《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)安全系數(shù)在工況1（自然狀況）下為1.15～1.25，在工況2（暴雨）下取1.05～1.15，在工況3（地震）下取1.05。

表1 滑帶力學(xué)參數(shù)值取值表

本計(jì)算中，滑塊1到滑塊10按塊碎石土的力學(xué)參數(shù)取值計(jì)算，11到13滑塊按漂石土取值計(jì)算。按照上述計(jì)算模型和方法，選取代表性剖面橫1－1′根據(jù)剖面的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

3.3 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)上文定量計(jì)算結(jié)果可以看出，邊坡在天然狀況下是處于基本穩(wěn)定的，但在暴雨和地震狀況下穩(wěn)定性均欠佳，若對(duì)邊坡前緣的階地進(jìn)行開挖，則相當(dāng)于清除了邊坡的抗滑段，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利，極易引起邊坡失穩(wěn)。

比較穩(wěn)定性的定量計(jì)算結(jié)果與定性分析的結(jié)果，可知穩(wěn)定性的定量與定性評(píng)價(jià)基本相符。說明穩(wěn)定性判定結(jié)果可信。

3.4 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

通過以上的定性和簡(jiǎn)略定量分析，影響廠房邊坡穩(wěn)定性的因素主要有兩方面：人為的開挖邊坡前緣；不利的自然因素，如暴雨和地震的影響。

在人為開挖的情況下，由于解除了邊坡前緣的抗滑段，邊坡的穩(wěn)定性受到極大影響，在天然狀況下有可能失穩(wěn)，對(duì)廠房和邊坡上的公路直接造成危害。另外，后期由于發(fā)電站的運(yùn)營(yíng)，廠區(qū)的尾水勢(shì)必要造成邊坡前緣的灣東河水位上漲，因而引起地下水位的上升，基覆界面的潛在滑面巖土的物理力學(xué)參數(shù)都會(huì)下降，成為影響邊坡穩(wěn)定性的另外一個(gè)因素。

4 治理方案建議

通過前述廠房邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)，廠房邊坡在人類因素和不利情況下有危害下方將建的電站廠房區(qū)和廠房后公路的可能。因此為了保護(hù)邊坡下的電站廠房區(qū)和廠房后的進(jìn)村進(jìn)廠公路，有必要對(duì)廠房邊坡進(jìn)行預(yù)防治理。

根據(jù)邊坡可能失穩(wěn)影響的對(duì)象工程重要性等級(jí)和其永久性主要建筑物級(jí)別，提出以下建議治理方案。

4.1 方案一：坡體前緣設(shè)置抗滑樁

在邊坡前緣公路靠山側(cè)設(shè)置抗滑樁，以消除開挖廠房邊坡而對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，同時(shí)對(duì)上方的邊坡起到永久性的防治效果。

4.2 方案二：框架格構(gòu)梁加錨桿（或者錨索）

在坡體中部地表設(shè)置格構(gòu)梁，同時(shí)加設(shè)錨桿（或錨索），以起到阻止廠房后邊坡下滑的趨勢(shì)。另外在邊坡下部公路的靠山側(cè)要設(shè)一定高度的護(hù)坡墻，以防止邊坡表面的局部垮塌。

以上兩種方案，均輔以對(duì)邊坡表面的局部崩塌進(jìn)行清理。同時(shí)對(duì)邊坡的防治應(yīng)在廠房邊坡開挖前進(jìn)行，以防在廠房邊坡開挖的過程中，邊坡失穩(wěn)帶來的危害。

兩種方案對(duì)比，第一種施工相對(duì)簡(jiǎn)單，占用土地較第二種為少，難度較低；同時(shí)考慮到邊坡的下滑推力較大，采用第一種方案更為可靠。因此推薦采用第一種方案。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）某電站廠房位于瀘定縣境內(nèi)大渡河一級(jí)支流灣東河畔的左岸Ⅱ級(jí)階地上。廠房后邊坡范圍內(nèi)的地層主要由第四系全新統(tǒng)崩坡積（Qcol＋dl4）、第四系泥石流堆積物（Qsef4）、澄江期花崗（閃長(zhǎng)）巖（δ12）組成。

（2）從目前的變形破壞特征分析，廠房邊坡目前除局部的地表溜滑外，未發(fā)現(xiàn)大的明顯的變形現(xiàn)象。但廠房邊坡的地形及邊坡結(jié)構(gòu)不利于邊坡穩(wěn)定。影響邊坡穩(wěn)定的主要影響為人為的邊坡前緣開挖、暴雨和地震等不利的自然因素兩個(gè)方面。

（3）若廠房邊坡發(fā)生失穩(wěn)，其可能的失穩(wěn)模式為沿著基覆界面的后退漸進(jìn)式破壞。

（4）穩(wěn)定性定量計(jì)算結(jié)果表明，廠房邊坡在自然狀況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨?duì)顩r下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震狀況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。定量分析的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)的定性分析結(jié)果基本吻合，表明邊坡在暴雨、連續(xù)降水或強(qiáng)烈地震的影響下可能會(huì)發(fā)生一定規(guī)模的破壞。同時(shí)后期的廠房邊坡開挖會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定造成直接的、很大的人為影響。

（5）為了消除邊坡可能失穩(wěn)帶來的危害，可以采用抗滑樁和格構(gòu)加錨桿兩種針對(duì)性治理措施，通過方案比選，建議采用抗滑樁進(jìn)行治理。

[1]DL／T 5353—2006，水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DZ／T 0218—2006，滑坡防治工程勘查規(guī)范[S].

[3]DZ／T 0219—2006，滑坡治理工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]李玉鑾.邊坡變形及其失穩(wěn)影響因素分析[J].福建建筑，2006（3）：67－69.

[5]劉銀偉.汪家坪滑坡的穩(wěn)定性分析與計(jì)算[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，12（2）：92－96.