嘎夏帕變形體穩(wěn)定性分析及工程影響評(píng)價(jià)

劉思丁，肖華波，魏星燦

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

嘎夏帕變形體穩(wěn)定性分析及工程影響評(píng)價(jià)

劉思丁，肖華波，魏星燦

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

嘎夏帕變形體位于楞古水電站壩址上游右岸，距壩址距離約0.5 km，估計(jì)方量約18.8萬m3。如果變形體產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，產(chǎn)生的涌浪將對(duì)大壩及相關(guān)建筑物產(chǎn)生巨大的威脅。本文在對(duì)變形體工程地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，建立地質(zhì)模型，用極限平衡理論計(jì)算天然、暴雨、地震三種工況下變形體的穩(wěn)定性，然后，根據(jù)水利水電邊坡控制安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分別就變形體在各工況下的安全性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，并對(duì)其失穩(wěn)破壞后的工程影響進(jìn)行了初步分析評(píng)價(jià)。

嘎夏帕變形體；工程地質(zhì)特征；極限平衡理論；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；工程影響

0 引 言

嘎夏帕變形體位于楞古水電站壩址上游右岸，與壩址距離約0.5 km。嘎夏帕變形體前緣高程2 490 m，后緣高程2 600 m，順河寬50～80 m，垂直厚度20～30 m，方量約18.8萬m3（見圖1）。由于方量大，且潛在滑體重心比蓄水后庫(kù)水位高約80 m，存在失穩(wěn)可能，如果嘎夏帕變形體失穩(wěn)破壞，產(chǎn)生的涌浪將對(duì)大壩及相關(guān)建筑物產(chǎn)生巨大的威脅。

圖1 嘎夏帕變形體全貌

1 地質(zhì)概況

嘎夏帕變形體前部、左側(cè)和右側(cè)三面臨空，出露地層巖性為三疊系上統(tǒng)侏倭組（T3zh）中厚層變質(zhì)砂巖，并穿插有印支—燕山期花崗偉晶巖脈。依據(jù)巖體結(jié)構(gòu)和變形破壞模式，可以將變形體大致分為三個(gè)亞區(qū)（見圖2）。

Ⅰ區(qū)由變質(zhì)砂巖及花崗偉晶巖脈組成，其中，變質(zhì)砂巖位于前緣，層面反傾坡內(nèi)，因遭受多期地質(zhì)構(gòu)造作用及風(fēng)化卸荷作用影響，巖體較破碎。

Ⅰ區(qū)花崗巖體變形模式為典型的壓致拉裂，主要發(fā)育兩組裂隙：①N10°E／SE∠35°；②N80°W／NE∠84°。其中，第②組裂隙構(gòu)成變形體的側(cè)裂面，使變形體兩側(cè)面臨空，第①組相對(duì)較緩的結(jié)構(gòu)面為變形體的潛在滑面，控制巖體的滑動(dòng)，變形體結(jié)構(gòu)面赤平投影見圖3。

在Ⅰ區(qū)花崗巖體中共發(fā)育三條第①組結(jié)構(gòu)面，巖體有沿這三條結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)的趨勢(shì)，由于結(jié)構(gòu)面上存在鎖固段，阻止巖體下滑，因此，在鎖固段處發(fā)育豎向拉裂縫，進(jìn)一步將巖體切割成獨(dú)立于母體的變形體。在巖脈的頂部，豎向裂隙已經(jīng)貫通，形成了變形體；在中下部，豎向裂縫在逐漸擴(kuò)大，有貫通的趨勢(shì)。

Ⅱ區(qū)主要為砂巖，層面反傾坡內(nèi)，傾角較陡，巖體完整性較好，在其中發(fā)育有Ⅰ區(qū)延伸過來并逐漸消失的3條第①組緩節(jié)理和層理。雖然受到結(jié)構(gòu)面切割，但是結(jié)構(gòu)面處于閉合、緊密接觸狀態(tài)，且?guī)r體并沒有明顯變形，穩(wěn)定性較好。

Ⅲ區(qū)巖體由4條花崗巖脈與砂巖組成，由于巖脈侵入時(shí)的擠壓作用，后緣砂巖破碎，為碎裂狀巖體，呈堆石狀，且由于變形體底部與地面接觸面的角度達(dá)到45°以上，因此，Ⅲ區(qū)巖體穩(wěn)定性差，主要靠Ⅰ區(qū)及Ⅱ區(qū)阻滑。

圖2 嘎夏帕變形體剖面示意

圖3 結(jié)構(gòu)面赤平投影

圖4 穩(wěn)定性計(jì)算模型

圖5 穩(wěn)定性計(jì)算模型條分圖

2 工程地質(zhì)分析

根據(jù)嘎夏帕變形體工程地質(zhì)條件宏觀判斷，Ⅰ區(qū)前部砂巖目前穩(wěn)定性差，隨時(shí)可能發(fā)生崩塌破壞；Ⅰ區(qū)花崗巖體變形較大，頂部拉裂縫已經(jīng)貫通，中下部拉裂縫正在發(fā)展擴(kuò)大，在大壩建設(shè)和運(yùn)行期間，受地震及降雨的影響，極有可能失穩(wěn)發(fā)生滑移式崩塌；Ⅱ區(qū)砂巖完整性較好，目前未有明顯變形；Ⅲ區(qū)砂巖為碎裂狀巖體，巖體破碎。目前Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)巖體對(duì)Ⅲ區(qū)碎裂狀巖體起阻滑作用，維持整個(gè)嘎夏帕變形體的穩(wěn)定。但是在Ⅰ區(qū)失穩(wěn)破壞的情況下，Ⅱ區(qū)砂巖對(duì)Ⅲ區(qū)巖體阻滑作用有限，可能發(fā)生整體潰決式破壞。

3 穩(wěn)定性計(jì)算與分析

3.1 計(jì)算剖面與滑面選取

選取縱1-1剖面作為變形體代表性剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4，條分圖見圖5。

3.2 計(jì)算方法與工況

依據(jù)《水利水電邊坡工程設(shè)計(jì)規(guī)范》DL／T5353 -2006，結(jié)合變形體的實(shí)際情況，選用摩根斯頓-普賴斯法和剩余推力法對(duì)變形體的穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算。

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算主要考慮自重、蓄水、地震和降雨等四種工況以及它們的組合工況下變形體的穩(wěn)定性。由于蓄水后最高水位2 477 m低于變形體前緣高程2 490 m，因此蓄水后的工況無需計(jì)算。地震工況按壩址區(qū)50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)選取，即水平加速度峰值取0.143 6 g。計(jì)算工況如下：

工況1 （自重）：天然狀態(tài)下水位為2 399 m，僅考慮斜坡巖土體的自重。

工況2 （自重＋暴雨）：在工況1的基礎(chǔ)上，考慮暴雨作用。

工況3 （自重＋地震）：在工況1的基礎(chǔ)上，考慮地震引起的水平推力。水平地震加速度取0.143 6 g。

3.3 邊坡等級(jí)與安全標(biāo)準(zhǔn)

本次研究根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ／T0218-2006）中的滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表1），對(duì)斜坡穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。

根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL／T 5353 -2006），嘎夏帕變形體為A類樞紐工程區(qū)邊坡中的II級(jí)邊坡。工況1、4、7為持久狀況，工況2、5、8為短暫工況，工況3、6為偶然工況。因此，在1、4、7工況下穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到1.15～1.25即為安全；在2、5、8工況下穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到1.05～1.15即為安全；在3、6工況下穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到1.05即為安全。

3.4 物理力學(xué)參數(shù)取值

本次研究采用兩種方法對(duì)巖土體的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合研究，包括工程地質(zhì)類比與經(jīng)驗(yàn)取值、反

演，最后根據(jù)變形體和堆積體的實(shí)際情況綜合取值（見表2）。

表1 斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2 變形體巖體物理力學(xué)參數(shù)

3.5 穩(wěn)定性計(jì)算成果及評(píng)價(jià)

嘎夏帕變形體剛體極限平衡法計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ／T0218-2006）評(píng)價(jià)嘎夏帕變形體的穩(wěn)定性，《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》DL／T5353-2006評(píng)價(jià)嘎夏帕變形體的安全性。穩(wěn)定性和安全性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。嘎夏帕變形體在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震等因素作用下處于欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定狀態(tài)，而三種工況下均不能達(dá)到《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》DL／T5353-2006的安全標(biāo)準(zhǔn)。

表3 變形體穩(wěn)定性計(jì)算成果

表4 變形體穩(wěn)定性、安全性綜合評(píng)價(jià)

4 工程影響評(píng)價(jià)

嘎夏帕變形體離壩址僅0.5km，如失穩(wěn)以后發(fā)生堵江或涌浪，將對(duì)大壩及相關(guān)水力設(shè)施產(chǎn)生影響，因此，這里對(duì)其進(jìn)行堵江和涌浪定量計(jì)算。

4.1 滑坡堵江計(jì)算及評(píng)價(jià)

滑坡進(jìn)入河床完全堵塞河床需要有一定的體積。構(gòu)成完全堵江的最小入江土石方量Vmin可通過計(jì)算獲得（柴賀軍、張倬元，1996）。

根據(jù)嘎夏帕變形體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，變形體在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生滑動(dòng)破壞的可能性較??；暴雨工況和地震工況中處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，存在整體滑動(dòng)的可能性，估計(jì)失穩(wěn)方量約為18.8萬m3。表5為最小堵江體積計(jì)算結(jié)果，由此可以判定，變形體如果發(fā)生整體滑動(dòng)，將不會(huì)形成堵江。

4.2 滑坡涌浪計(jì)算及評(píng)價(jià)

滑坡涌浪的計(jì)算包括滑坡激起的初始浪高的計(jì)算及涌浪在河道中的傳播計(jì)算，計(jì)算方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式、模型試驗(yàn)方法及數(shù)值模擬計(jì)算方法，工程上的滑坡涌浪計(jì)算以經(jīng)驗(yàn)公式為主。本文參考《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》的公式進(jìn)行涌浪計(jì)算。

根據(jù)蓄水后滑坡堆積體基本參數(shù)、剖面圖形態(tài)及水深確定具體計(jì)算參數(shù)。具體計(jì)算參數(shù)見表6。

根據(jù)表6的參數(shù)，可以計(jì)算得到嘎夏帕變形體涌浪預(yù)測(cè)的平均速度（根據(jù)嘎夏帕變形體剛體極限平衡分析，建議采取地震工況進(jìn)行預(yù)測(cè)，即堆積體滑動(dòng)時(shí)平均速度為12.59m／s。）、首浪預(yù)測(cè)值、對(duì)岸岸坡前浪高及壩址區(qū)涌浪預(yù)測(cè)高度，見表7。

滑動(dòng)產(chǎn)生的初始涌浪高度為29.78m，對(duì)岸岸坡浪高21.6m?？紤]雅礱江江水流速的影響，傳播浪浪高計(jì)算中進(jìn)行一定的修正。根據(jù)河道地形條件，建議上游采用0.7、下游采用1.2的修正系數(shù)，涌浪傳遞至壩址區(qū)時(shí)預(yù)測(cè)浪高為14.44m，將對(duì)壩體和相關(guān)建筑物有影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）嘎夏帕變形體目前正經(jīng)歷嚴(yán)重的變形，在暴雨和地震因素作用下，整體失穩(wěn)破壞的可能性較高。

（2）嘎夏帕變形體整體入江將在壩址處產(chǎn)生14.4m高的涌浪，對(duì)大壩及相關(guān)水力設(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。

（3）Ⅰ區(qū)花崗巖脈和砂巖是嘎夏帕變形體整體穩(wěn)定的關(guān)鍵塊體，建議對(duì)Ⅰ區(qū)花崗巖體采取錨固措施，阻止Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)巖體下滑，保證變形體的整體穩(wěn)定性；或?qū)Ω孪呐磷冃误w采取整體清方措施，保證楞古水電站建設(shè)和運(yùn)行期的安全。

表5 最小堵江體積計(jì)算

表6 涌浪計(jì)算參數(shù)

表7 涌浪計(jì)算結(jié)果

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圖8 B區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算模型

（3）A區(qū)若出現(xiàn)變形失穩(wěn)，對(duì)B區(qū)穩(wěn)定性有較為明顯的影響，穩(wěn)定性計(jì)算表明，B區(qū)整體在A區(qū)下滑后在各種工況下仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，但局部地段在暴雨和地震工況下將會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。

（4）在庫(kù)水升降作用下滑坡體存在A區(qū)下滑的可能。當(dāng)A區(qū)滑動(dòng)破壞后，后緣B區(qū)由于失去支撐易發(fā)生局部牽引式滑動(dòng)破壞，因此，A區(qū)穩(wěn)定是控制滑坡穩(wěn)定的關(guān)鍵，應(yīng)對(duì)坡體A區(qū)采取必要的加固處理措施。

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TV221.1

B

1003-9805（2015）04-0048-04

2015-06-09

劉思?。?981-），男，山西運(yùn)城人，工程師，從事水電勘察工作。