溪洛渡水電站蓄水期干海子滑坡穩(wěn)定性評價

劉　源

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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溪洛渡水電站蓄水期干海子滑坡穩(wěn)定性評價

劉源

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

干海子滑坡規(guī)模巨大，為近壩庫段重點滑坡，滑坡穩(wěn)定性對電站的安全和正常運營至關重要。通過地質(zhì)宏觀評價、變形監(jiān)測、極限平衡計算等多種方法對其蓄水期間穩(wěn)定性進行了復核。結果表明:目前滑坡整體基本穩(wěn)定，但滑坡前緣部位處于臨界滑動階段，不穩(wěn)定，存在隨時滑塌的可能性，失穩(wěn)形式應為蠕滑～拉裂解體。

滑坡；蓄水；監(jiān)測；穩(wěn)定性

0　前　　言

干海子滑坡位于金沙江右岸的云南省永善縣務基鎮(zhèn)白勝村，是溪洛渡水庫近壩庫段的重點滑坡?；麦w順江展布長約900 m，一般厚55.66～166.04 m，總體積約4 760萬m3；后緣為干海子平臺，高程640～650 m，長約600 m，寬200～300 m，總體以3°～5°傾角向坡內(nèi)反傾；平臺后部為一負地形，即所謂的“干海子”。唐家灣座滑體位于干海子滑坡的后部，后緣高程900～920 m，前緣物質(zhì)堆積至干海子平臺后緣，高程為640～650 m。該滑坡穩(wěn)定性對電站的安全和正常運營至關重要，因此有必要對其在蓄水階段的穩(wěn)定性進行評價。

1　滑坡地質(zhì)背景

干海子滑坡區(qū)所處的金沙江段，江水總體流向由N55°E轉為N25°E。地貌上滑坡體所在的岸坡向右岸凹進，谷坡陡緩相間。出露的基巖有寒武系上統(tǒng)二道水組(∈3e)，奧陶系紅石崖組(O1h)、巧家組(O1-2q)，志留系龍馬溪組(O3-S1l)、石門坎組(S2s)，二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)、陽新灰?guī)r(P1y)及二迭系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)?；聟^(qū)位于雷波～永盛寬緩向斜的南東翼，總體構造不發(fā)育，無大的斷層通過，該地段構造形跡主要表現(xiàn)為一些褶皺和節(jié)理裂隙。根據(jù)國家地震局全國地震烈度區(qū)劃資料和水庫地震地質(zhì)背景分析，滑坡區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度，地震峰值加速度0.15g。

2　滑坡變形特征

干海子滑坡體經(jīng)過高速滑動后，位能較低，并經(jīng)歷了歷史上堵江洪水的考驗；滑體地形完整，上游側沖溝深切，地表水排泄通暢；滑坡物質(zhì)為塊碎石層，較松散，透水性好；滑面平緩，約5°～8°，且水平段距離很長，約650 m；蓄水前地表調(diào)查未見明顯的變形跡象。僅前緣斜坡“垮堵灣”部位發(fā)生表層的牽引變形。

溪洛渡水庫蓄水至600 m過程中，由于受庫水位浸泡等影響，干海子滑坡體前緣垮堵灣部位發(fā)生變形、塌岸，出現(xiàn)兩條沿金沙江流向展布的拉裂縫，拉裂縫距坡體前緣最大距離約50 m；坡體其余范圍則未見明顯的宏觀變形跡象。

3　蓄水期監(jiān)測成果及分析

水庫蓄水前，在干海子滑坡體的重點部位布置了10個外觀變形觀測墩，水庫580 m蓄水期間，為加強對滑坡體前緣變形情況的監(jiān)測，增加了3個外觀變形觀測墩。監(jiān)測方法主要為地表變形監(jiān)測(外觀點)。

3.1水平位移方向

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對各測點水平位移矢量方向進行了計算，結果表明矢量方向總體為N52°～79°W，說明滑坡體主要是向金沙江河谷方向變形(見圖1)。

3.2累計位移

干海子滑坡地表變形監(jiān)測點2013年5月6日取得首期測值，TP11～TP13于2014年6月8日取得首期測值 ；截至2014年11月6日，各測點各向累計位移值見表1：

圖1　干海子滑坡監(jiān)測點布置及矢量方向示意

測點編號埋設高程/m累計位移量/mmXYXYHTP1811.620652.85236.90288.29165.15TP2767.163643.35212.05244.28180.60TP3675.3591106.00196.90233.3799.90TP4663.1846173.70251.30315.15135.90TP5637.2042513.60766.75870.31613.50TP6759.618879.45267.40292.40232.40TP7707.456786.95252.60289.02189.40TP8655.7456104.90216.50253.60128.20TP9657.0637336.75436.80557.00319.75TP10635.7645486.55796.95940.42592.75TP11655.8612126.25192.20234.12221.95TP12638.107988.05255.50277.09333.95TP13648.302592.90179.80205.76151.50

由表1可知：三個分量變形以向河谷方向最大，沉降次之，向下游最小。對X方向位移而言，均為正值，說明整體向下游方向變位；Y方向位移均為正值，說明坡體向臨江河谷方向變位，除前緣測點外其它部位變形量與臨江距離相關性不大；H方向變位為正值，表現(xiàn)為沉降，其規(guī)律性與Y方向變形規(guī)律接近。

通過對不同蓄水時段監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析，水平位移累計量和沉降量的變化規(guī)律主要有：

⑴位于滑坡體前緣“垮堵灣”附近測點(TP5、TP10)的累計位移量明顯大于滑坡體主體部位測點(TP3、TP4、TP8)和后緣測點(TP1、TP2、TP6、TP7)的累計位移量。

⑵各測點累計位移量均隨時間增長而逐漸增加；前緣測點位移量在庫水位變化(上升或下降)期間的增量較其余時段大，位移量變化與水位變化相關性較明顯；中后部測點位移量變化與水位變化之間的相關性不明顯。

3.3位移速率

通過對不同蓄水時段監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析，向河谷水平方向位移，前緣已發(fā)生裂縫的部位平均變形速率約0.69～3.25 mm/d，最大可達7.2 mm/d；而干海子滑坡主體及后緣平均變形速率0.38～0.92 mm/d，最大可達1.49 mm/d。各測點沉降變形，滑坡前緣平均0.87～1.68 mm/d，最大可達2.12 mm/d；其余測點平均沉降速率一般0.2～0.4 mm/d。水平位移速率和沉降速率的變化規(guī)律主要有：

(1)各測點水平位移速率和沉降速率最大值基本上都出現(xiàn)在水庫蓄水初期。

(2)庫水位相同時段對于同一剖面上的不同測點，其各向位移速率變化趨勢基本具有同步性，總體上表現(xiàn)為前緣測點位移速率普遍大于后緣測點。

(3)庫水位變化期間，坡體(尤其是坡體前緣)的變形速率一般較大。

4　滑坡穩(wěn)定性復核計算

4.1計算方法

本文選用兩種嚴格條分法Morgenstern-Price法和Spencer法，一種非嚴格條分法——羅厄法(考慮到干海子滑坡的局部滑帶傾角變化較大可能影響結果精度，未選用工程界常用的傳遞系數(shù)法)；在局部搜索滑面分析時，采用了簡化畢肖普法。計算程序選用水電行業(yè)的邊坡穩(wěn)定分析通用軟件STAB。

4.2計算模型

為全面評價各種工況下滑坡體的整體穩(wěn)定性、局部(前緣垮堵灣)穩(wěn)定性，以及前緣垮堵灣裂縫以外部位垮塌后干海子滑坡體的整體、局部穩(wěn)定性，建立滑坡穩(wěn)定性極限平衡計算模型5個(見圖2～6)。其中模型Ⅰ為干海子與唐家灣整體；模型Ⅱ為前緣垮堵灣的較大范圍；模型Ⅲ為前緣垮堵灣的較小范圍；模型Ⅳ為前緣裂縫以外坡體滑移后，剩余滑坡的整體；模型Ⅴ為前緣裂縫以外坡體滑移后，剩余滑坡的局部。

4.3計算工況

根據(jù)實際蓄水過程，選取4個計算水位，分別為高程540 m、560 m、580 m和600 m；在各水位條件下，分別計算蓄水、蓄水+暴雨、蓄水+地震3種工況。其中暴雨按3 m水頭考慮，地震按烈度按Ⅷ度考慮。

圖2模型Ⅰ圖3模型Ⅱ

圖4模型Ⅲ圖5模型Ⅳ

圖6　模型Ⅴ

4.4計算參數(shù)選取

綜合試驗資料、宏觀地質(zhì)判斷、試算反算和工程類比等，提出蓄水期穩(wěn)性計算建議參數(shù)(見表3) 。

4.5計算成果及分析

(1)模型1。通過指定滑面計算水庫蓄水各階段干海子滑坡的整體穩(wěn)定性，選定滑面為地勘揭示的原滑坡滑帶，計算成果見表4。

計算結果表明：蓄水和暴雨工況下，不同水位時整體穩(wěn)定性系數(shù)都高于1.05，邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多，穩(wěn)定性系數(shù)0.92～1.01，干海子滑坡處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)；隨著水位的升高，穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低；蓄水工況下，水位每上升20m，穩(wěn)定性系數(shù)依次降低約0.02。

表3　復核計算參數(shù)

表4　模型1穩(wěn)定性計算結果

注：方法1是Spencer法；方法2是Morgenstern-Price法；方法3是羅厄法。

(2)模型2。分析垮堵灣前緣變形體較大范圍的穩(wěn)定性，選定滑面后緣邊界以裂縫為界，前緣剪出口高程為490m，計算成果見表5。

表5　模型2穩(wěn)定性計算結果

計算結果表明：蓄水和暴雨工況下，不同水位時穩(wěn)定性系數(shù)都高于1.05，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多，540 m、560 m和580 m水位時穩(wěn)定性系數(shù)略低于1.0，處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)模型3。分析垮堵灣前緣變形體較小范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，選定滑面后緣邊界以裂縫為界，前緣剪出口高程為550 m，計算成果見表6。

表6　模型3穩(wěn)定性計算結果

計算結果表明：蓄水和暴雨工況下，560 m水位時穩(wěn)定性系數(shù)高于1.05，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，580 m水位時穩(wěn)定性系數(shù)1.0～1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，600 m水位時穩(wěn)定性系數(shù)都低于1.0，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多，560 m水位時穩(wěn)定性系數(shù)介于1.0～1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，580 m和600 m水位時穩(wěn)定性系數(shù)都低于1.0，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；隨著水位的升高，穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低；可以看出，當水位由560 m上升至580 m時，穩(wěn)定性系數(shù)降低0.07左右，當水位由580 m上升至600 m時，穩(wěn)定性系數(shù)降低0.03左右。

(4)模型4。分析垮堵灣前緣裂縫以外滑移后，剩余的干海子(含唐家灣坐滑體)整體的穩(wěn)定性，選定滑面為地勘揭示的原滑坡滑帶，計算成果見表7。

表7　模型4穩(wěn)定性計算結果

計算結果表明：蓄水和暴雨工況下，不同水位時穩(wěn)定性系數(shù)都高于1.05，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)降低的較多，都低于1.0，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；隨著水位的升高，穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低；可以看出，當水位由540 m上升至560 m、由560 m上升至580 m時，穩(wěn)定性系數(shù)降低大概0.24左右，當水位由580 m上升至600 m時，穩(wěn)定性系數(shù)降低大概0.15左右。

(5)模型5。以假設前緣垮堵灣變形部位以550 m高程的剪出口發(fā)生破壞后，縱向剖面3-3為對象構建，搜索計算干海子滑坡的前緣局部穩(wěn)定性，計算成果見表8。

表8　模型5穩(wěn)定性計算結果

注：計算滑面為圓弧形，穩(wěn)定性計算方法均采用簡化畢肖普法。

計算結果表明：蓄水工況的穩(wěn)定系數(shù)高于暴雨工況和地震工況；不同水位時，蓄水工況下穩(wěn)定性系數(shù)接近1.05的搜索范圍不同；通過STAB程序中的整體單形法搜索穩(wěn)定性系數(shù)最低的臨界滑面形狀大致相同，且穩(wěn)定性系數(shù)低于1.0，臨界滑面范圍以內(nèi)的坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；隨著水位的升高，臨界滑面的穩(wěn)定性系數(shù)降低。

在水位540 m、560 m、580 m和600 m時，穩(wěn)定性系數(shù)最低的臨界滑面范圍內(nèi)坡體規(guī)模較小，且臨界滑面形狀接近，坡度較陡；說明當垮堵灣前緣局部發(fā)生沿高程550 m剪出口破壞后，垮堵灣岸坡主要是以小規(guī)模塌岸的方式發(fā)生破壞。

5　評價結論

通過地質(zhì)宏觀評價、變形監(jiān)測、極限平衡計算等多種方法對干海子滑坡體開展研究，得到的主要評價結論如下：

(1)水庫蓄水后，干海子滑坡體的宏觀變形主要發(fā)生在坡體前緣約50 m范圍內(nèi)，滑坡主體及后部位地表無明顯變形跡象。在庫水位上升與下降的過程中，滑坡前緣部位的土體受水庫水位的升降影響大。

(2)通過表觀監(jiān)測，干海子滑坡體在水庫蓄水至600 m后均發(fā)生了不同程度的變形調(diào)整，但尚未發(fā)生整體式變形破壞。目前滑坡體前緣變形速率接近或大于3 mm/d，主體部位及后緣唐家灣變形速率較小，均小于1.0 mm/d。分析認為滑坡前緣部位處于臨界滑動階段。

(3)穩(wěn)定性計算結果表明,各種水位時期，蓄水和暴雨工況下滑坡整體穩(wěn)定性系數(shù)基本大于1.05；600 m水位時滑坡前緣部位穩(wěn)定性系數(shù)為0.99。分析認為干海子滑坡整體目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；坡體前緣不穩(wěn)定，存在隨時滑塌的可能性，特別是在水位升降過程中。

(4)干海子滑坡大部分位于庫水位以下，勢能已經(jīng)減少，不具備整體高速下滑的條件，綜合地質(zhì)宏觀評價、變形監(jiān)測、極限平衡計算等多種方法分析認為失穩(wěn)形式應為蠕滑～拉裂解體，以前緣緩慢垮塌為主，發(fā)生一次性劇沖式破壞的可能性較小。

[1]鄭穎人,陳祖煜. 邊坡與滑坡工程治理(第二版)[M].人民交通出版社，2010.

[2]鄒國慶,張紹成.溪洛渡水電站干海子滑坡穩(wěn)定性分析[J].四川地質(zhì)學報，2011(3).

2015-04-09

劉源(1982-)，男，四川閬中人，高級工程師，從事水電工程地質(zhì)相關工作。

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