某電站水庫庫區(qū)座滑堆積體工程地質(zhì)勘察分析與探討

鐘勝紅 汪祥兆

摘 要：介紹了座滑堆積體基本地質(zhì)條件，工程地質(zhì)特點和巖（土）物理力學(xué)性質(zhì)。分析了座滑堆積體的變形特征及影響因素，并進行了工程地質(zhì)穩(wěn)定性評價，根據(jù)工程區(qū)防護巖（土）體試驗參數(shù)值，提出了合理的邊坡治理結(jié)論與建議。

關(guān)鍵詞：水電站 座滑堆積體 工程地質(zhì)勘察 分析 研究

1.工程概況

該水電站位于湖北堵河干流上游，壩址處在湖北省竹山縣境內(nèi)。電站為Ⅰ等工程，工程規(guī)模為大（1）型。電站裝2臺250MW水輪發(fā)電機組，總裝機容量500MW。水庫正常蓄水位355.00m，死水位330.00m，總庫容23.38億m3，調(diào)節(jié)庫容11.2億m3，防洪庫容4億m3，具年調(diào)節(jié)性能。

2.邊坡基本地質(zhì)條件

2.1地形地貌

邊坡所處地貌上為中低山峽谷區(qū)，緊鄰官渡河，河道江面較開闊，寬80m～100m，堆積體部位河段呈弧形內(nèi)凹，上游河流流向N55°E，堆積體所處河段河流流向N25°W，至下游凸入河道的山脊后折向為S55°W，勘察期間河水面高程334.80m左右。

2.2地層巖性

邊坡所處地區(qū)出露地層主要為志留系和第四系地層，其地層巖性從老至新分述如下：

志留系下統(tǒng)梅子埡組（S1m）：地層巖性為泥質(zhì)砂質(zhì)板巖夾薄層砂巖。

志留系中統(tǒng)竹溪群（S2zh）：地層巖性為砂質(zhì)板巖生物灰?guī)r或泥紋狀灰?guī)r、砂巖。

第四系地層主要為殘坡積物（Q4edl）、崩坡堆積物（Q4dl+col）、沖洪積物（Q4al+pl）及人工堆積物（Q4s）。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

邊坡區(qū)內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)有較大區(qū)域斷裂構(gòu)造存在。區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理主要以NNE和NNW向為主，其它方向節(jié)理尚有零星分布。巖層中局部存在層間軟弱結(jié)構(gòu)面。

邊坡所處區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定。根據(jù)國家地震局出版的《中國地震烈度區(qū)劃圖（GB18306～2001）》，本區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，相應(yīng)地震基本烈度為7度。

2.4水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較簡單，地下水按其賦存條件和水動力特征可分為2種主要類型：即松散堆積物中的孔隙水和基巖裂隙水。

3.邊坡結(jié)構(gòu)特征

坡體主要由整體座滑的志留系中統(tǒng)竹溪群砂質(zhì)板巖生物灰?guī)r或泥紋狀灰?guī)r、砂巖地層及上部的第四系覆蓋層組成。座滑體具有巖層產(chǎn)狀（傾角）變異、結(jié)構(gòu)面張開、拉張裂隙發(fā)育、巖體架空、透水性強、低波速、低密度、巖體質(zhì)量差等特點。根據(jù)平面地質(zhì)調(diào)查及鉆孔勘探資料，座滑堆積體滑體、滑帶、滑面、滑床等滑坡要素齊全，估算平面面積約17萬m2，體積約900萬m3。

3.1.1滑體

座滑堆積體滑體部分主要物質(zhì)組成為：①碎石、塊石夾粉質(zhì)粘土層；②砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層。

①碎石、塊石夾粉質(zhì)粘土層：分布于座滑體表層絕大部分地區(qū)。前緣公路外側(cè)厚度相對較大，中部和后緣厚度相對較小。

②砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層：分布于①層以下，滑帶以上層段，是構(gòu)成座滑體的主要物質(zhì)。根據(jù)鉆孔揭露，該層一般厚度為8.5m～47.5m，最大厚度位于ZK6號鉆孔，達71.3m。

為了解座滑堆積體的空間分布形態(tài)，在座滑堆積體區(qū)內(nèi)布置了5條物探剖面。從物探成果資料分析，座滑體上部碎石、塊石夾粉質(zhì)粘土等第四系堆積層，地震波速400m/s～900m/s；座滑體下部砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層，地震波速1600m/s～2500m/s；座滑體下伏完整基巖地震波速多在4000m/s以上。

從鉆探、物探資料顯示，座滑堆積體滑體具有前緣和后緣薄、中部厚的特點。座滑體物質(zhì)組成在空間上分布變化特征為：從滑體上部到底部由塊石、碎石夾粉質(zhì)粘土層→座滑的砂質(zhì)板巖夾灰?guī)r、砂巖層。為了解座滑體巖石物理力學(xué)性質(zhì)，對座滑巖體進行了巖石室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗，試驗結(jié)果見表3.1-1。

3.1.2滑帶、滑面

滑帶位于座滑堆積體底部滑面以上，以灰褐色、灰黃色粉質(zhì)粘土夾板巖、灰?guī)r碎塊為主。滑帶在公路路基外側(cè)鉆孔中表現(xiàn)不明顯，在堆積體中段ZK6、ZK7鉆孔均有揭露。其中ZK6鉆孔中，滑帶埋深78.8m，滑帶厚度6.5m，主要為粉質(zhì)粘土夾板巖、灰?guī)r碎塊。ZK7鉆孔中，滑帶埋深27.0m，滑帶厚度2.4m，主要為粉質(zhì)粘土夾板巖碎塊。根據(jù)平面地質(zhì)測繪和鉆孔資料分析，正常巖體的片理傾角為55°～60°，而座滑體中巖體傾角變?yōu)?0°～20°，由此推斷鉆孔中傾角發(fā)生轉(zhuǎn)折的部位即為滑面位置。

3.1.3滑床

根據(jù)平面地質(zhì)測繪，滑床的基巖組成主要為志留系下統(tǒng)梅子埡組（S1m）泥質(zhì)砂質(zhì)板巖夾薄層砂巖，巖石強度較低，屬軟巖類，其巖石物理力學(xué)性質(zhì)見表3.1-1。根據(jù)鉆孔揭露情況，堆積體前緣滑床基巖最大埋深37.2m；堆積體中部滑床基巖最大埋深85.3m；堆積體后緣滑床基巖最大埋深29.4m?；不鶐r上部均存在強至中等風(fēng)化座滑變形巖體。鉆孔揭露基巖強風(fēng)化帶厚度較小，弱風(fēng)化至微風(fēng)化基巖巖體片理發(fā)育，片理傾角一般55°～60°，與座滑堆積體周邊基巖產(chǎn)狀基本一致，其上覆座滑體的片理傾角為10°～20°。

3.2座滑體變形特征與影響因素

3.2.1現(xiàn)階段變形特征

自2011年9月電站開始蓄水后，座滑堆積體前緣松散堆積層開始出現(xiàn)局部變形。尤其是2011年底至2012年3月間，庫區(qū)內(nèi)降雨頻繁，導(dǎo)致岸坡內(nèi)公路變形加劇。岸坡變形主要集中于橫穿桃子埡的S236省道竹向公路，主要表現(xiàn)為路面開裂、路基沉降及公路邊坡局部巖體崩落。據(jù)觀測最大沉降近2m，嚴重影響竹向公路的正常運營。但座滑體未見有地表裂縫，岸坡無明顯的整體滑移跡象。

根據(jù)座滑堆積體平面分布形態(tài)和地形地貌特點、堆積體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征和滑動面形態(tài)特征分析，具有歷史曾巖層整體座滑、現(xiàn)階段第四系覆蓋層局部淺表變形特性。

3.2.2影響因素

座滑堆積體目前產(chǎn)生變形的原因、發(fā)展及其未來的演化趨勢有其內(nèi)在和外在因素，其中主要包括岸坡的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征、暴雨和地下水作用、邊坡開挖等因素。

a）岸坡的物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征。座滑堆積體岸坡為一古滑坡堆積體，岸坡由土石堆積物構(gòu)成，堆積物結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定條件較差。

b）暴雨和地下水。堵河流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量為811.2mm，4～10月份降雨量較集中，高強度的暴雨，對岸坡松散堆積層的變形破壞起著誘發(fā)作用，導(dǎo)致座滑堆積體前緣覆蓋層發(fā)生一定規(guī)模的岸坡再造。

c）邊坡開挖。S236省道竹向公路為竹山至向壩的唯一等級公路，公路的修建開挖在桃子埡岸坡形成一級坡，最大坡高近50m，最大坡角近80°。由于古滑坡體前緣開挖改變了座滑堆積體的應(yīng)力狀態(tài)，降低了座滑體的松散堆積層的穩(wěn)定性，導(dǎo)致局部出現(xiàn)淺表性變形。

4.座滑堆積體穩(wěn)定分析與評價

依據(jù)平面地質(zhì)調(diào)查及工程地質(zhì)勘察結(jié)果分析可知：

a）座滑堆積體為一古滑坡體，通過平面地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)勘察，座滑體未見有大的、明顯的整體變形現(xiàn)象，表明座滑堆積體目前處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。座滑體前緣剪出口最低高程為370.00m，高出正常蓄水位355.00m近15m，水庫蓄水對座滑體的穩(wěn)定條件不會產(chǎn)生大的影響。平面地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)勘察期間，水庫蓄水位低于座滑堆積體滑床基巖最低埋深高程近35m，現(xiàn)階段座滑堆積體出現(xiàn)松散覆蓋層變形與水庫蓄水

無關(guān)。

b）構(gòu)成座滑堆積體滑體的主要物質(zhì)為座滑堆積的碎石、塊石夾粘土以及座滑傾倒的變形巖體，岸坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，巖石破碎，工程地質(zhì)條件較差。同時公路開挖邊坡偏陡、坡高偏大、且未任何支護，座滑堆積體在經(jīng)歷持續(xù)強降雨時，滑體松散層出現(xiàn)較大規(guī)模，較大范圍，較為集中的變形，主要表現(xiàn)為座滑體前緣公路路面開裂、路基下沉、公路邊坡局部松散破碎巖體崩落。說明暴雨入滲沖刷降低座滑體表層松散堆積物巖土體的強度、改變巖土體結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致座滑堆積體出現(xiàn)松散層淺表性變形，發(fā)生岸坡再造的直接和主要原因。

c）平面地質(zhì)調(diào)查和工程勘探期間，區(qū)內(nèi)降雨偏少，路面開裂及路基下沉未見持續(xù)發(fā)展，表明在正常情況下，岸坡整體穩(wěn)定

5.座滑堆積體結(jié)論與建議

5.1結(jié)論

a）座滑體所處岸坡為斜交反向坡；區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有較大斷裂構(gòu)造存在，巖體曾整體座滑變形，節(jié)理裂隙相對較發(fā)育。

b）區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較簡單，地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水?？紫端逊e體中的水位受本身堆積厚度控制，埋藏深度較大外（最大近75m），其余埋藏深度均不大，水量季節(jié)性變化明顯。

c）座滑堆積體滑體具有前緣和后緣薄、中部厚的特點。滑帶特征在中部表現(xiàn)明顯；滑面傾角與座滑體后緣陡坎出露的傾倒變形基巖傾角基本一致；滑床面形態(tài)與岸坡原始地形基本一致，滑床微風(fēng)化至新鮮基巖巖體中見與周邊基巖產(chǎn)狀一致的

片理。

d）岸坡具典型滑坡地貌，前緣河流深切，組成岸坡的巖層巖性較弱，巖體易蠕變，在常年風(fēng)化及雨水沖刷入滲影響下，歷史曾整體向河谷座滑；現(xiàn)階段在降雨影響下，座滑體前緣覆蓋層出現(xiàn)淺表性變形，一般規(guī)模較小，延續(xù)性差。

e）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和勘探資料分析，座滑堆積體目前整體處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，變形未見發(fā)展。座滑堆積體前緣剪出口高程大于370.00m，大于水庫正常蓄水位355.00m近15m，水庫蓄水對座滑堆積體整體穩(wěn)定條件影響不大，現(xiàn)階段座滑體出現(xiàn)的淺表性松散覆蓋層變形與水庫庫水無關(guān)。

f）根據(jù)分析，暴雨入滲沖刷降低座滑體表層松散堆積物巖土體的強度、改變巖土體結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致桃子埡座滑堆積體出現(xiàn)覆蓋層淺表性變形，發(fā)生岸坡再造的直接和主要原因。

5.2建議

由于座滑堆積體范圍體積大，其變形破壞將對水庫庫區(qū)及周邊環(huán)境，尤其是對S236省道竹向路的交通暢通產(chǎn)生大的影響，為避免座滑堆積體變形所帶來的影響，建議如下：

a）為保證S236省道竹向路桃子埡段的交通暢通，初擬道路改線與岸坡工程治理方案。道路改線可采用隧道方案。岸坡工程治理可采用局部布設(shè)抗滑樁，局部擴挖公路內(nèi)側(cè)邊坡以保證路面寬度?？够瑯兑陨钊牖蚕氯躏L(fēng)化～新鮮泥質(zhì)砂質(zhì)板巖15m～20m為宜。建議對各方案進行經(jīng)濟性對比，采用相對更為經(jīng)濟的方案。

b）建議對座滑堆積體前緣覆蓋層分布影響范圍內(nèi)的房屋實施搬遷處理，同時加強對座滑堆積體的變形觀測工作，密切注意座滑堆積體變形情況，做好避險應(yīng)急預(yù)案。

參考文獻：

[1] 《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2016）.

[2] 《水電水利工程地質(zhì)測繪規(guī)程》（DL/T5185-2004）.

[3] 《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T5337-2006）.

[4] 《水電水利工程水庫區(qū)工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T5336-2006）.

[5] 《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2017）.

作者簡介：鐘勝紅（1982-），男，漢族，湖南益陽人，長沙理工大學(xué)，交通土建，工程師，從事水利水電工程地質(zhì)設(shè)計工作。

汪祥兆（1984-），男，漢族，湖南衡陽人，長沙理工大學(xué)，交通土建，工程師，從事水利水電工程地質(zhì)設(shè)計工作。