構(gòu)造控制風(fēng)化巖邊坡側(cè)旋滑移及監(jiān)測結(jié)果映現(xiàn)

劉震濤 尚彥軍 邵鵬

摘? ?要：本文以梅州市大埔韓江高陂水利樞紐右岸邊坡為例，據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)勘察、鉆探開挖揭露和坡體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析該風(fēng)化花崗巖邊坡地質(zhì)特點(diǎn)及不同開挖階段監(jiān)測點(diǎn)的位移。發(fā)現(xiàn)該邊坡的滑移受到地質(zhì)構(gòu)造控制：斷裂控制其后緣拉裂縫;節(jié)理密集帶控制東邊界側(cè)緣溝谷;與斑狀花崗巖相伴生的輝綠巖脈控制其西邊界。工程上采取關(guān)閉滑體中部通過的公路、補(bǔ)充地質(zhì)勘探、加強(qiáng)變形體監(jiān)測、滑體中上部快速削方卸載、保護(hù)好西緣輝綠巖脈之下起抗剪支撐作用的塊狀斑狀花崗巖體、減少西側(cè)緣坡腳開挖范圍并及早回填砼擋土墻、滑坡前緣跳槽式開挖等工程搶險(xiǎn)和加固處理措施，取得了預(yù)期效果，保證了坡腳尾水房擋土墻下挖期間的施工安全。

關(guān)鍵詞：水利樞紐;風(fēng)化巖邊坡;構(gòu)造控制;輝綠巖脈;側(cè)旋滑移

斷裂控制的滑坡分布常與地形地貌、地層巖性及坡體與斷裂的交切密切相關(guān)[1]。通過對西南鐵路滑坡的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在活動性強(qiáng)的大構(gòu)造及不同構(gòu)造單元交接帶，滑坡分布較集中，在大斷層帶附近巖體較破碎，這更有利于地下水活動及滑坡發(fā)生[2]。絕大多數(shù)巨型-大型滑坡緊鄰斷裂上盤發(fā)育，斷裂錯(cuò)斷方式對滑坡滑動方向有較大影響[3]。殷躍平通過對武隆雞尾山滑坡研究，提出了斜傾厚層山體視傾向滑動并轉(zhuǎn)化為高速遠(yuǎn)程碎屑流的新型失穩(wěn)模式，并提出了斜傾厚層山體滑坡視傾向滑動應(yīng)具備下部穩(wěn)定山體阻擋等5個(gè)條件和需以前緣阻滑的“關(guān)鍵塊體”為重點(diǎn)的防治思路[4]。室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)表明，不同滑動方向的滑體運(yùn)動軌跡有較大差異，原因是滑坡體受邊界轉(zhuǎn)折銳夾角（偏轉(zhuǎn)角）約束阻擋以及在此處運(yùn)動機(jī)制不同，偏轉(zhuǎn)角越大，轉(zhuǎn)角約束導(dǎo)致滑坡運(yùn)動方向改變越大，滑坡運(yùn)動距離越小;偏轉(zhuǎn)角使滑坡體出現(xiàn)明顯顆粒篩分（破碎化）現(xiàn)象[5]。

梅州市氣候介于中亞熱帶與南亞熱帶之間，從地理分區(qū)看，該區(qū)位于長江流域與東南沿海河流域交接處;從地貌上看，該區(qū)位于南嶺山地與浙閩山地交接地帶。4-6月副高北緣雨帶停滯在華南地區(qū)，導(dǎo)致梅州降雨頻繁，易發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害[6]。作為研究區(qū)主要河流，韓江是其上游梅江、汀江和梅潭河在大埔的三河壩匯流形成。韓江自三河壩由北向南，經(jīng)高陂、譚江鎮(zhèn)，流向潮州、汕頭后注入南海。作為韓江下游及三角洲防洪工程體系中不可替代的工程和供水總體布局中的關(guān)鍵性工程，高陂水利樞紐工程位于干流的梅州市大埔縣高陂鎮(zhèn)上游約5 km處，正常高水位為38.0 m，最大庫容為4.1×108 m3，年發(fā)電量達(dá)5.85×108 度。該河段河床寬200～600 m，兩岸山體高程一般100 ～500 m，兩岸分水嶺發(fā)育。眾多溪流匯入韓江，河兩側(cè)沖溝泉水補(bǔ)給河流，高程100 m以上沖溝常年有流水。2019年2月24日右岸上壩道路壩縱YSK0+120～260范圍的道路上方邊坡、道路平臺及其下方廠房尾水擋墻開挖坡面出現(xiàn)裂縫，并開始了較持續(xù)的滑移變形，破壞了在邊坡中部通過的省道S222，影響到擋土墻基坑開挖施工安全1。

作者依據(jù)工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察（包括鉆探編錄和斷層分析）、變形監(jiān)測等第一手資料和現(xiàn)場調(diào)查，提出了該邊坡受斷裂構(gòu)造控制而呈右旋弧形滑移的變形破壞模型。宏觀裂縫展布特點(diǎn)和監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證了該模型的合理性，據(jù)此開展的滑坡災(zāi)害防治工作取得了預(yù)期效果。

1? 高陂水利樞紐工程右岸邊坡工? ? ? 程地質(zhì)條件

高陂水利樞紐工程區(qū)地層主要由侏羅紀(jì)砂巖和燕山第三期花崗巖組成[7]。燕山運(yùn)動第三期巖基大埔?guī)r體呈NE走向展布，巖性以中粒與中粒斑狀花崗巖為主，構(gòu)成了壩址區(qū)主體巖性。據(jù)地質(zhì)勘察資料和邊坡施工開挖揭露情況，右岸為風(fēng)化深槽，全風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化巖體;左岸為硅化角礫巖。右岸上壩道路存在弱風(fēng)化巖面構(gòu)成呈U型的風(fēng)化深槽，向河邊廠房尾水區(qū)基坑傾斜。壩縱樁號YSK0+140～0+260段左側(cè)路基下邊坡開挖揭露顯示風(fēng)化槽內(nèi)為風(fēng)化劇烈的花崗巖全-強(qiáng)風(fēng)化巖，局部夾弱風(fēng)化巖透鏡體。強(qiáng)風(fēng)化巖被多組裂隙切割，巖體完整性差，夾大量風(fēng)化土，風(fēng)化槽弱風(fēng)化巖埋深6～20 m。右側(cè)路面邊坡坡面以花崗巖風(fēng)化土為主，風(fēng)化土厚8～12 m。強(qiáng)風(fēng)化巖被多組裂隙切割，厚5～13 m;弱風(fēng)化巖較堅(jiān)硬，巖體完整性較好，頂面埋深10～20 m。受風(fēng)化槽影響，YSK0+140～0+260路段邊坡地質(zhì)情況復(fù)雜，工程地質(zhì)條件差（圖1）。

從構(gòu)造體系上看，高陂水利樞紐區(qū)位于NE走向的大埔-豐順華夏系，屬粵東隆起區(qū)II4。區(qū)域性斷裂蓮花山斷裂帶東支（海豐-豐順）延伸至大埔[8]。受區(qū)域構(gòu)造控制，壩址區(qū)NW向斷裂構(gòu)造最發(fā)育，次為NE和近NS向構(gòu)造。據(jù)地質(zhì)測繪資料，一般是NW向斷層切割NE向斷層。從兩者切割交接關(guān)系判斷，NE向?qū)儆谠缙跇?gòu)造，NW向?qū)儆诤笃跇?gòu)造。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查結(jié)果及相關(guān)資料，滑坡區(qū)發(fā)育兩條規(guī)模不等、走向近乎正交的斷裂（編號為F8和F8’，其中F8沿用勘測報(bào)告編號）（圖2）。

位于滑坡后緣的F8斷裂為該處規(guī)模最大的斷裂，其大致沿滑坡體后緣——電站辦公區(qū)西側(cè)陡崖展布，中壩線下游右岸約900 m公路邊及下游左岸約1 300 m公路邊均見斷層F8，產(chǎn)狀40°∠70°～80°，寬1～8 m，由壓碎巖、片狀巖及扁豆體巖塊組成，下盤擠壓面有10～30 cm寬的角礫巖，硅質(zhì)膠結(jié)，場區(qū)可見長度800 m以上，推測其性質(zhì)為左行走滑-正斷層。在F8斷裂作用下，其北側(cè)山脊產(chǎn)生了一系列的弧形拐彎。受該斷裂左行運(yùn)動牽引，滑坡兩側(cè)NE向溝谷所反映的F8’斷層表現(xiàn)為拖曳而呈平面S型，剖面上呈弧形起伏，可見長度150 m以上，總體傾向NW，性質(zhì)未明。F8’斷層以節(jié)理密集帶和深切S型溝谷形式出現(xiàn)，大致沿滑坡體東側(cè)邊緣深窄溝谷展布，形成時(shí)期早于F8。 F8和F8’兩條斷裂在滑坡后緣SW端部交匯，將山體切割成開口向NNW的楔形滑體，這兩條斷裂就成為高陂水利樞紐工程右岸滑坡的控制性地質(zhì)構(gòu)造。

壩址區(qū)節(jié)理明顯受斷裂構(gòu)造控制，NW向與NE向二組節(jié)理性質(zhì)相似，互為配套。NW組：產(chǎn)狀N40°～60°W/NE、SW∠60°～80°，一般3條/m～6條/m，裂面普遍銹黃色，多有鐵質(zhì)，面平直，延伸較長，微張。走向與斷層F8和河右岸基本一致;NE組：產(chǎn)狀N25°～50°E/NW、SE∠50°～85°，一般2條/m～5條/m，裂面普遍銹黃色，多有鐵質(zhì)和綠泥石薄膜，面平直，微張。走向與S溝谷和斷層F8’基本一致。

據(jù)鉆孔揭露的資料分析，壩址基巖裂隙較發(fā)育，特別是弱風(fēng)化帶以上，裂隙更發(fā)育，裂隙產(chǎn)狀以中陡-陡傾角為主，裂隙面普遍有鐵質(zhì)渲染，多呈褐黃色，部分裂隙面見綠泥石薄膜，微張。

坡體內(nèi)地下水位隨季節(jié)變化，徑流方向與地形變化一致，由高向低至坡腳處排泄流入韓江。在補(bǔ)充勘探期間，坡腳強(qiáng)風(fēng)化巖體多處有地下水滲出。

全風(fēng)化帶土體一般呈砂質(zhì)土狀，該層滲透系數(shù)平均值K=2×10-4? cm/s，具中等透水性。強(qiáng)風(fēng)化帶與弱風(fēng)化帶上部巖體裂隙發(fā)育，裂面多張開，充填鐵錳質(zhì)，多具中等-強(qiáng)透水性。邊坡開挖過程中，坡面雨水滲入坡體內(nèi)部，沿強(qiáng)風(fēng)化帶底部向坡體外滲出，降低了該處抗剪強(qiáng)度，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，是邊坡產(chǎn)生變形的主要不利因素?？拷x綠巖脈風(fēng)化槽的存在，說明該處富水性和連通性較好（圖3-a）。

2? 構(gòu)造控制的邊坡變形破壞特征

根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)勘察、開挖揭露的地質(zhì)條件以及坡體變形實(shí)測資料分析，邊坡變形體總體呈中間坐落塌滑、兩側(cè)牽引向上游的剪裂形式，表現(xiàn)為右旋混合式蠕動變形，滑體中下段以推移式滑移為主，頂部及兩側(cè)為牽引式滑移。邊坡變形體后緣以坡面最高（高程約95 m）斷層F8為界（圖3-c，d），邊坡變形體內(nèi)部沿不同深度的不連續(xù)軟弱面滑移，呈現(xiàn)多段滑移，未發(fā)現(xiàn)連續(xù)的滑動面。

受F8斷裂左行運(yùn)動影響和滑坡體北西側(cè)基巖限制，滑坡中后部（S222道路內(nèi)側(cè)坡）向韓江上游滑動，方向?yàn)?40°，坡度小于20o，斜長約150 m，滑體切過路面寬105 m。滑坡前部（道路外側(cè)坡）向韓江下游滑動，方向約35°，總體坡度30o，斜長約50 m，坡腳基坑開挖前被削出4級馬道（寬3.0～3.5 m）? ? ? ? ?（圖3-a）?；逻吘壖袅芽p明顯且呈右列式分叉，造成該現(xiàn)象的原因是受其西（左）側(cè)軟弱的輝綠巖脈阻水及堅(jiān)硬的塊狀斑狀花崗巖體的阻擋（圖3-c），導(dǎo)致滑坡體滑動方向發(fā)生了順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，并呈普遍向上游方向水平位移的變形特點(diǎn)。

原弧形邊坡地形面坡角小于20o，2月24日發(fā)現(xiàn)裂縫且一直蠕動變形，在強(qiáng)降雨作用下變形速率有所增大?；麦w表面坡角約18o，高差約80 m，斜長200 m，滑動面埋深6～10 m，滑坡體積約12×104 m3，屬于中淺層風(fēng)化破碎巖體蠕滑中型滑坡。

3? 變形監(jiān)測結(jié)果分析

在現(xiàn)場出現(xiàn)裂縫的邊坡上分階段設(shè)立了變形監(jiān)測點(diǎn)。前期監(jiān)測點(diǎn)在邊坡開挖中大部分被破壞而在下一期重新建立。第1批25個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別建立于2月：1～5號測點(diǎn)2月21日號建立;6～7號測點(diǎn)2月25日建立;8～15號測點(diǎn)2月26日建立;16、17號測點(diǎn)3月2日建立。第2批增加6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)N1～N6設(shè)立于4月8日，第3批5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)M7～M11于4月20號建立，第4批9個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)立于5月8日，第5批5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)A1～A5設(shè)立于6月8日。在3個(gè)月時(shí)間里分5批設(shè)立了不同部位監(jiān)測點(diǎn)近50個(gè)。其平面投影位置見圖4。隨著邊坡的開挖，其先后設(shè)立位置見圖5。

監(jiān)測點(diǎn)位置坐標(biāo)采用西安坐標(biāo)體系，X軸為壩縱（走向平行河流），Y軸為壩橫（走向垂直河流，與壩軸向70o一致）。X值負(fù)值向上游、正值向下游，Y值負(fù)值向左岸、正值向右岸。海拔高程系統(tǒng)采用珠江基準(zhǔn)。豎向Z軸向下為負(fù)值。

采用高精度經(jīng)緯儀定時(shí)觀測方法，得到不同監(jiān)測點(diǎn)的X、Y和Z 3個(gè)方向的變形量，將隨觀測時(shí)間增加的位移增量累加，得到各測點(diǎn)的累積變形量?？傮w來看，這些測點(diǎn)水平方向（沿X和Y軸）的變形大于垂直方向（Z軸）變形，向左岸方向（Y軸負(fù)）變形大于向上游方向（X軸負(fù)）變形（圖6），且絕大部分監(jiān)測點(diǎn)最終監(jiān)測結(jié)果是向上游及左岸方向變形為主，即東西側(cè)緣均發(fā)生了近乎一致的向X軸負(fù)方向的變形? ? （圖4）。在小變形時(shí)或初始階段，則幾個(gè)方向的差別不太明顯。

測點(diǎn)8位于路面上滑坡西側(cè)緣以外，其監(jiān)測數(shù)據(jù)可反映滑體外側(cè)非滑動體的變形。實(shí)際監(jiān)測結(jié)果表明，測點(diǎn)8發(fā)生了向坡內(nèi)側(cè)和上游位移，反映出滑坡體西側(cè)緣以外非滑體受滑體擠壓以及滑體西側(cè)緣的左行剪切作用（圖6-a）。位于坡面上滑體東側(cè)緣內(nèi)N1點(diǎn)在兩個(gè)方向上的變形相等（X=Y），位移方向沿X-Y對角線方向?；w西側(cè)緣內(nèi)的N2點(diǎn)和M7點(diǎn)，向左岸變形大于向上游變形。在東側(cè)緣受F8’控制的測點(diǎn)5，開始時(shí)X和Y方向變形接近，且遠(yuǎn)大于垂向變形，隨著時(shí)間推移，其向左岸方向變形逐漸加大，表明隨著坡腳開挖，東邊界向外側(cè)的運(yùn)動增強(qiáng)。

由圖6可見，初始滑動時(shí)，向上游和向左岸的變形與垂向變形基本接近。隨時(shí)間推移，向上游變形超過垂向變形，基本穩(wěn)定在100 mm，向左岸的變形與垂向變形的差值一直在持續(xù)增加，由50 mm逐漸增大到700 mm。這些隨開挖卸荷不同時(shí)間設(shè)立、在不同時(shí)間段里真實(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，其3個(gè)方向的位移矢量密切相關(guān)，顯示了很好的整體滑動性和偏轉(zhuǎn)中壓密有關(guān)的近于彈性的三分量等比例變形特點(diǎn)，這是較少見的線性相關(guān)關(guān)系曲線，也是現(xiàn)場滑坡前緣未見到大規(guī)模的鼓張弧形裂隙，而只是西緣右列式近直立剪切面和不同高程坡腳泥流的出現(xiàn)，顯示了不同位置和高程弧形剪切作用的存在（圖7）。

4? 右旋滑移模式的建立

根據(jù)該風(fēng)化花崗巖邊坡地質(zhì)特點(diǎn)及不同開挖施工階段監(jiān)測點(diǎn)的三維運(yùn)移矢量分析，得到滑體受地質(zhì)構(gòu)造控制的方式：中尺度斷裂F8控制其后緣拉裂縫，節(jié)理密集帶F8’控制東邊界側(cè)緣溝谷，與斑狀花崗巖相伴生的輝綠巖脈控制其西邊界，3個(gè)邊界構(gòu)造組合對滑體的控制導(dǎo)致該邊坡滑體發(fā)生順時(shí)針右旋滑移：統(tǒng)一向河流上游（壩縱X軸負(fù)方向）變形、X方向和Z方向變形差值穩(wěn)定、隨時(shí)間發(fā)展向河流左岸變形逐步加大。

在這樣的地質(zhì)模型和變形方式下，發(fā)生了邊坡的破壞：滑體東緣邊界拉剪而使混凝土擋墻西側(cè)外張破壞，滑體西緣邊界右列式壓剪和擴(kuò)容而使邊緣裂縫近直立且光滑平直，平面上呈右列式斷續(xù)分布，同時(shí)滑體壓密排水，這使得地下水以集中的泥流形式排泄（圖5）。壓剪帶變形擠壓滑體邊界外側(cè)非滑動塊體，導(dǎo)致非滑動體的抬升和向坡內(nèi)變形。整個(gè)斜坡和溝谷的地貌形態(tài)或可指示出，歷史上曾發(fā)生過此類弧形滑移。

近50個(gè)監(jiān)測點(diǎn)4個(gè)月階段性監(jiān)測結(jié)果表明，滑體不同部位的變形位移矢量協(xié)調(diào)，滑體東緣邊界（基巖溝谷）附近滑體向西北（河流上游）運(yùn)動，陡立的西側(cè)邊緣附近滑體也向同方向運(yùn)動且向河左岸運(yùn)移。滑體西部滑移量大，而東部較小。宏觀裂縫形態(tài)及三維變形結(jié)果驗(yàn)證了上述邊坡在構(gòu)造控制下的右旋滑移破壞模式。

5? 滑坡?lián)岆U(xiǎn)和地質(zhì)隱患處理

針對該邊坡滑體右旋滑移變形的情況，工程上采取了迅速封閉在滑體中部通過的省級公路、覆蓋后緣和側(cè)緣裂縫減少降水入滲、補(bǔ)充地質(zhì)勘探和裂縫空間發(fā)育特征調(diào)查、加強(qiáng)變形體外觀監(jiān)測、保護(hù)好西側(cè)緣軟弱致密的輝綠巖脈之下起抗剪支撐作用的塊狀斑狀花崗巖體、減少西側(cè)緣坡腳開挖范圍和及早回填砼擋土墻、滑坡前緣跳槽式開挖等工程搶險(xiǎn)和加固處理措施。6月以來，邊坡中上部全風(fēng)化土卸荷方量達(dá)10×104 m3;后緣排水溝已修好，可及時(shí)引出上游來水減少入滲量;滑坡體前緣尾水挖到弱風(fēng)化巖后6-7號擋墻己澆基礎(chǔ)砼，達(dá)到了預(yù)期效果。目前正在向上游開挖3號塊，然后構(gòu)筑擋土墻。上述工程措施已使邊坡滑體達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)，使滑坡對工程的不利影響降到最低。

6? 結(jié)論

受構(gòu)造控制的邊坡變形形態(tài)與一般重力控制的均質(zhì)邊坡鉛垂剖面上的圓弧滑動有很大不同。對高陂水利樞紐右岸邊坡變形破壞調(diào)查研究，揭示了斷裂控制的滑體右旋滑移模式。宏觀裂縫及非對稱的變形監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證了該模型，尤其是邊坡體向河流上游的一致變形、水平方向變形大于垂直方向、初期兩水平方向變形接近、后期向左岸變形明顯加大等三維矢量時(shí)空關(guān)系轉(zhuǎn)化，基本勾勒出了該邊坡的時(shí)空變形軌跡。構(gòu)造控制和巖脈控水及壓剪作用下，滑坡體西側(cè)緣成為泥水集中排泄通道，固結(jié)壓密的風(fēng)化槽及其周邊的強(qiáng)-中風(fēng)化花崗巖，表現(xiàn)出了似彈性介質(zhì)特性，X、Y和Z 3個(gè)方向的位移量呈高度線形相關(guān)，向壩縱X軸負(fù)方向位移量較穩(wěn)定而相對較小，東緣水平位移量遠(yuǎn)大于垂向變形。

針對此類邊坡順時(shí)針弧形滑動和側(cè)緣集中排水，應(yīng)急搶險(xiǎn)階段迅速覆蓋裂縫防止水的繼續(xù)入滲、中上部大規(guī)模卸載、封閉滑坡體上道路交通。開挖中對壓剪側(cè)緣支撐體的保護(hù)、坡腳跳槽開挖等是有效降低地質(zhì)災(zāi)害損失、提高尾水庫擋土墻施工和運(yùn)行期安全的有效措施。

致謝：現(xiàn)場工作得到高陂水利樞紐工程各參建單位領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的大力支持和協(xié)助。文中邊坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和邊坡鉆孔等原始資料來源自廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院等單位的技術(shù)報(bào)告。在此謹(jǐn)致謝忱！

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