新疆伊犁水電站12 號滑坡體穩(wěn)定性分析

李 鶴

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830000）

1 概述

新疆伊犁水電站采用引水式開發(fā)， 發(fā)電引水流量152.6m3/s，裝機(jī)容量190MW，為中型Ⅲ等工程，由攔河引水樞紐、輸水渠道、壓力前池、壓力管道、發(fā)電廠房等建筑物組成，據(jù)調(diào)查分析，受工程區(qū)1812年8級地震的影響， 在工程區(qū)溝谷兩岸的黃土和軟質(zhì)巖體內(nèi)形成了大中小型共5個(gè)滑坡體，其中12號滑坡體體積約7500萬m3，是5個(gè)滑坡體中最大、最典型的特大型滑坡。

12號滑坡體東西寬度1.7km左右， 南北軸線長0.8～1.1km，滑體厚度一般30～80m，滑坡體坡面起伏，整體坡度12～15°。 經(jīng)現(xiàn)場勘察認(rèn)定，12號滑坡體目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于滑坡體體積巨大，不排除今后在強(qiáng)地震作用下發(fā)生蠕滑的可能性。

2 地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

河谷兩岸Ⅵ階地面寬0.8～1.5km， 河拔高度70～80m，Ⅶ級階地零星分布于Ⅵ級階地后緣，階面寬度50～100m，河拔高度110～120m，Ⅵ、Ⅶ級階地階面均被大厚度黃土覆蓋， 形成海拔1700～1900m的夷平面，后緣為高聳、寬厚的山體，海拔2000～2500m，相對高差200～500m。 河谷兩岸大小沖溝發(fā)育，其中規(guī)模較大、溝底有積水的沖溝有5條［1］。

12號滑坡體與引水渠線位置關(guān)系如圖1。

圖1 12號滑坡體與引水渠線位置示意圖

2.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

12號滑坡體區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜， 構(gòu)造上以一系列近東西向斷裂為主， 主要的活動(dòng)斷裂為喀什河斷裂，該斷裂為右行逆沖性質(zhì)，使上新統(tǒng)地層逆沖于上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)地層之上， 后者14C年齡距今1.88±0.018萬年?？κ埠訑嗔阎卸巫呦?76°，1812年曾發(fā)生過8級地震，形成長約65km地震斷層；喀什河斷裂東段走向286°，斷裂面南傾，傾角70°左右，沿喀什河向東延伸，活動(dòng)程度與中段相比較弱。

根據(jù)新疆防御自然災(zāi)害研究所2010年7月《新疆西部某河6個(gè)水電站工程場地地震安全性分析報(bào)告》中的數(shù)據(jù)， 工程區(qū)基巖50年超越概率10%的峰值加速度值為0.2851g， 場地地表水平向50年超越概率10%的峰值加速度值為0.32g， 對應(yīng)地震基本烈度均為Ⅷ度［2］。

2.3 水文地質(zhì)

12號滑坡體所處區(qū)域地下水豐富， 地下水位埋深一般1～3m，局部地段地下水溢出，形成泉水。 滑坡體地下水主要接受滑坡后緣賦存于高階地砂礫石地下水和大氣降水補(bǔ)給， 高階地地下水和大氣降水以水平和垂直方式入滲到松散的滑坡堆積層后， 大多順坡以地下潛流方式向沖溝和Ⅳ、Ⅴ級階地排泄，部分在滑體低洼處和前段滑舌溢出形成地表水順坡排泄［1］。

2.4 滑坡體和滑床巖性

在對滑坡體的處理之前， 有關(guān)技術(shù)人員對其進(jìn)行了地質(zhì)勘察，勘察采用地質(zhì)鉆孔、開挖探坑和物探試驗(yàn)的手段，在12號滑坡體共布置鉆孔3個(gè)，物探剖面測試3條，并對滑坡體主要的巖土體取樣進(jìn)行了試驗(yàn)。根據(jù)勘探和試驗(yàn)分析，滑坡體上部主要由黃土和砂卵礫石組成，其中黃土主要位于滑坡體表面，前緣一般厚度為5～10m， 后緣可達(dá)50m， 縱波速度256～357m/s；砂卵礫石主要分布于滑坡體中后部，一般厚度為10～15m，縱波速度889m/s左右。 滑體下部為第三系泥巖， 具有弱－中等膨脹性， 縱波速度1900～2200m/s。 滑床巖性為第三系泥巖，第三系泥巖產(chǎn)狀280°SW∠40°，縱波速度2500～3000m/s，底滑面在3°～5°，后緣拉裂面在40°左右，拉裂面坡度基本與泥巖傾角相同， 說明滑坡是在地震時(shí)由于泥巖在上覆第四系覆蓋層的重力應(yīng)力和地震應(yīng)力的共同作用下，沿泥巖軟弱層面下滑， 后在巨大推力的作用下將底部強(qiáng)度較低的泥巖近水平剪斷形成滑坡， 根據(jù)鉆孔和探坑揭露， 在滑坡底滑面未發(fā)現(xiàn)明顯的軟弱泥化夾層，但見有明顯的近水平閉合的滑動(dòng)面，滑動(dòng)面有擦痕，面略起伏。

3 滑坡體穩(wěn)定計(jì)算分析

3.1 安全系數(shù)取值

水電站輸水渠道為3級建筑物，根據(jù)DL/T5353—2006 《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》，12號滑坡體為Ⅱ級A類邊坡。由于滑坡體的處理措施中都設(shè)置了完善的排水措施，可有效降低地下水位，從而改善滑坡體底滑面抗滑性能，因此，本次計(jì)算安全系數(shù)選取Ⅱ級A類下限，即持久狀況為1.15，偶然狀況為1.05。

3.2 計(jì)算方法

滑坡的穩(wěn)定性主要取決于原滑坡滑動(dòng)破壞時(shí)形成的滑裂面，即自重作用下沿滑動(dòng)面發(fā)生的失穩(wěn)破壞［3］，分析計(jì)算采用中國水利水電科學(xué)研究院開發(fā)的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序EMU2005。

3.3 基本參數(shù)取值

根據(jù)地質(zhì)試驗(yàn)，12號滑坡體各種巖體、土體的物理力學(xué)參數(shù)如表1，其中土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用不固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果。

表1 12號滑坡體物理力學(xué)參數(shù)

3.4 計(jì)算工況

本次計(jì)算主要考慮兩種工況即：（1）持久狀況：正常運(yùn)行條件；（2）偶然狀況：正常運(yùn)行條件遭遇8°地震。

3.5 計(jì)算成果

根據(jù)地質(zhì)鉆孔和探坑揭示， 本次計(jì)算選擇1-1、2-2、3-3 等3個(gè)典型剖面做穩(wěn)定分析。 典型剖面計(jì)算簡圖如圖2～圖4，計(jì)算結(jié)果如表2。

圖2 滑坡體1-1典型剖面圖

圖3 滑坡體2-2典型剖面圖

圖4 滑坡體3-3典型剖面圖

表2 12號滑坡體邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果

12號滑坡體附近的渠道有開挖有填筑， 其中開挖或填筑斷面面積相對整個(gè)滑坡體面積很小， 而且不存在挖斷滑坡體底滑面的情況，經(jīng)過對典型開挖、填筑斷面分析計(jì)算認(rèn)為，渠道開挖、填筑對整個(gè)古滑坡體的安全穩(wěn)定系數(shù)影響很小， 從以上計(jì)算分析可以看出12號滑坡體典型剖面安全穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求。

4 滑坡體滑裂面力學(xué)指標(biāo)反演分析

4.1 計(jì)算方法

12號滑坡體為特大型滑坡體， 滑坡范圍很廣，考慮到滑坡體形成和發(fā)展的不確定性、 多變性及滑坡體地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性， 參考國內(nèi)外大型滑坡治理工程實(shí)例，為確保工程安全，假定滑坡體在自然情況下處于極限平衡狀態(tài)， 反演滑裂面物理力學(xué)指標(biāo)［4］。 然后，根據(jù)反演的物理力學(xué)指標(biāo)，計(jì)算達(dá)到規(guī)范要求所需的抗滑力，為滑坡防治處理提供基本依據(jù)。

4.2 計(jì)算工況

計(jì)算主要考慮兩種工況即：（1）持久狀況：正常運(yùn)行條件；（2）偶然狀況：正常運(yùn)行條件遭遇8°地震。

4.3 敏感性分析

針對12號滑坡體，取1-1、2-2兩個(gè)典型剖面進(jìn)行敏感性分析，說明滑坡體反演參數(shù)敏感性變化趨勢。計(jì)算內(nèi)容主要是在底滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)中摩擦角（φ=18°）不變（或者內(nèi)聚力c=10kPa不變）情況下，考察滑坡安全系數(shù)隨底滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)聚力（摩擦角）的變化而變化的情況。

4.3.1 1-1剖面

12號滑坡體1-1剖面的滑坡穩(wěn)定敏感性分析所得到的結(jié)果如表3，從表中可看出，隨著摩擦角的增大，滑坡安全系數(shù)基本呈線性增大，摩擦角φ每增大1度， 安全系數(shù)平均增大約8%； 隨著強(qiáng)度參數(shù)c的增高，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)也呈線性增大，強(qiáng)度參數(shù)c每增大1kPa，安全系數(shù)平均增大約0.57%。由此可看出，滑坡體安全系數(shù)隨內(nèi)摩擦角增加較隨內(nèi)聚力的增加更加敏感。 敏感性分析如圖5。

表3 12號滑坡體1-1剖面參數(shù)敏感性分析成果

續(xù)表3

圖5 12號滑坡體中1-1剖面參數(shù)敏感性分析成果示意圖

4.3.2 2-2剖面

12號滑坡體中2-2剖面的滑坡穩(wěn)定敏感性分析所得到的結(jié)果如表4，從表中可看出，隨著強(qiáng)度參數(shù)φ的增大，滑坡安全系數(shù)基本呈線性增大，摩擦角每增大1°，安全系數(shù)平均增大約6.2%，隨著強(qiáng)度參數(shù)c的增高，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)也呈線性增大，強(qiáng)度參數(shù)c每增大1kPa，安全系數(shù)平均增大約0.47%。 同樣可以看出，2-2剖面和1-1剖面一樣，滑坡體安全系數(shù)隨內(nèi)摩擦角增加較隨內(nèi)聚力的增加更加敏感。 敏感性分析如圖6。

表4 12滑坡中2-2剖面參數(shù)敏感性分析成果

圖6 12號滑坡體2-2剖面參數(shù)敏感性分析成果示意圖

通過以上對12號滑坡體的底滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的敏感性分析可知，在該滑坡的穩(wěn)定安全系數(shù)中，滑坡底滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)中內(nèi)摩擦角對安全系數(shù)的貢獻(xiàn)要大于內(nèi)聚力對其的貢獻(xiàn)， 這主要是因?yàn)榈谆嬉陨匣w埋深較大， 自重對滑坡安全系數(shù)的影響較大，另外在該工程中，滑坡下半段底滑面角度較緩，這也是滑坡底滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)中內(nèi)摩擦角對滑坡安全系數(shù)影響較大的一個(gè)原因［5］。

4.4 反演參數(shù)

假定滑坡體在自然情況下處于極限平衡狀態(tài)，即安全系數(shù)K=1，反演滑裂面物理力學(xué)指標(biāo)，然后，根據(jù)反演的物理力學(xué)指標(biāo)， 分正常和地震工況計(jì)算達(dá)到規(guī)范要求所需的抗滑力， 為滑坡防治處理提供基本依據(jù)。反演分析計(jì)算采用極限平衡法，12號滑坡體反演參數(shù)如表5。

表5 12號滑坡體反演參數(shù)

根據(jù)參數(shù)類比和反演的物理力學(xué)指標(biāo)綜合分析可看出，12號滑坡體滑裂面所取物理力學(xué)指標(biāo)適中，內(nèi)摩擦角較黏聚力對安全系數(shù)影響較大。 但鑒于滑坡地質(zhì)問題的復(fù)雜性、不確定性和不可預(yù)見性，以及物理力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)取樣的隨機(jī)性， 只能說明12號滑坡體按地質(zhì)提供的物理指標(biāo)和滑裂面計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

12號滑坡體體積大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，從敏感性分析可看出， 滑坡體安全系數(shù)隨內(nèi)摩擦角增加較隨內(nèi)聚力的增加更加敏感。在地質(zhì)資料準(zhǔn)確、參數(shù)合理的情況下其穩(wěn)定滿足規(guī)范要求， 但由于滑坡體治理不確定性因素很多，處理難度大、成本高，應(yīng)在輸水渠道選線時(shí)盡量避開。