大華橋水電站拉古滑坡穩(wěn)定性分析研究

黃志義，張永輝，孫凱輝

（中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024）

大華橋水電站是瀾滄江上游河段一庫七級開發(fā)方案的第六級電站，壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高106 m，庫容25 600萬m3[1]。目前，大華橋水電站已經(jīng)建成并開始蓄水運行，庫區(qū)范圍內(nèi)沿線地形陡峭，覆蓋層分布厚度不均，沿線主要發(fā)育3處大型滑坡體，對水庫安全運行和周邊居民生產(chǎn)生活造成重大潛在隱患，是影響大華橋水電站后期運行的重大危險因素[2]。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，3處滑坡體均存在不同程度的變形跡象，其中，拉古滑坡（見圖1）前緣局部岸坡已經(jīng)失穩(wěn)滑動，坡體分布大型深切沖溝5條，坡體上游中部分布有拉古中村、清口寨等居住點，對拉古滑坡的穩(wěn)定性進行研究顯得十分必要[3～5]。針對這一問題，本文依據(jù)前期勘察測繪成果，對拉古滑坡的地形地質(zhì)和水位地質(zhì)條件進行分析的基礎上，利用現(xiàn)場監(jiān)測手段對拉古滑坡的潛在滑動狀態(tài)進行了歷時1年的監(jiān)測，對拉古滑坡在不同蓄水條件、不同工況下的安穩(wěn)定性問題進行分析計算。

圖1 拉古滑坡全貌

1 滑坡概況

拉古滑坡位于大華橋水電站大壩壩址上游約12 km處，滑坡所在山體高程為1400～2000 m，滑坡平面呈舌形，前緣較寬，后緣窄小，整體滑動方向為近南北向，沿瀾滄江沿岸分布寬度為1600 m，受地形切割影響滑坡表面呈現(xiàn)典型的階梯斜坡地貌[6]。根據(jù)前期勘察測繪，滑坡堆積體方量約為5800萬m3，規(guī)模巨大，同時滑坡體上部存在居民村落和農(nóng)田。在水庫蓄水至正常蓄水位后，滑坡體坡腳被淹沒深度約47 m[7]。根據(jù)滑坡體的滑動形態(tài)和物質(zhì)構成，將拉古滑坡劃分為3個主要區(qū)，其中Ⅲ區(qū)位于滑坡后緣，Ⅰ區(qū)位于滑坡前緣上游，Ⅱ區(qū)位于滑坡前緣下游，現(xiàn)狀條件下Ⅰ區(qū)為典型的滑坡區(qū)，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)目前相對穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘探成果，研究區(qū)上部覆蓋層為崩坡積碎塊石土，土體結(jié)構松散～稍密，主要由粉土及次棱角碎塊石組成，塊石直徑為2～15 cm，覆蓋層厚度一般為15～30 m；下伏基巖為全強風化紫紅色板巖夾少量砂巖，巖體結(jié)構較完整，其中板巖占比約為95%，巖層產(chǎn)狀一般為NE10°～15°NW∠65°～85°，均傾向岸內(nèi)。根據(jù)鉆孔巖芯揭露，拉古滑坡未見明顯的貫通滑動帶，但局部發(fā)育次級滑動帶，滑帶土以礫石、碎屑及粘粒構成，礫石一般粒徑3～8 mm，呈次棱角狀，半固結(jié)狀態(tài)。

根據(jù)滑坡場地內(nèi)長觀孔觀測結(jié)果，地下水位埋深一般為20～30 m，最大埋深60 m，地下水位主要以基巖裂隙水和覆蓋層潛水為主，受大氣降水補給和臨近山谷河流側(cè)向補給。長期水位監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，拉古滑坡體內(nèi)實測地下水位高程在1 469.89～1 847.25 m之間，水位變動幅度為0.4～4.1 m，水位變動帶基本位于上部覆蓋層內(nèi)。

2 滑坡體監(jiān)測

2.1 監(jiān)測方案布置

從前期勘測成果來看，滑坡體Ⅰ區(qū)滑動跡象最為明顯，Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)現(xiàn)狀條件下較為穩(wěn)定，本文重點分析Ⅰ區(qū)滑坡體的變形監(jiān)測過程。在Ⅰ區(qū)1-1剖面布設1套陣列式位移計和3處測斜儀（見表1）。

表1 拉古滑坡Ⅰ區(qū)監(jiān)測儀器統(tǒng)計表

2.2 監(jiān)測結(jié)果

依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制深度位移變化曲線（見圖2～圖4）。

圖2 LG-IN1-1測斜孔孔深累計位移曲線

從圖2～圖4可見，深度位移隨著深度增加而減少，隨著時間增加而增大。在測斜孔1-1中存在一處滑移帶（距孔口11～13 m附近），在測斜孔1-2中存在一處滑移帶（距孔口24～26 m附近），在陣列式位移計孔1-1中存在一處滑移帶（距孔口42～45 m附近）。

圖3 LG-IN1-2測斜孔孔深累計位移曲線

圖4 LG-SAA1-1陣列式位移計累計位移曲線

2.3 滑坡體位移等值線分析

為充分研究拉古滑坡潛在滑移面，將監(jiān)測斷面位移隨深度變化過程進行等值線成圖（見圖5），發(fā)現(xiàn)該滑坡體存在3處潛在滑移帶，其三維等值線云圖見圖6。

圖5 拉古滑坡Ⅰ區(qū)1-1剖面位移等值線圖

從拉古滑坡三維等值線云圖（圖6）來看，滑坡體深部滑坡主要發(fā)育在Ⅰ區(qū)中下部和Ⅱ區(qū)中部，滑移帶不連續(xù)，初步分析認為其主要滑移方式為局部次級滑動推動，其可以作為滑坡穩(wěn)定性分析和評價的前提。

圖6 拉古滑坡三維等值線云圖

2.4 監(jiān)測成果初步分析

Ⅰ區(qū)1-1剖面高程1480 m以上天然坡度為20°～25°；高程1480 m以下天然地形坡度為25°～30°，下伏基巖面坡度與地形基本一致，地下水位基本位于覆蓋層內(nèi)。該斷面布置了4個監(jiān)測點，從低到高分布大約高程為1534、1588、1692、1880 m。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：該斷面上部變形以深層滑移為主，測斜孔LG-IN1-1在孔深12 m處最大位移為49.34 mm、LG-IN1-2在孔深25 m處最大位移為37.94 mm，可能在該處存在一滑動帶，屬于覆蓋層內(nèi)部的滑移；該斷面下部變形為深層滑移，陣列式位移計LG-SAA1-1在孔深43 m處累計位移分別為87（X方向）、512（Y方向）、279 mm（Z方向），可能在基覆界線附近存在一滑動帶。該斷面主要位于Ⅰ區(qū)，距離上游側(cè)沖溝較近，沖溝切割較深，對滑坡的變形位移影響較大。

3 滑坡穩(wěn)定分析

3.1 邊坡建模

3.1.1 模型選擇及巖體參數(shù)

依據(jù)拉古滑坡1-1剖面監(jiān)測成果，中上部的潛在滑裂面基本處于基覆界線處，而中下部的潛在滑面位于滑坡體中部。穩(wěn)定分析中復核的滑移模式的滑裂面位置見圖7。

圖7 拉古滑坡Ⅰ區(qū)潛在滑動帶示意圖

結(jié)合地質(zhì)勘察的建議值，采用反演所得天然狀態(tài)的抗剪強度參數(shù)，根據(jù)水庫蓄水前岸坡的穩(wěn)定情況，按持久、短暫、偶然等工況，計算各典型斷面蓄水前的安全系數(shù)，驗證反演參數(shù)的合理性，在此基礎上結(jié)合地質(zhì)勘察成果確定計算所需分析參數(shù)（見表2）。

表2 滑坡體穩(wěn)定性分析參數(shù)

3.1.2 邊坡設計

邊坡設計按下列兩類作用組合：①基本組合：自重+岸邊外水壓力+地下水壓力+加固力；②偶然組合：基本組合+地震作用。

邊坡工程應按下列3種設計工況進行設計：

（1）持久設計工況：主要為邊坡正常運用工況，此時應采用基本組合設計。

（2）短暫設計工況：包括施工期缺少或部分缺少加固力；缺少排水設施或施工用水形成地下水位增高；運行期暴雨或久雨、或可能的泄流霧化雨，以及地下排水失效形成的地下水位增高；水庫水位奠降等情況。此時應采用基本組合設計。

（3）偶然設計工況：主要為遭遇地震、水庫緊急放空等情況，此時應采用偶然組合設計。

根據(jù)《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》（DL/T5353-2006），邊坡為B類水庫邊坡，級別為Ⅱ級，邊坡設計安全系數(shù)標準：持久1.15～1.05，短暫1.10～1.05，偶然1.05～1.00。

3.2 穩(wěn)定性計算成果

采用極限平衡法中的下限解法，進行二維極限平衡法分析。其中，折線滑面采用考慮力與力矩平衡條件的摩根斯頓－普萊斯法（Morgenstern-Price），圓弧滑面采用簡化畢肖普法（Bishop）。根據(jù)前期監(jiān)測成果可知，拉古滑坡主要的破壞模式為整體沿基覆界線剪出、中部至底部沿基覆界線剪出和中部沿覆蓋層局部剪出。沿滑坡體Ⅰ區(qū)選取一處順滑坡體剖面分別按蓄水前后持久、短暫、偶然3種工況進行安全系數(shù)計算，計算結(jié)果見表3。

表3 蓄水前后滑坡體安全系數(shù)計算成果

從表3可知，蓄水前后，各工況下I區(qū)滑坡體整體和局部的安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。其中，中部沿覆蓋層局部剪出滑動模式安全系數(shù)不高，僅高于規(guī)范要求下限值，安全裕度不大，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，存在局部蠕滑變形的可能。計算結(jié)果與實際監(jiān)測情況相符。

4 結(jié)論

（1）滑坡體深部滑坡主要發(fā)育在Ⅰ區(qū)中下部和Ⅱ區(qū)中部，滑移帶不連續(xù)，其主要滑動方式為局部次級滑體牽引，其可以作為滑坡穩(wěn)定性分析和評價的前提。

（2）Ⅰ區(qū)1-1剖面上部變形以深層滑移為主，下部變形為深層滑移，滑坡體變形位移受上游沖溝切割作用影響較大。

（3）蓄水前后，各工況下I區(qū)滑坡體整體和局部的安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。其中，中部沿覆蓋層局部剪出滑移模式安全系數(shù)不高，僅高于規(guī)范要求下限值，安全裕度不大，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，存在局部蠕滑變形的可能。