東南亞某水電站古滑坡復(fù)活機(jī)制研究

夏玉云 柳 旻 喬建偉 劉爭(zhēng)宏 王 冉 周人飛 栗薪洋

（1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710043；2.陜西省特殊巖土性質(zhì)與處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710043；3.中國(guó)重型機(jī)械有限公司，北京 100070）

0 引言

古滑坡是自第四紀(jì)以來(lái)未滑動(dòng)過(guò)的滑坡，是斜坡長(zhǎng)期復(fù)雜演化過(guò)程的產(chǎn)物[1]。在公路、鐵路、水利水電建設(shè)中，經(jīng)常遇到古滑坡。一般情況下，古滑坡多處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但是隨著一些外部因素的改變，古滑坡有可能復(fù)活并再次滑動(dòng)，古滑坡復(fù)活一直是困擾重大工程規(guī)劃建設(shè)的突出問(wèn)題。

滑坡復(fù)活是一個(gè)多因素綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，通常是在滑坡邊界條件、結(jié)構(gòu)面及滑動(dòng)帶內(nèi)物質(zhì)等內(nèi)部因素控制作用下，通過(guò)降雨、地震、人類活動(dòng)等外在因素誘發(fā)形成[2—5]。降雨或地表水通過(guò)裂縫、道路等途徑入滲到滑坡體內(nèi)，使滑坡體強(qiáng)透水巖土體飽和，巖土體抗剪強(qiáng)度降低，滲流壓力增大，滑動(dòng)力大幅度增加，從而誘發(fā)滑坡體復(fù)活[6—7]。研究發(fā)現(xiàn)汶川、舟曲等地區(qū)滑坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在地震后出現(xiàn)復(fù)活，研究結(jié)果認(rèn)為地震產(chǎn)生的水平力，使得滑坡體產(chǎn)生拉裂縫，提供了降雨入滲的有利通道，導(dǎo)致滑坡復(fù)活[8—10]。近年來(lái)，隨著工程建設(shè)規(guī)模的增加，受土地資源或建設(shè)空間的制約，工程建設(shè)過(guò)程中的開挖成為滑坡的復(fù)活關(guān)鍵誘發(fā)因素。邊坡開挖形成臨空面，改變其原始應(yīng)力場(chǎng)，使得臨空面附近應(yīng)力集中，邊坡后緣出現(xiàn)多條平行張拉裂縫或錯(cuò)落坎，臨空面附近形成剪出口，加速滑坡的復(fù)活[11—15]。

目前針對(duì)滑坡復(fù)活的研究主要集中在滑坡變形特征、誘發(fā)因素以及復(fù)活機(jī)制[16—18]，但針對(duì)多因素誘發(fā)古滑坡復(fù)活的研究相對(duì)較少。以東南亞某水電站壩址區(qū)右岸上游H1 古滑坡為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘、鉆探資料、測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、表觀位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，在研究該古滑坡特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)調(diào)查滑坡復(fù)活過(guò)程中地表裂縫發(fā)育和滑坡體表部噴護(hù)混凝土開裂的空間規(guī)律以及變形特征，確定開挖與降雨兩種作用在古滑坡復(fù)活中的相關(guān)關(guān)系，對(duì)防范古滑坡復(fù)活引起整體破壞、保障施工安全和滑坡治理具有重要意義。

1 古滑坡概況

1.1 滑坡發(fā)育特征

東南亞某水電站最大壩高74 m，最大壩長(zhǎng)228 m，裝機(jī)容量240 MW?？刂屏饔蛎娣e1748 km2，正常蓄水位1040 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為0.804×108m3。電站工程等別為二等，工程規(guī)模為大（2）型工程。

H1 滑坡體位于壩址右岸順河床上游0.23 km 處（見圖1）。前緣高程995～1005 m，后緣高程1085～1093 m，滑坡體的長(zhǎng)197.2～231.9 m，寬50～72.4 m，總體積約1.8×106m3。滑坡體表面坡度26°，中后緣較薄、前緣較厚，通過(guò)遙感解譯和地質(zhì)調(diào)查，H1 滑坡平面“圈椅”特征明顯，前緣和中部位于正常蓄水位高程1040 m 以下。

圖1 H1 滑坡區(qū)全貌圖

滑坡兩側(cè)邊界特征明顯，上游側(cè)靠近G4 擠壓帶，下游側(cè)以G2 擠壓帶為下邊界（見圖2）。根據(jù)開挖揭露，G2 擠壓帶產(chǎn)狀為N30°～40°E/NW∠43°～58°，破碎帶寬度5～10 m，由擠壓片狀巖、透鏡體及少量糜棱巖等組成，帶內(nèi)巖體擠壓破碎明顯，局部強(qiáng)烈擠壓后呈片理化；G4 擠壓帶產(chǎn)狀為N40°E/NW∠55°～70°，由擠壓片狀巖組成，巖面有糜棱巖化現(xiàn)象，面呈銹黃色，帶內(nèi)巖體擠壓破碎明顯。G4 擠壓帶位于壩軸線上游右岸引水洞進(jìn)口附近偏上游，與G2 擠壓帶近乎平行。

圖2 H1 滑坡區(qū)斷裂構(gòu)造分布圖

在滑坡體中后緣布置2 個(gè)鉆孔（見圖3）。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪和鉆探揭露，H1 滑坡體上覆土層主要為坡積碎石土，下部基巖為板巖、炭質(zhì)板巖及砂巖，滑坡體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成及特征見表1 和圖3。

表1 H1 滑坡結(jié)構(gòu)及特征

圖3 H1 滑坡體斷面圖

1.2 監(jiān)測(cè)布置

在H1 滑坡體上共布置1 個(gè)測(cè)斜孔和3 個(gè)表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)（見圖4、圖5）。測(cè)斜孔YBP-IN-03 布置于滑坡體中部，高程為EL.1048 m，孔深26 m，2019 年4月1 日安裝完成，2019 年4 月8 日取得初始值，截止2021 年9 月7 日，累計(jì)監(jiān)測(cè)78 次。表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)H1-TP-1 布置于滑坡體后緣，高程為EL.1068 m，H1-TP-2 布置于滑坡體中部，高程為EL.1044 m，H1-TP-3 布置于滑坡下部，高程為EL.1028 m，3 個(gè)表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2018 年12 月1 日取得初始值，截止2021 年9 月7 日，累計(jì)監(jiān)測(cè)90 次。

圖4 H1 滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖5 H1 滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖

2 滑坡變形特征分析

2.1 表觀變形特征

（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，H1 滑坡體整體上處于兩側(cè)山梁之間，沿滑坡方向，呈現(xiàn)上緩下陡的地貌形態(tài)。地形上有利于地表水匯集。

滑坡體范圍內(nèi)，位于EL.1044 m 壩頂公路路基發(fā)生沉降開裂現(xiàn)象，數(shù)條裂縫平行于路面延伸展布，寬度一般約2～3 cm，最大寬度約5 cm，延伸長(zhǎng)度一般3～5 m（見圖6、圖7），地表相對(duì)下錯(cuò)形成落坎。EL.1044～1016.5 m 范圍邊坡噴砼均有開裂（見圖8），裂縫走向多垂直于滑動(dòng)方向，形成明顯的張拉裂縫。

圖6 滑坡中部裂縫位置圖

圖7 EL.1044m 壩頂公路裂縫

圖8 滑坡中部噴砼開裂破壞

（2）變形監(jiān)測(cè)

1）測(cè)斜監(jiān)測(cè)成果經(jīng)歷第一個(gè)雨季后，截至2019 年11 月5 日，測(cè)斜孔YBP-IN-03 孔口累計(jì)位移為6.71 mm。從位移-深度曲線看，在EL.1045～1048 m 孔深范圍測(cè)點(diǎn)沿滑動(dòng)方向相對(duì)位移明顯，但總位移量較小，見圖9。

圖9 YBP-IN-03 位移-深度曲線圖（2019 年）

2）表觀監(jiān)測(cè)成果

2018 年12 月1 日開始表觀監(jiān)測(cè)工作，至2021年9 月6 日監(jiān)測(cè)結(jié)束。表觀監(jiān)測(cè)成果見圖10—圖13。

圖10 H1-TP-1、H1-TP-2 表觀監(jiān)測(cè)位移-時(shí)間關(guān)系圖

圖11 H1-TP-1、H1-TP-2 表觀監(jiān)測(cè)位移速率-時(shí)間關(guān)系圖

圖12 H1-TP-3 表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移-時(shí)間關(guān)系圖

圖13 H1-TP-3 表觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率-時(shí)間關(guān)系圖

由圖10 和圖11 可知，滑坡體后緣H1-TP-1 和H1-TP-2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量及變形速率均較?。挥蓤D12和圖13 可知，滑坡體中部H1-TP-3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量和變形速率發(fā)生3 次突變，均發(fā)生于雨季期間，且均在持續(xù)暴雨階段發(fā)生位移量和變形速率的顯著增大。雨季結(jié)束后監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量和變形速率處于穩(wěn)定狀態(tài)，基本無(wú)明顯變化。說(shuō)明滑坡體淺層變形與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)。

2.2 深部變形特征

經(jīng)歷3 個(gè)雨季后，截至2021 年9 月7 日，位移變化趨勢(shì)與2019 年基本相同（見圖14），即H1 滑坡中部變形主要集中在EL.1045 m 以上區(qū)段，為表層崩坡積覆蓋層和板巖砂巖接觸帶，雨季時(shí)位移具有較大增幅，表明雨季表層覆蓋層變形速率加大；EL.1045 m 以下區(qū)段變形量及變形速率均較?。‥L.1045～1031 m 年變形增幅＜1 mm/a，EL.1031 m 以下基本無(wú)變形），未見位移突變，不受降雨及地下水影響，表明H1 滑坡體深部滑動(dòng)跡象不明顯。

圖14 YBP-IN-03 位移-深度曲線圖（2021 年）

3 古滑坡復(fù)活機(jī)制討論

綜合鉆探、地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)成果，H1 滑坡屬于淺層蠕變滑坡，該滑坡的“復(fù)活”是內(nèi)在因素和外在因素綜合作用的結(jié)果。

（1）內(nèi)在因素

G2 和G4 擠壓帶分布在H1 古滑坡兩側(cè)，是H1古滑坡的邊界，受構(gòu)造作用影響，滑坡帶內(nèi)巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，是滑坡復(fù)活的構(gòu)造基礎(chǔ)與邊界切割條件。滑坡堆積物為高滲透性碎石土，從地形地貌條件分析，滑坡體處于負(fù)地形位置，有利于地表水的匯聚。

（2）外在因素

EL.1016.5 m 進(jìn)水口公路開挖切坡形成臨空面，人工開挖及淺表生改造導(dǎo)致滑坡體在自重作用下向臨空方向發(fā)生位移，其中第四系坡積物與板巖接觸面膠結(jié)作用差，產(chǎn)生剪切蠕變，向臨空面位移。

測(cè)斜孔H1-TP-3 監(jiān)測(cè)資料顯示，H1 古滑坡旱季時(shí)變形速率較小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，雨季時(shí)位移量和變形速率快速增大，發(fā)生突變，主要因?yàn)槠麦w表層第四系坡積物滲透性強(qiáng)，外界水可快速下滲，并沿滑坡方向形成滲流壓力，導(dǎo)致滑體下滑力快速增大，形成淺層牽引式滑坡，拉裂滑坡中部噴砼，在EL.1044 m壩頂公路形成拉裂縫和錯(cuò)落坎（見圖15）。

綜合內(nèi)外因素可知，滑坡不利的坡體結(jié)構(gòu)特征為滑坡“復(fù)活”提供了地質(zhì)條件基礎(chǔ)；人工開挖邊坡降低了滑坡的穩(wěn)定性，為滑坡“復(fù)活”提供了運(yùn)動(dòng)空間；雨季強(qiáng)降雨加劇了滑坡的“復(fù)活”活動(dòng)。H1 古滑坡具體“復(fù)活”機(jī)制如下：

滑坡淺表部第四紀(jì)坡積物和板巖、砂巖接觸帶為滑坡體最軟弱部分，一方面公路開挖后形成臨空面，淺表生改造導(dǎo)致應(yīng)力場(chǎng)改變，導(dǎo)致滑坡沿淺表部第四系崩坡積物和板巖、砂巖接觸面重新發(fā)生位移，向臨空面產(chǎn)生蠕變變形；另一方面，下伏板巖、砂巖透水性相對(duì)較差，降雨時(shí)在第四系坡積物與板巖、砂巖接觸面處易形成飽水軟化帶，降低巖土體抗剪強(qiáng)度，且淺表層排水條件通暢，產(chǎn)生滲流壓力，綜合導(dǎo)致淺層變形持續(xù)增大。宏觀表現(xiàn)即為滑坡的“復(fù)活”。

4 結(jié)論

（1）測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，H1 古滑坡淺層位移變形較大，深部未見位移突變，降雨對(duì)深部位移基本無(wú)影響。該滑坡屬于淺層牽引式滑坡。

（2）滑坡復(fù)活的內(nèi)因主要為G2 和G4 擠壓帶分布在H1 古滑坡兩側(cè)，形成滑坡復(fù)活的構(gòu)造基礎(chǔ)與邊界切割條件。滑坡堆積物透水性強(qiáng)，滑坡體處于負(fù)地形位置，有利于地表水的匯聚。

（3）EL.1016.5 m 進(jìn)水口公路開挖將邊坡切割形成臨空面，構(gòu)成滑坡復(fù)活的外因，淺表生改造導(dǎo)致應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，導(dǎo)致滑坡沿淺表部第四系坡積物和板巖、砂巖接觸面“復(fù)活”，向臨空面產(chǎn)生蠕變變形。

（4）H1 古滑坡旱季基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。雨季雨水容易在滑坡堆積物中快速下滲，并沿滑坡方向形成滲流壓力，導(dǎo)致邊坡下滑力增大，在淺層形成牽引式滑坡。