瀾滄江苗尾水電站蓄水對傾倒變形邊坡穩(wěn)定性的影響研究

吳赟 陳梁 陳立宇

摘 ?要：云南省瀾滄江苗尾水電站傾倒變形巖石發(fā)育程度較低，距上次勘測評估地質(zhì)條件已過十余年，但在水庫蓄水下，水下的巖體變形破壞，對上部極強(qiáng)傾倒變形巖體的穩(wěn)定性有較大影響。為了解其影響規(guī)律，該文結(jié)合已知的勘察結(jié)果，采用變形檢測手段，以代表性傾倒變形巖體為基準(zhǔn)，研究蓄水過程中對變形傾倒巖體累計(jì)變形量及相關(guān)的穩(wěn)定性評價(jià)。從調(diào)查成果分析，距壩址58 km以外的傾倒變形體，前緣高于正常蓄水位，水庫蓄水對其穩(wěn)定無影響；距壩址33～58 km段的傾倒變形體，前緣高程在1 390～1 400 m，水庫蓄水局部可能崩滑；距壩址33 km以內(nèi)的傾倒變形體，蓄水后穩(wěn)定性較差，可能出現(xiàn)較大范圍的傾倒型崩塌，或局部滑移。

關(guān)鍵詞：水庫蓄水；傾倒變形；巖質(zhì)邊坡；滑坡；穩(wěn)定性評價(jià)

中圖分類號：TU443 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）14-0070-04

Abstract： The development degree of the dumping deformed rock of the Miaowei Hydropower Station on the Lancang River in Yunnan Province is relatively low， and it has been more than ten years since the last survey and evaluation of geological conditions， but under the impoundment of the reservoir， the deformation and destruction of the underwater rock mass has a great influence on the stability of the upper extremely strong toppling deformed rock mass. In order to understand its influence law， based on the known investigation results， this paper studies the cumulative deformation and related stability evaluation of the deformed rock mass in the process of water storage by means of deformation detection and based on the representative dumping deformation rock mass. According to the analysis of the investigation results， the leading edge of the dumping deformation body outside the 58 km of the dam site is higher than the normal water level， and the storage of the reservoir has no effect on its stability; the elevation of the leading edge of the dumping deformation body of the 33～58 km section from the dam site is 1 390～1 400 m， and the local storage of the reservoir may collapse; the stability of the toppling deformation body within the 33 km of the dam site is poor after impoundment， and a large range of toppling collapse or local slip may occur.

Keywords： reservoir impoundment; dumping deformation; rock slope; landslide; stability evaluation

水庫在運(yùn)行過程中，頻繁的放水蓄水[1]，將導(dǎo)致地下水埋深、河道局部侵蝕基準(zhǔn)面升高，導(dǎo)致河岸水文地質(zhì)條件發(fā)生明顯改變，常導(dǎo)致庫水作用下新舊滑坡的形成或復(fù)蘇[2]。庫岸邊坡發(fā)育的滑坡統(tǒng)稱為庫岸滑坡，其中90%以上的滑坡都與水有關(guān)[3]。庫岸滑坡不僅會(huì)造成水庫蓄水能力下降，甚至可能引發(fā)潰壩事故[4]，對下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的威脅。

苗尾水電站為瀾滄江上游一庫七級開發(fā)工程中的最后一座梯級電站，苗尾電站的正常水位為1 408.0 m，對應(yīng)庫容6.86億m3，死水位1 398.0 m，對應(yīng)庫容5.21億m3，總裝機(jī)容量1 400 MW。瀾滄江-湄公河是中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南等國在東南亞地區(qū)上下游共享的重要跨界河流。這個(gè)流域大壩的建設(shè)和運(yùn)行深刻地影響了該流域的自然水流狀況。

傾倒變形邊坡是一種具有破碎構(gòu)造的斜坡，其穩(wěn)定性較差，其穩(wěn)定性主要取決于巖塊之間的嵌固狀態(tài)及巖塊之間的相互咬力[5]。水庫蓄水后，在庫水的作用下，傾倒變形增大加劇，而導(dǎo)致邊坡表層產(chǎn)生崩塌。本文采用數(shù)值模擬對QD9和QD14兩處傾倒變形體進(jìn)行研究，對水庫兩岸的傾倒變形邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。希望為類似邊坡穩(wěn)定性分析治理提供方向。

1 ?邊坡工程概況

1.1 ?水庫岸區(qū)地質(zhì)情況

水庫區(qū)基巖地層由侏羅系和白堊系地層組成，第四系松散堆積層主要分布有崩坡積層、沖洪積層、泥石流堆積層和滑坡堆積層。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，以逆沖為主。研究區(qū)大致以金沙江-紅河斷裂帶與怒江斷裂帶為界，東部以北東和近南北向構(gòu)造為主，中部以北北西和北西向構(gòu)造為主，西部以近南北與北東走向斷裂為主。主要的區(qū)域斷裂（帶）有20條。

1.2 ?庫區(qū)傾倒變形體概況

庫內(nèi)傾倒變形邊坡主要分布于縱向谷的一岸或兩岸，根據(jù)地質(zhì)測繪和調(diào)查，傾倒變形強(qiáng)烈的岸坡總計(jì)有14段，以冷水場傾倒體（QD9）規(guī)模最大。冷水場傾倒體（QD9）位于表村鄉(xiāng)石子坪村下游300 m處，距下壩址約20.7 km。

分析計(jì)算表明，庫區(qū)可能失穩(wěn)的總方量約360萬 m3。傾倒變形邊坡可能失穩(wěn)的巖體主要為邊坡表層傾倒變形巖體，具有累進(jìn)式破壞的特點(diǎn)，但單次失穩(wěn)的方量不大。由于庫區(qū)河道曲折，上、下壩址均為河灣地形，壩前3 km以外的邊坡即使發(fā)生較大規(guī)模的邊坡失穩(wěn)，形成的涌浪對壩址的影響較小，但需重視近壩傾倒變形邊坡的穩(wěn)定問題，庫區(qū)改線公路在通過穩(wěn)定性差的傾倒變形邊坡段時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離庫邊或以隧洞通過，避開極強(qiáng)傾倒變形巖體。

1.3 ?庫區(qū)蓄水情況

2009年11月導(dǎo)流洞工程開工，2016年11月24日導(dǎo)流洞下閘封堵，水庫開始蓄水。蓄水初期，2016年12月1日，近壩庫岸三顆槍溝口QD14傾倒變形體，蓄水后淺表層極強(qiáng)傾倒巖體產(chǎn)生塌岸。自2017年4月24日起，水庫水位從1 365 m開始逐漸升高，到6月8日又上升到1 388 m，到了6月13日又突然下降到1 380 m，此后又開始上提，并通過溢洪道來控制，保持在1 401 m的高度，水庫回水至阿塔登河段附近。在2017年汛期庫水位抬升期間，QD9傾倒變形體前緣局部產(chǎn)生塌岸，新建沿江公路局部地段路基出現(xiàn)變形坍塌，影響沿江公路正常通行。

2 ?蓄水對傾倒變形邊坡穩(wěn)定性的影響

2.1 ?QD14傾倒變形體

該岸坡坡腳高程1 307 m，坡頂高程1 750 m（分水嶺高程約2 400 m），坡度40～60°，在1 360 m高程以上局部形成陡崖。為傾倒-彎曲型傾倒變形邊坡，傾倒變形發(fā)育高程較低，高程1 320 m以上均為傾倒變形巖體。

該段坡體下部巖體極破碎呈散體狀結(jié)構(gòu)，蓄水后由于下部巖體軟化，可能引發(fā)新的傾倒變形，表部巖體可能傾倒型崩塌，發(fā)生大規(guī)模邊坡失穩(wěn)的可能不大。水庫蓄水對傾倒變形邊坡穩(wěn)定分析存在一定的不確定性。

2.2 ?蓄水對QD14傾倒變形體穩(wěn)定性分析

2.2.1 ?前期蓄水影響

水庫蓄水至穩(wěn)定的1 365 m高程，岸坡于2016年12月1日發(fā)生首次大幅變形。以中部支溝為界，上游側(cè)傾倒變形巖體整體崩塌錯(cuò)落，垂直錯(cuò)距約20 m。后部陡壁呈弧形，傾角約75°，可見板巖與變質(zhì)細(xì)砂巖呈互層結(jié)構(gòu)。支溝下游側(cè)傾倒變形巖體僅水邊發(fā)生淺層塌岸。

2.2.2 ?變形監(jiān)測結(jié)果

QD14庫區(qū)內(nèi)布置1個(gè)視位移觀測剖面，共3個(gè)視位移監(jiān)測點(diǎn)。

期間每月進(jìn)行觀測一次，根據(jù)蓄水及變形情況適當(dāng)調(diào)整觀測頻率，2016—2018年QD14傾倒變形體表現(xiàn)變形曲線如圖1所示。

2.2.3 ?QD14傾倒變形體穩(wěn)定性分析和評價(jià)

QD14傾倒變形體分布高程1 340～1 520 m，下部位于左岸公路附近，水庫蓄水前坡面地表可見裂縫，水庫蓄水后QD14傾倒變形體表層極強(qiáng)傾倒巖體及覆蓋層產(chǎn)生變形塌落，變形范圍順河向?qū)捈s240 m，厚約15 m，方量預(yù)估約13萬 m3。對變形體進(jìn)行5種不同工況（1 408 m蓄水位天然工況、1 408 m蓄水位暴雨工況、1 408 m蓄水位地震工況、1 398 m蓄水至1 408 m工況和水位驟降工況）的模擬計(jì)算，圖2為傾倒變形體在1 408 m蓄水位暴雨工況下和1 398 m蓄水至1 408 m工況下岸坡穩(wěn)定性分析結(jié)果圖。

QD14岸坡在不同工況下，分別使用畢肖普法和摩根斯坦-普拉斯法計(jì)算得到的最小穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果見表1。

計(jì)算表明，傾倒變形體各工況下的穩(wěn)定系數(shù)均不滿足要求，可能發(fā)生進(jìn)一步滑塌，岸坡局部穩(wěn)定性差。前緣表層巖土體蓄水后塌落在水下坡腳，對岸坡有一定的反壓作用，有利于岸坡穩(wěn)定，但岸坡臨近大壩，水庫運(yùn)行期，庫水位的驟升驟降會(huì)引起江水面附近傾倒巖體的再次塌岸，岸坡的變形將以持續(xù)的坍塌調(diào)整為主，單次發(fā)生大規(guī)模失穩(wěn)的可能性不大，對水庫及電站樞紐安全影響較小。

2.3 ?蓄水對QD9傾倒變形體穩(wěn)定性分析

QD9變形體距下壩址約21.7 km。變形體臨江處的河水位高程為1 340 m，后緣高程約為1 520 m。

該坡腳高程約1 345 m，坡頂高程約2 100 m。1 700 m高程以下為陡坡，地形坡度30～40°，基巖裸露，傾倒變形發(fā)育強(qiáng)烈，坡腳局部分布少量崩坡積物；1 700 m高程以上為緩坡臺地，地形坡度5～15°，坡面分布沖洪積覆蓋層。

2.3.1 ?前期變形特征

該處岸坡穩(wěn)定性較差，時(shí)有崩塌掉塊現(xiàn)象，老六蘭公路路面發(fā)育有2條張裂縫，寬1～5 cm，長約13 m。水庫蓄水至1 364 m高程期間，該段沿江公路局部可見輕微裂縫及沉降，路肩形成錯(cuò)臺，錯(cuò)距約1 cm。

2.3.2 ?QD9傾倒變形體穩(wěn)定性分析和評價(jià)

QD9傾倒變形體是薄層狀砂板巖互層的陡傾層狀反向結(jié)構(gòu)斜坡，巖層走向與河谷走向小角度相交，傾倒變形強(qiáng)烈發(fā)育，極強(qiáng)傾倒巖體巖層傾角近水平，加之岸坡地形陡立，水庫蓄水后前緣巖土體遇水軟化形成塌岸，失去對上部極強(qiáng)傾倒巖體的支撐，進(jìn)而導(dǎo)致坡體表層的傾倒變形巖體沿反傾節(jié)理面（極強(qiáng)傾倒巖體中該組結(jié)構(gòu)面陡立）失穩(wěn)塌落。同樣對變形體進(jìn)行5種不同工況的模擬計(jì)算，圖3為QD9傾倒變形體在1 408 m蓄水位暴雨工況和1 398 m蓄水至1 408 m工況這2種工況下搜索滑動(dòng)面位置圖。

QD9傾倒變形體岸坡在不同工況下，畢肖普法和摩根斯坦-普拉斯法計(jì)算得到的最小穩(wěn)定系數(shù)見表2。QD9傾倒變形體沿江公路開挖時(shí)，坡體常出現(xiàn)崩塌破壞，自然邊坡穩(wěn)定性差。計(jì)算結(jié)果顯示岸坡在各工況下的穩(wěn)定系數(shù)均較小，岸坡整體穩(wěn)定性較差，局部穩(wěn)定性差，臨江庫岸蓄水后易產(chǎn)生塌岸，水庫運(yùn)行期，庫水位的驟升驟降會(huì)引起江水面附近傾倒巖體的再次塌岸，岸坡的變形將以持續(xù)的坍塌調(diào)整為主，單次發(fā)生大規(guī)模失穩(wěn)的可能性不大，對水庫及電站樞紐安全影響較小，但對沿江公路路基穩(wěn)定不利。

3 ?結(jié)論

QD9和QD14型巖體多處于強(qiáng)烈卸荷帶，沿陡傾卸荷裂隙、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和垂向?qū)用娴睦鞓?gòu)造面（豎向交叉），整體上巖石松散，在高陡邊坡蓄水條件下，其傾倒變形將進(jìn)一步加劇，從而造成地表局部失穩(wěn)，并引發(fā)上方巖體的連鎖效應(yīng)，形成大范圍的崩滑失穩(wěn)，呈現(xiàn)漸進(jìn)型的特征。

近壩庫段左岸QD14傾倒變形體距大壩1.5 km，現(xiàn)狀穩(wěn)定性差，岸坡變形將以持續(xù)坍塌為主，單次發(fā)生大規(guī)模失穩(wěn)的可能性不大，對水庫及電站樞紐安全影響較小。

沿江兩岸還存在多處小規(guī)模的塌岸，但這些小型塌岸并未影響到整體庫岸穩(wěn)定、住宅及基礎(chǔ)設(shè)施。

由于庫區(qū)河道曲折，上、下壩址均為河灣地形，壩前3 km以外的邊坡即使發(fā)生較大規(guī)模的邊坡失穩(wěn)，形成的涌浪對壩址的影響較小，但需重視近壩傾倒變形邊坡的穩(wěn)定問題，庫區(qū)改線公路在通過穩(wěn)定性差的傾倒變形邊坡段時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離庫邊或以隧洞通過，避開極強(qiáng)傾倒變形巖體。

參考文獻(xiàn)：

[1] XIE J K， XU Y P， MARTIJN J， et al. Influences of reservoir operation on terrestrial water storage changes detected by GRACE in the Yellow River basin[J]. Journal of Hydrology，2022，610（Pt.1）：1279241-1-127924-15.

[2] 張琪，巨能攀，張成強(qiáng)，等.庫水位變化時(shí)陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡變形機(jī)制[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，50（2）：206-217.

[3] 張強(qiáng)，鄭艷妮，賈朝軍，等.復(fù)雜水庫調(diào)度及降雨條件下堆積體滑坡離心試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2023，42（10）：2427-2440.

[4] 谷建永，張強(qiáng)，盧曉春，等.庫水位變動(dòng)下庫岸滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制離心模型試驗(yàn)[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2023，40（6）：166-172，179.

[5] 楊沛璋，崔圣華，裴向軍，等.基于SBAS-InSAR和光學(xué)遙感影像的大型傾倒變形體變形演化研究[J].地質(zhì)科技通報(bào)，2023， 42（6）：63-75.