ALG水庫左岸滑坡穩定性初步分析

李偉強

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，新疆烏魯木齊830000）

1 工程現狀

ALG水庫位于新疆托克遜縣ALG溝中下游，正常蓄水位944.39m，校核洪水位948.87m，總庫容4570×104m3，壩高94.3m，壩型為土石壩。

2016年8月初蓄水至943.0m高程，庫區岸坡未見不穩定現象，在后期放水至916.4m高程時，發現壩址上游約800m處左岸岸坡出現巖質滑坡現象；于2017年1月10日至現場采用大疆無人機對滑坡體進行拍攝，滑坡后緣可見多條明顯拉裂縫，后緣形成高度大于8m的滑坡壁。滑坡順河長350～400m，高200～250m，厚100～150m。

2 工程地質概況

2.1 地形地貌

工程區屬中低山峽谷地貌，峰巒疊嶂，沖溝發育，兩岸山頂高程1000～1300m，相對高度100～300m。兩岸地形不對稱，沖溝內及緩坡處多為第四系覆蓋，其余大部分基巖裸露，山坡陡峻，自然坡度40°～50°。

2.2 地層巖性

區內基巖為上泥盆統天格爾組第二亞組（D3tb），巖性成分復雜，主要為灰黑色凝灰質粉砂巖、凝灰質砂巖與硅質巖夾頁巖、淡灰色凝灰巖，凝灰質結構，厚層夾薄層構造，產狀330°SW∠40°～70°，巖質堅硬性碎，抗風化能力相對較強。

2.3 地質構造

工程區在大地構造上處于天山褶皺系的博羅科努地槽褶皺帶與北天山優地槽帶依連哈爾比尕復式背斜兩大二級構造單元的近復合部位。區內主要有2條孕震構造：

（1）夏爾嘎天山主干大斷裂：位于工程區南部，距壩址最近約6km，呈北西向展布，傾向北東，傾角60°，破碎帶寬度數十米，由數條斷層組成，長達數百公里。該深大斷裂以壓扭性為主（本區局部表現為張性），地貌上形成南高北低的陡坎。

（2）祖魯木臺—大河沿斷裂：位于工程區東南部，距壩址約7km，呈NE向延伸，傾向NW，傾角45°，破碎帶寬度數十米，長近100km，橫貫博羅科努地槽與北天山優地槽，屬逆掩斷層，錯斷夏爾嘎斷裂，并于托克遜西北側的白楊河附近錯斷了第四系下更新統砂礫石層，在區內大部被第四系覆蓋。

2.4 地震及區域穩定性

夏爾嘎斷裂于1983年12月15日在夏格澤曾發生過5.0～5.9級地震，震中距工程區以西約20km；祖魯木臺—大河沿斷裂于1990年在紅山溝曾發生5.0～5.9級地震，震中距工程區以東約90km。而在工程區18km范圍內未發生過中強震（≥5級）。

據1/400萬《中國地震烈度區劃圖》（GB18306-2015），工程區處在地震動峰值加速度值為0.2g區域內，其對應的地震烈度為Ⅷ度，區域構造穩定性較差。

3 計算分析

3.1 穩定性計算

該滑坡屬基巖滑坡，順河長350～400m，高200～250m，厚100～150m，按三角體計算其方量約400×104m3。本次采用二維剛體極限平衡法，對滑坡在正常蓄水位條件以及正常蓄水位遭遇地震2種工況條件下的穩定狀況進行分析計算，選取滑坡中軸線剖面作為計算剖面（圖1）。

圖1 左岸滑坡剖面圖

當不考慮側向阻力及地震影響時采用公式：

當考慮地震因素時采用公式：

式中：Ks——穩定系數；

W——滑體重力，kN/m；

?——滑面傾角，(°)；

φ——滑面內摩擦角，(°)；

c——滑面粘聚力，kPa；

L——滑面長度，m；

A——地震加速度。

據試驗成果，取值c=100kPa，φ=41°，γ=26.2kN/m3，?=40°，A=0.20g。

因滑坡距離壩址較近，本次計算將邊坡的級別定為Ⅰ級。在對該邊坡進行穩定性分析時，天然狀況、正常蓄水位條件下的安全系數應大于1.25，考慮地震工況條件下的安全系數應大于1.10。

經計算，該滑坡在不考慮地震影響和考慮地震影響時，穩定系數分別為1.03和0.80，2種工況下均不滿足巖質邊坡穩定性要求，因此會產生整體滑動。

3.2 涌浪計算

假設該滑坡在極端特殊情況下發生整體滑動，當滑坡滑入庫區時，可分為引發涌浪和無涌浪2種情況，因此預測計算該滑坡在2種情況下對大壩造成的威脅。本工程設計壩頂高程950.26m，防浪墻頂高程951.46m。

3.2.1 在引發涌浪的情況下。

本次采用根據大量的涌浪試驗資料和實際觀測成果總結得出的改進水科院經驗公式，計算最大涌浪高度和傳遞至壩前的涌浪高度，其入水初速度采用謝德格爾法計算。

（1）計算入水初速度：謝德格爾法是在能量法的基礎上考慮了滑坡體積效應，是對能量法的一種修正：

（2）岸最大涌浪高度可用下式表示：

（3）與滑坡體不同距離（L）的涌浪高度可用下式表示：

式中：v——入水初速度，m/s；

g——重力加速度，m/s2；

h——滑體重心落差，m；

f——滑面摩擦系數；

c——滑面粘聚力，MPa；

α——滑面傾角，(°)；

K——綜合影響系數，取平均值0.12；

n——系數，一般取1.3～1.5；

V——滑坡體入庫體積，104m3；

K1——與L（單位為m）有關的系數，K1=0.5（當L≤35m時），K1=6.1274L-0.5945（當L＞35m時）。

根據實際勘測資料，類比相關工程經驗，本次計算參數取值如下：g=9.8m/s2，h=55m（按正常蓄水位944.39m），h=51m（按校核洪水位948.87m），f=0.87，c=0.1，α=40°，K=0.12，V=400×104m3，n=1.4，L=900m，K1=0.107。

通過上述公式計算，結果見表1。

表1 滑坡涌浪計算成果表

計算表明，2種工況下滑坡時傳遞至壩前的涌浪高度分別為13.8m和13.1m，涌浪高出防浪墻頂，對大壩安全不利。

3.2.2 在無涌浪發生的情況下

當水庫蓄水至正常蓄水位（高程944.39m）時，迥水長度為3.1km，水面寬350～450m，假設滑坡發生整體滑動并完全沒入水下時，通過計算庫區水位將抬升3～4m，在正常蓄水位滑落時抬升庫區水位低于設計壩頂高程，對大壩影響不大，但在較核洪水位滑落時庫區水位高于防浪墻頂高程，不利于大壩安全。

4 綜合分析

經分析，產生滑坡的誘發因素可能由以下幾種原因造成：

（1）該段庫岸為順向坡，傾坡外，傾角40°～70°，存在不利結構面組合。

（2）工程區處在地震動峰值加速度值為0.2g區域內，其對應的地震烈度為Ⅷ度，區域構造穩定性較差，受地震影響誘發滑坡形成；

（3）水庫驟然放水致使庫水位急劇下降，導致岸坡內外動水壓力差過大，從而引發邊坡發生滑動；

（4）庫水淹沒坡腳以后，使坡腳部分巖體壓重減輕，抗阻滑強度降低，加之上部主滑段巖體容重增加，當庫水位升高至一臨界值時，就會產生滑動；

（5）水庫蓄水后，不利組合結構面達到飽和，粘聚力降低，致使邊坡發生變形、破壞。

總之，不利的地質結構面組合、不利的構造條件是滑坡發生的內因，庫水位上升所引起的水文地質條件變化和巖體強度的降低則是滑坡發生的誘發因素。

5 結論及建議

本次調查僅利用航拍影像并結合以往地質資料，通過初步計算分析，估算該滑坡方量約400×104m3，穩定性較差。當滑坡發生整體滑動時，可能引發的涌浪高出防浪墻頂，不利于大壩安全；無涌浪發生的情況下，在正常蓄水位滑落時，抬升庫區水位低于設計壩頂高程，對大壩影響不大，但在較核洪水位滑落時，抬升庫區水位將高于防浪墻頂高程，對大壩安全不利。

建議：

（1）盡快開展地質調查工作，詳細調查區內構造條件及滑坡體結構面的延伸情況、發育程度、組合方式等，進一步研究分析該滑坡的穩定性；

（2）水庫運行時應控制放水力度，避免急劇放水致岸坡內外產生過大的動水壓力差，進而加劇滑坡變形破壞；

（3）布置監測點，對滑坡定期、定點加強監測。

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