某電站水庫庫區座滑堆積體工程地質勘察分析與探討

鐘勝紅 汪祥兆

摘 要：介紹了座滑堆積體基本地質條件，工程地質特點和巖（土）物理力學性質。分析了座滑堆積體的變形特征及影響因素，并進行了工程地質穩定性評價，根據工程區防護巖（土）體試驗參數值，提出了合理的邊坡治理結論與建議。

關鍵詞：水電站 座滑堆積體 工程地質勘察 分析 研究

1.工程概況

該水電站位于湖北堵河干流上游，壩址處在湖北省竹山縣境內。電站為Ⅰ等工程，工程規模為大（1）型。電站裝2臺250MW水輪發電機組，總裝機容量500MW。水庫正常蓄水位355.00m，死水位330.00m，總庫容23.38億m3，調節庫容11.2億m3，防洪庫容4億m3，具年調節性能。

2.邊坡基本地質條件

2.1地形地貌

邊坡所處地貌上為中低山峽谷區，緊鄰官渡河，河道江面較開闊，寬80m～100m，堆積體部位河段呈弧形內凹，上游河流流向N55°E，堆積體所處河段河流流向N25°W，至下游凸入河道的山脊后折向為S55°W，勘察期間河水面高程334.80m左右。

2.2地層巖性

邊坡所處地區出露地層主要為志留系和第四系地層，其地層巖性從老至新分述如下：

志留系下統梅子埡組（S1m）：地層巖性為泥質砂質板巖夾薄層砂巖。

志留系中統竹溪群（S2zh）：地層巖性為砂質板巖生物灰巖或泥紋狀灰巖、砂巖。

第四系地層主要為殘坡積物（Q4edl）、崩坡堆積物（Q4dl+col）、沖洪積物（Q4al+pl）及人工堆積物（Q4s）。

2.3地質構造

邊坡區內及周邊未發現有較大區域斷裂構造存在。區內巖體節理裂隙發育，節理主要以NNE和NNW向為主，其它方向節理尚有零星分布。巖層中局部存在層間軟弱結構面。

邊坡所處區域構造穩定。根據國家地震局出版的《中國地震烈度區劃圖（GB18306～2001）》，本區地震動峰值加速度為0.10g，相應地震基本烈度為7度。

2.4水文地質條件

區內水文地質條件較簡單，地下水按其賦存條件和水動力特征可分為2種主要類型：即松散堆積物中的孔隙水和基巖裂隙水。

3.邊坡結構特征

坡體主要由整體座滑的志留系中統竹溪群砂質板巖生物灰巖或泥紋狀灰巖、砂巖地層及上部的第四系覆蓋層組成。座滑體具有巖層產狀（傾角）變異、結構面張開、拉張裂隙發育、巖體架空、透水性強、低波速、低密度、巖體質量差等特點。根據平面地質調查及鉆孔勘探資料，座滑堆積體滑體、滑帶、滑面、滑床等滑坡要素齊全，估算平面面積約17萬m2，體積約900萬m3。

3.1.1滑體

座滑堆積體滑體部分主要物質組成為：①碎石、塊石夾粉質粘土層；②砂質板巖夾灰巖、砂巖層。

①碎石、塊石夾粉質粘土層：分布于座滑體表層絕大部分地區。前緣公路外側厚度相對較大，中部和后緣厚度相對較小。

②砂質板巖夾灰巖、砂巖層：分布于①層以下，滑帶以上層段，是構成座滑體的主要物質。根據鉆孔揭露，該層一般厚度為8.5m～47.5m，最大厚度位于ZK6號鉆孔，達71.3m。

為了解座滑堆積體的空間分布形態，在座滑堆積體區內布置了5條物探剖面。從物探成果資料分析，座滑體上部碎石、塊石夾粉質粘土等第四系堆積層，地震波速400m/s～900m/s；座滑體下部砂質板巖夾灰巖、砂巖層，地震波速1600m/s～2500m/s；座滑體下伏完整基巖地震波速多在4000m/s以上。

從鉆探、物探資料顯示，座滑堆積體滑體具有前緣和后緣薄、中部厚的特點。座滑體物質組成在空間上分布變化特征為：從滑體上部到底部由塊石、碎石夾粉質粘土層→座滑的砂質板巖夾灰巖、砂巖層。為了解座滑體巖石物理力學性質，對座滑巖體進行了巖石室內物理力學性質試驗，試驗結果見表3.1-1。

3.1.2滑帶、滑面

滑帶位于座滑堆積體底部滑面以上，以灰褐色、灰黃色粉質粘土夾板巖、灰巖碎塊為主。滑帶在公路路基外側鉆孔中表現不明顯，在堆積體中段ZK6、ZK7鉆孔均有揭露。其中ZK6鉆孔中，滑帶埋深78.8m，滑帶厚度6.5m，主要為粉質粘土夾板巖、灰巖碎塊。ZK7鉆孔中，滑帶埋深27.0m，滑帶厚度2.4m，主要為粉質粘土夾板巖碎塊。根據平面地質測繪和鉆孔資料分析，正常巖體的片理傾角為55°～60°，而座滑體中巖體傾角變為10°～20°，由此推斷鉆孔中傾角發生轉折的部位即為滑面位置。

3.1.3滑床

根據平面地質測繪，滑床的基巖組成主要為志留系下統梅子埡組（S1m）泥質砂質板巖夾薄層砂巖，巖石強度較低，屬軟巖類，其巖石物理力學性質見表3.1-1。根據鉆孔揭露情況，堆積體前緣滑床基巖最大埋深37.2m；堆積體中部滑床基巖最大埋深85.3m；堆積體后緣滑床基巖最大埋深29.4m。滑床基巖上部均存在強至中等風化座滑變形巖體。鉆孔揭露基巖強風化帶厚度較小，弱風化至微風化基巖巖體片理發育，片理傾角一般55°～60°，與座滑堆積體周邊基巖產狀基本一致，其上覆座滑體的片理傾角為10°～20°。

3.2座滑體變形特征與影響因素

3.2.1現階段變形特征

自2011年9月電站開始蓄水后，座滑堆積體前緣松散堆積層開始出現局部變形。尤其是2011年底至2012年3月間，庫區內降雨頻繁，導致岸坡內公路變形加劇。岸坡變形主要集中于橫穿桃子埡的S236省道竹向公路，主要表現為路面開裂、路基沉降及公路邊坡局部巖體崩落。據觀測最大沉降近2m，嚴重影響竹向公路的正常運營。但座滑體未見有地表裂縫，岸坡無明顯的整體滑移跡象。

根據座滑堆積體平面分布形態和地形地貌特點、堆積體物質組成及結構特征和滑動面形態特征分析，具有歷史曾巖層整體座滑、現階段第四系覆蓋層局部淺表變形特性。

3.2.2影響因素

座滑堆積體目前產生變形的原因、發展及其未來的演化趨勢有其內在和外在因素，其中主要包括岸坡的物質組成及結構特征、暴雨和地下水作用、邊坡開挖等因素。

a）岸坡的物質組成及結構特征。座滑堆積體岸坡為一古滑坡堆積體，岸坡由土石堆積物構成，堆積物結構松散，穩定條件較差。

b）暴雨和地下水。堵河流域屬副熱帶季風氣候區，多年平均降雨量為811.2mm，4～10月份降雨量較集中，高強度的暴雨，對岸坡松散堆積層的變形破壞起著誘發作用，導致座滑堆積體前緣覆蓋層發生一定規模的岸坡再造。

c）邊坡開挖。S236省道竹向公路為竹山至向壩的唯一等級公路，公路的修建開挖在桃子埡岸坡形成一級坡，最大坡高近50m，最大坡角近80°。由于古滑坡體前緣開挖改變了座滑堆積體的應力狀態，降低了座滑體的松散堆積層的穩定性，導致局部出現淺表性變形。

4.座滑堆積體穩定分析與評價

依據平面地質調查及工程地質勘察結果分析可知：

a）座滑堆積體為一古滑坡體，通過平面地質調查和工程地質勘察，座滑體未見有大的、明顯的整體變形現象，表明座滑堆積體目前處于整體穩定狀態。座滑體前緣剪出口最低高程為370.00m，高出正常蓄水位355.00m近15m，水庫蓄水對座滑體的穩定條件不會產生大的影響。平面地質調查和工程地質勘察期間，水庫蓄水位低于座滑堆積體滑床基巖最低埋深高程近35m，現階段座滑堆積體出現松散覆蓋層變形與水庫蓄水

無關。

b）構成座滑堆積體滑體的主要物質為座滑堆積的碎石、塊石夾粘土以及座滑傾倒的變形巖體，岸坡物質結構松散，巖石破碎，工程地質條件較差。同時公路開挖邊坡偏陡、坡高偏大、且未任何支護，座滑堆積體在經歷持續強降雨時，滑體松散層出現較大規模，較大范圍，較為集中的變形，主要表現為座滑體前緣公路路面開裂、路基下沉、公路邊坡局部松散破碎巖體崩落。說明暴雨入滲沖刷降低座滑體表層松散堆積物巖土體的強度、改變巖土體結構是導致座滑堆積體出現松散層淺表性變形，發生岸坡再造的直接和主要原因。

c）平面地質調查和工程勘探期間，區內降雨偏少，路面開裂及路基下沉未見持續發展，表明在正常情況下，岸坡整體穩定

5.座滑堆積體結論與建議

5.1結論

a）座滑體所處岸坡為斜交反向坡；區內未發現有較大斷裂構造存在，巖體曾整體座滑變形，節理裂隙相對較發育。

b）區內水文地質條件較簡單，地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水。孔隙水除座滑堆積體中的水位受本身堆積厚度控制，埋藏深度較大外（最大近75m），其余埋藏深度均不大，水量季節性變化明顯。

c）座滑堆積體滑體具有前緣和后緣薄、中部厚的特點。滑帶特征在中部表現明顯；滑面傾角與座滑體后緣陡坎出露的傾倒變形基巖傾角基本一致；滑床面形態與岸坡原始地形基本一致，滑床微風化至新鮮基巖巖體中見與周邊基巖產狀一致的

片理。

d）岸坡具典型滑坡地貌，前緣河流深切，組成岸坡的巖層巖性較弱，巖體易蠕變，在常年風化及雨水沖刷入滲影響下，歷史曾整體向河谷座滑；現階段在降雨影響下，座滑體前緣覆蓋層出現淺表性變形，一般規模較小，延續性差。

e）根據現場調查和勘探資料分析，座滑堆積體目前整體處于整體穩定狀態，變形未見發展。座滑堆積體前緣剪出口高程大于370.00m，大于水庫正常蓄水位355.00m近15m，水庫蓄水對座滑堆積體整體穩定條件影響不大，現階段座滑體出現的淺表性松散覆蓋層變形與水庫庫水無關。

f）根據分析，暴雨入滲沖刷降低座滑體表層松散堆積物巖土體的強度、改變巖土體結構是導致桃子埡座滑堆積體出現覆蓋層淺表性變形，發生岸坡再造的直接和主要原因。

5.2建議

由于座滑堆積體范圍體積大，其變形破壞將對水庫庫區及周邊環境，尤其是對S236省道竹向路的交通暢通產生大的影響，為避免座滑堆積體變形所帶來的影響，建議如下：

a）為保證S236省道竹向路桃子埡段的交通暢通，初擬道路改線與岸坡工程治理方案。道路改線可采用隧道方案。岸坡工程治理可采用局部布設抗滑樁，局部擴挖公路內側邊坡以保證路面寬度。抗滑樁以深入滑床下弱風化～新鮮泥質砂質板巖15m～20m為宜。建議對各方案進行經濟性對比，采用相對更為經濟的方案。

b）建議對座滑堆積體前緣覆蓋層分布影響范圍內的房屋實施搬遷處理，同時加強對座滑堆積體的變形觀測工作，密切注意座滑堆積體變形情況，做好避險應急預案。

參考文獻：

[1] 《水力發電工程地質勘察規范》（GB50287-2016）.

[2] 《水電水利工程地質測繪規程》（DL/T5185-2004）.

[3] 《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程》（DL/T5337-2006）.

[4] 《水電水利工程水庫區工程地質勘察技術規程》（DL/T5336-2006）.

[5] 《巖土工程勘察規范》（GB50021-2017）.

作者簡介：鐘勝紅（1982-），男，漢族，湖南益陽人，長沙理工大學，交通土建，工程師，從事水利水電工程地質設計工作。

汪祥兆（1984-），男，漢族，湖南衡陽人，長沙理工大學，交通土建，工程師，從事水利水電工程地質設計工作。