新疆某水庫壩后滑坡成因機(jī)制及穩(wěn)定性分析

馬軍

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊830000）

1 引言

擬建水庫位于新疆維吾爾自治區(qū)南疆山區(qū)，距某城市約97km。該水利樞紐工程是一項具有生態(tài)、防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用任務(wù)的水利工程，是河流山區(qū)河段的控制性水利樞紐工程，屬大（2）型Ⅱ等工程。主要建筑物由大壩（壩型為面板堆石壩）、泄水建筑物（表孔泄洪洞、中孔泄洪洞、1#、2#深孔放水沖沙洞）、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成[1]。依據(jù)前期勘察結(jié)果，擬選壩址壩后下游（距壩軸線直線距離約770m）右岸岸坡中部分布一座古滑坡。

2 壩址工程地質(zhì)概況

擬選壩址位于中山峽谷區(qū)，河谷呈“V”形，兩岸坡自然邊坡55°～65°，地形較陡，大部分基巖裸露，巖性主要為灰黑色的二云母石英片巖，片理產(chǎn)狀40°～60°NW∠25～40°，微波狀起伏，呈片理面結(jié)合牢固的薄層狀結(jié)構(gòu)。壩址區(qū)無區(qū)域性斷裂分布，主要發(fā)育300°～350°NE∠65°～85°產(chǎn)狀的次級斷層和長大裂隙。

區(qū)內(nèi)干旱少雨，夏季雨量集中。據(jù)實測資料統(tǒng)計，年最大降水量215.8mm（2010 年），年最小降水量19.2mm（1963 年），多年平均降水量68.5mm，歷年最大日降水量32.5mm（1993 年5月31日）。多年平均蒸發(fā)量為3109.1mm（φ20cm 型蒸發(fā)器）。

3 滑坡的特征及成因機(jī)制

3.1 滑坡基本特征

3.1.1 滑坡形態(tài)

該岸坡坡高約1000m，滑坡體位于岸坡中部，前緣剪出口高程2090～2120m，自然坡度40°～60°，地形較陡，局部可見大塊石凌亂堆積；后緣形成較為明顯的后緣壁及后緣平臺（高程2364～2430m），自然坡度15°～30°，地形較緩，地表覆蓋坡風(fēng)積含碎石粉土層，生長較多植被。滑坡體長約380～480m（垂直河向），前緣寬約380m、中部寬約420m、后緣寬約400m，地表面積約2.2×105m2，滑體最大厚度約108m，平均厚度約40.5m，采用平行斷面法估算滑坡體積約8.9×106m3，為大型滑坡。此外，滑體表部還發(fā)育有一些小沖溝，是匯集地表面流、排泄大氣降水的主要場地和通道。

3.1.2 滑坡構(gòu)造特征

該滑坡體在平面展布上整體呈不規(guī)則的矩形，邊界主要受構(gòu)造控制。滑坡后緣陡坎明顯，但不具有典型的圈椅狀滑坡后緣壁，而是形成近直線形，受順河向斷層F28 控制，斷層產(chǎn)狀40°NW∠80°，斷層帶寬度0.2～0.3m，帶內(nèi)主要為構(gòu)造角礫巖、糜棱巖等，碎裂結(jié)構(gòu)，充填密實，延伸長大于0.5km。據(jù)鉆孔揭露，后緣有較大拉裂縫，鉆進(jìn)過程中掉鉆嚴(yán)重，孔口有風(fēng)吹出，孔內(nèi)攝像顯示有較大黑洞區(qū)域。

3.1.3 滑坡結(jié)構(gòu)特征

滑體特征包括：（1）松動巖體及大塊石：厚度25.0～44.4m，巖性為二云母石英片巖，巖體多松動，發(fā)育垂直滑坡軸線的陡傾角拉裂縫（充填塊石及碎塊石土），將巖體分割成大塊狀，呈散體狀；（2）完整、連續(xù)巖體：厚度10.0～57.0m，巖性為二云母石英片巖，裂隙發(fā)育較少，巖體連續(xù)、完整；（3）含石碎、塊石（黏土質(zhì)礫）：厚度2.3～41.7m，母巖為二云母石英片巖，原巖結(jié)構(gòu)基本被破壞，大小石塊與細(xì)粒土混雜，結(jié)構(gòu)緊密。

滑面（帶）特征：滑坡主滑方向約為320°，滑面基本為直線形，傾角21°～22°（平洞內(nèi)測量），長約450m，厚度一般0.5～0.8m，局部較厚，約3.7～6.5m，中間夾黏土質(zhì)礫透鏡體。滑帶巖性為含礫低液限黏土，深灰～灰綠色，結(jié)構(gòu)密實，弱膠結(jié)。

3.2 滑坡成因機(jī)制

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及勘探成果，滑坡體分布在高階地平臺及后緣，且表部被粉土覆蓋，地表植被發(fā)育，可以推測該古滑坡形成于全新世以前，河床位于2090～2120m 高程時，由于該段河谷為沖刷岸（凹岸），受河水長期沖刷掏蝕作用，該段順層邊坡被切腳臨空，破壞了斜坡的平衡條件，順層軟弱結(jié)構(gòu)面形成底滑面。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡穩(wěn)定性宏觀分析

據(jù)現(xiàn)場勘察及相關(guān)資料，目前未見古滑坡復(fù)活的變形破壞跡象。滑坡后緣存在的斷壁及滑坡形態(tài)表明滑坡有較長距離的滑動，能量已充分釋放。因此，古滑坡目前穩(wěn)定性較好。上述分析表明古滑坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，但安全裕度有限，在較大地震作用下，古滑坡的穩(wěn)定性有降低的可能性。

4.2 滑坡穩(wěn)定性計算分析

本文選取滑坡某縱剖面作為典型計算剖面，分別按天然工況、暴雨工況和天然+地震工況進(jìn)行穩(wěn)定性分析計算。暴雨條件下考慮1/2 滑體飽水，排水效果系數(shù)為0.5，水平地震系數(shù)選用0.210。影響滑坡穩(wěn)定性的因素有坡形、滑面傾角、巖土特性及地下水等，滑坡滑動帶抗剪強度參數(shù)的取值的合理與否，是評價穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。為了充分估計滑坡發(fā)生的風(fēng)險，綜合試驗、規(guī)范[2]和軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標(biāo)取值方法等確定穩(wěn)定性計算參數(shù)（見表1）。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)取值表

4.3 計算結(jié)果及分析

計算結(jié)果表明（見表2），采用極限平衡理論，天然、暴雨、天然+地震3 種工況下計算剖面的安全系數(shù)為1.30、1.07、0.79；采用基于塑性力學(xué)上限定理的EMU 方法，安全系數(shù)分別為1.28、1.06、0.79。2 種計算結(jié)果非常接近。

由此可知：（1）古滑坡在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)；（2）暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)有所降低，處于臨界狀態(tài)，可基本保持穩(wěn)定；（3）地震對古滑坡的穩(wěn)定性影響較大，Ⅷ度地震工況下，滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)表

5 結(jié)語

該古滑坡成因機(jī)制為結(jié)構(gòu)面控制的推移式基巖古滑坡。從地質(zhì)角度宏觀分析認(rèn)為古滑坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，且沒有變形破壞跡象，但安全裕度有限，在較大地震作用下，古滑坡的穩(wěn)定性有降低的可能性。在庫壩施工和水庫運營中，應(yīng)在滑坡體上設(shè)置滑坡監(jiān)測系統(tǒng)，對滑坡的變形情況進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報，保障施工和運營的安全。