臨夏紅層地區輸電塔基病害及穩定性分析

王國尚?趙棟?李朝暉?張國明?何永強?魏明強?馬寧

摘要：臨夏某330 kV輸電線路工程，在地區持續強降雨影響下，10余處塔基穩定性受到影響，出現地基變形、滑塌，少數塔基基礎出現較大位移。對線路區塔基病害進行調查，對典型不穩定塔基場地進行地質測繪、原位取樣測試、室內試驗，通過數值模擬反演等綜合方法對該輸電線路工程塔基病害進行系統研究，分析其穩定性，給出整治措施建議，為西部山區的輸電線路工程正常運營、提高電力系統的安全性可靠性提供參考。

關鍵詞：塔基病害;持續強降雨;地質災害;穩定性;第三系紅層

中圖分類號：TU471.7 文獻標識碼：A

1 工程背景

本文依托多茨一、二回線路臨夏段工程，在復雜環境條件下（特殊巖土復合特殊地貌疊加極端降雨天氣）對塔基工程病害進行調查，并對機理分析及處置措施進行研究。多茨一、二回線路工程從多合330 kV變電站出線，送往茨灘330 kV變電站本段線路全長約42.3 km。線路走徑區地質構造比較復雜，境內的地貌以低中山及丘陵為主，溝壑發育，溝谷切割密度高，坡陡谷深，多數溝谷呈“V”字形，谷坡坡度為20°～40°，溝床比降一般大于7%，這種地貌條件為泥石流、山洪地質災害發生提供了動力來源。2018年8月上旬，330 kV臨茨一線G149等多處塔位受近期臨夏地區持續強降雨影響，塔位附近滑坡裂縫明顯，10余處塔基穩定性受到影響，出現地基變形、滑塌，少數塔基基礎出現較大位移。這些發生不同程度變形的塔基其穩定性如何、破壞程度如何發展、是否影響塔基場地整體穩定、其他尚未變形塔基又會產生怎樣的發展變化趨勢。

鑒于上述情況，本文對線路走徑區內塔基病害進行調查，對典型不穩定塔基場地進行了地質測繪、原位取樣測試、室內試驗，通過數值模擬反演等綜合方法對多茨一、二回輸電線路工程塔基病害進行系統研究，歸納分析不同復雜條件組合下，塔基穩定性的影響因素，塔基至災機理，預測塔基穩定性變化趨勢，給出整治措施建議。

2 區域及線路區地質環境概況

本區處于祁呂賀山字形構造和隴西旋卷構造體系的復合部位，屬祁呂賀山字形構造體系前緣西翼東南端臨夏—臨洮凹斷陷的一部分，是夾于馬銜山—太子山之間的廣大紅層盆地與黃土丘陵地區，盆地內主要為新近系上新統臨夏組與第四系黃土。第四紀以來，本區主要表現為不均勻升降運動。根據甘肅省區域地質資料，臨夏多茨線路區域屬于臨夏盆地（第三系地層發育完整），以及西秦嶺區山間坳地。

2.1 地形地貌

本次研究線路走徑區地形地貌大致分為兩類，區內大部分地貌屬于中低山地貌，地形起伏，相對高差較大;河流階地地貌，地形較為平坦，分布范圍相對較小。中低山地貌多以平臺加陡坎斜坡微地貌呈現。典型地貌如圖1、圖2所示。

2.2 地質構造

臨夏市地處青藏高原東北緣與黃土高原交界的地貌梯級帶上，大地構造屬祁連山褶皺系中祁連隆起帶東段。區內早期構造活動比較強烈。周邊區域地形切割強烈，河流階地發育，斷裂活動明顯，表明其新構造活動十分強烈。區內及周邊地區受拉脊山北緣斷裂帶和西秦嶺北塬斷裂帶下乍—太子山段的影響，地震活動較為強烈。

2.3 地層巖性

分布在中低山地貌區域的地層主要為礫巖、砂巖、變質砂巖、千枚巖、板巖等，本段在坡麓及地勢較緩區域覆蓋有不同厚度的粉土、粉質黏土，隨著地形變化覆蓋層厚度為1.0～10.0 m。

3 氣象水文

臨夏地區強降雨多集中于7月、8月，而2018年7月、8月降雨量遠大于近40年中的最大值;該地區各塔基工點降雨量大小受微地形地貌影響具有較大差異，大暴雨中心強度常出現在迎風坡等上升區域內（地形與風場切變區域）;大暴雨之前有較長的前期降水量累計，例如，5月、6月即開始進入降水量增長期，前期降水量使得地層含水量逐步達到飽和狀態。

該線路工程從多合330 kV變電站出線，接入茨灘330 kV變電站，沿線地貌單元屬低高山、低中山及階地，所屬水系為洮河流域。該段線路跨越較大的河流有大夏河、大灘河，其他無名溝谷對該線路無影響。大夏河屬洮河水系下游支流，為常年性河流。該線路在土門關跨越該河，跨越處河床處在峽谷中，寬約80 m，線路在兩側山梁上一檔跨越，地勢較高，塔位穩定，大夏河洪水對該線路無影響。大灘河屬洮河水系下游支流，為常年性河流。該線路在鐵寨鄉附近跨越該河，跨越處河寬約200 m，線路在兩側階地上一檔跨越，地勢較高，塔位穩定，大灘河洪水對該線路無影響。

4 塔基變形特征及穩定性分析

根據研究區大量現場踏勘、地質測繪、探井資料分析，研究區發生斜坡變形的大部分區域不具有典型滑坡特征[1]。

典型滑坡應具有如下特征：滑坡有效臨空面，滑坡有效結構面，觸發因素。土質斜坡巖質斜坡的滑坡有效臨空面反應在坡度上分別為30°～45°和45°～60°。滑坡有效結構面指2種以上介質組成的斜坡，有利于產生滑坡的巖層結構，如土巖界面軟弱結構面等觸發因素指地下水、降雨、地震、人為因素等。

研究區塔基變形斜坡坡度普遍在30°以內，整體坡度平均為12°～21°，陡坎較發育，坡度大但高度較小，一般小于5 m。因此，研究區斜坡從整體坡形上不具有滑坡的有效臨空面。研究區斜坡結構為上部第四系沉積物，下部為基巖，以黏土巖砂巖為主，基巖產狀幾乎水平，因此土巖界面具有成為潛在滑面的可能。觸發因素中研究區具備降雨、地下水、人為因素。綜合3類特征分析，研究區斜坡整體地貌坡形不具備滑坡條件。微地貌區（陡坎—斜坡交互分布區）具有斜坡變形的必要條件，即臨空面（局部陡坡、陡坎），潛在滑移面（土體內部潛水面或土巖界面，特別是研究區基巖為第三系紅層，具有遇水軟化、崩解，強度急劇降低特性）。

塔基發生病害主要表現為塔基蠕滑變形和塔基不均勻沉降（G45茨多一線）兩大類，其中以塔基蠕滑變形為主[2]。

4.1 坡體穩定性分析強度參數取值

針對典型塔基病害坡體進行了坡體穩定性分析。分析參數中，土層參數采用現場取樣室內試驗結果，巖石參數采用研究區勘察資料。坡體幾何邊界采用研究期間取得的地形測繪資料。土體采用粉質黏土，巖體為黏土巖，工況分為天然工況和暴雨工況，暴雨工況采用飽和狀態下的粉質黏土參數。粉質黏土天然重度20.3 kN/m3，飽和重度20.7 kN/m3，粘聚力14.65 kPa，內摩擦角17.4°。黏土巖表部強風化層重度25.1 kN/m3，粘聚力25 kPa，內摩擦角24°。

4.2 極限平衡法[3]塔基穩定性分析

粉質黏土（粉土）與黏土巖斜坡穩定計算分別采用Bishop、Janbu、Spencer和Morgenstern方法進行計算，Bishop法計算剖面，條分及成果如圖3、圖4[4-9]所示。其他計算方法計算結果如表1所示。

以上各剖面天然工況和暴雨工況的4種斜坡穩定分析結果如表1所示。

以上計算分析表明，研究區典型斜坡變形具有如下特征：斜坡陡坎出現塌滑—塌滑蠕變土體漸次向后發展形成新的擾動、強度降低區域—平臺前緣陡坎土體變形擾動流失—平臺后緣土體變形擾動推擠產生水平力—塌滑蠕變區與潛在薄弱結構面貫通后形成大范圍斜坡變形。

5 結論與建議

根據上述計算分析結果與塔基病害現場調查，研究區塔基集中發生變形的主要因素為連續斜坡陡坎地貌，黃土基巖斜坡結構，第三系紅層基巖的特殊工程特性，氣候變暖導致的極端強降雨天氣，其中持續強降雨是斜坡蠕滑塌滑的直接誘發因素。

（1）持續強降雨條件下塔基病害主要表現為塔基地基土不均勻沉降和塔基場地斜坡變形。

（2）研究區2018年汛期遭遇近40年極端天氣，暴雨大雨天氣頻繁，暴雨之前有較大的前期降雨量，具備淺層滑坡的觸發因素。因研究區微地形變化造成降雨量有所不同，導致出現塔基病害的區域在時段上、規模上有所不同。在氣候變暖的大氣候條件下，極端降雨天氣有增多趨勢，塔基場地勘察設計應當將其納入考慮工況之中。

（3）研究區域塔基斜坡變形以蠕滑變形為主。

（4）今后在類似地區的塔基勘察評價中，建議加大地形測繪范圍，既要考慮塔基所處的局部臺階緩坡范圍又要適當考慮整體斜坡范圍，要用變化發展的潛在弱面發展原則對待斜坡穩定性評價。塔基設計中要充分考慮斜坡蠕變塌滑產生的水平應力，加深基礎在基巖中的嵌固深度，扣除可能浸水軟化的深度。根開8～10 m的塔基場地，坐落于較窄平臺或分別坐落于不同平臺之上時，應當根據塔基穩定性評價增設適當的支檔防護設施。塔基設置區域均應加強場地防排水設施，避免雨水、人工用水在塔基后緣側緣聚集下滲。

參考文獻

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