西部某水電站庫區HP08滑坡形成機制及穩定性分析

包 健，賈 東，楊 賢

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

經過70年的發展，中國在水利水電工程建設方面取得了巨大成就。據統計，截止2019年，全國已建成的水庫98 822座，總庫容8 953億m3，其中大型736座，中型3 954座，小型94 132座[1]。在水利水電行業高速發展的同時，庫區岸坡穩定一直是水利水電工程安全重點關注的問題之一[2]。1961年中國柘溪水庫塘巖光滑坡失穩并激起涌浪導致多人死亡，該滑坡是我國建國后首例水庫蓄水引發的大型滑坡[3]；2003年7月13日，三峽庫區秭歸縣千將坪村發生了山體基巖滑坡，巨大的滑體截斷了100多米寬的青干河，造成千將坪村14人死亡, 10人失蹤[4]；2018年10月10日和11月3日，西藏江達縣白格村金沙江右岸先后2次發生滑坡堵江事件，潰壩洪水給金沙江上游沿岸居民及其生產和生活設施帶來嚴重災害[5]。鑒于庫區滑坡發生后造成的巨大人員及財產損失，在擬建水電站前期工作中，開展庫區滑坡等不良地質體的形成機制及穩定性分析工作至關重要[6-7]。

本文以中國西部某水電站庫區HP08滑坡為研究對象，在遙感解譯、現場調查的基礎上，對該滑坡的空間展布、規模、邊界分區及變形機制等進行了分析研究，并采用地質定性分析及量化評價方法[8]，對不同工況下該滑坡的穩定性進行分析評價，以期為庫區岸坡穩定性防治對策提供地質依據[9]。

1 滑坡特征

1.1 空間展布及規模

HP08滑坡發育于西部某水電站庫區干流與支流交匯處北岸的斜坡帶上，距擬建壩址約50 km。滑坡在平面呈“簸箕”分布，后緣呈不顯著的圈椅狀地貌，HP08滑坡全貌如圖1所示。滑坡分布高程3 810.00～4 200.00 m，總體呈現上部緩、下部陡的特征。滑坡前緣沿江寬約1 000 m，軸線方向長約660 m，出露面積約0.45 km2，滑體厚度約為20～60 m，估算體積約1 200 m3，屬特大型滑坡。

圖1 HP08滑坡全貌(鏡向下游)圖

1.2 邊界特征

HP08滑坡后緣邊界大致位于后緣緩坡根部地帶以上，表層覆蓋坡積、崩積成因的碎塊石土。滑坡前緣位于臨江地帶公路路面以下的河床附近。受工程開挖及淺表層塌滑覆蓋等影響，前緣剪出口部位已基本被覆蓋。此外，該堆積體前緣存在淺表層次級滑體，HP08滑坡工程地質剖面如圖2所示。

圖2 HP08滑坡工程地質剖面圖

滑坡上游側邊界受微地貌控制，基本沿上游山梁東側的凹槽展布；下游側邊界在地貌上不明顯，但滑坡堆積體與基巖的接觸界面明顯，HP08滑坡下游側邊界如圖3所示。

圖3 HP08滑坡下游側邊界圖

1.3 物質組成及結構特征

HP08滑坡堆積體主要分布于3 820.00～4 200.00 m高程段，堆積物由塊石、碎石土、黏土質礫構成，其中細粒土所占比例較大。前緣高程3 820.00～3 840.00m為道路內側開挖部位，表層土體結構較松散，局部塌滑明顯，且沿公路內側有多段區域有地下水流滲出。高程4 200.00 m以上既是基巖出露區，同時也是滑坡早期滑動所形成的滑坡后壁。

根據地質調查及兩側邊界的揭露情況推斷，滑帶總體位于碎石土與底部的砂質板巖的分界處，該滑坡中、上部是追索層面“順層”發育的，在中、下部則是追索順傾巖層滑移彎曲產生的“X”破裂面中的緩傾外節理切出的。淺表層塌滑的次級滑帶又是在滑坡堆積體內發育的。因此，構成滑帶的物質主要是含黏土或砂質礫類，顆粒以粗粒為主。

滑體由前緣至后緣呈薄～厚～薄的厚度變化特征，前部一般厚度 15～20 m，中部堆積厚度40 m 左右；橫向上滑坡堆積體表現為中間厚兩側薄的特點。

根據滑坡上、下游邊界處的地質露頭，HP08滑坡滑床主要是侏羅系中、上統拉貢塘組(J2-3l)粉砂質板巖，巖層中-陡傾坡外，產狀NW290°SW∠55°～75°。滑床形態總體是中后部陡、前緣稍緩的特征。滑床基巖中還發育兩組結構面，一組緩傾坡內或坡外，產狀為NE80°NW∠9°；一組陡傾上游，產狀NE280°NW∠77°，層面與這兩組結構面組合可以形成滿足變形破壞邊界的不穩定塊體。滑床基巖發育的結構面見圖4。

圖4 滑床基巖發育的結構面圖

1.4 變形破壞特征

(1) 地表調查

野外調查表明，HP08滑坡整體變形破壞現象不明顯，但滑坡前緣受河流水流的侵蝕、沖刷及修路開挖等影響，平臺前緣中下部坡體淺表層的塌滑破壞較明顯。滑坡淺表層的穩定性總體較差。

(2) InSAR變形監測

圖5 HP08滑坡InSAR形變圖

利用遙感手段獲得的該滑坡2019年05月05日至2020年04月09日InSAR變形監測成果(見圖5)可以看出，該滑坡具有一定的形變位移跡象，尤其是在滑坡前緣和中前部位。其中，滑坡前緣形變方向遠離視線方向，其位移量約為30 mm；滑坡中部形變方向靠近視線方向，位移量在20～30 mm。通過對滑坡各部位布置監測點對HP08滑坡進行時序監測(見圖6)表明，滑坡前緣的位移量為26～31 mm，中部的位移量為-16～-23 mm，后緣的位移量為25 mm。綜上認為，HP08滑坡在現狀條件下淺表層變形破壞明顯，前緣以及中上部地形轉折的緩坡平臺臺緣附近穩定性較差，與地質調查結果一致。

圖6 HP08滑坡InSAR監測結果圖

2 滑坡形成機制

HP08滑坡的形成是順向坡岸段薄層狀結構的巖體在特殊地貌條件下經受河流長期侵蝕、下切作用的結果，其形成過程大致經歷了斜坡坡腳侵蝕、河谷展寬階段；斜坡巖層順層復合變形階段。滑坡形成階段如圖7所示，其具體演化過程如下：

(1) 斜坡坡腳侵蝕、河谷展寬階段

HP08滑坡所在岸段特有的河口地貌條件，岸坡受干流與支流的雙重侵蝕作用，由薄層狀砂質板巖構成的順向斜坡坡腳部部位逐漸變陡，河谷進入展寬階段。

(2) 斜坡巖層順層復合變形階段

在河流的側蝕和下切演化過程中，具備“三向臨空”條件的順向岸坡段一方面受卸荷回彈、層間松弛及重分布應力的影響，在臨空面附近的淺表層巖體內產生了強烈的應力分異，岸坡坡肩部位因拉應力集中逐漸發育板狀巖層的彎曲-拉裂變形，岸坡中下部位尤其是坡腳部位則因剪應力集中容易產生沿層面的壓致拉裂變形，并隨岸坡上部巖層傾倒變形程度的不斷增強，在巖體內部出現層面逐漸開裂和層間粘接不斷降低的現象。另一方面，隨河流側向侵蝕過程中層狀巖體坡腳帶“抗力體”部分的侵蝕減薄和臨空面的變陡，重力作用產生的順層下滑力分量也在不斷增強，并進一步促進了淺表層巖體中層間錯動和滑移的發育。順向岸坡坡腳附近的巖體因受到層間滑移產生的順層擠壓力從而產生表層的彎曲隆起變形。如此就形成了岸坡上部的坡肩部位為“彎曲-拉裂”變形而岸坡下部的坡腳附近為“滑移-拉裂”變形的組合形式。

圖7 HP08滑坡形成演化模式圖

(3) 滑坡形成階段

隨著順傾岸坡段淺表層巖體的層間滑移和順層擠壓，斜坡下部坡腳附近巖層不斷隆起并逐漸形成2組共軛發育的“X”型破裂面。淺表層巖體的層間滑移，可以通過逐漸追蹤層面和“X”型破裂面中傾向坡外的一組面后形成貫通性的滑移破壞面并產生滑坡，導致河道堵塞。在HP08滑坡上游邊界高出河面15 m處存在多層“紋泥”(見圖8)，推測為滑坡堵江事件形成的堆積物。

圖8 HP08滑坡上游邊界附近堆積物特征圖

3 滑坡穩定性分析

3.1 地質定性分析

HP08滑坡位于支流匯入口轉彎處，坡度總體較陡、前后緣落差較大，河流沖刷等對滑坡穩定性不利。受河流沖刷、降雨和工程開挖改造等的影響，現狀條件滑坡變形主要集中在前緣淺表層，已發生多次塌滑破壞。水庫蓄水后，正常蓄水位3 892.00 m以下滑體入水方量較大，淹沒于水下的部分高達70 m，長期浸泡和水位的季節性變動都不利于滑坡的穩定，整體穩定性較差。因此，HP08滑坡在庫水位的作用不僅存在一定規模的塌岸，同時也存在一定規模失穩、甚至堵塞河道的可能。

3.2 量化評價

綜合滑帶土強度參數中型剪切試驗、基于滑帶土原狀樣物理指標與仿真分析，結合工程類比，建議的HP08滑坡計算參數具體見表1。

表1 HP08滑坡穩定性計算參數建議值表

圖9 蓄水前HP08滑坡穩定性計算模型圖

工程區地震基本烈度為Ⅶ度，水平地震系數取Kh=0.103，地震作用效應的折減系數按有關規范取0.25。HP08滑坡穩定性計算以控制性縱剖面為依據(見圖2)，建立HP08滑坡蓄水前后計算模型如圖9～10所示。基于剛體極限平衡法(簡化Bishop法、修正Janbu法及M-P法)，選用天然、暴雨、地震工況按照條分法理論及方法分別對蓄水前后邊坡穩定性進行計算，計算結果見表2。圓弧搜索法計算的滑坡前緣在不同工況下的局部穩定性系數見表3，暴雨工況下最危險潛在滑動面如圖11所示。

圖10 蓄水后HP08滑坡穩定性計算模型圖

表2 HP08滑坡整體穩定性計算結果表

表3 HP08滑坡前緣局部穩定性計算結果表

圖11 HP08滑坡蓄水后最危險圓弧滑動面(暴雨)圖

由表2、3的計算結果可以看出：蓄水前HP08滑坡天然工況處于整體穩定狀態，暴雨與地震工況體處于基本穩定狀態；前緣局部天然條件下穩定性差，暴雨及地震工況處于不穩定狀態，會發生局部塌滑。蓄水后滑坡在天然、暴雨、地震工況下整體處于基本穩定狀態；滑坡體前緣穩定性較差，不同工況均處于不穩定狀態。

4 結論與建議

HP08滑坡屬于由中陡順傾巖層滑移彎曲、傾倒變形復合形成的一類巖質滑坡。穩定性計算表明，蓄水前、后不同工況下，滑坡整體處于穩定—基本穩定狀態；滑坡前緣在不同工況下處于欠穩定—不穩定狀態，有失穩的可能。影響滑坡體穩定的主導因素是暴雨。若發生一定規模滑坡失穩或坍塌可能會造成支庫的堵塞，從而影響水庫正常運行，建議采取以下措施：

(1) 加強HP08滑坡的監測、巡視，為進一步分析滑坡穩定性和預警、預報以及防范決策提供依據。

(2) 在滑坡體后緣及坡面設置導排水設施，控制誘滑因素，前緣采取必要的抗滑支護措施。