趙山渡水庫北側(cè)邊坡穩(wěn)定性分析

張曉武，潘巍偉

（浙江珊溪水利水電開發(fā)股份有限公司，浙江 溫州 325300）

0 引言

趙山渡水庫位于浙江省瑞安市高樓鎮(zhèn)，總庫容3 414萬m3，以供水和灌溉為主，同時具有發(fā)電、防洪、生態(tài)等功能[1]。在強(qiáng)降雨影響下，趙山渡水庫樞紐工程北側(cè)邊坡時有崩塌或掉塊發(fā)生。最近一次為2019年4月，雖然是小規(guī)模崩塌掉塊，但由于高度較高，對下方構(gòu)筑物、道路行人及車輛造成嚴(yán)重威脅。為此，需要在勘查調(diào)研基礎(chǔ)上進(jìn)行水雨情站點(diǎn)分布和穩(wěn)定性分析，并采取治理措施的設(shè)計(jì)，為下一步開展綜合整治實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

2019年4月，浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)和趙山渡水工調(diào)度等人員專家組成應(yīng)急調(diào)查小組，開展了勘查和調(diào)研工作，主要任務(wù)包括：①水雨情站點(diǎn)分布分析，加強(qiáng)水雨情站點(diǎn)的分布密度設(shè)計(jì)。②勘查地質(zhì)環(huán)境條件，包括地形地貌、巖土體工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征及地質(zhì)構(gòu)造特征；勘查巖土體結(jié)構(gòu)特征，主要包括地層分布厚度、巖土體力學(xué)屬性、貫通情況以及裂縫分布、邊坡破壞模式等；③對勘查和調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評價(jià)勘查區(qū)的穩(wěn)定性，并分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢和威脅范圍；④根據(jù)勘查和分析結(jié)果，對勘查區(qū)防治工程提出設(shè)計(jì)方案。

1 勘查調(diào)研

本次勘查調(diào)研主要開展了地形測量、工程地質(zhì)調(diào)查和走訪等工作，采用手段多樣、方法齊全。

（1）地形測量。1∶500比例尺地形測量由溫州市恒宇察測繪院承擔(dān)，地形測量起點(diǎn)坐標(biāo)均引自西安坐標(biāo)點(diǎn)，工程控制點(diǎn)均用經(jīng)緯儀和紅外測距儀引用控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測量。

（2）l∶500工程地質(zhì)測繪。工程地質(zhì)測繪在地形測量圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并結(jié)合小比例尺的區(qū)域地形、地質(zhì)圖，對勘查區(qū)周邊出露的地層巖性、斷層走向、構(gòu)造節(jié)理進(jìn)行追蹤觀測，對地質(zhì)露頭控制點(diǎn)及主要工程地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、描述、測量、拍照等，滿足工程地質(zhì)測繪精度和要求[2]。

（3）綜合工程地質(zhì)調(diào)查勘查范圍超出治理邊坡范圍，調(diào)查范圍滿足對邊坡區(qū)域地質(zhì)與工程地質(zhì)條件的控制要求，通過對勘查范圍的1∶500 比例尺的綜合工程地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害測量，結(jié)合大量走訪和前期資料應(yīng)用，查明了勘查區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征等。本次勘查質(zhì)量檢查嚴(yán)格按照三級質(zhì)量檢查制度嚴(yán)格進(jìn)行，即項(xiàng)目組互檢、院專檢以及總工辦檢查，野外工作和室內(nèi)資料整理分析成果均通過了野外驗(yàn)收。

2 影響因素分析

2.1 水雨情站點(diǎn)分析

趙山渡水庫北側(cè)接入遙測雨量站4處，分別為：百丈漈、珊溪水庫、峃口、玉壺。依據(jù)SL 34-2013《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》，按照北側(cè)邊坡不穩(wěn)定的危險(xiǎn)等級，開展了泰森多邊形分析，分析認(rèn)為，應(yīng)該增加十源、東巖水庫、和平、文成縣城飛云江、洋地邊等站點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 新增站點(diǎn)位置圖

趙山渡水庫已安裝有洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，為了使得預(yù)警預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確，應(yīng)該在北側(cè)增加8～13個水位監(jiān)測站點(diǎn)和3～6個有流量站點(diǎn)。例如在玉壺僅有雨量站，可增加水位監(jiān)測站點(diǎn)和流量站點(diǎn)。

2.2 區(qū)域特性

區(qū)域內(nèi)邊坡為修建水利工程及道路開挖而成，主要為巖質(zhì)邊坡，淺表部覆蓋較薄第四系松散土層，邊坡總長約295 m，各段區(qū)域標(biāo)識如圖2所示。

圖2 區(qū)域標(biāo)識圖

（1）AB段邊坡長約153 m，坡向約210°，一坡到頂，高7～15 m，近直立，坡腳為公路，坡頂為自然斜坡。根據(jù)邊坡巖土體揭露，AB段邊坡地層巖性從上往下依次為殘坡積層、強(qiáng)～中風(fēng)化基巖層，坡頂殘坡積層厚度約為0～0.5 m，巖性主要為含碎石粉質(zhì)黏土，碎石含量一般10%～15%，粒徑1～10 cm；強(qiáng)～中風(fēng)化基巖巖性為凝灰?guī)r，局部巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部坡面巖體節(jié)理裂隙張開1～3 cm，節(jié)理面順直，延伸長度2～5 m不等，間距0.2～1.0 m，大多節(jié)理面較光滑，少數(shù)節(jié)理面較粗糙，巖體受節(jié)理裂隙切割影響呈碎裂狀，局部外側(cè)巖體下部懸空，主要發(fā)育三組節(jié)理，210∠65°～85°、210∠30°、40∠65°。受陡傾結(jié)構(gòu)面及順向結(jié)構(gòu)面的影響，巖體切割形成塊狀或楔形體，使巖體沿相交線下滑，單體方量一般小于20 m3。

（2）CD段邊坡長約120 m，坡向270°，高4～10 m，近直立，頂部為自然斜坡。根據(jù)邊坡巖土體揭露，該段邊坡地層巖性從上往下依次為殘坡積層、強(qiáng)風(fēng)化基巖層，坡頂殘坡積層厚度0.5～1.0 m， 巖性主要為含碎石粉質(zhì)黏土，碎石含量一般10%～15%，粒徑1～10 cm；強(qiáng)風(fēng)化基巖層呈鑲嵌～塊狀，節(jié)理面閉合，局部微張主要控制結(jié)構(gòu)面為（280～315）∠85°、（220～230）∠70°～85°、210∠35°、20∠50°。受 結(jié)構(gòu)面和開挖卸荷影響，部分坡頂巖體破碎，在強(qiáng)降雨等條件下存在小規(guī)模掉塊隱患，單體方量一般小于10 m3。

（3）DE段邊坡位于CD段邊坡北側(cè)，其坡腳線長約22 m，坡向280°，高4～7 m，頂部為自然斜坡。根據(jù)邊坡巖土體揭露，該段邊坡地層巖性從上往下依次為殘坡積層、強(qiáng)～中風(fēng)化基巖層，坡頂殘坡積層厚度約為0.5～1.0 m，巖性主要為含碎石粉質(zhì)黏土，碎石含量一般10%～15%，粒徑1～10 cm；強(qiáng)～中風(fēng)化基巖層呈鑲嵌～塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理面閉合，局部微張，受控制結(jié)構(gòu)面主要為（280～315）∠85°、（220～230）∠70°～85°、210∠35°、20∠50°。受結(jié)構(gòu)面和開挖卸荷影響，部分坡頂巖體破碎，在強(qiáng)降雨等條件下存在小規(guī)模掉塊隱患，單體方量一般小于10 m3。

2.3 邊坡破壞影響因素

（1）人工開挖(震動)。人工開挖形成了高陡的臨空面，局部塌落形成“懸空”。尤其是開挖過程中的震動，使區(qū)域內(nèi)危巖體的變形進(jìn)一步加劇， 巖體穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。

（2）巖土工程地質(zhì)特性。巖土工程地質(zhì)特性及其組合關(guān)系是邊坡變形破壞的物質(zhì)基礎(chǔ)，不僅控制著崩塌的發(fā)育與分布，同時在很大程度上影響著其活動方式和規(guī)模。AB段邊坡巖體結(jié)構(gòu)發(fā)育，往往由幾組陡傾結(jié)構(gòu)面和緩傾(順坡向)結(jié)構(gòu)面將邊坡巖體切割成相對獨(dú)立的塊體，容易在不利荷載條件下與母巖脫離發(fā)生崩塌。CE段邊坡坡面巖體多發(fā)育陡傾及斜交結(jié)構(gòu)面，部分巖體破碎，在不利條件下易發(fā)生小規(guī)模掉塊。

（3）地形地貌區(qū)域內(nèi)分級邊坡陡直，部分近直立，且均裸露未支護(hù)。高陡的臨空面為土體的滑移形成發(fā)展提供了有利的地形條件。

（4）其他因素主要包括卸荷作用、強(qiáng)降雨作用等方面。①強(qiáng)降雨。強(qiáng)降雨是區(qū)域內(nèi)巖土體失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素，尤其是臺風(fēng)暴雨所帶來的強(qiáng)降雨，往往容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。②卸荷作用。區(qū)域內(nèi)邊坡為高邊坡，應(yīng)力在沿坡面傾向出現(xiàn)卸荷松弛，邊坡坡面多處發(fā)育卸荷裂隙，對邊坡巖體穩(wěn)定起不利作用。

綜上所述，勘查區(qū)邊坡高陡，局部巖體結(jié)構(gòu)面的不利組合使邊坡巖體發(fā)育潛在不穩(wěn)定體，而風(fēng)化、卸荷、強(qiáng)降雨以及人工開挖加劇了崩塌災(zāi)害的發(fā)展。

3 穩(wěn)定性分析

本次穩(wěn)定性分析分為斜坡定性分析、邊坡穩(wěn)定性分析、赤平極射投影分析、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)及發(fā)展趨勢分析[3]。

3.1 斜坡定性分析

勘查區(qū)自然斜坡地形坡度30°～35°，坡表植被發(fā)育，下伏強(qiáng)～中風(fēng)化基巖層，其整體穩(wěn)定性好。勘查中未發(fā)現(xiàn)斜坡出現(xiàn)整體滑坡現(xiàn)象，也未出現(xiàn)裂縫、滑坡等變形破壞跡象。綜合區(qū)域資料，斜坡原始狀態(tài)下整體失穩(wěn)的可能性較小。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)區(qū)內(nèi)邊坡巖土組成及結(jié)構(gòu)可將區(qū)內(nèi)邊坡破壞形式為： AB段破碎巖體以滑移式、墜落式崩塌為主，CE段以墜落式掉塊為主。

3.3 赤平極射投影分析

對于巖質(zhì)邊坡及危巖體的穩(wěn)定性評價(jià)，由于巖質(zhì)邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)獲取十分困難，加之區(qū)內(nèi)危巖體單體方量小(一般小于1 m3)，無法真正進(jìn)行穩(wěn)定性的定量計(jì)算[4]。因此本次勘查主要結(jié)合危巖體的巖性、結(jié)構(gòu)面組合、可能的變形破壞模式等因素，并基于赤平極射投影法進(jìn)行綜合分析。在本次分析中，主要針對場區(qū)內(nèi)最危險(xiǎn)且具有代表性的邊坡段進(jìn)行分析，以下將分別對2～2'、4～4'邊坡剖面進(jìn)行分析。2～2'邊坡剖面危巖區(qū)代表性危巖體的穩(wěn)定性分析表如表1所示，4～4'邊坡剖面危巖區(qū)代表性危巖體的穩(wěn)定性分析表如表2所示。

表1 2～2′邊坡剖面危巖區(qū)代表性危巖體的穩(wěn)定性分析表

表2 4～4′邊坡剖面危巖區(qū)代表性危巖體的穩(wěn)定性分析表

3.4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)及發(fā)展趨勢分析

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患主要集中在于上部松散巖土體沿著下伏基巖面發(fā)生滑塌及中上部破碎巖體發(fā)生崩塌，邊坡整體呈凹形。坡腳為公路及水利構(gòu)筑物，因而區(qū)內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害可直接對下方建構(gòu)筑物及人員造成危害，受威脅人數(shù)一般小于100人，據(jù)GB/T 32864-2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》，其危害等級為三級。根據(jù)穩(wěn)定性分析評價(jià)，勘查區(qū)斜坡整體穩(wěn)定性較好，邊坡主要的隱患在于坡面破碎巖體發(fā)生崩塌，現(xiàn)狀邊坡裸露，且臺風(fēng)季即將到來，邊坡在未治理的情況下易發(fā)生災(zāi)害。

4 主要結(jié)論

本次勘查工作，完成了大量野外調(diào)查研究，進(jìn)行了工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)測繪等，獲取大量第一手資料，在此基礎(chǔ)上，全面分析了水雨情站點(diǎn)分布、邊坡形成原因及其的穩(wěn)定性，劃出了危險(xiǎn)區(qū)范圍，并進(jìn)行危險(xiǎn)性評價(jià)。通過本次勘查，結(jié)論如下：

（1）水雨情站點(diǎn)分布偏少，目前監(jiān)測數(shù)據(jù)接入大壩中心的僅分布有百丈漈雨量監(jiān)測站、玉壺雨量監(jiān)測站、珊溪雨量監(jiān)測站、趙山渡雨量監(jiān)測站、峃口雨量監(jiān)測站、趙山渡流域面雨量監(jiān)測站等水文監(jiān)測站。在珊溪壩上、珊溪壩下、峃口、趙山渡壩上、趙山渡壩下等位置布置有水位監(jiān)測站。在百丈漈、珊溪下游、趙山渡等安裝有流量站。按照分析結(jié)論認(rèn)為，應(yīng)該再增加或接入7～12個雨量監(jiān)測站，增加8～13個水位監(jiān)測站點(diǎn)，增加3～6個有流量站點(diǎn)。

（2）后山斜坡相對高差約135 m，坡度30°～359°，坡表殘坡積層厚0.5～1.0 m，下伏強(qiáng)～中風(fēng)化基巖，其整體穩(wěn)定性好[5]。區(qū)內(nèi)人工開挖邊坡的總長度約295 m，最大邊坡高度達(dá)15 m，坡度一般70°～80°，局部近直立，邊坡巖體整體以強(qiáng)～中風(fēng)化為主，部分坡面巖體破碎，頂部覆蓋0.5～1.0 m第四系松散層，開挖邊坡為巖質(zhì)邊坡，其整體穩(wěn)定性好，因坡面臨空，局部會出現(xiàn)小規(guī)模滑塌。

（3）邊坡中上部強(qiáng)風(fēng)化基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，其中包括順坡向節(jié)理、陡傾節(jié)理和斜交節(jié)理，部分巖體在順坡向節(jié)理與其他節(jié)理面組合切割后呈碎裂狀，局部巖體底部受節(jié)理影響被掏空，形成危巖體，且邊坡高陡，在飽水等不利狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，容易發(fā)生失穩(wěn)。

（4）邊坡地質(zhì)災(zāi)害類型：開挖邊坡表部巖體較為破碎，受不利結(jié)構(gòu)面組合切割，在不利情況下，可能發(fā)生滑移式及墜落式崩塌地質(zhì)災(zāi)害。邊坡失穩(wěn)可能影響的范圍包括坡腳及坡頂?shù)囊欢ǚ秶鷥?nèi)，坡腳即為公路及水利構(gòu)筑物，因此一旦邊坡發(fā)生失穩(wěn)，將對坡腳建筑物及行人構(gòu)成直接威脅[6]。