某电站水库库区座滑堆积体工程地质勘察分析与探讨

2018-10-19钟胜红汪祥兆

西部论丛 2018年11期

钟胜红汪祥兆

摘要：介绍了座滑堆积体基本地质条件，工程地质特点和岩（土）物理力学性质。分析了座滑堆积体的变形特征及影响因素，并进行了工程地质稳定性评价，根据工程区防护岩（土）体试验参数值，提出了合理的边坡治理结论与建议。

关键词：水电站座滑堆积体工程地质勘察分析研究

1.工程概况

该水电站位于湖北堵河干流上游，坝址处在湖北省竹山县境内。电站为Ⅰ等工程，工程规模为大（1）型。电站装2台250MW水轮发电机组，总装机容量500MW。水库正常蓄水位355.00m，死水位330.00m，总库容23.38亿m3，调节库容11.2亿m3，防洪库容4亿m3，具年调节性能。

2.边坡基本地质条件

2.1地形地貌

边坡所处地貌上为中低山峡谷区，紧邻官渡河，河道江面较开阔，宽80m～100m，堆积体部位河段呈弧形内凹，上游河流流向N55°E，堆积体所处河段河流流向N25°W，至下游凸入河道的山脊后折向为S55°W，勘察期间河水面高程334.80m左右。

2.2地层岩性

边坡所处地区出露地层主要为志留系和第四系地层，其地层岩性从老至新分述如下：

志留系下统梅子垭组（S1m）：地层岩性为泥质砂质板岩夹薄层砂岩。

志留系中统竹溪群（S2zh）：地层岩性为砂质板岩生物灰岩或泥纹状灰岩、砂岩。

第四系地层主要为残坡积物（Q4edl）、崩坡堆积物（Q4dl+col）、冲洪积物（Q4al+pl）及人工堆积物（Q4s）。

2.3地质构造

边坡区内及周边未发现有较大区域断裂构造存在。区内岩体节理裂隙发育，节理主要以NNE和NNW向为主，其它方向节理尚有零星分布。岩层中局部存在层间软弱结构面。

边坡所处区域构造稳定。根据国家地震局出版的《中国地震烈度区划图（GB18306～2001）》，本区地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度为7度。

2.4水文地质条件

区内水文地质条件较简单，地下水按其赋存条件和水动力特征可分为2种主要类型：即松散堆积物中的孔隙水和基岩裂隙水。

3.边坡结构特征

坡体主要由整体座滑的志留系中统竹溪群砂质板岩生物灰岩或泥纹状灰岩、砂岩地层及上部的第四系覆盖层组成。座滑体具有岩层产状（倾角）变异、结构面张开、拉张裂隙发育、岩体架空、透水性强、低波速、低密度、岩体质量差等特点。根据平面地质调查及钻孔勘探资料，座滑堆积体滑体、滑带、滑面、滑床等滑坡要素齐全，估算平面面积约17万m2，体积约900万m3。

3.1.1滑体

座滑堆积体滑体部分主要物质组成为：①碎石、块石夹粉质粘土层；②砂质板岩夹灰岩、砂岩层。

①碎石、块石夹粉质粘土层：分布于座滑体表层绝大部分地区。前缘公路外侧厚度相对较大，中部和后缘厚度相对较小。

②砂质板岩夹灰岩、砂岩层：分布于①层以下，滑带以上层段，是构成座滑体的主要物质。根据钻孔揭露，该层一般厚度为8.5m～47.5m，最大厚度位于ZK6号钻孔，达71.3m。

为了解座滑堆积体的空间分布形态，在座滑堆积体区内布置了5条物探剖面。从物探成果资料分析，座滑体上部碎石、块石夹粉质粘土等第四系堆积层，地震波速400m/s～900m/s；座滑体下部砂质板岩夹灰岩、砂岩层，地震波速1600m/s～2500m/s；座滑体下伏完整基岩地震波速多在4000m/s以上。

从钻探、物探资料显示，座滑堆积体滑体具有前缘和后缘薄、中部厚的特点。座滑体物质组成在空间上分布变化特征为：从滑体上部到底部由块石、碎石夹粉质粘土层→座滑的砂质板岩夹灰岩、砂岩层。为了解座滑体岩石物理力学性质，对座滑岩体进行了岩石室内物理力学性质试验，试验结果见表3.1-1。

3.1.2滑带、滑面

滑带位于座滑堆积体底部滑面以上，以灰褐色、灰黄色粉质粘土夹板岩、灰岩碎块为主。滑带在公路路基外侧钻孔中表现不明显，在堆积体中段ZK6、ZK7钻孔均有揭露。其中ZK6钻孔中，滑带埋深78.8m，滑带厚度6.5m，主要为粉质粘土夹板岩、灰岩碎块。ZK7钻孔中，滑带埋深27.0m，滑带厚度2.4m，主要为粉质粘土夹板岩碎块。根据平面地质测绘和钻孔资料分析，正常岩体的片理倾角为55°～60°，而座滑体中岩体倾角变为10°～20°，由此推断钻孔中倾角发生转折的部位即为滑面位置。

3.1.3滑床

根据平面地质测绘，滑床的基岩组成主要为志留系下统梅子垭组（S1m）泥质砂质板岩夹薄层砂岩，岩石强度较低，属软岩类，其岩石物理力学性质见表3.1-1。根据钻孔揭露情况，堆积体前缘滑床基岩最大埋深37.2m；堆积体中部滑床基岩最大埋深85.3m；堆积体后缘滑床基岩最大埋深29.4m。滑床基岩上部均存在强至中等风化座滑变形岩体。钻孔揭露基岩强风化带厚度较小，弱风化至微风化基岩岩体片理发育，片理倾角一般55°～60°，与座滑堆积体周边基岩产状基本一致，其上覆座滑体的片理倾角为10°～20°。

3.2座滑体变形特征与影响因素

3.2.1现阶段变形特征

自2011年9月电站开始蓄水后，座滑堆积体前缘松散堆积层开始出现局部变形。尤其是2011年底至2012年3月间，库区内降雨频繁，导致岸坡内公路变形加剧。岸坡变形主要集中于横穿桃子垭的S236省道竹向公路，主要表现为路面开裂、路基沉降及公路边坡局部岩体崩落。据观测最大沉降近2m，嚴重影响竹向公路的正常运营。但座滑体未见有地表裂缝，岸坡无明显的整体滑移迹象。

根据座滑堆积体平面分布形态和地形地貌特点、堆积体物质组成及结构特征和滑动面形态特征分析，具有历史曾岩层整体座滑、现阶段第四系覆盖层局部浅表变形特性。

3.2.2影响因素

座滑堆积体目前产生变形的原因、发展及其未来的演化趋势有其内在和外在因素，其中主要包括岸坡的物质组成及结构特征、暴雨和地下水作用、边坡开挖等因素。

a）岸坡的物质组成及结构特征。座滑堆积体岸坡为一古滑坡堆积体，岸坡由土石堆积物构成，堆积物结构松散，稳定条件较差。

b）暴雨和地下水。堵河流域属副热带季风气候区，多年平均降雨量为811.2mm，4～10月份降雨量较集中，高强度的暴雨，对岸坡松散堆积层的变形破坏起着诱发作用，导致座滑堆积体前缘覆盖层发生一定规模的岸坡再造。

c）边坡开挖。S236省道竹向公路为竹山至向坝的唯一等级公路，公路的修建开挖在桃子垭岸坡形成一级坡，最大坡高近50m，最大坡角近80°。由于古滑坡体前缘开挖改变了座滑堆积体的应力状态，降低了座滑体的松散堆积层的稳定性，导致局部出现浅表性变形。

4.座滑堆积体稳定分析与评价

依据平面地质调查及工程地质勘察结果分析可知：

a）座滑堆积体为一古滑坡体，通过平面地质调查和工程地质勘察，座滑体未见有大的、明显的整体变形现象，表明座滑堆积体目前处于整体稳定状态。座滑体前缘剪出口最低高程为370.00m，高出正常蓄水位355.00m近15m，水库蓄水对座滑体的稳定条件不会产生大的影响。平面地质调查和工程地质勘察期间，水库蓄水位低于座滑堆积体滑床基岩最低埋深高程近35m，现阶段座滑堆积体出现松散覆盖层变形与水库蓄水

无关。

b）构成座滑堆积体滑体的主要物质为座滑堆积的碎石、块石夹粘土以及座滑倾倒的变形岩体，岸坡物质结构松散，岩石破碎，工程地质条件较差。同时公路开挖边坡偏陡、坡高偏大、且未任何支护，座滑堆积体在经历持续强降雨时，滑体松散层出现较大规模，较大范围，较为集中的变形，主要表现为座滑体前缘公路路面开裂、路基下沉、公路边坡局部松散破碎岩体崩落。说明暴雨入渗冲刷降低座滑体表层松散堆积物岩土体的强度、改变岩土体结构是导致座滑堆积体出现松散层浅表性变形，发生岸坡再造的直接和主要原因。

c）平面地质调查和工程勘探期间，区内降雨偏少，路面开裂及路基下沉未见持续发展，表明在正常情况下，岸坡整体稳定

5.座滑堆积体结论与建议

5.1结论

a）座滑体所处岸坡为斜交反向坡；区内未发现有较大断裂构造存在，岩体曾整体座滑变形，节理裂隙相对较发育。

b）区内水文地质条件较简单，地下水类型主要为孔隙水和基岩裂隙水。孔隙水除座滑堆积体中的水位受本身堆积厚度控制，埋藏深度较大外（最大近75m），其余埋藏深度均不大，水量季节性变化明显。

c）座滑堆积体滑体具有前缘和后缘薄、中部厚的特点。滑带特征在中部表现明显；滑面倾角与座滑体后缘陡坎出露的倾倒变形基岩倾角基本一致；滑床面形态与岸坡原始地形基本一致，滑床微风化至新鲜基岩岩体中见与周边基岩产状一致的

片理。

d）岸坡具典型滑坡地貌，前缘河流深切，组成岸坡的岩层岩性较弱，岩体易蠕变，在常年风化及雨水冲刷入渗影响下，历史曾整体向河谷座滑；现阶段在降雨影响下，座滑体前缘覆盖层出现浅表性变形，一般规模较小，延续性差。

e）根据现场调查和勘探资料分析，座滑堆积体目前整体处于整体稳定状态，变形未见发展。座滑堆积体前缘剪出口高程大于370.00m，大于水库正常蓄水位355.00m近15m，水库蓄水对座滑堆积体整体稳定条件影响不大，现阶段座滑体出现的浅表性松散覆盖层变形与水库库水无关。

f）根据分析，暴雨入渗冲刷降低座滑体表层松散堆积物岩土体的强度、改变岩土体结构是导致桃子垭座滑堆积体出现覆盖层浅表性变形，发生岸坡再造的直接和主要原因。

5.2建议

由于座滑堆积体范围体积大，其变形破坏将对水库库区及周边环境，尤其是对S236省道竹向路的交通畅通产生大的影响，为避免座滑堆积体变形所带来的影响，建议如下：