大华桥水电站拉古滑坡稳定性分析研究

2021-09-24黄志义张永辉孙凯辉

广西水利水电 2021年4期

黄志义，张永辉，孙凯辉

（中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024）

大华桥水电站是澜沧江上游河段一库七级开发方案的第六级电站，坝型为碾压混凝土重力坝，最大坝高106 m，库容25 600万m3[1]。目前，大华桥水电站已经建成并开始蓄水运行，库区范围内沿线地形陡峭，覆盖层分布厚度不均，沿线主要发育3处大型滑坡体，对水库安全运行和周边居民生产生活造成重大潜在隐患，是影响大华桥水电站后期运行的重大危险因素[2]。根据现场地质调绘，3处滑坡体均存在不同程度的变形迹象，其中，拉古滑坡（见图1）前缘局部岸坡已经失稳滑动，坡体分布大型深切冲沟5条，坡体上游中部分布有拉古中村、清口寨等居住点，对拉古滑坡的稳定性进行研究显得十分必要[3～5]。针对这一问题，本文依据前期勘察测绘成果，对拉古滑坡的地形地质和水位地质条件进行分析的基础上，利用现场监测手段对拉古滑坡的潜在滑动状态进行了历时1年的监测，对拉古滑坡在不同蓄水条件、不同工况下的安稳定性问题进行分析计算。

图1 拉古滑坡全貌

1 滑坡概况

拉古滑坡位于大华桥水电站大坝坝址上游约12 km处，滑坡所在山体高程为1400～2000 m，滑坡平面呈舌形，前缘较宽，后缘窄小，整体滑动方向为近南北向，沿澜沧江沿岸分布宽度为1600 m，受地形切割影响滑坡表面呈现典型的阶梯斜坡地貌[6]。根据前期勘察测绘，滑坡堆积体方量约为5800万m3，规模巨大，同时滑坡体上部存在居民村落和农田。在水库蓄水至正常蓄水位后，滑坡体坡脚被淹没深度约47 m[7]。根据滑坡体的滑动形态和物质构成，将拉古滑坡划分为3个主要区，其中Ⅲ区位于滑坡后缘，Ⅰ区位于滑坡前缘上游，Ⅱ区位于滑坡前缘下游，现状条件下Ⅰ区为典型的滑坡区，Ⅱ区、Ⅲ区目前相对稳定。

根据现场地质勘探成果，研究区上部覆盖层为崩坡积碎块石土，土体结构松散～稍密，主要由粉土及次棱角碎块石组成，块石直径为2～15 cm，覆盖层厚度一般为15～30 m；下伏基岩为全强风化紫红色板岩夹少量砂岩，岩体结构较完整，其中板岩占比约为95%，岩层产状一般为NE10°～15°NW∠65°～85°，均倾向岸内。根据钻孔岩芯揭露，拉古滑坡未见明显的贯通滑动带，但局部发育次级滑动带，滑带土以砾石、碎屑及粘粒构成，砾石一般粒径3～8 mm，呈次棱角状，半固结状态。

根据滑坡场地内长观孔观测结果，地下水位埋深一般为20～30 m，最大埋深60 m，地下水位主要以基岩裂隙水和覆盖层潜水为主，受大气降水补给和临近山谷河流侧向补给。长期水位监测结果发现，拉古滑坡体内实测地下水位高程在1 469.89～1 847.25 m之间，水位变动幅度为0.4～4.1 m，水位变动带基本位于上部覆盖层内。

2 滑坡体监测

2.1 监测方案布置

从前期勘测成果来看，滑坡体Ⅰ区滑动迹象最为明显，Ⅱ区和Ⅲ区现状条件下较为稳定，本文重点分析Ⅰ区滑坡体的变形监测过程。在Ⅰ区1-1剖面布设1套阵列式位移计和3处测斜仪（见表1）。

表1 拉古滑坡Ⅰ区监测仪器统计表

2.2 监测结果

依据监测数据，绘制深度位移变化曲线（见图2～图4）。

图2 LG-IN1-1测斜孔孔深累计位移曲线

从图2～图4可见，深度位移随着深度增加而减少，随着时间增加而增大。在测斜孔1-1中存在一处滑移带（距孔口11～13 m附近），在测斜孔1-2中存在一处滑移带（距孔口24～26 m附近），在阵列式位移计孔1-1中存在一处滑移带（距孔口42～45 m附近）。

图3 LG-IN1-2测斜孔孔深累计位移曲线

图4 LG-SAA1-1阵列式位移计累计位移曲线

2.3 滑坡体位移等值线分析

为充分研究拉古滑坡潜在滑移面，将监测断面位移随深度变化过程进行等值线成图（见图5），发现该滑坡体存在3处潜在滑移带，其三维等值线云图见图6。

图5 拉古滑坡Ⅰ区1-1剖面位移等值线图

从拉古滑坡三维等值线云图（图6）来看，滑坡体深部滑坡主要发育在Ⅰ区中下部和Ⅱ区中部，滑移带不连续，初步分析认为其主要滑移方式为局部次级滑动推动，其可以作为滑坡稳定性分析和评价的前提。

图6 拉古滑坡三维等值线云图

2.4 监测成果初步分析

Ⅰ区1-1剖面高程1480 m以上天然坡度为20°～25°；高程1480 m以下天然地形坡度为25°～30°，下伏基岩面坡度与地形基本一致，地下水位基本位于覆盖层内。该断面布置了4个监测点，从低到高分布大约高程为1534、1588、1692、1880 m。通过监测数据表明：该断面上部变形以深层滑移为主，测斜孔LG-IN1-1在孔深12 m处最大位移为49.34 mm、LG-IN1-2在孔深25 m处最大位移为37.94 mm，可能在该处存在一滑动带，属于覆盖层内部的滑移；该断面下部变形为深层滑移，阵列式位移计LG-SAA1-1在孔深43 m处累计位移分别为87（X方向）、512（Y方向）、279 mm（Z方向），可能在基覆界线附近存在一滑动带。该断面主要位于Ⅰ区，距离上游侧冲沟较近，冲沟切割较深，对滑坡的变形位移影响较大。

3 滑坡稳定分析

3.1 边坡建模

3.1.1 模型选择及岩体参数

依据拉古滑坡1-1剖面监测成果，中上部的潜在滑裂面基本处于基覆界线处，而中下部的潜在滑面位于滑坡体中部。稳定分析中复核的滑移模式的滑裂面位置见图7。

图7 拉古滑坡Ⅰ区潜在滑动带示意图

结合地质勘察的建议值，采用反演所得天然状态的抗剪强度参数，根据水库蓄水前岸坡的稳定情况，按持久、短暂、偶然等工况，计算各典型断面蓄水前的安全系数，验证反演参数的合理性，在此基础上结合地质勘察成果确定计算所需分析参数（见表2）。

表2 滑坡体稳定性分析参数

3.1.2 边坡设计

边坡设计按下列两类作用组合：①基本组合：自重+岸边外水压力+地下水压力+加固力；②偶然组合：基本组合+地震作用。

边坡工程应按下列3种设计工况进行设计：

（1）持久设计工况：主要为边坡正常运用工况，此时应采用基本组合设计。

（2）短暂设计工况：包括施工期缺少或部分缺少加固力；缺少排水设施或施工用水形成地下水位增高；运行期暴雨或久雨、或可能的泄流雾化雨，以及地下排水失效形成的地下水位增高；水库水位奠降等情況。此时应采用基本组合设计。

（3）偶然设计工况：主要为遭遇地震、水库紧急放空等情况，此时应采用偶然组合设计。

根据《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006），边坡为B类水库边坡，级别为Ⅱ级，边坡设计安全系数标准：持久1.15～1.05，短暂1.10～1.05，偶然1.05～1.00。

3.2 稳定性计算成果

采用极限平衡法中的下限解法，进行二维极限平衡法分析。其中，折线滑面采用考虑力与力矩平衡条件的摩根斯顿－普莱斯法（Morgenstern-Price），圆弧滑面采用简化毕肖普法（Bishop）。根据前期监测成果可知，拉古滑坡主要的破坏模式为整体沿基覆界线剪出、中部至底部沿基覆界线剪出和中部沿覆盖层局部剪出。沿滑坡体Ⅰ区选取一处顺滑坡体剖面分别按蓄水前后持久、短暂、偶然3种工况进行安全系数计算，计算结果见表3。