东南亚某水电站古滑坡复活机制研究

2023-06-12夏玉云乔建伟刘争宏周人飞栗薪洋

岩土工程技术 2023年3期

夏玉云柳旻乔建伟刘争宏王冉周人飞栗薪洋

（1.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043；2.陕西省特殊岩土性质与处理重点实验室，陕西西安 710043；3.中国重型机械有限公司，北京 100070）

0 引言

古滑坡是自第四纪以来未滑动过的滑坡，是斜坡长期复杂演化过程的产物[1]。在公路、铁路、水利水电建设中，经常遇到古滑坡。一般情况下，古滑坡多处于基本稳定状态，但是随着一些外部因素的改变，古滑坡有可能复活并再次滑动，古滑坡复活一直是困扰重大工程规划建设的突出问题。

滑坡复活是一个多因素综合作用的复杂过程，通常是在滑坡边界条件、结构面及滑动带内物质等内部因素控制作用下，通过降雨、地震、人类活动等外在因素诱发形成[2—5]。降雨或地表水通过裂缝、道路等途径入渗到滑坡体内，使滑坡体强透水岩土体饱和，岩土体抗剪强度降低，渗流压力增大，滑动力大幅度增加，从而诱发滑坡体复活[6—7]。研究发现汶川、舟曲等地区滑坡在天然状态下处于稳定状态，在地震后出现复活，研究结果认为地震产生的水平力，使得滑坡体产生拉裂缝，提供了降雨入渗的有利通道，导致滑坡复活[8—10]。近年来，随着工程建设规模的增加，受土地资源或建设空间的制约，工程建设过程中的开挖成为滑坡的复活关键诱发因素。边坡开挖形成临空面，改变其原始应力场，使得临空面附近应力集中，边坡后缘出现多条平行张拉裂缝或错落坎，临空面附近形成剪出口，加速滑坡的复活[11—15]。

目前针对滑坡复活的研究主要集中在滑坡变形特征、诱发因素以及复活机制[16—18]，但针对多因素诱发古滑坡复活的研究相对较少。以东南亚某水电站坝址区右岸上游H1 古滑坡为例，结合现场踏勘、钻探资料、测斜孔监测数据、表观位移监测数据等，在研究该古滑坡特征的基础上，重点调查滑坡复活过程中地表裂缝发育和滑坡体表部喷护混凝土开裂的空间规律以及变形特征，确定开挖与降雨两种作用在古滑坡复活中的相关关系，对防范古滑坡复活引起整体破坏、保障施工安全和滑坡治理具有重要意义。

1 古滑坡概况

1.1 滑坡发育特征

东南亚某水电站最大坝高74 m，最大坝长228 m，装机容量240 MW。控制流域面积1748 km2，正常蓄水位1040 m，对应库容为0.804×108m3。电站工程等别为二等，工程规模为大（2）型工程。

H1 滑坡体位于坝址右岸顺河床上游0.23 km 处（见图1）。前缘高程995～1005 m，后缘高程1085～1093 m，滑坡体的长197.2～231.9 m，宽50～72.4 m，总体积约1.8×106m3。滑坡体表面坡度26°，中后缘较薄、前缘较厚，通过遥感解译和地质调查，H1 滑坡平面“圈椅”特征明显，前缘和中部位于正常蓄水位高程1040 m 以下。

图1 H1 滑坡区全貌图

滑坡两侧边界特征明显，上游侧靠近G4 挤压带，下游侧以G2 挤压带为下边界（见图2）。根据开挖揭露，G2 挤压带产状为N30°～40°E/NW∠43°～58°，破碎带宽度5～10 m，由挤压片状岩、透镜体及少量糜棱岩等组成，带内岩体挤压破碎明显，局部强烈挤压后呈片理化；G4 挤压带产状为N40°E/NW∠55°～70°，由挤压片状岩组成，岩面有糜棱岩化现象，面呈锈黄色，带内岩体挤压破碎明显。G4 挤压带位于坝轴线上游右岸引水洞进口附近偏上游，与G2 挤压带近乎平行。

图2 H1 滑坡区断裂构造分布图

在滑坡体中后缘布置2 个钻孔（见图3）。根据地质测绘和钻探揭露，H1 滑坡体上覆土层主要为坡积碎石土，下部基岩为板岩、炭质板岩及砂岩，滑坡体结构、物质组成及特征见表1 和图3。

表1 H1 滑坡结构及特征

图3 H1 滑坡体断面图

1.2 监测布置

在H1 滑坡体上共布置1 个测斜孔和3 个表观监测点（见图4、图5）。测斜孔YBP-IN-03 布置于滑坡体中部，高程为EL.1048 m，孔深26 m，2019 年4月1 日安装完成，2019 年4 月8 日取得初始值，截止2021 年9 月7 日，累计监测78 次。表观监测点H1-TP-1 布置于滑坡体后缘，高程为EL.1068 m，H1-TP-2 布置于滑坡体中部，高程为EL.1044 m，H1-TP-3 布置于滑坡下部，高程为EL.1028 m，3 个表观监测点于2018 年12 月1 日取得初始值，截止2021 年9 月7 日，累计监测90 次。

图4 H1 滑坡监测点布置图

图5 H1 滑坡监测点位置图

2 滑坡变形特征分析

2.1 表观变形特征

（1）现场调查

根据现场地质调查，H1 滑坡体整体上处于两侧山梁之间，沿滑坡方向，呈现上缓下陡的地貌形态。地形上有利于地表水汇集。

滑坡体范围内，位于EL.1044 m 坝顶公路路基发生沉降开裂现象，数条裂缝平行于路面延伸展布，宽度一般约2～3 cm，最大宽度约5 cm，延伸长度一般3～5 m（见图6、图7），地表相对下错形成落坎。EL.1044～1016.5 m 范围边坡喷砼均有开裂（见图8），裂缝走向多垂直于滑动方向，形成明显的张拉裂缝。

图6 滑坡中部裂缝位置图

图7 EL.1044m 坝顶公路裂缝

图8 滑坡中部喷砼开裂破坏

（2）变形监测

1）测斜监测成果经历第一个雨季后，截至2019 年11 月5 日，测斜孔YBP-IN-03 孔口累计位移为6.71 mm。从位移-深度曲线看，在EL.1045～1048 m 孔深范围测点沿滑动方向相对位移明显，但总位移量较小，见图9。

图9 YBP-IN-03 位移-深度曲线图（2019 年）

2）表观监测成果

2018 年12 月1 日开始表观监测工作，至2021年9 月6 日监测结束。表观监测成果见图10—图13。

图10 H1-TP-1、H1-TP-2 表观监测位移-时间关系图

图11 H1-TP-1、H1-TP-2 表观监测位移速率-时间关系图

图12 H1-TP-3 表观监测点位移-时间关系图

图13 H1-TP-3 表观监测点变形速率-时间关系图

由图10 和图11 可知，滑坡体后缘H1-TP-1 和H1-TP-2 监测点位移量及变形速率均较小；由图12和图13 可知，滑坡体中部H1-TP-3 监测点位移量和变形速率发生3 次突变，均发生于雨季期间，且均在持续暴雨阶段发生位移量和变形速率的显著增大。雨季结束后监测点的位移量和变形速率处于稳定状态，基本无明显变化。说明滑坡体浅层变形与降雨强度呈正相关。

2.2 深部变形特征

经历3 个雨季后，截至2021 年9 月7 日，位移变化趋势与2019 年基本相同（见图14），即H1 滑坡中部变形主要集中在EL.1045 m 以上区段，为表层崩坡积覆盖层和板岩砂岩接触带，雨季时位移具有较大增幅，表明雨季表层覆盖层变形速率加大；EL.1045 m 以下区段变形量及变形速率均较小（EL.1045～1031 m 年变形增幅＜1 mm/a，EL.1031 m 以下基本无变形），未见位移突变，不受降雨及地下水影响，表明H1 滑坡体深部滑动迹象不明显。

图14 YBP-IN-03 位移-深度曲线图（2021 年）

3 古滑坡复活机制讨论

综合钻探、地质调查和监测成果，H1 滑坡属于浅层蠕变滑坡，该滑坡的“复活”是内在因素和外在因素综合作用的结果。

（1）内在因素

G2 和G4 挤压带分布在H1 古滑坡两侧，是H1古滑坡的边界，受构造作用影响，滑坡带内岩体破碎，节理裂隙发育，是滑坡复活的构造基础与边界切割条件。滑坡堆积物为高渗透性碎石土，从地形地貌条件分析，滑坡体处于负地形位置，有利于地表水的汇聚。

（2）外在因素

EL.1016.5 m 进水口公路开挖切坡形成临空面，人工开挖及浅表生改造导致滑坡体在自重作用下向临空方向发生位移，其中第四系坡积物与板岩接触面胶结作用差，产生剪切蠕变，向临空面位移。

测斜孔H1-TP-3 监测资料显示，H1 古滑坡旱季时变形速率较小，基本处于稳定状态，雨季时位移量和变形速率快速增大，发生突变，主要因为坡体表层第四系坡积物渗透性强，外界水可快速下渗，并沿滑坡方向形成渗流压力，导致滑体下滑力快速增大，形成浅层牵引式滑坡，拉裂滑坡中部喷砼，在EL.1044 m坝顶公路形成拉裂缝和错落坎（见图15）。

综合内外因素可知，滑坡不利的坡体结构特征为滑坡“复活”提供了地质条件基础；人工开挖边坡降低了滑坡的稳定性，为滑坡“复活”提供了运动空间；雨季强降雨加剧了滑坡的“复活”活动。H1 古滑坡具体“复活”机制如下：

滑坡浅表部第四纪坡积物和板岩、砂岩接触带为滑坡体最软弱部分，一方面公路开挖后形成临空面，浅表生改造导致应力场改变，导致滑坡沿浅表部第四系崩坡积物和板岩、砂岩接触面重新发生位移，向临空面产生蠕变变形；另一方面，下伏板岩、砂岩透水性相对较差，降雨时在第四系坡积物与板岩、砂岩接触面处易形成饱水软化带，降低岩土体抗剪强度，且浅表层排水条件通畅，产生渗流压力，综合导致浅层变形持续增大。宏观表现即为滑坡的“复活”。