苗尾水电站库区滑坡地表变形及成因机制分析

2023-12-08陈梁

科技创新与应用 2023年35期

陈梁

（华东勘测设计院（福建）有限公司，福州 350003）

随着我国西南地区水利工程的发展，水库的大量建设不仅带动了区域国民经济发展，还大大缓解了电力紧张局面[1]。但水库的建设也会增加一定的风险，水库在蓄水发电过程中，随着水位的提升，容易诱发地震与滑坡。

国内外学者对水库区域的滑坡及地震进行了大量研究[2-4]。研究发现，水电站库区的地势一般较为陡峭，其库区边坡较多，加上降雨充沛等原因，容易导致边坡失稳。许振栋等[5]对福建水口水库区域的水库诱发地震序列以及活动特征进行大量分析，对库区最大诱发地震进行了预测。张楠等[6]查阅大量文献，分析了水-岩相互作用、水位骤降时的空隙水压力对库区稳定性的影响，总结出库水位上升过程中的水库诱发滑坡形成机理。唐凤娇等[7]对水电站区域的25 个历史水库蓄水诱发滑坡进行了规律性研究，结果表明水库诱发滑坡的主控因素为距死水位距离和高程，高程1 km 以下和距死水位400 m 以内的范围内容易诱发滑坡。张保军等[8]通过对水库蓄水期间水库库岸稳定性监测，对岸区边坡裂缝、溶洞、断层渗透与地震诱发滑坡进行关联性评估，结果表明，地震次生灾害作用直接导致滑坡发生。郑海益等[9]利用三维建模对金沙江溪洛渡水电站库区滑坡体进行成因分析，结果表明水库蓄水后导致松散边坡浸没于水中，水浸润到边坡土体后会导致土体内摩擦角降低，再加上库水的托浮作用，最终诱发边坡滑动失稳。

本文中案例滑坡区域内无居民，但滑坡体对岸居民点较多，且右岸过境公路由滑坡体中下部通过，道路开挖对滑坡体的稳定有一定影响。因此对滑坡成因机制进行了相关研究，对滑坡体进行稳定性评价。对库区滑坡治理及预防有一定的借鉴意义。

1 研究区概况

苗尾水电站库区河道呈不对称的“V”型狭谷与“U”型宽谷相间分布，两岸坡度一般为25～50°。水库区分布有Ⅰ～Ⅳ级阶地，库内岸坡分布多个滑坡体、倾倒变形体、崩塌堆积体和泥石流堆积物等物理地质作用[10]。

其中马拉滑坡位于澜沧江右岸支流瓦窑河与阿马拉河之间库段，山前凹形斜坡内，距坝址约40.5 km，如图1所示。

图1 滑坡区域地形地貌图

滑坡区对岸有居民区存在，区域地貌为澜沧江河流堆积阶地，地形坡度10～20°，分布高程为1 400～1 500 m。其中1 400～1 430 m 高程为澜沧江II 级河流阶地，阶地前缘为陡坎，江边基岩出露，阶地上分布少量民房；1 430～1 500 m 高程为澜沧江III 级河流阶地，上覆少量泥石流堆积物，核桃坪小组居民位于III 级阶地中后部，最低分布高程1 455 m 左右。

2 地质及水文条件

2.1 地形地貌

滑坡区基岩为侏罗系花开左组（J2h2）紫红色、灰绿色板岩，倾倒较强烈。滑坡区一般坡度20～40°，滑坡体主要由碎石土组成，分布于1 650～1 408 m 高程。滑坡体下部为较破碎的基岩边坡，六库至兰坪的县级公路由1 407～1 409 m 通过。

2.2 地层岩性

场地基岩为侏罗系中统、上统地层，岩性为坝注路组（J3b）紫红色泥岩、粉砂质泥岩、板岩及花开左组紫红色、灰绿色板岩[11]。上部覆盖层主要有崩坡积含碎石粉质黏土层，其中碎石母岩成分多为板岩、少量砂岩，勘探钻孔揭示其厚度一般在2～9 m；Qdel滑坡堆积物多为假基岩，局部可见原岩体结构特征，厚度一般在30～70 m，上游侧及堆积体后部略薄，下游侧及堆积体前部略厚。

2.3 地质构造

场地内无活动断裂分布，但近场区40 km 范围内自有记录以来，多次发生地震活动。现代地震震源深度均小于20 km，主要分布深度为5～20 km。根据规范及相关规定，本区抗震设防烈度为7 度，抗震分组为第三组，场地区基本地震加速度为0.15 g。场地区内无活动断裂分布。

2.4 水文地质条件

区域内无地表径流，岸坡三面临空，不利于地下水的赋存，地下水类型主要为基岩裂隙水，赋存于基岩岩体结构面中，主要受大气降水补给，向澜沧江河谷排泄。勘探钻孔揭示，岸坡地下水埋藏较深，近河谷段基本与江水位持平，区内未见地表径流及地下水出露点。

3 地表变形及监测

地表变形与检测是判断滑坡发展阶段及预测滑坡发展趋势的基础，也是滑坡稳定性复核的重要内容之一。

3.1 裂缝分布特征

上游侧边界裂缝的出现主要集中在高程1 530～1 570 m 的侧陡坎边，呈拉张裂缝，深度约30～60 m。下游侧边界裂缝主要集中在高程斜坡与平台上，宏观表现为宽度较窄、深度较浅的横向拉裂缝。滑坡体前缘裂缝早期已局部贯通，自下游侧边界至河边陡坎延伸约100 m，张开度约5～15 cm。而滑坡的后缘裂缝平主要集中在高程平台，深度最高达到了3 m。剖面均呈弧形，显张性力学性质。下游侧边界裂缝最先出现，随后后缘裂缝、上游侧边界裂缝依次出现，地表裂缝发育部位主要位于古滑坡周界处。

3.2 滑坡剪切口分析

滑坡体上游侧边界开挖揭露古滑面，可见明显擦痕，滑面的上盘为碎石土，下盘为倾倒变形岩体。前缘剪出口的上盘为滑坡堆积碎石混合土，下盘为倾倒变形板岩。

3.3 变形监测结果

地表监测主要为滑坡体周界内的6 个监测点（编号TP-H6-2、3、4、6、7、8）蓄水后出现变形，滑坡体周界外的2 个监测点（编号TP-H6-1、TP-H6-5）蓄水后未出现变形。表观位移检测点设置如图2 所示，监测频率为一周一次。

图2 滑坡体表观位移监测点布置图

各表观监测点的平面变形方向基本一致，见表1，即垂直河流方向（略偏下游）；垂直位移均为沉降。以水平位移为主的监测点位于滑坡体前缘，以沉降位移为主的监测点位于滑坡体后缘及滑坡体下游侧边界附近。表观监测数据显示坡体的变形特征（坡体变形方向、裂缝发育的先后顺序、裂缝张开宽度）与地表裂缝发育特征吻合度较好。

表1 各监测点累计位移量汇总表mm

4 深部位移变形监测

深部变形监测利用勘探钻孔，共计8 孔，编号：ZKH21—24、ZKH31—34。监测期间根据蓄水、降雨及变形速率变化情况适当加密观测频率。

在孔深27～37 m 之间，孔深33.2 m 处为软弱夹层，岩芯破碎且呈全强风化，结合钻孔岩芯判断孔深33.2 m 处为滑移面。岩心细节照片如图3 所示。孔深58.0 m 处岩芯呈全风化状，其形状与上游侧剪出口出露滑面基本一致。部分岩心细节照片如图4 所示，钻孔岩芯显示，在孔深67～77 m 之间，孔深72.2 m 处岩芯破碎且呈全强风化，砾石具有一定的磨圆度，如图5所示。

图3 ZKKH21 孔深33.2m 细节照片

图4 ZKKH34 孔深58.0m 细节照片

图5 ZKKH22 孔深72.2m 细节照片

深部变形监测的变形方向、速率、累积位移与滑坡稳定性复核紧密相关，根据监测数据判断滑面深度，结合地面裂缝开合度监测。各监测孔潜在滑移面的深度和累积位移量见表2。

表2 各监测孔潜在滑移面深度、累积位移量

探及深部变形监测显示，坡体现阶段变形深度与古滑坡的滑面深度一致；勘探揭示老滑面前缘水平段高程位于1 401 m 高程以下，坡体出现整体变形的时间是在水库蓄水至1 401 m 高程2 个月后。

5 成因机制分析

5.1 变形范围

通过对变形边坡地表裂缝分布特征的调查，结合表观、深部位移监测数据，确定滑坡体后缘高程1 620 m，前缘高程在1 380～1 390 m 之间，顺河向长约420 m，垂直河向长约350 m，滑体厚10～75 m，滑面总体形态后陡前缓，后缘滑面坡度一般在45°左右，前缘滑面坡度近水平。滑坡堆积体形态详见地质平剖面图按平行断面法计算其方量约430 万m3。

5.2 变形特征

库水位由1 372.7 m 高程抬升至1 392.8 m 高程期间，水库回水至滑坡体库段附近，滑坡体前缘岸坡（下游侧边界附近）产生了一定范围的塌岸。此时，滑坡体前缘靠近塌岸区的TP-H6-8 号表观监测点出现平面及沉降变形。随后库水位继续抬升在1 401 m 高程左右，前缘新增几处小规模塌岸。之后，滑坡体从前缘至后缘，周界内的各表观位移监测点相继出现变形，此时监测点最大变形量为55 mm（TP-H6-8），该时间段大部分监测点变形速率较缓。2 个月后，滑坡周界内各表观监测点出现加速变形，此时库水位已稳定在1 401 m 高程且地表出现肉眼可见裂缝，结合期间连续降雨量较大的影响分析，该时间段的变形一定程度上受降雨影响。

滑坡体前部下游侧变形为水平、沉降2 个方向，滑坡体后部变形以沉降为主；滑坡体前部上游侧变形以水平位移为主。

5.3 原因分析

坡体现阶段变形深度与古滑坡的滑面深度一致；勘探揭示老滑面前缘水平段高程位于1 401 m 高程以下，坡体出现整体变形的时间是在水库蓄水至1 401 m高程2 个月后，滑坡周界内各表观监测点出现加速变形，蓄水后水位上涨导致库区附近地应力承受增加，连续降雨后土体抗剪能力减弱，且地表裂缝分布位置与古滑坡周界重合。