竹格多水电站厂房高位覆盖层边坡失稳原因分析

曾令波，梁 勇

（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省清源工程咨询有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

中国西南地区处于青藏高原强烈隆升区，新构造运动活跃，地形地质条件复杂，工程建设中常常面临边坡稳定问题。边坡稳定性评价通常考虑地形、岩土体类型及其结构、物理力学性质、水文地质条件、区域地质地震、气象等因素，而各因素又随着人类活动、气候条件、水文地质条件的变化而发生改变，从而影响边坡稳定性。本文以竹格多水电站厂房高位覆盖层边坡为例，分析研究厂房边坡的失稳原因。

竹格多水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内，为黑水河干流马桥～白溪河段水电梯级规划的第二级水电站。电站采用低闸引水式开发，闸址位于铁别村附近，厂房位于红岩乡黑水河左岸斜缓台地上，为地面厂房方案，厂址区主要建筑物由主副厂房、开关站、出线场、尾水渠等组成。电站设计水头155.9 m，引水隧洞长5.374 km，引用流量69.14 m3/s，装机容量80 MW，年发电量为3.790亿kW·h。电站主体工程开工于2004年11月，2006年5月下闸蓄水投入商业运行，电站主体工程运行状态良好。

竹格多水电站自2006年建成投产运行以来，未发生过大规模滑坡现象，厂区后坡处于基本稳定状态。2020年7月，受持续降雨影响，厂房后坡覆盖层坡体稳定性逐渐变差，7月26日发生覆盖层边坡滑坡，部分滑坡体物质顺坡而下，严重威胁到厂区运行安全。滑坡体物质堆积于半坡上，分布高程高且坡体中后部已产生拉裂缝，一旦再发生规模较大的破坏将严重影响电站的运行。因此，查明厂房高位覆盖层边坡边界条件和分布范围，分析边坡失稳原因是提出合理的边坡治理方案的必要前提。

1 地质概况

1.1 区域地质构造与地震

在大地构造上，工程区位于龙门山后山“茂汶断裂”以北、“若尔盖盆地”以南、近南北向“岷江断裂带”以西的“黑水褶皱束”构造带内，在大地构造部位上地处松潘—甘孜地槽褶皱系之三级构造单元马尔康地向斜东侧。区内断裂构造不发育，无区域性断裂通过。但工程区外围（东侧和北侧）断裂构造十分发育，主要活动断裂有龙门山断裂带、岷江断裂带、虎牙断裂、松平沟断裂等。

工程场地的地震危险性主要来自松潘—较场地震带和龙门山地震带强震复发的波及影响。据四川省地震局工程地震研究所对工程场地地震安全性评价，竹格多水电站厂址的基岩水平峰值加速度为131.7 cm/s2。据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，场址区50年超越概率10%的场地地震动峰值加速度为0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，相应地震基本烈度为Ⅶ度。

1.2 基本地质条件

高位覆盖层边坡位于水电站厂房后方山体，高程为2 300～2 550 m之间，区内第四系覆盖层大面积展布，地表主要生长荆棘、杂草等植被。边坡自然坡度一般30°～45°，其中高程约2 430 m以下边坡自然坡度相对较陡，高程至2 300 m以下基岩裸露，自然坡度骤然变陡，一般50°～75°。边坡坡脚发育Ⅰ级阶地，为竹格多水电站地面厂房场地，场地高程一般为2 140～2 150 m，横坡宽约110 m，顺坡长约200 m。具体如图1所示。

图1 高位覆盖层边坡全貌

区内出露基岩为三叠系中统杂谷脑组（T2z）中～厚层状钙质石英砂岩夹中～薄层砂质板岩，偶夹千枚岩，岩层产状N20°～45°E/NW∠45°～55°。

区内第四系覆盖层总体竖直厚度一般为15～47 m，由老至新可将其划分为2层。①层块碎石土（gl+fglQ3）：冰川冰水堆积，竖直厚度一般为15～45 m，下部与基岩相接。②层砾石土（dlQ4）：坡积堆积，分布于地形相对较缓的浅表部，覆盖于①层之上，竖直厚度一般1～6 m。区内未发现较大断层通过，地质构造主要表现为以层面为主的节理裂隙系统，除层面裂隙外，优势裂隙发育4组。

1.3 气象与水文地质

结合历史降水资料，对比2020年降水情况，黑水县多年平均年降水量835.3 mm，但从2018年开始降水量呈增长趋势，并逐年突破历史新高，超过了1 000 mm，2020年降水达到了1 188 mm，超过了历史平均水平的42.2%（见图2）。2020年的降水资料显示（见图3），该年主要降水集中在6—9月份，其中以6月降水最多，达到了316.76 mm，超过历史同期水平。2020年6、7月工程区天气以阴雨连绵天气为主，基本很少出现晴朗天气。

图2 工程区多年降水统计

图3 2020年工程区降水统计

区内地下水主要为分布于岸坡基岩裂隙中，由于河谷深切，岸坡谷坡较陡，地下水排泄条件好，水力坡降小，水位埋藏较深，区内未见泉水出露。地下水主要受大气降水补给，由岸坡向河谷及下游排泄。

2 物理力学特征

据重型动力触探试验，①层块碎石土、②层砾石土均为稍密～中密。据压缩试验，①层块碎石土压缩系数a1-2为0.025～0.089 MPa-1，为低压缩性土。据饱和快剪试验，①层块碎石土黏聚力C值为24.3～36.1 kPa，内摩擦角φ值为25.3°～38.0°。

高位覆盖层边坡主要由①层块碎石土和表层少量②层砾石土组成，通过对各土层进行动力触探及室内物性和力学试验，结合相关规程规范建议值，土体力学指标取值见表1。

表1 边坡覆盖层物理力学参数取值

3 边坡分区及其失稳变形特征

自2006年竹格多水电站建成投产运行以来，厂房后坡未发生过大规模滑坡现象，据统计，边坡落石现象共发生了7次，其中2020年发生了4次，2008年“5·12”地震、2015年7月、2019年7月分别发生了3次。2020年7月，在持续降雨影响下厂房后坡覆盖层坡体稳定性逐渐变差，于7月26日发生覆盖层边坡滑坡，部分滑坡体物质顺坡而下，严重威胁到厂区运行安全。从2020年4月和2020年7月的航拍照片对比，近年来边坡未发生滑坡现象，也未见明显的边坡变形迹象，2020年7月发生的边坡滑动破坏现象分布于边坡的前缘。

边坡地表主要生长荆棘、杂草等植被，下覆基岩为三叠系中统杂谷脑组（T2z）中～厚层状钙质石英砂岩夹中～薄层砂质板岩，偶夹千枚岩，岩层产状N20°～45°E/NW∠45°～55°。岩层走向与边坡走向呈小角度相交，为顺河向谷，岩层倾向与边坡倾向相反，为中倾角逆向坡。根据地貌及覆盖层特征，将覆盖层边坡划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区（见图4）。

图4 高位覆盖层边坡全貌

Ⅰ区覆盖层边坡高程2 425～2 550 m，顺坡长约200 m，横坡宽约150 m，拔河高度约350 m，地面自然坡度一般25°～37°，自然坡走向N20°～35°E。该区早期为农田，近几十年已退耕还林。地表为②层坡积砾石土，结构中密，竖直厚度一般为1～6 m；下覆①层冰川冰水堆积块碎石土，竖直厚度一般为30～45 m。现场调查中，未发现明显地表张裂缝和坡体变形痕迹。

Ⅱ区边坡高程为2 370～2 455 m，顺坡长约为200 m，横坡宽约150 m，拔河高度约240 m，地面自然坡度一般36°～45°，自然坡走向N35°～40°E。地表为①层冰川冰水堆积块碎石土，浅表部结构松散，竖直厚度一般10～30 m。地质调查中发现Ⅱ区有多个部位发生了失稳滑动，统计出5个浅表滑坡带。由于Ⅱ区下部基岩裸露，自然坡度陡峻，堆积条件差，滑坡物质顺坡而下，汇聚于后坡冲沟。

Ⅲ区边坡高程2 330～2 390 m，顺坡宽约20 m，横坡长约60 m，拔河高度约200 m，地面自然坡度一般36°～45°，自然坡走向N28°～32°E。地表为①层冰川冰水堆积块碎石土，浅表部结构松散，竖直厚度一般为2～5 m。据现场调查，未发生变形破坏。

Ⅳ区边坡高程为2 330～2 380 m，顺坡长约为110 m，横坡宽约80 m，拔河高度约200 m，地面自然坡度一般25°～39°，自然坡走向近EW。地表为①层冰川冰水堆积块碎石土，浅表部结构松散，竖直厚度一般为20～40 m。区内地表干燥，在上游侧冲沟左岸高程2 363 m附近发现地表渗流，其流量随高程降低逐渐增大，于高程2 350 m附近随高程降低又逐渐减小，并于高程2 334 m附近消散于地表之下。据现场地质调查，Ⅳ区仅一处发现浅表张裂缝。

4 边坡失稳原因分析

据勘探钻孔资料，边坡下伏基岩断层或挤压带不发育，覆盖层中无滑动带；据地表调查，边坡后缘地裂缝不发育；Ⅰ区后缘坑槽探资料显示，边坡后缘无地裂缝，边坡无滑动迹象。

2008年“5·12”地震对场址区影响烈度为Ⅶ度，边坡未发生滑移失稳现象，整个厂房后坡仅发生了零星落石，边坡整体稳定性未受影响。从记录统计看，主要落石事件均发生在“5·12”地震之后。所以“5·12”地震对边坡浅表部稳定产生了一定影响。

边坡失稳变形发生在Ⅱ区、Ⅳ区，其成因主要有以下几个方面：

（1）降水原因。据降雨量资料，近几年的年降水量呈增长趋势，且逐年突破历史新高，并于2020年达到了1 188 mm的历史新高。据历史落石资料统计，2006年竹格多水电站建成投产运行以来，后边坡少有落石现象发生，近一年多以来落石现象增多。2020年6月为该年中最大降水月份，且7月的降水量仅次于6月，该时间段以阴雨天气为主，长时间的降水而蒸发小，使土体尤其是地表土体长时间处于饱和状态，对边坡稳定不利。边坡失稳与降水量在发生时间上表现出了较密切的相关性，持续强降水为边坡失稳的主要原因。

（2）地形原因。Ⅰ区为早期冰川冰水堆积物，地表覆盖坡积物，自然坡度一般25°～37°，地形相对平缓；Ⅱ区、Ⅳ区处于边坡前缘，第四纪以来，区内覆盖层在重力、雨水、河流下切等地质作用下，一直处于覆盖层流失状态，Ⅱ区、Ⅳ区自然坡度一般36°～45°，地形相对较陡，地表覆盖层相对松散，边坡稳定性相对较差。本次边坡失稳发生在Ⅱ区、Ⅳ区，地形较陡是其发生的主要原因。

（3）人为因素。除自然因素外，人为因素也对边坡稳定造成了不良影响。通村公路排水沟的侧向排水通道设置于公路回头弯处，为Ⅱ区1号滑坡顶部。公路积水通过此排水线路，积水下渗浸入自然坡体，增加了土体重量，减弱了边坡土体的力学性质，加之该部位边坡自然坡度较陡，促进了边坡失稳。长时间降水且受公路排水影响，1号滑坡的滑体物质形成了一次小规模坡面泥石流。通村公路工程排水措施设置不当也是本次滑坡发生的重要原因。

综上所述，边坡由于其地形较陡，表部物质松散，在持续强降水的作用下，加上工程排水措施的影响，前缘发生多处浅表部失稳滑动现象。

5 边坡稳定性计算分析

稳定性计算采用刚体极限平衡法，选取Ⅱ区典型剖面作为稳定分析的计算剖面（见图5～6），由于土质边坡无明显的结构面滑动，故采用土质边坡常用的圆弧形滑面进行计算，计算结果见表2。

表2 高位覆盖层边坡稳定安全系数计算成果

图5 Ⅱ区高位覆盖层边坡典型剖面

图6 暴雨工况覆盖层边坡潜在滑弧

Ⅱ区高位覆盖层边坡天然状态下安全系数计算值为1.205，边坡整体稳定；暴雨工况下安全系数计算值为1.014，边坡存在浅表部滑移失稳的可能，边坡表部处于欠稳定状态；地震作用下的安全系数计算值为1.065，边坡整体基本稳定。计算结果与边坡失稳原因分析结果基本一致，边坡失稳主要发生在前缘浅表部，稳定性受集中降雨控制。

6 结 论

（1）边坡上部为②层坡积砾石土，下覆①层冰川冰水堆积块碎石土，覆盖层总体竖直厚度一般为15～47 m。自2006年竹格多水电站建成投产运行以来，未发生过大规模滑坡现象，厂区后坡基本稳定。2020年在连续降雨后，于7月26日发生Ⅱ区、Ⅳ区边坡浅表部滑坡。边坡失稳与降水量在发生时间上表现出了较密切的相关性，持续强降水为边坡失稳的主要原因。

（2）边坡近几十年落石记录均发生在“5·12”地震之后，勘探未发现深部滑动面。故“5·12”地震未对边坡整体稳定性造成影响，但对边坡浅表部稳定性产生了一定影响。

（3）不利的地形条件和设置不当的公路排水措施也是发生本次滑坡的重要原因。

（4）稳定性计算表明，边坡失稳主要发生在前缘浅表部，稳定性受集中暴雨控制。

（5）边坡的稳定性受到了地震、降水及人为因素的影响，建议定期对边坡稳定性因素进行动态评估。同时，边坡滑动模式为表部牵引式滑动，建议对边坡进行护坡处理，保证厂区运行安全。