某滑坡体的形成机制、稳定性分析及治理方案

张宇 姜湘兰 陈新 李尚高

某滑坡体的形成机制、稳定性分析及治理方案

张宇 姜湘兰 陈新 李尚高

云南省澜沧江托巴水电站厂房出水口对岸存在一大型滑坡体S0，总方量约260万m3。由于该滑坡体距大坝泄洪建筑物及电站尾水出口较近，因此，滑坡体的稳定性如何，是否会给电站建设及运行带来安全隐患，成为该水电站建设期必须解决的工程技术问题。通过深入研究S0滑坡体空间分布特征、性状、形成机制，同时采用极限平衡等分析方法，得出滑坡体在各种工况下可能存在的不稳定滑块，并在此基础上采用多种支护形式进行针对性治理，从而为其它类似工程的稳定分析与治理提供借鉴。

托巴水电站 滑坡体 形成机制 稳定性分析 治理方案

托巴水电站为云南省境内澜沧江上游河段的第4个梯级电站，坝址位于云南省迪庆州维西县中路乡的澜沧江干流上。大坝为混凝土重力坝，最大坝高158.0 m，总装机容量1 400.0 MW，属一等大（1）型工程。在坝址左岸下游河流拐弯处分布S0滑坡体，距坝线350～800 m，总方量约为260万m3，为一大型滑坡体。该滑坡距坝线较近，且位于大坝泄洪影响区及厂房尾水的对岸，因此，S0滑坡体的形成机制、各类工况下的稳定性以及处理方案，关系到托巴水电站建成后运行的安全性。

1 滑坡区地质条件概况

1.1 区域地质及地震

滑坡区属青藏高原东南缘横断山区，位于唐古拉—兰坪—思茅地槽褶皱系内，区内地层以上古生界和中生界地层分布较为广泛。区内构造痕迹以呈近SN和NNW向展布的断裂构造为主，自更新世中、晚期以来，新构造运动以地壳的大面积间歇性抬升为主。滑坡区50年基准期超越概率10%的地震动峰值加速度为0.113g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

1.2 滑坡区地形地貌

滑坡区整体表现为高山峡谷地貌，河谷深切，水流湍急。滑坡体沿河长约430 m，分布高程1 620～1 845 m，后缘边界呈弧圈形，下游侧边界见完整的基岩，中部为一缓坡平台，前缘延伸至河床，沿河水边线未见基岩出露。该滑坡体地形呈现上、下部较陡，中部较缓的特点，高程1 680 m以下地形坡度为45°左右，高程1 680～1 715 m为22°左右，高程1 715～1 776 m为33°左右。

1.3 滑坡区地层岩性

滑坡区下伏地层为印支期灰绿色细粒至中粒状基性辉长岩，上覆地层为崩坡积物、滑坡堆积物及冲洪积物。其中，崩坡积物主要分布于滑坡体后缘，成分为块石、碎石及粉质黏土；滑坡堆积物分布于滑坡区，成分为块石、巨石、碎石及粉质黏土，部分巨石保持原岩结构；冲洪积物分布于滑坡体前沿河床部位，成分为砂卵砾石、漂石等。

1.4 滑坡区地质构造

滑坡区内构造应力场挤压应力方向为NNW到近SN向，下伏的辉长岩等侵入岩的后期进一步隆起与近SN、NNW向的构造挤压形迹明显，形成了一系列因隆起挤压产生的压性（压扭性）缓倾角结构面和近EW、NW、近SN向的陡倾角结构面。

1.5 滑坡区水文地质条件

滑坡区未见地表水及地下水露头，地下水主要接受大气降水补给，滑坡体前沿的澜沧江是区内地下水的最低排泄基准面。滑坡体范围地下水的埋深为0～110 m，根据勘探平洞揭示，洞室内一般较湿润，局部见滴水，但未见流水。滑带物质手感湿润，用手搓揉有湿滑感。

2 滑坡的基本特征

2.1 滑坡体的空间形态及规模

滑坡体平面形态较规则，呈扇型展布，顺河向长约480 m，前沿伸至河床，高程1 587 m；后缘被崩塌堆积物覆盖，高程1 840 m，前后缘相对高差约250 m。滑坡体地形呈现上、下部较陡，中部较缓的特点。

通过对S0滑坡体进行钻探、洞探及物探等勘探工作，初步确定滑坡体的形态及规模，如图1及图2所示。滑坡体厚度呈两侧薄、中部厚的“船”形特征，水平厚度一般为40～78 m，平均铅直厚度约26 m，面积约10.0万m2，体积约260.0万m3。

图1 S0滑坡体平面图

图2 S0滑坡体剖面示意图

2.2 滑坡体的物质组成及其特征

根据滑坡体的勘探平洞及钻孔揭露，滑体的物质组成在空间分布上具有明显的差异性，如图3所示。滑带以上物质主要分为三部分，从地表往下分别为：①层的碎块石、块石夹粉质黏土；②层的基本保持原岩结构的辉长岩；③层的巨石、块石、碎石及少量灰色泥，局部岩体保持原岩结构。其中滑体后部主要为①层物质，为后缘滑壁辉长岩风化、卸荷崩塌堆积而成；滑体中部为①、③层物质；滑体前部包含①、②、③层物质，其中②层物质的中后部夹于①层与③层之间，后缘分布高层至1 670 m，其前沿则伸入滑坡体前端澜沧江左岸的河床冲洪积物下部，下伏完整的弱风化辉长岩。

2.3 滑带的物质组成及其特征

根据滑坡体的勘探平洞揭露，滑带厚度为0.5～1 m，为清淅完整的滑移面。滑坡体与基岩接触面产状为N38°～50°W，SW∠29°～70°（综合倾角36°），接触面由NW向中倾角、陡倾角两组结构面组成，为一复合面。滑带由灰白色岩屑、碎石及少量泥组成，泥质胶结。该带明显受动力地质作用，辗磨充分，为应力集中带。由于滑坡形成时间较早，滑带土具半固结—固结状态，密实，湿润，遇水易软化。

根据滑坡体11个勘探钻孔及4个平洞资料揭示，S0滑坡体未见有2层或2层以上的滑带土分布，说明该滑坡仅有唯一的滑移面。

3 滑坡形成机制浅析

（1）滑坡区第四纪以来地壳主要表现为间歇性的强烈抬升，河流冲刷切割速率较快，致使地形较陡峻，为滑坡形成提供了临空面和滑动空间。

（2）滑坡体后缘山体卸荷作用明显，岩体完整性较差，岩石在长期风化剥蚀、卸荷和自重作用下，不断往下剥落，后缘地表的崩坡积物覆着在滑坡体上，滑体自身重量不断增加。

（3）滑坡体所处岸坡岩体中存在NW、NEE及NE向结构面，NEE及NE向结构面为陡倾结构面，构成横向切割面；NW向结构面较发育，顺坡向，由中倾角和陡倾角二组结构面组成，陡倾结构面倾角为64°～78°，中倾结构面倾角为29°～44°，构成滑坡体的底滑面。各结构面连通性较好。

（4）在特定的外部条件，如持续暴雨作用下，碎裂岩体易达到饱和，增加岩体重量，降低结构面（滑带）的力学强度，加之前缘的冲刷使原始岸坡下部形成临空面，具有足够的下滑势能，诱发滑坡的形成。

（5）地震的发生也可能是滑坡形成的诱发因素之一。

（6）该滑坡为短程滑动的推移式座滑体，前缘伸入河床，受河床基岩的反作用力抵消下滑动能。

4 滑坡体的稳定性分析

4.1 滑坡稳定性宏观地质分析

根据滑坡近年来的变化情况，滑坡未出现大面积复活的迹象，滑体亦未见有贯通性好、连续性好的拉裂缝及鼓胀裂隙。最近2年，7、8月份均有连续降雨一星期以上的自然气候条件，降雨量大，但滑坡整体未出现位移，仅前沿局部有小规模垮塌现象。滑坡区地震记录甚少，但近期最大一次地震发生于1996年的云南丽江7.0级地震，据滑坡体距离110 km，波及到工程区烈度为Ⅵ度，滑坡体亦未出现明显的变形。

综上宏观判断，S0滑坡体在天然状态和暴雨状态下总体是基本稳定的，地震工况也无变形迹象。4.2滑坡稳定性计算

4.2.1 物理力学参数的分析与选用

根据室内和现场原位试验成果，结合工程类比、参数反演等方法，分析确定滑坡体的物理力学参数。计算采用的滑坡体的物理力学参数如表1所示。

表1 滑坡体分区及材料参数

4.2.2 稳定性计算结果与分析

利用Bishop、Morgenstern-Price极限平衡分析方法及剩余推力法计算滑坡体中部代表剖面B，采用基准期50年内超越概率10%，设计基本地震加速度值为0.113g。选用孔隙水压力系数法，天然工况认为排水有效，即孔隙水压力系数为0.05；暴雨工况下，孔隙水压力系数为0.15。

根据相关建筑物设计标准和边坡的重要性，按照DL/T 5353—2006《水电水利工程边坡设计规范》的级别划分规定，按A类Ⅱ级边坡设计安全系数标准，具体取值如表2所示。

表2 边坡抗滑稳定荷载组合和安全系数

对滑体各个区域及全局进行最危险滑面搜索，分别得到不满足设计安全系数标准及潜在滑块部位，见图3，计算结果列于表3。

如上所示，S0滑坡体上部及中部出现2个潜在滑块，上部滑块位于高程1 765～1 965 m，单宽滑体大小约5 312 m3/m。滑面较为平缓、大致与坡面平行，滑坡体和剪出口为平缓型；下部滑块位于高程1 711～1 875 m，单宽滑体大小约6 426 m3/ m。滑面大部分过古滑带上部，在滑坡体中部顺层剪出，滑面上缘较陡，滑体总体较为平缓。两滑块自然状况下稳定，暴雨和地震工况对其安全性的影响较大，计算结果不满足设计要求，需要进行加固处理。以古滑带为基础对滑坡体自身稳定性进行计算，其稳定性相对较佳，滑坡体整体下滑可能性不大，且其已经下卧到河床内，河床基岩亦对滑体存在反作用力，阻挡其整体下滑。

图3 S0滑坡体潜在滑块示意图

表3 稳定性计算安全系数结果

由上述计算分析表明，S0滑坡体在自然工况下处于稳定状态，整体失稳的可能性较小。暴雨及地震工况下，滑坡体中上部安全系数不满足设计要求，且由于其位于大坝泄洪影响区及厂房尾水的对岸，泄洪及厂房尾水对其稳定性均有影响，需对边坡中上部进行支护处理，并对下部进行防护处理，防止厂房尾水对其冲刷淘蚀形成临空面。

5 滑坡体的治理方案

S0滑坡体自然边坡整体稳定，局部地段坡体安全系数偏低。为充分发挥岩体的自稳能力，采取尽量不扰动坡体，局部针对性地维护和加强岩体本身强度的工程措施。依据上述计算结果及分析，滑坡体不稳定滑块主要分布于中上部，设置抗滑桩应能兼顾2个区域的不稳定滑块。依据《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》，抗滑桩的位置应设置在剩余推力减少的区域。根据上述计算成果2个不稳定滑块的剩余推力降低的公共区域在滑坡体高程1 765～1 806 m，由此确定滑坡体加固措施的设计范围如图4所示。经过综合分析比较，拟采用预应力锚索抗滑桩进行滑坡体的稳定加固。分析表明预应力锚索抗滑桩应提供2 800 kN/m的抗力，即能达到设计的稳定性要求，因此，在高程1 775 m和1 805 m处设置2排预应力锚索抗滑桩，抗滑桩桩身断面尺寸为5.0 m×7.0 m（宽×高），水平间距10 m，桩长35～55 m，入岩深度为桩全长的1/4～1/3，2排抗滑桩提供2 800 kN/m的抗力后，计算结果见表4。

图4 S0滑坡体加固措施布置图

表4 边坡加固稳定计算安全系数结果

此外，为防止大坝泄洪产生的雾化影响以及泄洪高速水流对S0滑坡体坡脚的淘刷，进而危及边坡稳定，必须对雾化影响区坡面及坡脚进行有效的表面保护。拟采取以下处理措施：考虑到正对电站厂房尾水出口，高程1 640 m以下水流流速较大且位于滑坡体的坡脚，对于该部位进行适当的开挖后，采用1.5 m厚钢筋混凝土面板进行衬护，并布置1排长55～60 m深入完整微风化岩体的预应力锚索，同时下部设1排深20 m的钢筋桩。

S0滑坡体上沿江公路以及抗滑桩的施工，一定会破坏原状坡的结构，暴雨工况下的水土流失将会比较严重，因此，拟在滑坡体上施工区进行植草皮护坡，重要部位设置网格梁，减少水土流失，增强边坡稳定。对坡面凸体部分进行局部适当挖除，以使坡顶连接平顺并满足稳定要求。地下水对滑坡体的影响较大，完善坡面截排水系统，地表采用排水洞+排水幕的防、截、排水体系。

6 结论与建议

本文以云南省澜沧江托巴水电站S0滑坡体为例，研究水电工程中对电站建设、运行存在隐患的大型滑坡的研究及设计思路：

（1）分析滑坡体的地形地质特征，进行针对性的勘探，初步确定其形成机制，宏观判断滑坡体可能的失稳模式及变性特点。

（2）采用极限平衡等分析方法，随机搜索不稳定滑块的出露部位，以确定潜在的不稳定块体。

（3）根据潜在的不稳定滑块的分布特征，采用多种支护形式有针对性地确定滑坡体工程治理措施的实施区域。

（4）建议认真做好监测工作，重点监测施工过程中和电站运行期滑坡体的位移、变形、地下水等动态变化情况。

[1]陈祖煜.土质边坡稳定分析原理方法程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

张宇 男 工程师中国水电集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙 410014

姜湘兰 女 高级工程师中国水电集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙 410014

陈新 男 助理工程师中国水电集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙 410014

李尚高 男 教授级高级工程师中国水电集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙 410014

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