李宜
【摘要】某水电站滑坡体位于永久改线道路一侧,通过现场查勘,其地形地质条件复杂,不确定因素多。为确保该水电站蓄水期永久改线道路畅通和水工建筑物运行安全,需制定切合现场实际的滑坡体治理方案。通过对该滑坡地形地质条件和变形特征综合分析,根据不同工况采用不同计算方法进行边坡稳定性分析,以确定该滑坡体控制工况,从而制定相应的滑坡体治理预案。该滑坡体治理后,通过变形观测及监测数据分析,目前滑坡体整体处于稳定状态。
【关键词】滑坡体;变形特征;稳定分析;工况
1、滑坡体概况
某电站采用引水式开发,开发任务为发电,兼顾灌区供水的作用。电站装设3台140MW(最大容量150MW)的水轮机发电机组,总装机容量420MW。该水电站由首部枢纽、引水建筑、厂房枢纽三大部分组成。挡水工程拦河大坝为砾石土心墙坝,坝高147m,库容5.35亿m3,列同类型大坝世界第三;引水隧洞全长16.15km,直径9m;调压井井深175m,直径22m,列亚洲第一。
该滑坡体位于河道右岸,距坝轴线下游约850m,分布高程2050.00m~2780.00m,縱向长约1200m,呈长葫芦形分布。该滑坡为覆盖层滑坡,钻孔揭示滑体厚度一般为25m~30m,最厚为35.5m,方量约800万m3。
2、滑坡体地质地形条件
滑坡滑体按物质组成和结构状态的不同自下而上分为两层,第①层分布于滑体中下部,主要由灰黄色碎石土组成,厚度为20~25m。该层块石一般6cm~10cm,约占30%~40%;碎石一般2cm~4cm,约占40%~50%;黄色粉质粘土约占20%。第②层分布于滑体上部,主要为黄色含块(碎)石粘质粉土,厚度为6m~10m。该层块石一般5 cm~9cm,约占10%~20%;碎石一般1cm~3cm,约占30%~40%;角砾10%~20%;其余为黄色粉质粘土。钻孔中均未揭示到具有明显滑动迹象的底滑面,或连续分布的软土层(滑带物质),滑面特征不明显,初步判定以基覆界面为滑坡底界。
滑床基岩地层为三叠系上统侏倭组第一亚层(T3zh1),主要岩性为灰色变质石英砂岩、深灰色绢云母千枚岩、深灰~灰黑色炭质千枚岩,地层总体产状为N40°~60°W/NE∠60°~75°,岩体风化卸荷强烈,岩体破碎、结构松弛。
根据该滑坡地形地质条件和变形特征的不同,可将其分为3区:
Ⅰ区为前缘变形挤压区,位于滑体下部及前缘部位,分布高程2050.00m~2260.00m,呈长三角形展布,地形坡度较陡,平均坡度为35°~40°,局部为45°;该区临空条件较差,仅前缘三角部位有宽约20m~40m的冲沟临空,两侧为浑厚的基岩山脊,对滑坡前缘具有一定的阻滑作用,滑体在向下蠕滑过程中,受两侧山脊的阻挡和制约前缘坡体产生挤压变形,地形隆起,坡度变陡,并出现大量的纵向裂缝和部分鼓张横向裂缝。
Ⅱ区为变形拉裂区,位于坡体中部,分布高程2260.00m~高程2600.00m,厚度一般为25m~35m,平均宽度为250m~350m,地形坡度变化较大,局部地形较陡,平均坡度为30°~35°;该段坡体变形较大,多处可见横向拉裂缝,张开度一般为10cm~20cm,最大张开为50cm, 侧向裂缝延伸最长可达250m,最大错距为10m,坡体上居民房屋多开裂倒塌,现已废弃。据民访调查,该段坡体每年雨季均有不同程度开裂和变形现象,坡上居民已于1992年迁移。
Ⅲ区为变形影响区,位于坡体上部,分布高程2600.00m~2785.00m,平均宽度为400m~500m,地形坡度约为25°~28°,多为坡耕地,据现场地质及民访调查,该坡段变形拉裂不明显,延伸较长、开度明显的拉裂缝分布稀少,仅后缘有两条明显的拉裂缝分布,但没有形成贯通的后缘拉裂面或滑坡后壁。
3、稳定分析计算
3.1计算程序及计算方法
计算程序采用 “土石坝坝坡稳定计算程序STAB2008”,该程序计算方法满足《碾压式土石坝设计规范》的有关规定,坝坡稳定安全系数采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算,对于地震工况,采用拟静力法。
3.2计算程序及计算方法
计算参数采用地质提供的岩体物理力学参数,见表1:
3.3计算剖面
滑坡体纵向地质剖面共有5个,分别为纵1~纵5剖面,每个剖面间距80m。由于两侧的纵1和纵5剖面较短,厚度较薄,不具有代表性,计算仅分析了纵2、纵3和纵4三个剖面的稳定性。
表一:滑坡体稳定计算参数表
分 类 名 称 天然工况 暴雨工况 天然容重 饱和容重
凝聚力 摩擦角 凝聚力 摩擦角
c(kPa) φ(?) c(kPa) φ(?) ρd(g/cm3) ρsat(g/cm3)
② 含块(碎)石粘质粉土 36 8 29.55 16.55 1.66 2.00
① 块碎石土 59 27 51.5 23.65 1.83 2.15
基覆界面(滑动面) 59 26 51.5 22.75 1.83 2.15
3.4计算工况
根据规范要求,边坡计算按持久状况、短暂状况、偶然状况分别计算正常(天然)工况、暴雨工况和地震工况。由于坝区地处干旱河谷,降雨稀少,结合滑坡体近两年的监测资料情况,暴雨工况下滑坡体全饱和的可能性较小,因而对于暴雨工况下滑坡体的饱和情况进行了敏感性分析。
3.5计算成果及分析
(1)在天然工况下,纵2、纵3、纵4剖面沿基覆界线整体稳定,纵2剖面由于在边坡上部高程局部边坡较陡,边坡上部局部圆弧滑动最小安全系数为0.97,但是纵3、纵4在边坡上部最小安全系数为1.07,综合分析,纵2剖面上部局部块体不稳,不影响边坡的整体稳定性,因此在天然工况下滑坡体是整体稳定的。
(2)在地震工况下,纵2、纵4剖面沿基覆界线整体稳定,縱3剖面最小安全系数为0.99,小于允许最小安全系数,但是由于纵2、纵4沿基覆界线是稳定的,且稳定系数较高,由此可推得滑坡体在地震工况下是整体稳定的。局部圆弧最小安全系数显示,纵2、纵3、纵4在边坡中、下部是稳定的,但是边坡上部由于局部边坡较陡,局部出现不稳定块体。
(3)在暴雨全饱和工况下,纵2、纵3、纵4剖面沿基覆界线最小安全系数都小于允许最小安全系数,均不稳定。纵2、纵3、纵4剖面局部圆弧滑动在边坡上部、中部、下部均小于允许最小安全系数。由此可见,在强降雨全饱和工况下整个滑坡体处于不稳定状态。
(4)在暴雨土体饱和深度分别为1m、5m、10m工况下,纵2、纵3、纵4剖面沿基覆界线最小安全系数都大于允许最小安全系数,边坡整体是稳定的。由于边坡上部较陡,因此局部圆弧滑动在边坡上部均小于允许最小安全系数。
根据滑坡体边坡稳定计算成果,边坡稳定控制工况为暴雨工况,在暴雨工况土体全饱和的情况下,边坡将整体失稳;在暴雨工况土体饱和深度10m(覆盖层深度的1/3~1/2)的情况下,边坡整体稳定,局部坡度较陡部位安全系数不满足规范要求,可能出现掉块、坍塌、滑动等,不影响边坡整体稳定性。
4、滑坡体处理方案
(1)在雨季来临前完成坡面截排水设施,主要包括:在滑坡体边界范围以外1m~2m位置沿周边布置一条截水沟,截面净尺寸为50cm×50cm;在坡面上每100m顺坡方向布置一条泄水槽,泄水槽截面净尺寸为50cm×50cm;在坡面上布置排水孔,间排距3m,孔深4m,孔内埋设排水盲管。
(2)为防止局部表面拉裂缝部位雨水下渗,在雨季来临前完成滑坡体表面拉裂缝的回填封闭(可采用表层粉质粘土进行回填)。
(3)滑坡体总体呈上宽下窄的“V”字形分布,出口两侧锁口部位的基岩对滑坡体下滑起到阻滑作用,该部位基岩的稳定对滑坡体的稳定起到至关重要的作用,因而拟对该部位高程2015m~2105m,顺河长度250m范围进行以下处理:滑坡体出口两侧基岩采用100t锚索及框格梁进行加固,锚索间排距6m,锚索长30m。
(4)对公路桥内侧顺河向长约100m范围边坡布置修建衡重式混凝土或浆砌石挡土墙,墙顶宽度1.5m,墙底宽度3.5m,墙高11m。挡土墙内部预埋2排、间排距3m的直径PVC排水管φ50,以排泄上部降雨积水。挡土墙可对上部局部垮塌的土体适当抵挡,防止土体直接下滑至河谷,影响公路和水工建筑物的安全。
5、结论
通过工程治理后,对滑坡体设立了5条监测断面(横向2条,纵向3条),共14个外部变形观测墩,13个测斜孔(4#墩部位无测斜孔)。根据滑坡体內外观监测数据分析,目前滑坡体整体处于稳定状态。
参考文献:
[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年1月.SL274-2001,碾压式土石坝设计规范[S]