某水电站库区古滑坡稳定性分析

卢 民 陈子华 胡小光

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,云南 昆明 650051)

0 引言

随着国家西南地区一大批水电站的建设，对电站库岸稳定性进行研究已成为一项紧迫性工作。当电站完工开始蓄水后，库区内原有的部分滑坡、崩塌体等将被淹没。水会降低土体的抗剪强度参数，将降低这些不稳定地质体的稳定性。当电站在正常运行过程中，水位涨落将对已有滑坡和崩塌堆积体的稳定性产生不利影响，如果发生地震，地震产生的滑坡等次生灾害造成损失也很严重。本文以正在建设中的西南地区某水电站库岸古滑坡为例，在宏观地质判断的基础上，对该古滑坡进行了稳定性分析。计算分析时，取滑坡在天然状况水位380 m、施工期水位450 m和正常蓄水位600 m三种蓄水位工况，以及不考虑地震(地震系数Kh=0)和考虑8度地震工况(Kh=0.18)共6种组合，来进行稳定性计算分析。综合现场宏观地质判断及稳定性分析结果，全面评价了该滑坡在各种工况下的稳定性。

1 滑坡体基本特征

1.1 地理位置与空间形态特征

该滑坡体发育在正在建设中的西南某水电站近坝库段内，位置在江右岸。滑坡离坝址距离为22.6 km～27.0 km，体积为3 670万m3。滑坡所处江段，江水总体流向由N46°E转为N24°E。河谷深切，切割深度达1 500 m～1 800 m。

从空间形态来看，该滑坡前缘的物质已堆积到江边，高程为380 m～410 m。滑坡的后缘部分为一平台，高程为630 m～660 m，长约630 m，宽210 m～310 m，总体以3°～6°向坡内反倾；平台前缘临江斜坡较陡，坡度总体为36°～42°。

1.2 滑坡体物质组成特征

现场地质钻孔揭示：滑坡滑床基岩为志留系下统龙马溪组的泥页岩及粉砂岩。滑坡各层物质分别叙述如下：

1)表层滑坡堆积体：主要物质为二叠系阳新灰岩(P1y)，以及玄武岩(P2β)。主要为表层分布，大多数厚度为10.50 m～60.30 m，最厚的位置达到135.70 m。碎石的形状为棱角状，粒径大部分为4 cm～7 cm，最大粒径可达11 cm，结构呈松散状态。

2)主滑坡堆积体：主要物质为阳新灰岩(P1y)的碎石层，在滑坡的前缘、滑体的中部、上部等位置多有分布，是滑体物质的主要成分。厚度一般为33.67 m～75.01 m。

3)志留系地层为主的碎石层，原岩为泥页岩，主要在滑体的底部分布，厚度26.5 m～30.5 m。

古滑坡剖面图如图1所示。

2 滑坡稳定性分析

2.1 宏观地质判断

滑坡稳定性分析首先要进行现场的宏观地质判断。在此基础上，再对滑坡进行各种工况下变形与稳定性的计算分析，最后对滑坡的稳定性进行综合判断[1]。对于该古滑坡，主要从以下几方面进行定性分析：

1)通过实际现场勘察及查阅相关资料，没有发现古滑坡有复活以及变形破坏迹象；库区移民搬迁后人类活动对滑坡稳定性的影响也将大大减小。

2)该古滑坡经过高速滑动后，位能已经较低；上游侧沟深切，地表水排泄通畅；滑坡体物质为块碎石层，透水性好；滑面平缓，且水平段距离较长。

3)滑坡前缘堆积的大量阳新灰岩块碎石减缓了河流对坡脚的切割，降低了古滑坡复活的可能性。

上述分析表明该古滑坡目前处于稳定。但安全裕度有限，在水库蓄水及地震作用下，有滑坡的可能性。

2.2 滑坡稳定性计算

2.2.1模型与计算参数选取

依据滑坡结构特征，将滑坡体物质组成概化为三种，即：滑体、滑带和基岩。

稳定性计算时，需要先建立分析模型。根据地质专业提供的剖面图，在软件中建立的模型如下：计算剖面X轴方向的长度为1 860 m，Y轴方向的长度为750 m。土体材料考虑为弹塑性材料，强度破坏准则采用摩尔—库仑强度准则。

计算分析时的抗剪强度参数由现场实验并经工程类比后，经综合分析后确定。该滑坡进行过现场大型直剪试验，试验得到的抗剪强度参数值如表1所示。

表1 大型直剪试验抗剪强度参数

为较准确的得到抗剪强度参数，进行了参数的工程类比。类比对象选择为左岸谷肩的滑体以及滑带成果：滑带土天然容重γ=19.5 kN/m3，粘聚力c=22 kPa～52 kPa,内摩擦角φ=23°～26°；滑体土天然容重γ=20.5 kN/m3，粘聚力c=35 kPa～55 kPa,内摩擦角φ=30°～35°。

综合试验及工程类比参数，滑坡稳定性计算选取的参数取值如表2所示。

表2 滑坡稳定性计算参数取值

二维极限平衡分析法的分析结果通常作为稳定性判断和工程设计的依据[2]。根据SL 386—2007水利水电边坡设计规范中第5.2.7规定，对于土质边坡和呈碎裂结构、散体结构的岩质边坡，当滑动面呈非圆弧形时，宜采用摩根斯顿—普赖斯法(Morgenstern-Price)进行抗滑稳定计算。

本文对天然状况水位380 m、施工期水位450 m和正常蓄水位600 m三种蓄水位工况，以及不考虑地震(地震系数Kh=0)和考虑8度地震工况(Kh=0.18)共6种组合，来进行稳定性计算分析。水平地震系数的选取，用坝址区成果。依据滑坡体上进行的钻孔实验对滑带性状的揭示，软件计算时指定滑动面，即建模时在滑体下部设一层厚约0.5 m～2.3 m软弱层，其强度采用滑带处抗剪强度参数。蓄水到450 m和600 m浸润线位置利用GeoStudio软件中的Seep计算程序所得的结果确定。

2.2.2计算结果

对6种组合工况下采用极限平衡法计算得到不同滑面如图2所示。计算方法为摩根斯顿—普赖斯法(Morgenstern-Price)和Bishop改进法[4]。以长期稳定性安全系统1.5，短期1.25为标准，同时也推荐Taylor图表法和Bishop改进法进行检验。计算得到安全系数如表3所示。

表3 滑坡稳定性计算成果表

Morgenstern-Price法计算结果表明：该滑坡在天然状态水位380 m下，安全系数为2.72，表明滑坡整体很稳定。野外宏观地质调查也没有发现滑坡体有变形迹象，综合判断该滑坡体天然状态下为稳定状态。考虑地震作用时，稳定性系数1.75，仍然比较稳定；当施工期水位450 m时，滑坡稳定安全系数为2.62，与天然状态比较接近，滑坡整体稳定性很好；考虑地震作用时，稳定性系数1.53，仍然稳定；水库蓄水到600 m后，稳定性系数1.23，相比前两种工况下降达51%，处于暂时稳定状态。地震作用下安全系数为0.75，将发生滑坡。但由于在蓄水后，滑坡不具备整体高速下滑的条件，滑坡大部分物质已被库水淹没，滑动物质的势能将非常低，因此对工程不会有大的影响。

3 结语

本文对库区开展野外调查，大型原位试验以及稳定性计算，获得以下结论：1)综合现场宏观地质调查及稳定性计算的结果，认为该古滑坡在380 m和450 m自然工况下比较稳定。当发生地震时，两种工况计算下，滑坡处于不稳定状态。对滑动面的分析表明，滑动面积较大，必须引起足够重视。2)600 m蓄水和考虑地震后，稳定性大大降低，都将发生滑坡。但由于在蓄水后，滑坡不具备整体高速下滑的条件，滑坡大部分物质已被库水淹没，滑动物质的势能将非常低，因此对工程不会有大的影响。