西藏某水电站近坝库岸滑坡稳定性分析与评价

曾荣福， 肖万春， 史国坤

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司， 贵州 贵阳 550081)

我国自20世纪80年代以来，滑坡灾害呈逐年加重的趋势，到目前为止，凡是有工程活动的山岭地区，几乎都有滑坡灾害发生，滑坡给人民生命财产造成极大的损失，而且严重影响水库、电站等基础设施的安全运营。

水库库岸稳定性[1-6]与水库蓄水及水位变化及水库长期浸泡有很大的关系，水库在蓄水过程中，水位的上升或下降逐渐改变库岸边坡的水位埋深，同时土质边坡受库水影响，土体物理力学性质逐渐改变，影响着库岸土质边坡的稳定性。水库蓄水后，由于水位上下变动或因风浪作用，对库岸边坡不断掏蚀、冲刷，使水面附近的岸坡被掏空，上部的岩土体失去支撑，就会发生库岸局部塌岸再造或滑坡。

本文以西藏某水电站工程为背景，针对近坝库岸堆积体边坡的变形现状，通过勘探、物探、试验及变形监测[7-9]资料，对滑坡堆积体变形破坏机制[10-12]及成因[13-14]进行了分析，对滑坡堆积体在不同工况下，通过采用极限平衡法及有限元[15]强度折减法进行稳定性计算[16]分析，验证了滑坡堆积体的变形破坏形式与变形监测相吻合。

因滑坡堆积体规模巨大，距坝较近，其稳定性对电站安全运行有重大影响。因此研究该滑坡堆积体稳定性具有重要的意义。

1 基本地质条件和物质组成

西藏某水电站滑坡地处库区右岸，其下游边界距坝轴线约2.0 km，呈三角扇形分布，分布高程3 369 m～3 725 m，高差356 m，面积约0.22 km2，最大厚度约70 m，体积约865×104m3。电站于2015年11月下闸蓄水至死水位，12月中旬堆积体出现变形开裂现象，滑坡堆积体下游侧前缘局部出现多条横向裂缝，中上游侧局部呈圈椅状，后缘及上下游侧出现不连续小型张裂缝，随变形发展，各裂缝逐渐加宽，后缘延伸连续呈圈椅状并形成错台，至裂缝全贯通。

1.1 基本地质条件

(1) 地形地貌。如图1所示，在平面图上，该滑坡堆积体呈三角扇形，由上游侧冲沟及下游侧基岩山脊与扎曲河流相互所围成的界限，其中上游侧冲沟切割山体深度为5 m～30 m；从纵向上看，滑坡堆积体呈现为较为典型的陡-缓-陡地形地貌特征，在3 660 m高程以上，堆积体后缘基岩地段地形坡度为40°左右； 3 660 m ～3 520 m高程之间堆积体总体坡度为20°，其中堆积体上部3 620 m高程一带有一小缓坡平台，地形坡度约3°～10°；3 520 m～3 500 m高程一带为宽缓平台(坡度4°)，平台长度90 m，宽度60 m左右；3 500 m以下地形较陡，坡度为35°～50°。向下游方向，中部缓坡逐步降低(地形坡度约20°)，到居民点缓坡平台高程为3 440 m，平台长度90 m，宽度50 m左右。

图1 滑坡堆积体工程地质平面图

(2) 地层岩性和构造。与滑坡堆积体有关的地层主要为侏罗系下统査郎嘎组(J1ch)砂岩、泥质粉砂岩与泥岩、粉砂质泥岩互层。堆积体分布区大型断层及褶皱构造不发育，岩层产状为N45°～78°W，NE∠50°～70°，岩层倾向上游偏左岸，为斜—顺向坡。其他次级构造以层间挤压错动带和节理裂隙为主。节理裂隙以陡倾垂直岩层面者较为发育，一般延伸5 m～20 m。

(3) 水文地质条件。滑坡堆积体无泉水出露，水库蓄水前河水位高程为3 369 m左右，目前水库蓄水至3 418 m高程，堆积体处水位抬高了约49 m，约占整个堆积体高度的1/5。根据钻孔揭示，堆积体前缘地下水位受库水控制，基本与库水持平，中、后部堆积体底界高于地下水位，地下水位于基岩内，水力坡降为4%左右。

1.2 物质组成

根据地质测绘及钻孔揭露，堆积体铅直厚40 m～68 m。主要由①粉土质砾、②碎石混合土、③混合土块碎石、④孤块石层、⑤层状巨块石及⑥砂卵砾石层等组成，整体结构较为紧密；滑带土主要为②碎石混合土，前缘接触带处于饱和状态，后缘接触带处于非饱和状态；下伏基岩主要为侏罗系下统查郎嘎组(J1ch)紫红色泥岩与石英砂岩互层。根据工程地质剖面图(见图2)，堆积体与基岩接触面形态为斜坡形态，坡度约23°左右。

图2 滑坡堆积体典型地质剖面(A-A′)图

2 滑坡堆积体成因

根据地形地貌、岩土体结构及其分布特征来判别，该堆积体属于老滑坡堆积体，可能经历过二次滑坡。

首次滑坡成因，当扎曲河下切至高程约3 350 m时，临河地形条件较陡，边坡岩性主要为泥岩，岩体质量软，河床至一级坡肩高程差为460 m左右。由于边坡为顺向至斜向坡，岩层倾角为中陡倾，且构造挤压作用强烈，岩石风化强烈，节理较为发育，岩体结构破碎，全风化与强风化岩体深度大，边坡稳定条件差。在地震、降雨等条件下，造成了边坡岩土体的失稳，并发生了首次巨大规模的滑坡现象，形成了规模巨大的滑坡堆积体。滑坡体前缘宽度约500 m，滑坡体的后缘高程约3 820 m，滑坡体中部约3 620 m高程形成了缓坡平台，形成的滑坡后壁高度约200 m。

再次滑坡成因，首次滑坡前缘延伸至河床，并覆盖在河床的砂卵石上，抬高河床或堵塞河床。后来，河床经过了下蚀、侧蚀作用，首次滑坡体的前缘被下蚀、侧蚀切脚，岸坡变陡，边坡不稳定，在地震、降雨等条件下诱发，在首次滑坡成因的滑坡体上，发生了再一次滑坡。滑坡体前缘延伸至河床，滑坡体后缘高程约3 600 m，并在滑坡体中部高程约3 510 m及3 440 m形成了较大的缓坡平台，形成的滑坡后壁高度约90 m。再次滑坡后，滑坡堆积体前缘又经过河流的下蚀、侧蚀作用改造，最终形成了现今的地形地貌。

自电站蓄水位至3 413 m后，堆积体产生了蠕滑现象，在老滑坡堆积体的周边形成了贯通性的张裂缝，目前滑坡堆积体还在继续变形中，但变形速率在逐渐减小。

3 滑坡堆积体变形迹象及监测

3.1 滑坡堆积体变形迹象

水库蓄水后，堆积体前缘岸坡出现裂缝，冲沟内的后缘边坡区域沿基岩与覆盖层接触带可见多条裂缝，裂缝呈羽状多级展布，大部分裂缝发育方向与沟边线基本平行，裂缝宽度最大约为5 cm。两个月后调查整个堆积体后缘裂缝发育情况，发现于3 660 m～3 670 m高程分布有较连续的裂缝，宽2 cm～20 cm，最大延伸长约130 m，于后缘面呈弧状展布。后期根据地质测绘，发现滑坡堆积体整体和局部变形非常明显，其前缘与后缘裂缝为贯通状态，宽30 cm～100 cm，平均变形速率11.6 mm/d，堆积体主要表现为整体蠕滑和前缘塌岸的变形现象。根据裂缝分布的特点，变形分为三个区域，见图3。

图3 滑坡堆积体分区图

变形Ⅰ区变形明显，该区可见多条顺河向裂缝，此外受前缘变形牵引，堆积体的下游侧边界基岩与覆盖层交界面附近，同时出现了多条张开的裂缝。整体上该区开裂成因为水库蓄水后，堆积体前缘受库水作用产生了一定规模的库岸再造，前缘的变形牵引堆积体Ⅰ区后缘张裂。根据裂缝圈定的可能影响范围长约130 m，宽约170 m，体积约50万m3。

变形Ⅱ区处于滑坡堆积体上游侧，该区变形裂缝宽度延伸长，边坡的后缘与上、下游，表现为圈椅状发展趋势，接近于贯穿状态，目前裂缝最大宽度约为100 cm，最大下错为83 cm，后缘变形区域已至地形缓陡交界处。根据裂缝圈定的可能影响范围，长约300 m，宽约250 m，体积约115万m3。

变形Ⅲ区处于滑坡堆积体的中、后缘，其后缘形成的沟槽裂缝于基覆接触带处像羽状多级分布，下游侧边界裂缝多沿沟槽分布，后缘裂缝最高分布于3 700 m高程一带。水库蓄水至3 415 m左右，对应堆积体部位水库水位抬升约46 m，后缘张开的裂缝呈圈椅状，宽度变化由原发现时的20 cm～60 cm至现在的50 m～100 m之间，可见深度0.5 m～3.0 m之间，基本贯通，可见明显的错台。而堆积体中部裂缝张开不明显，宽度一般小于5 cm，长小于10 m，不连续，该区体积约700万m3。

3.2 堆积体变形监测

针对滑坡堆积体的地质情况和滑动趋势，为掌握边坡的稳定状态，共布置三条监测断面，15个永久混凝土表面观测墩，4个测斜孔。

根据永久表面变形观测数据分析，堆积体变形处于减缓的趋势，前缘变形量总体大于后缘，自蓄水6个月后堆积体变形有所减缓，堆积体位移速率由以前的10 mm/d～18 mm/d降低至当前的3 mm/d～5 mm/d。主要变形监测成果过程线见图4。

图4 表面位移测点Gcd1-1位移与时间变化过程线

当前后缘张裂缝宽65 m～120 m之间，可见深度0.5 m～3.5 m之间，基本呈贯通状，见明显下错现象。至2017年5月各观测点水平向最大累计合位移量为2 714.4 mm(Gcd1-1)，最大累计垂直位移为1 847.1 mm(Gcd1-1)，滑坡堆积体整体变形趋势为：倾向河床、略向下游(N68°E)。

对堆积体钻孔ZKj5、ZKj6、ZKj7、ZKj2进行测斜、监测，但随着时间推移，因测斜孔滑移面位置错断，各测斜孔陆续停止监测。根据监测数据，各测斜孔呈现向垂直于河床略偏下游的变形，ZKj5突变点位于45.5 m孔深，ZKj6突变点位于71.0 m孔深，ZKj7突变点位于51.0 m孔深，ZKj2突变点位于22.0 m孔深，均与 Qdel-①层碎石混合土对应。

3.3 堆积体监测分析

水库蓄水后，根据2016年1月至2017年5月变形监测资料显示，滑坡堆积体变形速率从2016年1月的10 mm/d～15.4 mm/d降低到2017年5月的1.2 mm/d～2.8 mm/d，目前各观测点为0.9 mm/d～2.2 mm/d，说明在现库水位条件下堆积体通过自身的变形调整，其稳定性在逐渐改善。

变形Ⅰ区内分布多条裂缝，根据监测资料，该区各监测点的变形速率从2016年1月的10 mm/d～15 mm/d降低到2017年5月的1.1 mm/d～2.1 mm/d，目前平均日变形量约为1.4 mm/d；裂缝变形趋于平缓，该区边坡变形有逐渐变缓的趋势。因前缘有多条平行河床的张裂缝，分析预测房屋一带变形Ⅰ区破坏形式为沿顺河向裂缝产生逐级牵引式垮塌，体积较小，不会影响水库的运行。

变形Ⅱ区周圈裂缝已基本形成，后缘见整体下错现象，累计变形量已有数十厘米。根据监测资料，该区各监测点变形速率从2016年6月的5.0 mm/d～10.0 mm/d降低到2017年5月的2 mm/d～3 mm/d，目前平均日变形量约为1.9 mm/d，当水位继续抬升或下降将会进一步影响其稳定性。结合剖面进行分析，塌岸总量小于死水位以下的库容，不会堵塞水库。分析预测其破坏形式将以蠕滑塌岸的方式调整至稳定，不会产生大范围高速滑坡涌浪。

变形Ⅲ区，坡体内裂缝较少，总体变形量均较变形Ⅰ区和变形Ⅱ区小。根据监测资料，该区各监测点变形速率从2016年1月的9 mm/d～15 mm/d降低到2017年5月的1.0 mm/d～2.0 mm/d，目前平均日变形量约为1.3 mm/d。

4 堆积体稳定性分析与评价

4.1 计算方法

堆积体距大坝2 km～3 km，水库边坡类别为B类。滑坡体对其下游电站大坝等建筑物存在一定的影响，其安全级别为Ⅱ级。

采用极限平衡法，对于圆弧滑动采用简化毕肖普法，对于折线滑动采用摩根斯坦-普莱斯法。计算软件采用理正岩土计算6.0。并采用有限元强度折减法，对失稳模式进行模拟。

4.2 边坡失稳模式及参数确定

(1) 边坡失稳模式。根据监测、测斜资料成果结合钻孔揭示情况分析，堆积体滑带土为碎石混合土层，确定堆积体以第①种模式(以堆积体下部碎石混合土的软弱层为底滑动带的深层滑动模式)滑动，为验证可能滑动模式②(前缘塌岸模式)的稳定状况，同时对其进行了计算复核。

(2) 参数确定。堆积体规模大，根据钻孔揭示，堆积体以砾质粉土、碎块石混合土、混合土块碎石、孤块石层为主，该堆积体计算参数主要结合室内试验、现场地质调查、物质组成，并结合相关规范、手册类比同类工程经验以及参数反算确定。堆积体发生了滑动现象，并且当前为蠕滑状态，有参数反演的条件，因此岩土体物理力学参数的选取主要依据试验数据及参数反算综合得出。

反算主要根据滑坡发育阶段确定堆积体的稳定系数，因堆积体周圈裂缝已经形成，滑动带已全部贯通，整体沿滑动面缓慢移动，滑坡堆积体稳定系数0.95≤K<1.00。按上述方法，确定的稳定性参数见表1。

表1 堆积体参数综合取值表

4.3 计算结果

4.3.1 极限平衡法计算结果

根据现场监测结果以及测斜孔成果显示，堆积体主要变形趋势是沿软弱层滑动，因此稳定计算将滑动模式①作为计算控制滑动模式，其余滑动模式只计算正常蓄水位持久工况。计算结果见表2。

表2 堆积体稳定计算结果表

计算结果表明，滑动模式①，在库水位自现有水位(3 415 m)上升至正常蓄水位(3 418 m)时，安全系数略有降低，其中持久及短暂工况安全系数在0.968～0.994之间，偶然工况在0.912～0.932之间。说明目前滑坡堆积体处于临界稳定状态，这也与堆积体的监测与测斜孔资料相吻合；而滑动模式②安全系数明显低于安全控制标准。根据监测资料，堆积体目前变形虽仍在持续发生，但无加速突变现象，堆积体不会产生大范围高速滑动。水库继续蓄水时堆积体的变形可能出现短时间的增加，但一段时间后会趋于稳定。

4.3.2 有限元强度折减法计算结果

本次运用PHASE2软件基于莫尔-库仑准则的有限元强度折减法，对堆积体在正常蓄水位状态下，进行失稳模拟，计算参数采用表1，边界条件采用底部固定约束的方式。

正常蓄水状态下，典型剖面稳定性系数为0.962，小于1.00，说明堆积体处于失稳状态。

堆积体正常蓄水状态下，典型A-A1′剖面强度折减至临界失稳时最大剪应变及总位移图如图5、图6所示。由图表明，正常蓄水状态下，堆积体下部碎石混合土最大剪应变均较大，且临界失稳时下部碎石混合土层弱面的总位移较大，即认为正常蓄水状态下堆积体稳定性系数最低的滑面为下部碎石混合土层弱面，与极限平衡所得结果较接近，有限元强度折减法计算结果与极限平衡法计算结果相吻合。

图5 正常蓄水位3 418 m时堆积体最大剪应变云图

图6 正常蓄水位3 418 m时堆积体总位移云图

综合两种方法计算结果分析认为，该滑坡堆积体在3 418 m正常蓄水时，堆积体稳定性显著降低，沿覆盖层内部多层弱面、圆弧滑动。

4.4 稳定评价

(1) 天然状态。滑坡堆积体是在河流下切作用下，风化卸荷岩体边坡顺层滑坡形成的老滑坡堆积体，坡面植被良好，无开裂、变形现象，天然状态下，堆积体处于基本稳定状态。

(2)水库蓄水后。水库蓄水后，库水劣化了库水位以下滑带及土体的物理力学性质，诱发堆积体产生蠕变—蠕滑。根据堆积体前缘分布裂缝密度大、累计宽度大、变形监测变形量大等分析，水库蓄水，库水劣化了处于库水位以下堆积体前缘滑带及土体的物理力学性质，致使堆积体前缘首先蠕变、蠕滑、拉裂、塌岸，如此，降低了堆积体的抗滑力，产生了整体蠕变—蠕滑。

该堆积体为老滑坡堆积体，根据钻孔资料及剖面分析，堆积体整体岩土结构松散，滑带土为碎石混合土层，滑动剪出口位于河床，滑动面全贯通，滑动面倾角较缓，中前部约10°左右。结合监测成果，分析认为，堆积体不具备积累产生高速滑动能量的条件。

根据监测成果表明其蠕滑变形目前仍在发展，但变形速率已逐渐变小。随着库水的升降变化，变形速率可能会出现短暂的增加，并可能产生局部塌滑，但方量较为有限，预测堆积体的变形情况最终将会趋于稳定状态，不会产生高速滑坡的现象，同时也不会堵塞水库。

5 结 论

通过对堆积体的成因分析、变形监测，并对其进行稳定性计算分析，所得结论如下：

(1) 堆积体整体处于临界失稳状态，与监测数据相吻合，虽蠕滑变形目前仍在发展，但变形速率已逐渐变小。

(2) 堆积体的变形破坏模式为前缘塌岸模式及以堆积体下部碎石混合土这一软弱层为底滑动带的深层滑动模式。

(3) 随着库水的升降变化，堆积体变形速率可能会出现短暂的增加，并可能产生局部塌滑，但方量有限。

(4) 滑坡堆积体不具备产生高速滑坡的条件，同时也不会堵塞水库。