西部某水电站库区HP08滑坡形成机制及稳定性分析

包 健，贾 东，杨 贤

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

经过70年的发展，中国在水利水电工程建设方面取得了巨大成就。据统计，截止2019年，全国已建成的水库98 822座，总库容8 953亿m3，其中大型736座，中型3 954座，小型94 132座[1]。在水利水电行业高速发展的同时，库区岸坡稳定一直是水利水电工程安全重点关注的问题之一[2]。1961年中国柘溪水库塘岩光滑坡失稳并激起涌浪导致多人死亡，该滑坡是我国建国后首例水库蓄水引发的大型滑坡[3]；2003年7月13日，三峡库区秭归县千将坪村发生了山体基岩滑坡，巨大的滑体截断了100多米宽的青干河，造成千将坪村14人死亡, 10人失踪[4]；2018年10月10日和11月3日，西藏江达县白格村金沙江右岸先后2次发生滑坡堵江事件，溃坝洪水给金沙江上游沿岸居民及其生产和生活设施带来严重灾害[5]。鉴于库区滑坡发生后造成的巨大人员及财产损失，在拟建水电站前期工作中，开展库区滑坡等不良地质体的形成机制及稳定性分析工作至关重要[6-7]。

本文以中国西部某水电站库区HP08滑坡为研究对象，在遥感解译、现场调查的基础上，对该滑坡的空间展布、规模、边界分区及变形机制等进行了分析研究，并采用地质定性分析及量化评价方法[8]，对不同工况下该滑坡的稳定性进行分析评价，以期为库区岸坡稳定性防治对策提供地质依据[9]。

1 滑坡特征

1.1 空间展布及规模

HP08滑坡发育于西部某水电站库区干流与支流交汇处北岸的斜坡带上，距拟建坝址约50 km。滑坡在平面呈“簸箕”分布，后缘呈不显著的圈椅状地貌，HP08滑坡全貌如图1所示。滑坡分布高程3 810.00～4 200.00 m，总体呈现上部缓、下部陡的特征。滑坡前缘沿江宽约1 000 m，轴线方向长约660 m，出露面积约0.45 km2，滑体厚度约为20～60 m，估算体积约1 200 m3，属特大型滑坡。

图1 HP08滑坡全貌(镜向下游)图

1.2 边界特征

HP08滑坡后缘边界大致位于后缘缓坡根部地带以上，表层覆盖坡积、崩积成因的碎块石土。滑坡前缘位于临江地带公路路面以下的河床附近。受工程开挖及浅表层塌滑覆盖等影响，前缘剪出口部位已基本被覆盖。此外，该堆积体前缘存在浅表层次级滑体，HP08滑坡工程地质剖面如图2所示。

图2 HP08滑坡工程地质剖面图

滑坡上游侧边界受微地貌控制，基本沿上游山梁东侧的凹槽展布；下游侧边界在地貌上不明显，但滑坡堆积体与基岩的接触界面明显，HP08滑坡下游侧边界如图3所示。

图3 HP08滑坡下游侧边界图

1.3 物质组成及结构特征

HP08滑坡堆积体主要分布于3 820.00～4 200.00 m高程段，堆积物由块石、碎石土、黏土质砾构成，其中细粒土所占比例较大。前缘高程3 820.00～3 840.00m为道路内侧开挖部位，表层土体结构较松散，局部塌滑明显，且沿公路内侧有多段区域有地下水流渗出。高程4 200.00 m以上既是基岩出露区，同时也是滑坡早期滑动所形成的滑坡后壁。

根据地质调查及两侧边界的揭露情况推断，滑带总体位于碎石土与底部的砂质板岩的分界处，该滑坡中、上部是追索层面“顺层”发育的，在中、下部则是追索顺倾岩层滑移弯曲产生的“X”破裂面中的缓倾外节理切出的。浅表层塌滑的次级滑带又是在滑坡堆积体内发育的。因此，构成滑带的物质主要是含黏土或砂质砾类，颗粒以粗粒为主。

滑体由前缘至后缘呈薄～厚～薄的厚度变化特征，前部一般厚度 15～20 m，中部堆积厚度40 m 左右；横向上滑坡堆积体表现为中间厚两侧薄的特点。

根据滑坡上、下游边界处的地质露头，HP08滑坡滑床主要是侏罗系中、上统拉贡塘组(J2-3l)粉砂质板岩，岩层中-陡倾坡外，产状NW290°SW∠55°～75°。滑床形态总体是中后部陡、前缘稍缓的特征。滑床基岩中还发育两组结构面，一组缓倾坡内或坡外，产状为NE80°NW∠9°；一组陡倾上游，产状NE280°NW∠77°，层面与这两组结构面组合可以形成满足变形破坏边界的不稳定块体。滑床基岩发育的结构面见图4。

图4 滑床基岩发育的结构面图

1.4 变形破坏特征

(1) 地表调查

野外调查表明，HP08滑坡整体变形破坏现象不明显，但滑坡前缘受河流水流的侵蚀、冲刷及修路开挖等影响，平台前缘中下部坡体浅表层的塌滑破坏较明显。滑坡浅表层的稳定性总体较差。

(2) InSAR变形监测

图5 HP08滑坡InSAR形变图

利用遥感手段获得的该滑坡2019年05月05日至2020年04月09日InSAR变形监测成果(见图5)可以看出，该滑坡具有一定的形变位移迹象，尤其是在滑坡前缘和中前部位。其中，滑坡前缘形变方向远离视线方向，其位移量约为30 mm；滑坡中部形变方向靠近视线方向，位移量在20～30 mm。通过对滑坡各部位布置监测点对HP08滑坡进行时序监测(见图6)表明，滑坡前缘的位移量为26～31 mm，中部的位移量为-16～-23 mm，后缘的位移量为25 mm。综上认为，HP08滑坡在现状条件下浅表层变形破坏明显，前缘以及中上部地形转折的缓坡平台台缘附近稳定性较差，与地质调查结果一致。

图6 HP08滑坡InSAR监测结果图

2 滑坡形成机制

HP08滑坡的形成是顺向坡岸段薄层状结构的岩体在特殊地貌条件下经受河流长期侵蚀、下切作用的结果，其形成过程大致经历了斜坡坡脚侵蚀、河谷展宽阶段；斜坡岩层顺层复合变形阶段。滑坡形成阶段如图7所示，其具体演化过程如下：

(1) 斜坡坡脚侵蚀、河谷展宽阶段

HP08滑坡所在岸段特有的河口地貌条件，岸坡受干流与支流的双重侵蚀作用，由薄层状砂质板岩构成的顺向斜坡坡脚部部位逐渐变陡，河谷进入展宽阶段。

(2) 斜坡岩层顺层复合变形阶段

在河流的侧蚀和下切演化过程中，具备“三向临空”条件的顺向岸坡段一方面受卸荷回弹、层间松弛及重分布应力的影响，在临空面附近的浅表层岩体内产生了强烈的应力分异，岸坡坡肩部位因拉应力集中逐渐发育板状岩层的弯曲-拉裂变形，岸坡中下部位尤其是坡脚部位则因剪应力集中容易产生沿层面的压致拉裂变形，并随岸坡上部岩层倾倒变形程度的不断增强，在岩体内部出现层面逐渐开裂和层间粘接不断降低的现象。另一方面，随河流侧向侵蚀过程中层状岩体坡脚带“抗力体”部分的侵蚀减薄和临空面的变陡，重力作用产生的顺层下滑力分量也在不断增强，并进一步促进了浅表层岩体中层间错动和滑移的发育。顺向岸坡坡脚附近的岩体因受到层间滑移产生的顺层挤压力从而产生表层的弯曲隆起变形。如此就形成了岸坡上部的坡肩部位为“弯曲-拉裂”变形而岸坡下部的坡脚附近为“滑移-拉裂”变形的组合形式。

图7 HP08滑坡形成演化模式图

(3) 滑坡形成阶段

随着顺倾岸坡段浅表层岩体的层间滑移和顺层挤压，斜坡下部坡脚附近岩层不断隆起并逐渐形成2组共轭发育的“X”型破裂面。浅表层岩体的层间滑移，可以通过逐渐追踪层面和“X”型破裂面中倾向坡外的一组面后形成贯通性的滑移破坏面并产生滑坡，导致河道堵塞。在HP08滑坡上游边界高出河面15 m处存在多层“纹泥”(见图8)，推测为滑坡堵江事件形成的堆积物。

图8 HP08滑坡上游边界附近堆积物特征图

3 滑坡稳定性分析

3.1 地质定性分析

HP08滑坡位于支流汇入口转弯处，坡度总体较陡、前后缘落差较大，河流冲刷等对滑坡稳定性不利。受河流冲刷、降雨和工程开挖改造等的影响，现状条件滑坡变形主要集中在前缘浅表层，已发生多次塌滑破坏。水库蓄水后，正常蓄水位3 892.00 m以下滑体入水方量较大，淹没于水下的部分高达70 m，长期浸泡和水位的季节性变动都不利于滑坡的稳定，整体稳定性较差。因此，HP08滑坡在库水位的作用不仅存在一定规模的塌岸，同时也存在一定规模失稳、甚至堵塞河道的可能。

3.2 量化评价

综合滑带土强度参数中型剪切试验、基于滑带土原状样物理指标与仿真分析，结合工程类比，建议的HP08滑坡计算参数具体见表1。

表1 HP08滑坡稳定性计算参数建议值表

图9 蓄水前HP08滑坡稳定性计算模型图

工程区地震基本烈度为Ⅶ度，水平地震系数取Kh=0.103，地震作用效应的折减系数按有关规范取0.25。HP08滑坡稳定性计算以控制性纵剖面为依据(见图2)，建立HP08滑坡蓄水前后计算模型如图9～10所示。基于刚体极限平衡法(简化Bishop法、修正Janbu法及M-P法)，选用天然、暴雨、地震工况按照条分法理论及方法分别对蓄水前后边坡稳定性进行计算，计算结果见表2。圆弧搜索法计算的滑坡前缘在不同工况下的局部稳定性系数见表3，暴雨工况下最危险潜在滑动面如图11所示。

图10 蓄水后HP08滑坡稳定性计算模型图

表2 HP08滑坡整体稳定性计算结果表

表3 HP08滑坡前缘局部稳定性计算结果表

图11 HP08滑坡蓄水后最危险圆弧滑动面(暴雨)图

由表2、3的计算结果可以看出：蓄水前HP08滑坡天然工况处于整体稳定状态，暴雨与地震工况体处于基本稳定状态；前缘局部天然条件下稳定性差，暴雨及地震工况处于不稳定状态，会发生局部塌滑。蓄水后滑坡在天然、暴雨、地震工况下整体处于基本稳定状态；滑坡体前缘稳定性较差，不同工况均处于不稳定状态。

4 结论与建议

HP08滑坡属于由中陡顺倾岩层滑移弯曲、倾倒变形复合形成的一类岩质滑坡。稳定性计算表明，蓄水前、后不同工况下，滑坡整体处于稳定—基本稳定状态；滑坡前缘在不同工况下处于欠稳定—不稳定状态，有失稳的可能。影响滑坡体稳定的主导因素是暴雨。若发生一定规模滑坡失稳或坍塌可能会造成支库的堵塞，从而影响水库正常运行，建议采取以下措施：

(1) 加强HP08滑坡的监测、巡视，为进一步分析滑坡稳定性和预警、预报以及防范决策提供依据。

(2) 在滑坡体后缘及坡面设置导排水设施，控制诱滑因素，前缘采取必要的抗滑支护措施。