司富生,胡 华,段君奇,杨 贤
(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)
摘 要：所述滑坡为黄河上游某水电站库区典型的岩质滑坡。通过分析滑坡形成的影响因素，推理其形成演化机制，最后通过计算对其各种工况下的稳定性做出了预测评价，同时也将滑坡稳定性对水位变化的敏感性进行了评判，对于该电站的安全建设具有指导性。
关键词：滑坡；影响移速；演化机制；稳定分析；敏感性分析
本文所论述的滑坡位于黄河上游某水电站左岸坝前，为一典型的岩质滑坡[1]。基于大量勘探资料，从滑坡基本特征等入手，分析确定影响滑坡形成的地形地貌、岩性、地质结构等因素，推理其形成的演化机制，进而评价水库蓄水后各种工况下滑坡的稳定性，并深入探讨库水位变化对其稳定性的敏感性[2]。成果对于该水电站的施工安全以及黄河上游水电建设同类边坡具有借鉴意义。
1.1 滑坡空间形态
滑坡体位于近坝库区左岸上游约310 m处，滑坡体呈不规则扇形，上、下游侧边界均为冲沟，后缘为第三系红层陡壁，平面面积约2万m2，滑坡地貌特征明显。主滑方向为NW345°左右，前沿剪出口高程在3 150.00 m左右，拔河高度30～40 m，后缘高程3 240.00～3 260.00 m，坡度约50°。剪出口下伏基岩以二长岩为主，岩体呈块状；上部以变质砂岩为主，呈层状结构，岩体多破碎；下游侧岸边为二长岩[3](见图1)。
1.2 滑面特征
根据分析，勘探平硐PD硐深28～33 m处揭露的产状7°∠26°的缓倾坡外结构面(拉裂缝)为滑坡的主滑面。
该结构面上盘面岩性为块状二长岩，下盘面则为岩层褶曲的薄层状板岩；在平硐上游壁结构面宽约1～5 cm，充填岩屑、岩块，下游壁宽约10～50 cm，主要充填粒径小于5 cm的岩块，夹1～2 cm的泥质。下游壁岩性以变质砂岩为主，泥化严重，力学性质较差。
图1 滑坡区工程地质平面图
2.1 影响因素
(1) 地形地貌
该滑坡的形成经历了漫长的发展过程，其中地貌因素为：因青藏高原在第三系以来的迅速隆起，黄河河谷深切呈“V”形河谷，河谷狭窄，岸坡陡峻，极易发生重力地貌现象[4]。黄河流向在此段由SW向逐渐转向NW向，由于属凹岸的左岸一侧长期受河流侧蚀作用，地质历史时期多次产生滑塌，造成现在左右两岸不甚对称地貌形态，滑塌也造成左岸坡度较右岸略缓，覆盖层厚度相对较大且植被相对发育。左岸虽然较右岸略缓，但总体岸坡陡峻，岩体完整性差，在河流侧蚀作用下极易产生临空面而下滑。而滑坡体上、下游的冲沟，切割地形的完整性，也为滑坡形成创造了有利条件。
(2) 地层岩性
滑坡区的变质砂岩以中厚层状为主，其中左岸岩层走向与岸坡近平行，倾向岸里，倾角较陡，故斜坡容易产生倾倒变形。
滑坡体后缘顶部覆盖少量第四系坡积土，滑坡后壁则主要出露第三系砾岩。滑坡体表面以崩坡积物为主，厚约1 m，下伏基岩以变质砂岩为主，斜坡前缘以中生代二长岩为主。
根据平硐揭露情况，滑坡下伏基岩(滑床)主要以变质砂岩为主，局部为二长岩侵入体。其中0～30 m洞段主要为二长岩，发育大量卸荷裂隙及少量缓倾结构面，30 m向洞内揭露的薄层状变质砂岩发育层间错动带，泥化现象严重。地表二长岩主要出露于滑坡前缘剪出口下部，发育少量的长大结构面。滑坡两侧冲沟揭露变质砂岩，距地表一定深度岩体破碎，风化严重。
(3) 地质构造
平硐揭露滑坡强卸荷岩体底界至洞内32 m处，卸荷裂隙发育，岩体风化严重；弱卸荷段主要发育层间错动带，薄层变质砂岩泥化现象严重。
根据分析，该滑坡为岩质滑坡，其形成主要受岩体结构控制。结合地表和平洞内大量的结构面统计结果，滑坡区优势结构面共4组(见表1，图2)。
表1 滑坡区优势结构面分组表
分组优势产状特 征1185°∠49°层面及层间错动带主要发育在变质砂岩中，局部地段层面变化较大(岩体已发生较大弯曲倾倒变形)2336°∠50°主要为卸荷作用下产生的卸荷裂隙，呈陡倾、中陡倾状352°∠66°在二长岩内发育较多311°∠28°缓倾坡外结构面，该组结构面发育较少，为底滑面490°∠81°该组结构面陡倾坡内上游侧，侧向切割面
图2 滑坡岩体结构面等密图
(4) 水文地质条件
勘探平硐内多条卸荷裂隙直通地表，与地表的水力联系密切，因无其他补给来源，分析认为洞内陆下水主要来源于降水。平洞内陆下水水量较大，在地下水作用下，薄层砂岩泥化现象严重，力学性质降低，易形成软弱结构面。地表水对滑坡的影响则为两侧冲沟在暴雨时形成的洪水、泥石流不断冲刷切割滑坡侧壁[5]。
2.2 滑坡形成演化机制
在黄河侵蚀下切作用下，形成陡峻的河谷地形，同时河弯的凹岸侧蚀作用，为滑坡的变形提供了有利的地形地貌条件[6]。后期由于上、下游侧冲沟的切割，使滑坡部位脱离上、下游两侧岩体构成单一孤立地质体。滑坡部位岩体破碎、植被发育，有利于地表水快速下渗进入到岩体中，加速薄层砂岩泥化和软弱结构面形成。变质砂岩岩层陡倾坡内，受重力作用，岩层弯曲倾倒变形，倾倒引起岩体的弯曲-拉裂，在滑坡底滑面逐渐形成后则进入第2阶段即滑移-拉裂阶段，最终发展演化结果为弯折岩层底部拉裂并贯通，在诱发作用下(强降雨或地震)，以贯通面为滑动底面形成滑坡[7](见图3)。
图3 滑坡主断面图
分析认为，滑坡形成第1阶段为岩层倾倒引起的弯曲-拉裂[1]，在滑坡底滑面逐渐形成后则进入第2阶段即滑移-拉裂阶段，最终形成滑坡。
(1) 弯曲-拉裂阶段
主要发育在陡立或陡倾坡内的层状岩体中，陡倾薄层岩体在自重弯矩作用下，表部开始向临空方向作悬臂梁弯曲并逐渐向坡内发展(见图4)。板梁弯曲剧烈部位产生折裂，随折裂不断发展，逐渐贯通形成与坡面近平行的裂隙(折裂面)，最终形成滑面。平洞内变质砂岩段弯曲现象严重，岩层下部陡倾、上部弯曲成近水平状。
(2) 滑移-拉裂阶段
主要发生在缓倾坡外层状体斜坡或块状斜坡中，斜坡岩体沿下伏软弱面向临空方向滑移[8]，并使滑坡体拉裂解体(见图5)。弯曲-拉裂阶段形成的折裂面，在地下水等作用下形成软弱结构面，斜坡进入滑移-拉裂阶段，斜坡变形破坏主要受软弱面控制，其进程取决于滑移软弱面的产状及特性。在滑坡体滑移过程中，坡体出现大量拉裂状卸荷裂隙。
图4 弯曲-拉裂破坏图
图5 滑移-拉裂破坏图
滑坡上游边界冲沟切割相对较浅，下游冲沟切割深，规模大，前缘出口段坡度较陡，阻滑能力较差。滑坡体地表植被发育，树木呈醉汉林状，存在大量马刀树现象，且表面坡积物质松散，降雨下渗速度快[9]，不利于坡体稳定。滑坡后缘坍塌现象频繁，尤其在雨季降水作用下，坍塌加剧了边坡的不稳定性。另据平洞揭露，洞内软弱结构面力学性质低，洞口岩体卸荷裂隙发育，岩体破碎。从上述种种迹象判断，滑坡为一岩质古滑坡，宏观判断滑坡目前处于稳定状态[10]。
(1) 计算方法
计算采用刚体极限平衡法，计算时视滑体为均质刚性体，不考虑滑体本身的变形，指定滑面，且将地面、滑动面简化为折面，将均布力简化为集中力，并按折线的形状将滑坡体进行条块划分，采取不平衡推力传递法计算稳定系数[11-13]。
(2) 计算剖面
滑坡稳定性计算考虑天然条件、水库蓄水后不同库水位以及地震、库水位骤降等各种工况，选取滑坡主滑方向的纵断面为计算剖面(见图6)。
(3) 参数选取
滑坡体下伏基岩主要为变质砂岩和二长岩，二者力学性质相近，根据岩体力学试验成果取滑体参数为：天然密度ρ=2.75 g/cm3，饱和密度ρsat=2.76 g/cm3。
滑面参数结合平洞揭露滑面特征，滑面参数按岩屑夹泥型结构面建议值选取，即天然状态下，f=0.50，c=50 kPa；饱和状态下，f=0.45，c=20 kPa。工程区地震设防烈度为Ⅶ度(按Ⅶ度复核)，地震水平加速度为0.2g。
(4) 计算结果及分析
图6 滑坡纵剖面图
黄河天然水位约3 089.00 m，剖面处滑坡前缘高程3 135.00 m。蓄水前稳定性计算表明，天然状态下滑坡的稳定性系数为1.230，处于稳定状态；地震荷载作用稳定性降至1.176，边坡仍处于稳定状态。
(5) 库水位敏感性分析
蓄水后库水位上升情况下，由于静水压力随库水位增加而增加，滑坡稳定条件变差。为分析滑坡稳定性对库水位的敏感性，进行不同库水位下滑坡稳定性计算。
计算表明(见表2、图7)：随着库水位上升，初期滑坡稳定性急剧下剧；当库水位大于3 175.00 m后，滑坡稳定系数小于1；但随库水位持续上升，其稳定性系数降幅减小。表明蓄水初期滑坡稳定性对水位变化敏感，到一定高程稳定性系数变化对水位的上升则敏感性一般。即水位达到施工导流堰前水位以上时，该滑坡有失稳的可能性，应在导流洞过水前对其采取必要的增稳治理措施。
表2 滑坡稳定性计算结果表
库水位/m稳定性系数Fs天然地震<>
图7 滑坡稳定性随库水位的关系图
考虑地震荷载作用下，滑坡稳定性对库水位上升的敏感性与天然状态下对库水位的响应特征基本相同，只是临界库水位较无地震时为低。
(1) 滑坡体为位于坝前的岩质滑坡。滑坡形成的影响因素主要为深切河谷和侧缘沟谷切割形成的孤立岩体，陡倾岸里的破碎岩体形成的倾倒作用以及丰富的地下水作用。
(2) 滑坡的形成分别经历了弯曲-拉裂、滑移-拉裂进而累进性破坏。
(3) 稳定计算表明，天然状态下滑坡的稳定性较好，地震工况下仍处于稳定装态。
(4) 滑坡体对蓄水位的升高敏感性强，蓄水位升高至滑坡前缘附近滑坡可能失稳。
由于滑坡位于坝前，对工程影响较大，为保障工程施工安全。施工导流达到堰前水位时，该滑坡有失稳的可能性，建议在导流洞过水前对其采取必要的增稳治理措施。
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The Geological Characteristics and Stability Analysis Assessment on Land Slide before Dam
SI Fusheng, HU Hua, DUAN Junqi, YANG Xian
(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,china)
Abstract:The said landslide is a typical one of rock slope occurring in the reservoir of a hydropower station at upstream of the Yellow River. Its evolution mechanism is derived from analysis of the impact factors on the land slide formulation. Finally, prediction and assessment on its stability under various conditions are performed through calculation. Meanwhile, sensitivity of the land slide stability on the water level variation is assessed. This is with guidance on the safety construction of the hydropower station.Key words:land slide; impact sliding speed; evolution mechanism; stability analysis; sensitivity analysis
文章编号：1006-2610(2017)04-0045-05
收稿日期：2017-07-15
作者简介：司富生(1975- ),男，甘肃省临洮县人,高级工程师,主要从事工程地质勘察工作.
中图分类号：TV223.31
文献标志码：A
DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2017.04.012
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