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鹦鸽嘴水库库区滑坡稳定性分析与研究.docx

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设计与研究鹦鸽嘴水库库区滑坡稳定性分析与研究李东东(甘肃省水利水电勘测设计研究院,甘肃兰州730000)摘要:鹦鸽嘴水库库区右岸滑坡是一个老滑坡,由于工程地质条件和环境的改变,滑坡复活并产生了新的变形。通过对滑坡变形特征和诱发因素的分析,选择了符合实际的物理力学参数,对滑坡体天然工况和地震工况下的稳定性进行了计算,结果表明:稳定安全系数小于1.30,建议采用削坡、挡护、截排地表水等综合工程措施治理。关键词:鹦鸽嘴水库;老滑坡;变形特征;诱发因素;稳定性分析中图分类号:P642.22文献标志码:B文章编号:20950144(2012)03001704鹦鸽嘴水库位于肃南裕固族自治县境内的梨园河上游。

建成于1975年,总库容1350m3,1982年育一大型滑坡(图1),距坝线140~320m,水库蓄水运行期间,发生过多次次级滑动,目前的主要危害为坝前淤积。10月扩建,总库容增至2500万m3。在库区右岸发ZK2ZK20071裂缝范围线阶地后缘界线(齿数示级数)图1滑坡位置示意1滑坡体基本特征1.1滑坡区工程地质条件滑坡体由块石碎石土、砂卵砾石和砾岩夹砂岩、泥质砂岩等组成,根据探坑和钻孔勘探资料揭示,滑坡体前缘库岸分布较松散的人工堆积块碎石土(削头压脚堆积物),厚度10~15m。中、后部表层为砂砾碎石土,厚1~5m,下伏基岩为二迭系上统(P2)砾岩夹砂岩、泥质砂岩。

岩层产状NW310NE∠45,倾向和坡向基本一致。岩体中节理较发育,并以大角度“X”形节理为主。基岩强风化带深3~5m,弱风化带深8~10m(图2)。经过近15年的水库运行检验和简易观测,沉陷、位移量小,滑距7~10cm(据后缘拉裂缝量测)。滑坡属于岩质顺层滑坡。1.2滑坡形态及变形特征(1)滑坡体形态及地形特征滑坡体与周边界线较明显,滑坡后缘高程2098收稿日期:20120223作者简介:李东东(1984),男,甘肃秦安人,助理工程师,主要从事水文地质、工程地质勘测。17纵2ZK8ZK4ZK5PD3ZK3ZK6鹦鸽嘴水库发电洞PD4ZK1ZK7PD1PD2库区右岸滑坡泄洪洞平洞纵2滑坡滑动方向PD2平硐编号图滑坡分布范围线纵1剖面编号及观看方向例ZK2钻孔及编号电线河流方向2012年第3期甘肃水利水电技术第48卷裂缝21002080ZK2ZK200712060ZK12040滑动面2020砂岩夹砂质泥岩NW328PSs+NsZK322000砾岩夹砂岩夹泥质砂岩1980PCg+Ss+NsPCg+Ss+Ns22推测地下水位1960F9滑动面正常蓄水位1936。

9m1940delQkat4砂岩夹砂质泥岩1920F11砾岩夹砂岩夹泥质砂岩F12滑动面PSs+Ns2QapgtF4200距离/mCg+Ss+NsF13350P221900050100150250300400450图2滑坡主滑方向工程地质剖面m,前缘高程1900m,相对高差198m;滑坡体长约460m,下部最宽约180m,平均宽度为95m;滑坡体分布面积为3.89万m2,总方量为105.7万m3。滑坡体在高程1900~1980m、2074~2098m之间地形较陡,

其坡角为40~45;在高程1980~2074m之间地形平缓,其坡角为14~20。滑坡后缘发育3处环状拉张裂缝带,分布高程2075~2080m,裂缝带总宽0.3~2.0m,总长95m。单个裂缝长10~70m,宽0.3~0.6m,深0.2~1.5m,垂直滑距7~10cm,陡倾岸外,少部分呈倒倾现象。在中前缘发育9条牵引拉张裂缝,一般宽5~15cm,个别达40cm,大致呈南北向,顺直平行滑动方向展布,陡倾。(2)滑坡床形态特征据测绘、勘探揭示,后缘主要裂缝已贯穿并延伸到基岩——二迭系上统(P2)砾岩夹砂岩、泥质砂岩之内(图2)。裂缝及滑裂面在二迭系上统砾岩夹砂岩夹泥质砂岩中的倾角为40~45。

均倾向库区偏下游方向。钻孔(ZK20071)揭示:表层松散滑坡堆积块碎石土厚0.5m,基岩为二迭系上统(P2)砾岩夹砂岩、泥质砂岩,在钻至17.0~17.4m处时,出现钻具突然下降,钻进速度急剧加快的现象,且提取岩芯少,岩芯破碎、潮湿,岩性极软弱,证明基岩中存在滑裂带。据此,与后缘裂缝的连线确定了滑动(裂)面。既滑裂面是沿基岩的软弱夹层而形成的。另外,钻孔(原ZK1)在孔深14.6~15.3m、(原ZK7)孔深30.0~30.5m、(原ZK3)孔深46.0~46.5m处,均出现钻进速度较快、孔内突然不返水、提取岩芯少等现象,也进一步证实滑裂带的存在,其滑出点高程与库底高程基本一致(图2)。

从边坡形态与基岩结构面组合分析,上述滑动面将是直线型或折线型,圆弧性较差,前缘不存在反坡段(即阻滑段)。一旦整体滑动,将会快速下滑,危及大坝安全。(3)变形特征水库1982年10月扩建后,于1983年4月上旬水库蓄水至正常蓄水位。1983年5月23日肃南康乐发生Ms:5.0级地震,5月底发现滑坡复活。1983年6月1984年5月,滑动变形不明显,时至7月,为防洪降低库水位运行时,滑坡前缘及中部横向拉张裂缝在原裂缝基础上进一步扩展,主滑体再次活动。经观测,7、8月平均每天下滑1mm,9月以后下滑速度减至0.0~0.2mm/d,主滑体渐趋稳定。滑坡体水平和垂直变形位移方向基本与滑坡走滑方向一致。

局部因地形因素和存在次级滑面而方向略有分散。2003年10月25日,民乐县姚寨子发生Ms:6.1级地震,2004年6月10日,临泽县倪家营发生Ms:4.6级地震,2006年6月13日,肃南康乐发生Ms:4.5级地震,水库区震感强烈。场区周边的每次地震后,水库管理人员发现滑体表部的细小裂缝有明显增多的现象。水文地质特征据钻孔和探坑揭示,滑坡体内前缘为孔隙性潜水,主要受大气降水和高山裂隙水补给,向河流排泄;滑坡中部和后缘,受大气降水和高山融雪水补给,沿断层、裂隙、层面、节理下渗,在断裂中富集,隔水层均系不透水的杂色砂质泥岩,地下水沿破碎砂岩裂隙形成的通道径流,由于地下含水层受到滑坡、1。

318高程/m第3期李东东:鹦鸽嘴水库库区滑坡稳定性分析与研究第48卷错落体的影响,部分径流受阻隔而溢出地表为泉水,并见有局部沿断裂渗出地表的泉水,水量一般不大,最终排泄于梨园河。影响滑坡的地下水主要是滑坡体中的裂隙、孔隙性潜水与近库岸地段受库水补给的孔隙性潜水,前者表现为直接浸润滑动面,大大降低滑面抗剪强度,后者表现为对滑体产生的静水压力与动水压力,而滑床以下深层层间地下水则对滑坡基本没有影响。(5)水的作用:主要是库水长期浸泡临岸基岩,使其强度降低,加之水位波动时的动水压力等都使得边坡稳定条件进一步恶化。其次是库水位以上的山体边坡中虽然地下水活动微弱。

但大气降水仍通过覆盖层下渗至基岩体中,滑面及滑带具有良好的阻水性,同时遇水极易软化,其抗剪强度随含水量的增加而急剧降低,使滑带岩体软化,强度降低。当然库水的陡降使滑坡体前缘的阻抗力减小并使滑体的静水压力增大,也是滑坡复活的诱因之一。(6)地震:地震是滑坡变形滑动的触发因素。1983年5月23日康乐Ms:5.0级地震,导致了山体应力松驰,在地震力的作用下,引起主滑体的下滑,诱发了古滑坡的复活。其后的每次地震,皆诱发了滑坡体的变形。目前滑体变形仍在加剧,工程地质条件和环境仍在断续恶化,若工程区突发近震,有可能引发滑坡体的整体滑动。3滑坡稳定性分析计算根据滑坡体变形形迹、探坑揭露及钻孔勘探(图2)确定滑坡体滑移面为折线型。

库水位以上地下水活动微弱,可不考虑水压力作用,滑面抗剪强度取天然状态下的指标,库水位以下滑体取浮重度,滑面抗剪指标采用饱和状态下的指标。另外,变形体后缘有拉开裂缝,且已基本形成割裂面,可近似认为不具有抗滑分力。因此,可采用平面滑动刚体极限平衡计算法进行计算。公式如下:Ks=(γVcosθtg准+AC)/(γVsinθ)式中:Ks——稳定性安全系数;γ——岩土体的重度(kN/m3),水下部分取浮重度;V——岩土体的体积(取1m单宽计m3);θ——滑面的倾角();准——滑面的内摩擦角();A——滑面面积(取1m单宽计算);C——滑面粘聚力(kPa)。选取的主要物理力学参数如下:①块石碎石土抗剪强度指标:非饱和准=20。

C=0;饱和准=18,C=0。②砂卵砾石抗剪强度指标:非饱和准=34,C=0;饱和准=26,C=0。③二叠系砾岩夹砂岩、泥质砂岩抗剪强度建议指标:非饱和准=18,C=80kPa;饱和准=16,C=60kPa。计算结果见表1。考虑地震作用时,公式如下:Ks=[(γV+Q垂)cosθtg准+AC]/[(γV+Q平)sinθ]式中:Q垂——地震垂直惯性力(kN),Q垂=KVCZFγV,KV=2/3KH;滑动机制22.1滑动形式滑坡体在1980m高程以下,滑坡前缘陡立,堆积物较厚,滑坡后缘边坡亦较陡,滑坡中部坡面较缓。由此分析,滑坡前缘不存在反坡

滑动(裂)面将是直线型或折线型。滑动形式为上部坐落推移、下部滑动牵引的混合式滑动。2.2滑动诱导因素(1)老滑坡的影响:右岸老滑坡的存在与其发生、发展过程,是结构面的不利组合与河流对岸坡的侵蚀、冲刷等因素共同作用的结果。老滑坡的复活与工程地质条件和环境的改变有直接和间接的关系。复活的滑坡滑面沿已经存在的老滑面发育,滑面及滑带具有良好的阻水性,同时遇水极易软化,其抗剪强度随含水量的增加而急剧降低。雨季时,滑坡体后缘以南冲沟内的集水大量渗入切层滑面间,同时,滑体岩体结构破碎,地表水易沿节理下渗至滑面。此外,水库蓄水在高水位时,已有部分滑面处于浸水状态,大大降低了滑面(主要是滑坡前缘滑面)的抗剪强度。

使滑坡前缘产生了滑动。(2)滑坡体中结构、构造的影响:陡倾的断层与节理横切滑体,并且与层面结构或层间错动带组合,构成不利的岩体结构类型,剪应力沿岩体节理密集带发展形成剪切面,原来的稳定平衡条件被打破,引起边坡应力重分布,向着不稳定的方向发展,这是滑体失稳的原因之一。(3)库岸坍塌、坡脚临空:受库水浸泡、浪蚀、侧蚀,水位升降等作用影响,滑坡前缘堆积物不断坍塌并向坝前库区淤积,造成前缘堆积物的不断流失并不断形成临时陡岸。前缘堆积物的流失使滑坡前缘的抗阻力不断减小,前缘陡岸的坍塌、高陡的坡脚,也为主滑体提供了下滑的临空面。(4)岩性:岩性较软弱是边坡变形的重要内因之一。二迭系(P)泥质砂岩或砂质泥岩软弱夹层的单轴抗压强度低。

抗剪强度指标也较低,且具崩解性,极易软化。因此,在风化带或构造破碎带等软弱结构面上是很容易形成滑动面。192012年第3期甘肃水利水电技术第48卷表1右岸滑坡体稳定性计算结果岩土体重度γ=9.8ρ(/kN/m3)岩土体体积V(按1m单宽计,m3)滑面倾角/θ滑面面积滑面抗剪强度稳定性系数Ks剖面编号(按1m单块碎石土砂卵砾石岩石块碎石土砂卵砾石岩石准(/)宽计)/m2天然地震C/kPa纵1非饱和18非饱和18非饱和18饱和16饱和16饱和16非饱和80非饱和80非饱和80饱和60饱和60饱和6017。

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