西南地区堆积体工程地质研究实践-库水作用

库水作用包括库水位上升产生的浸泡作用、水压作用、浮托作用及水位下降时的动水作用及孔隙水压力作用等。随着水库蓄水位的上升，地下水浸润线也在上升，堆积体物理力学性质进一步恶化，内部岩(土)体抗剪强度降低，特别是在堆积内部已有滑动面的强度降低，引发蠕动变形甚至滑坡。堆积体库岸变形破坏模式包括坍塌型、冲磨蚀型及滑移型，以滑移型居多，塌岸模式见图6.10。根据库水位变动过程中，斜坡破坏方式、库水对斜坡的主要作用方式、岩土体渗透性、基覆界面形态等，可将斜坡在库水位作用下的变形响应模式分为浮托减重型、动水压力型和冲刷侵蚀型。由于库水作用导致库岸大型堆积体产生变形失稳的例子很多，如鲁布革水电站发耐堆积体、阿海水电站库区新建堆积体、天花板水电站近坝库岸堆积体、小湾水电站近坝库岸堆积体、三峡水库移民区滑坡、紫坪铺水库区倒流坡库岸大型堆积体等。下面以金沙江阿海水电站库区新建堆积体为实例进行分析。

图6.10　堆积体滑移型塌岸模式图

1.基本地质条件

新建堆积体位于阿海电站库区金沙江左岸，顺江呈长条形展布，前缘至金沙江边，后缘至高程1590.00m，堆积体总方量约7000万m3，属特大型混合堆积体。堆积体地形较零乱，地表发育5条冲沟，切割较深。堆积体平均坡度约13°～15°，地形上大致以高程1480.00m为界，高程1480.00m以下地形相对较陡，坡度为25°～43°，高程1480.00～1590.00m范围内地形坡度为9°～13°，高程1590.00m以上(基岩岸坡)为陡坡地形，地形坡度为38°～45°。江边地形较陡，小坍滑较多。地表植被不发育，耕地较多，人类工程活动较强烈(图6.10)。堆积体竖向上，前端厚后部薄，一般厚度47～68m，最大厚度88.5m，从上游到下游，堆积体底界面与地形基本一致。堆积体底界面后缘陡，中部与现地形坡面基本一致，总体上底界面较为平缓。堆积体组成物质复杂，属崩塌堆积、滑坡堆积、冰水堆积、坡残积及冲积等混杂堆积。结构上均匀性、成层性差，崩塌堆积物块径较大，具架空结构，冰水堆积粒径较小，多具钙泥质弱胶结，其他类混合土具松散—中等密实状，仅部分地段分布成层的含黏粒较高的碎石质粉砂质黏土。堆积体与基岩的接触面(图2.8)与现场地形坡面基本一致，总体上呈“撮箕”状。横河方向堆积体底界面平均坡度在10°左右，总体上底界面较为平缓。堆积体下为部全强风化基岩。堆积体原始地下水位略高于江水位，蓄水后地下水位受库水影响，相应抬高，根据勘探成果，地下水埋深一般23～33m，地下水平均水力坡降与地形坡度基本一致，水力坡度约9°，地下水位变化与库水位变化密切联系。

2.变形特征

2011年10月10日阿海水电站水库蓄水，水库库岸堆积体前缘的再造就已开始，至2012年4月即发现新建滑坡体上的道路、田地、山坡、农舍等多个地方产生裂缝。2013年5—9月变形加大。2013年8月初进行了现场地质调查发现：裂缝分两大区域，沿上游1号冲沟发育贯穿性裂缝，包围了整个1号冲沟，该段裂缝缝宽一般10cm，错台约10cm；另一部分为沿堆积体下游侧后缘呈贯穿性展布，裂缝张开约50cm，错台约50cm。同时，滑坡体向下滑移后，受影响范围有向外扩展的现象(图6.11)。总体上，裂缝沿堆积体周边较发育，中部主要受农田耕作的影响，地面迹象不明显。从裂缝发育方向看，主要分两类：一类为横河向分布于冲沟两侧，另一类为顺河向分布于堆积体后缘、中部。从裂缝性状分，两侧裂缝为剪切性质，有明显位移，面上可见倾角约9°的擦痕，摩擦镜面明显(图6.12)；中部及后缘的裂缝为拉张性的，裂缝有一定宽度，且形成错台(图6.13)，房屋墙体开裂明显(图6.14)。

图6.11　新建堆积体下游侧公路挡墙向临空面位移

图6.12　新建堆积体侧面剪切裂缝

图6.13　新建堆积体后缘的裂缝

图6.14　新建堆积体上房屋墙面裂缝

新建堆积体共布置17个表面变形监测点，从时间位移曲线可以看出：大部分监测点从2013年2月1日起，位移量增大，变形速率加快(图6.15、图6.16)。

图6.15　新建堆积体监测点平面合位移时间位移曲线图

图6.16　新建堆积体监测点平面合位移平均变形速率时间曲线图

(1)平面合位移。2012年10月开始到2016年4月，除XJ10外，各监测点平面合位移随时间递增。到2016年4月，XJ17的平面合位移已超过4615.3mm；XJ06、XJ07、XJ05、XJ15、XJ09、XJ02平面合位移已超过1570.2mm；XJ04、XJ12、XJ11平面合位移超已过906.6mm；XJ03已于2014年7月后被洪水冲毁，其2014年7月时的平面和位移为682.6mm；XJ14的平面合位移等于110.4mm，与其他点变形大的点相比相对较小；XJ10平面合位移在0～13.0mm之间波动，变化量极小。(www.xing528.com)

(2)平面合位移平均变形速率。2012年10月至2013年8月，各监测点平面合位移平均变形速率随时间递增。到2013年8月达到第一个峰值，各点平均变形速率在3.25～0.50mm/d之间。

XJ17监测点2013年8月后平面合位移平均变形速率水平波动后继续随时间阶段递增，远高于其他各点的平均变形速率。到2016年4月，平均变形速率为3.85mm/d。

XJ06、XJ07、XJ05、XJ15、XJ09、XJ02、XJ04、XJ12、XJ11、XJ03监测点2013年8月后的平面合位移平均变形速率随时间水平波动并略有增加。到2016年4月，各点的平面合位移平均变形速率变化范围在1.96～0.79mm/d之间。平均变形速率小于XJ17。XJ03已于2014年7月后被洪水冲毁，其2014年7月的平面合位移平均变形速率为1.0mm/d。

XJ10、XJ14平面合位移平均变形速率在2012年11月至2013年1月分别达到峰值，之后随时间递减。到2016年4月，分别为XJ10(0.00mm/d)、XJ14(0.10mm/d)。两点平均变形速率远小于其他点。监测点XJ17靠近革囊渡大桥左岸桥墩，变形远远大于其余监测点。现场勘察后发现，XJ17下方滑坡非常明显，裂缝密布且下方的公路挡墙也已经变形。

综上所述，新建堆积体上，除XJ10监测点的平面合位移和变形速率较小外，其他各监测点的平面合位移呈持续增加趋势，且在2015年8月形成一个转折点，变形速率有逐渐减小的趋势。从滑动的整体趋势看，滑坡体位移方向指向江心偏上游方向。巡视检查发现，与前期相比位于滑坡体上的部分农舍、道路、田地、山坡上出现的裂缝存在继续扩大的趋势。

根据布置于堆积体中部的4个测斜孔内部变形监测成果(图6.17)，XJ-IN-01、XJ-IN-02滑移面皆在地面以下65m，XJ-IN-04地面以下30m。同时可以看出，XJ-IN-01、XJ-IN-02点位从地表至以下30m内有蠕动变形。

图6.17　新建堆积体深部位移曲线图

堆积体平面上变形范围上下游长约1460m，横河方向从江边至基岩山脚，宽度约600m；深部变形受控于基覆界面，深度一般40～70m。

根据堆积体地形地貌及变形特征，变形区域从上游往下游依次划分为三个区(图6.18)，Ⅰ区变形多表现为一系列横河向(近平行于沟的走向)的拉裂缝，部分拉裂缝有错台现象，表明该部分区域除向江边产生了一定程度的蠕滑变形，顺冲沟产生了较大的滑移变形，堆积体受库水位的影响，库岸前缘再造，引起堆积体向江边位移，冲沟两侧向临空方向位移，且冲沟两侧向冲沟的位移量大于向江边的位移量。Ⅱ区为Ⅰ区、Ⅲ区裂缝围限的中间地块，后缘至山坡脚基岩部位，该区变形速率明显小于其他区域，区内裂缝不明显。Ⅲ区变形表现为一系列竖向(近平行于金沙江走向)的拉裂缝，并有错台现象，在上、下游边缘发育一些纵向的剪切裂缝，面上见有倾向金沙江倾角约9°的擦痕，后缘拉张裂缝明显，且出现明显错台。

图6.18　新建堆积体变形分区图

3.变形机理分析

(1)堆积体原始岸坡前缘较陡，阿海水电站水库蓄水后，堆积体地下水位线抬升，部分岩(土)体处于饱水状态，物理力学性质发生了改变；堆积体前缘库岸再造，局部地段出现崩塌、小滑坡，形成新的临空面；水位骤降变化产生动水压力，受力状态发生改变。

(2)2013年雨季降雨，大量的雨水集中下渗，下渗水流对堆积物的结构、物理力学性质产生了一定程度的恶化作用。

(3)人类活动(建房、修路、生产生活用水排放等)改变了堆积体地表形态，并恶化了稳定条件。

综上所述，由于库水浸泡和水位变化及降雨下渗，加之人类工程活动影响，打破了堆积体原有的平衡条件，导致堆积体沿基覆界面大范围产生滑移变形。

堆积体变形破坏大体分两个阶段：

第一阶段牵引变形阶段：堆积体前缘地形坡度在26°～43°间，基本处于水下，根据类似工程经验，堆积体水下稳定坡角一般在13°～15°间，因而该段库岸稳定性较差，蓄水后前缘出现多处坍滑，并产生拉裂变形，对上部堆积体产生牵引作用。

第二阶段推移变形阶段：随着水库蓄水位的上升，地下水浸润线也在上升，加之雨水下渗，堆积体物理力学性质进一步恶化，堆积体内部岩(土)体强度降低，特别是在堆积内部已有滑动面的部位，堆积体发生蠕动变形，形成了大面积的堆积物往前挤压变形，后缘出现拉张裂缝，并随时间推移变形量有不断增大的趋势。