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西南地区河谷堆积体工程地质研究

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:图6.24念生垦堆积体地貌念生垦堆积体组成物质较为复杂,是在宽缓沟谷内由冲积、洪积、坡积、崩塌堆积、碎屑流堆积、泥石流堆积及远距离搬运的加积物等综合成因的大型混合堆积体。图6.26念生垦堆积体后缘边坡剪切变形图6.27念生垦堆积体排水沟错移变形图6.28念生垦堆积体侧缘变形开裂图6.29念生垦堆积体前缘变形开裂受纵横交错的公路开挖及前缘堆积体变形等综合因素影响,左耳变形高程至1800.00m,右耳变形高程至1850.00m。

西南地区河谷堆积体工程地质研究

堆积体在前缘开挖、上部加载、暴雨及爆破震动等同时影响和作用下,表现为综合诱导型特征,不少大型堆积体的变形失稳属于此种类型。如金沙江梨园水电站念生垦堆积体。下面以梨园念生垦堆积体为例加以分析。

1.基本地质条件

念生垦堆积体分布于坝址上游右岸念生垦沟内,分布高程从江边1500.00~1700.00m,横河方向长度约1000m,面积约0.6km2,厚度一般30~60m,总方量约2000万m3。高程1700.00m以上分左、右耳(图6.24)。堆积体前缘地形相对较陡,为20°~45°;高程1540.00~1610.00m左右为一较宽缓的堆积台地地形,平均地形坡度小于4°;高程1610.00~1660.00m左右为一斜坡地形,坡度约15°左右;高程1660.00m以上为缓坡或台地地形,坡度一般小于10°。从宏观上大致以高程1610.00m为界分为两级台地。

图6.24 念生垦堆积体地貌

念生垦堆积体组成物质较为复杂,是在宽缓沟谷内由冲积、洪积、坡积、崩塌堆积、碎屑流堆积、泥石流堆积及远距离搬运的加积物(冰水堆积)等综合成因的大型混合堆积体。垂直方向分为底部的残积层和中上部混合堆积层。底部的残积层为玄武岩岩石全风化的产物,多呈土状,颗分表明多属黏土质砂或黏土质砾;中上部的混合堆积层由坡积、洪积、崩塌堆积和冰水堆积等混合堆积而成,大致可分为前、后两个区域:前部分布高程从河边至1560.00m左右,靠下游部位约50~100m宽的条带为冲洪积成因的粉土、粉细砂等细颗粒物质(颗分定名为黏质土砾和黏质土砂)为主,部分具水平韵律特征,靠山坡边缘夹有崩塌块石,往上游主要为坡崩积成因的块、碎石土,局部地段碎、块石相对富集,成分主要为玄武岩,中部见有宽度约2~5m且结构中等密实的冰水堆积物呈条带状分布;高程1560.00m以上的后部区域主要为坡积和崩塌等混合堆积。黏土或粉土层在堆积体中厚度较小,连续性差。堆积体以下原始地貌形态为一沟谷地形,总体上底界面较为平缓。地下水埋深一般15~43m,平均水力坡降与地形坡度基本一致。由于堆积体的物质组成的不均一性,局部地段存在上层滞水。

2.变形特征

念生垦沟堆积体变形过程主要有以下几个阶段:

(1)施工前。堆积体无明显变形迹象。

(2)局部变形至出现强烈变形。2008年6月初开始开挖导流洞进口明渠,2008年8月发现局部裂缝;在堆积体前缘(导流洞进口明渠)开挖、后缘堆渣、连续降雨等因素作用下,从2008年9月开始堆积体出现了大面积的变形和滑移现象,2008年12月底至2009年1月初,堆积体出现加速滑动。

(3)削坡减载和局部压脚,变形趋缓。2009年1月开始对念生垦中部存土场卸载,至2月下旬堆积体变形得到基本控制。

(4)变形再次启动,出现整体加速变形。2009年3月中旬,明渠下游段局部恢复施工,强烈变形区最大切深至69m,堆积体变形再次加速,并逐渐演变为整体性变形。

(5)综合治理措施实施,变形再次趋缓。2009年4月下旬,在采取压脚、卸载、排水、支挡等应急处理措施后,堆积体变形再次得到控制。

(6)明渠最终开挖,变形速率短期增加后趋稳。2009年12月底,导流洞进口明渠恢复开挖施工,并于2010年2月开挖至设计高程,堆积体变形经短期小幅增加后于2月底逐步减小趋稳。

(7)2010年7—9月主汛期,受降雨影响,堆积体中上部变形速率小幅增长,增幅呈上大下小的特点,且导流洞进口明渠右侧前缘基本不动。

根据念生垦沟堆积体的变形机制、变形特征等,整体上可大致分为主滑区(Ⅰ区)及蠕动变形拉裂区(Ⅱ区)(图6.25)。

图6.25 念生垦堆积体变形分区图

主滑区(Ⅰ区)根据变形机制不同自下而上细分成3个亚区,下部牵引区(Ⅰ-1区)、中部牵引-推移区(Ⅰ-2)、上部推移区(Ⅰ-3);蠕动变形拉裂区(Ⅱ区)根据变形迹象不同分为变形牵引区(Ⅱ-1)和相对稳定区(Ⅱ-2)两个亚区。

牵引区(Ⅰ-1区):主要为1号、2号支沟间,高程1610.00m以下滑动速率较快区域,该区在前缘切脚的环境下,沿已有软弱面滑动变形,进而牵动中部地形较陡地段的堆积物的变形。该区变形速率最大,表现为前缘出现多级剪切面、后部出现拉张裂缝,两侧伴有剪切、拉张裂缝;牵引-推移区(Ⅰ-2):分布高程1610.00m以上的主沟中,后缘至1号承包商营地,受下部变形的牵引,出现拉裂变形,进而推动Ⅰ-1区。该区变形速率相对较小,以一系列的拉张裂缝为主;推移区(Ⅰ-3):分布于上部支沟中,该区地形相对较陡,受下部变形影响,土体自然向下推移。前端出现挤压凸起,1号承包商营地大量的剪切隆起反映该部位受到强烈的挤压。中、后部出现拉裂缝。

变形牵引区(Ⅱ-1):紧临主滑区下游侧,受主滑区变形牵引,与主滑区产生联动,产生一系列张裂缝;相对稳定区(Ⅱ-2):受变形牵引影响较小,远离主滑区,变形迹象较少,在地形较陡部位偶有拉张裂缝产生。

堆积体发生变形后,对现场进行了大量的调查及分析工作,同时有针对性地布置了勘探和监测(深部和表观结合)。从堆积体发生的拉裂缝和剪切变形的分布、发展情况来看,变形在整个沟内都有发生,总体上沟内沿N70°~80°W方向位移,两侧向冲沟中位移,变形范围四周受控基岩接触面,深部受控于较完整基岩。不同部位变形特征见图6.26~图6.29。

图6.26 念生垦堆积体后缘边坡剪切变形

图6.27 念生垦堆积体排水沟错移变形

(www.xing528.com)

图6.28 念生垦堆积体侧缘变形开裂

图6.29 念生垦堆积体前缘变形开裂

受纵横交错的公路开挖及前缘堆积体变形等综合因素影响,左耳变形高程至1800.00m,右耳变形高程至1850.00m。从钻孔揭露的岩土性状分析,主滑区内无明显的、成层的软弱面,结合导流明渠开挖面存在多级剪出口分析。该滑体不具沿某一个面变形,而是沿多级潜在滑动面组成一个主滑条带的变形。该滑动变形带影响下限为残积层与强风化接触的土石界面,一般深约50~68m。

2009年3月下旬,伴随导流明渠的进一步开挖,念生垦堆积体变形再次启动加速,且变形范围扩大,由仅上游侧强烈变形演变为整体变形,灾害险情加剧,见图6.30。具体表现有以下几方面。

图6.30 念生垦堆积体再次启动加速为整体变形

(1)强烈变形区范围已经明确扩大至下游基覆界面,2号进水塔部位及其右侧边坡滑裂分界明显、明渠左侧原开裂部位继续发展;原来的弱变形区已经不复存在,整体变形加速。

(2)前缘明渠底部(围堰附近)抬升达2.3m。

(3)堆积体上游侧边界更加清晰。

(4)水平位移速率持续增大。2009年3月13日至4月11日,每天0.8mm→8mm→23mm→58mm→110mm→240mm→310mm→380mm,与明渠底部局部恢复开挖关联密切。

(5)堆积体后缘右耳区域和沟两侧日均位移速率也开始反弹,量级在10~30mm区间变化。

(6)后缘右耳区域的进厂公路K0+880~K1+050区段上边坡出现一处明显开裂,两处已喷混凝土支护边坡开裂。

2008年汛期至2009年汛期,念生垦堆积体从经历大规模施工开挖、持续降雨以至较大范围的变形滑移,最大变形速率440mm/d,累计滑移变形大于30m。变形监测成果见图6.31。

图6.31 念生垦堆积体监测水平位移-时间累积曲线(横向位移)

3.变形机理分析

梨园水电站念生垦堆积体变形的主要原因有如下几个方面:

(1)导流明渠开挖、施工弃渣后缘堆载。一方面,明渠开挖主要位于堆积体前缘抗滑段,开挖导致抗滑力下降;另一方面,施工渣料和工程建设的堆载对堆积体稳定性也产生了一定的影响。

(2)降雨和地下水作用。工程建设导致堆积体原有地形地貌发生了较大改变,表部植被基本被破坏,加之未形成系统的排、挡水措施,为雨水和施工、生活等废水的下渗提供了有利条件,同时工程区遭遇了多年不遇的持续降雨,降雨量大且集中,本身堆积体就处于三面环山的低凹地带,开挖、回填、堆载等形成的平台使得大量的雨水集中下渗,地表水下渗对堆积物的结构、物理力学性质产生了一定程度的恶化作用。

(3)堆积体岩土体结构较松散。从堆积物自身物质组成和结构密实度而言,由于堆积物以粉质黏土、粉细砂等细颗粒物质居多,堆积体在地下水的作用下土体易于软化,力学强度大为降低。此外,该类物质渗透性弱(两组渗透试验K为3.42×10-4cm/s及4.32×10-8cm/s),大量地表水下渗后由于排泄缓慢,一段时间内将在堆积体内形成水位壅高,反映出部分地段堆积体表面、开挖明渠边坡有渗水或集中股状流水,导致水文地质条件改变,对土体产生恶化作用,使堆积体的稳定条件有所改变。

其中,念生垦沟堆积体的变形与导流明渠开挖具有较强的相关性:

(1)2009年1月以前,随着主滑区(强烈变形区)变形增大,“牵动”堆积体后缘和侧缘局部斜坡,导致沿表部覆盖层出现多处滑塌;同时受主滑区滑动挤压,导流明渠中、下游侧顶部和底部的岩土体发生了隆起变形。

(2)2009年1月上旬,针对上述情况,采取了削方减载和简易排水措施,加之进入枯季,降雨量减少,坡体变形趋缓,由加速变形再次过渡至低速蠕滑变形。

(3)2009年3月中旬,应急治理工程还未见成效,明渠下游段局部恢复施工,主要开挖明渠底板和围堰基础部位;至3月底,明渠对应的主滑区部位最大切深至69m;至4月14日,1号新进水塔部位最大切深至68m。2009年3月下旬,伴随导流明渠的进一步开挖,现局部已经开挖至高程1495.00m附近,念生垦堆积体由仅上游侧的强烈变形演变为整体同步变形,再次启动加速。

(4)念生垦沟堆积体再次启动加速后,启动应急处置措施:在卸载和排水洞不间断施工的同时,在导流明渠内结合土石围堰施工,用卸载方量全断面回填到1510.00m高程左右时,监测资料显示:至2009年4月29日,念生垦堆积体变形逐渐趋缓,变形速率已减缓至毫米级,变形再次得到基本控制。

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