竹格多水電站廠房高位覆蓋層邊坡失穩原因分析

曾令波，梁 勇

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省清源工程咨詢有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

中國西南地區處于青藏高原強烈隆升區，新構造運動活躍，地形地質條件復雜，工程建設中常常面臨邊坡穩定問題。邊坡穩定性評價通?？紤]地形、巖土體類型及其結構、物理力學性質、水文地質條件、區域地質地震、氣象等因素，而各因素又隨著人類活動、氣候條件、水文地質條件的變化而發生改變，從而影響邊坡穩定性。本文以竹格多水電站廠房高位覆蓋層邊坡為例，分析研究廠房邊坡的失穩原因。

竹格多水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內，為黑水河干流馬橋～白溪河段水電梯級規劃的第二級水電站。電站采用低閘引水式開發，閘址位于鐵別村附近，廠房位于紅巖鄉黑水河左岸斜緩臺地上，為地面廠房方案，廠址區主要建筑物由主副廠房、開關站、出線場、尾水渠等組成。電站設計水頭155.9 m，引水隧洞長5.374 km，引用流量69.14 m3/s，裝機容量80 MW，年發電量為3.790億kW·h。電站主體工程開工于2004年11月，2006年5月下閘蓄水投入商業運行，電站主體工程運行狀態良好。

竹格多水電站自2006年建成投產運行以來，未發生過大規?；卢F象，廠區后坡處于基本穩定狀態。2020年7月，受持續降雨影響，廠房后坡覆蓋層坡體穩定性逐漸變差，7月26日發生覆蓋層邊坡滑坡，部分滑坡體物質順坡而下，嚴重威脅到廠區運行安全?；麦w物質堆積于半坡上，分布高程高且坡體中后部已產生拉裂縫，一旦再發生規模較大的破壞將嚴重影響電站的運行。因此，查明廠房高位覆蓋層邊坡邊界條件和分布范圍，分析邊坡失穩原因是提出合理的邊坡治理方案的必要前提。

1 地質概況

1.1 區域地質構造與地震

在大地構造上，工程區位于龍門山后山“茂汶斷裂”以北、“若爾蓋盆地”以南、近南北向“岷江斷裂帶”以西的“黑水褶皺束”構造帶內，在大地構造部位上地處松潘—甘孜地槽褶皺系之三級構造單元馬爾康地向斜東側。區內斷裂構造不發育，無區域性斷裂通過。但工程區外圍（東側和北側）斷裂構造十分發育，主要活動斷裂有龍門山斷裂帶、岷江斷裂帶、虎牙斷裂、松平溝斷裂等。

工程場地的地震危險性主要來自松潘—較場地震帶和龍門山地震帶強震復發的波及影響。據四川省地震局工程地震研究所對工程場地地震安全性評價，竹格多水電站廠址的基巖水平峰值加速度為131.7 cm/s2。據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》，場址區50年超越概率10%的場地地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，相應地震基本烈度為Ⅶ度。

1.2 基本地質條件

高位覆蓋層邊坡位于水電站廠房后方山體，高程為2 300～2 550 m之間，區內第四系覆蓋層大面積展布，地表主要生長荊棘、雜草等植被。邊坡自然坡度一般30°～45°，其中高程約2 430 m以下邊坡自然坡度相對較陡，高程至2 300 m以下基巖裸露，自然坡度驟然變陡，一般50°～75°。邊坡坡腳發育Ⅰ級階地，為竹格多水電站地面廠房場地，場地高程一般為2 140～2 150 m，橫坡寬約110 m，順坡長約200 m。具體如圖1所示。

圖1 高位覆蓋層邊坡全貌

區內出露基巖為三疊系中統雜谷腦組（T2z）中～厚層狀鈣質石英砂巖夾中～薄層砂質板巖，偶夾千枚巖，巖層產狀N20°～45°E/NW∠45°～55°。

區內第四系覆蓋層總體豎直厚度一般為15～47 m，由老至新可將其劃分為2層。①層塊碎石土（gl+fglQ3）：冰川冰水堆積，豎直厚度一般為15～45 m，下部與基巖相接。②層礫石土（dlQ4）：坡積堆積，分布于地形相對較緩的淺表部，覆蓋于①層之上，豎直厚度一般1～6 m。區內未發現較大斷層通過，地質構造主要表現為以層面為主的節理裂隙系統，除層面裂隙外，優勢裂隙發育4組。

1.3 氣象與水文地質

結合歷史降水資料，對比2020年降水情況，黑水縣多年平均年降水量835.3 mm，但從2018年開始降水量呈增長趨勢，并逐年突破歷史新高，超過了1 000 mm，2020年降水達到了1 188 mm，超過了歷史平均水平的42.2%（見圖2）。2020年的降水資料顯示（見圖3），該年主要降水集中在6—9月份，其中以6月降水最多，達到了316.76 mm，超過歷史同期水平。2020年6、7月工程區天氣以陰雨連綿天氣為主，基本很少出現晴朗天氣。

圖2 工程區多年降水統計

圖3 2020年工程區降水統計

區內地下水主要為分布于岸坡基巖裂隙中，由于河谷深切，岸坡谷坡較陡，地下水排泄條件好，水力坡降小，水位埋藏較深，區內未見泉水出露。地下水主要受大氣降水補給，由岸坡向河谷及下游排泄。

2 物理力學特征

據重型動力觸探試驗，①層塊碎石土、②層礫石土均為稍密～中密。據壓縮試驗，①層塊碎石土壓縮系數a1-2為0.025～0.089 MPa-1，為低壓縮性土。據飽和快剪試驗，①層塊碎石土黏聚力C值為24.3～36.1 kPa，內摩擦角φ值為25.3°～38.0°。

高位覆蓋層邊坡主要由①層塊碎石土和表層少量②層礫石土組成，通過對各土層進行動力觸探及室內物性和力學試驗，結合相關規程規范建議值，土體力學指標取值見表1。

表1 邊坡覆蓋層物理力學參數取值

3 邊坡分區及其失穩變形特征

自2006年竹格多水電站建成投產運行以來，廠房后坡未發生過大規?；卢F象，據統計，邊坡落石現象共發生了7次，其中2020年發生了4次，2008年“5·12”地震、2015年7月、2019年7月分別發生了3次。2020年7月，在持續降雨影響下廠房后坡覆蓋層坡體穩定性逐漸變差，于7月26日發生覆蓋層邊坡滑坡，部分滑坡體物質順坡而下，嚴重威脅到廠區運行安全。從2020年4月和2020年7月的航拍照片對比，近年來邊坡未發生滑坡現象，也未見明顯的邊坡變形跡象，2020年7月發生的邊坡滑動破壞現象分布于邊坡的前緣。

邊坡地表主要生長荊棘、雜草等植被，下覆基巖為三疊系中統雜谷腦組（T2z）中～厚層狀鈣質石英砂巖夾中～薄層砂質板巖，偶夾千枚巖，巖層產狀N20°～45°E/NW∠45°～55°。巖層走向與邊坡走向呈小角度相交，為順河向谷，巖層傾向與邊坡傾向相反，為中傾角逆向坡。根據地貌及覆蓋層特征，將覆蓋層邊坡劃分為Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區和Ⅳ區（見圖4）。

圖4 高位覆蓋層邊坡全貌

Ⅰ區覆蓋層邊坡高程2 425～2 550 m，順坡長約200 m，橫坡寬約150 m，拔河高度約350 m，地面自然坡度一般25°～37°，自然坡走向N20°～35°E。該區早期為農田，近幾十年已退耕還林。地表為②層坡積礫石土，結構中密，豎直厚度一般為1～6 m；下覆①層冰川冰水堆積塊碎石土，豎直厚度一般為30～45 m?，F場調查中，未發現明顯地表張裂縫和坡體變形痕跡。

Ⅱ區邊坡高程為2 370～2 455 m，順坡長約為200 m，橫坡寬約150 m，拔河高度約240 m，地面自然坡度一般36°～45°，自然坡走向N35°～40°E。地表為①層冰川冰水堆積塊碎石土，淺表部結構松散，豎直厚度一般10～30 m。地質調查中發現Ⅱ區有多個部位發生了失穩滑動，統計出5個淺表滑坡帶。由于Ⅱ區下部基巖裸露，自然坡度陡峻，堆積條件差，滑坡物質順坡而下，匯聚于后坡沖溝。

Ⅲ區邊坡高程2 330～2 390 m，順坡寬約20 m，橫坡長約60 m，拔河高度約200 m，地面自然坡度一般36°～45°，自然坡走向N28°～32°E。地表為①層冰川冰水堆積塊碎石土，淺表部結構松散，豎直厚度一般為2～5 m。據現場調查，未發生變形破壞。

Ⅳ區邊坡高程為2 330～2 380 m，順坡長約為110 m，橫坡寬約80 m，拔河高度約200 m，地面自然坡度一般25°～39°，自然坡走向近EW。地表為①層冰川冰水堆積塊碎石土，淺表部結構松散，豎直厚度一般為20～40 m。區內地表干燥，在上游側沖溝左岸高程2 363 m附近發現地表滲流，其流量隨高程降低逐漸增大，于高程2 350 m附近隨高程降低又逐漸減小，并于高程2 334 m附近消散于地表之下。據現場地質調查，Ⅳ區僅一處發現淺表張裂縫。

4 邊坡失穩原因分析

據勘探鉆孔資料，邊坡下伏基巖斷層或擠壓帶不發育，覆蓋層中無滑動帶；據地表調查，邊坡后緣地裂縫不發育；Ⅰ區后緣坑槽探資料顯示，邊坡后緣無地裂縫，邊坡無滑動跡象。

2008年“5·12”地震對場址區影響烈度為Ⅶ度，邊坡未發生滑移失穩現象，整個廠房后坡僅發生了零星落石，邊坡整體穩定性未受影響。從記錄統計看，主要落石事件均發生在“5·12”地震之后。所以“5·12”地震對邊坡淺表部穩定產生了一定影響。

邊坡失穩變形發生在Ⅱ區、Ⅳ區，其成因主要有以下幾個方面：

（1）降水原因。據降雨量資料，近幾年的年降水量呈增長趨勢，且逐年突破歷史新高，并于2020年達到了1 188 mm的歷史新高。據歷史落石資料統計，2006年竹格多水電站建成投產運行以來，后邊坡少有落石現象發生，近一年多以來落石現象增多。2020年6月為該年中最大降水月份，且7月的降水量僅次于6月，該時間段以陰雨天氣為主，長時間的降水而蒸發小，使土體尤其是地表土體長時間處于飽和狀態，對邊坡穩定不利。邊坡失穩與降水量在發生時間上表現出了較密切的相關性，持續強降水為邊坡失穩的主要原因。

（2）地形原因。Ⅰ區為早期冰川冰水堆積物，地表覆蓋坡積物，自然坡度一般25°～37°，地形相對平緩；Ⅱ區、Ⅳ區處于邊坡前緣，第四紀以來，區內覆蓋層在重力、雨水、河流下切等地質作用下，一直處于覆蓋層流失狀態，Ⅱ區、Ⅳ區自然坡度一般36°～45°，地形相對較陡，地表覆蓋層相對松散，邊坡穩定性相對較差。本次邊坡失穩發生在Ⅱ區、Ⅳ區，地形較陡是其發生的主要原因。

（3）人為因素。除自然因素外，人為因素也對邊坡穩定造成了不良影響。通村公路排水溝的側向排水通道設置于公路回頭彎處，為Ⅱ區1號滑坡頂部。公路積水通過此排水線路，積水下滲浸入自然坡體，增加了土體重量，減弱了邊坡土體的力學性質，加之該部位邊坡自然坡度較陡，促進了邊坡失穩。長時間降水且受公路排水影響，1號滑坡的滑體物質形成了一次小規模坡面泥石流。通村公路工程排水措施設置不當也是本次滑坡發生的重要原因。

綜上所述，邊坡由于其地形較陡，表部物質松散，在持續強降水的作用下，加上工程排水措施的影響，前緣發生多處淺表部失穩滑動現象。

5 邊坡穩定性計算分析

穩定性計算采用剛體極限平衡法，選?、騾^典型剖面作為穩定分析的計算剖面（見圖5～6），由于土質邊坡無明顯的結構面滑動，故采用土質邊坡常用的圓弧形滑面進行計算，計算結果見表2。

表2 高位覆蓋層邊坡穩定安全系數計算成果

圖5 Ⅱ區高位覆蓋層邊坡典型剖面

圖6 暴雨工況覆蓋層邊坡潛在滑弧

Ⅱ區高位覆蓋層邊坡天然狀態下安全系數計算值為1.205，邊坡整體穩定；暴雨工況下安全系數計算值為1.014，邊坡存在淺表部滑移失穩的可能，邊坡表部處于欠穩定狀態；地震作用下的安全系數計算值為1.065，邊坡整體基本穩定。計算結果與邊坡失穩原因分析結果基本一致，邊坡失穩主要發生在前緣淺表部，穩定性受集中降雨控制。

6 結 論

（1）邊坡上部為②層坡積礫石土，下覆①層冰川冰水堆積塊碎石土，覆蓋層總體豎直厚度一般為15～47 m。自2006年竹格多水電站建成投產運行以來，未發生過大規?；卢F象，廠區后坡基本穩定。2020年在連續降雨后，于7月26日發生Ⅱ區、Ⅳ區邊坡淺表部滑坡。邊坡失穩與降水量在發生時間上表現出了較密切的相關性，持續強降水為邊坡失穩的主要原因。

（2）邊坡近幾十年落石記錄均發生在“5·12”地震之后，勘探未發現深部滑動面。故“5·12”地震未對邊坡整體穩定性造成影響，但對邊坡淺表部穩定性產生了一定影響。

（3）不利的地形條件和設置不當的公路排水措施也是發生本次滑坡的重要原因。

（4）穩定性計算表明，邊坡失穩主要發生在前緣淺表部，穩定性受集中暴雨控制。

（5）邊坡的穩定性受到了地震、降水及人為因素的影響，建議定期對邊坡穩定性因素進行動態評估。同時，邊坡滑動模式為表部牽引式滑動，建議對邊坡進行護坡處理，保證廠區運行安全。