新疆伊犁水电站12 号滑坡体稳定性分析

李 鹤

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000）

1 概述

新疆伊犁水电站采用引水式开发， 发电引水流量152.6m3/s，装机容量190MW，为中型Ⅲ等工程，由拦河引水枢纽、输水渠道、压力前池、压力管道、发电厂房等建筑物组成，据调查分析，受工程区1812年8级地震的影响， 在工程区沟谷两岸的黄土和软质岩体内形成了大中小型共5个滑坡体，其中12号滑坡体体积约7500万m3，是5个滑坡体中最大、最典型的特大型滑坡。

12号滑坡体东西宽度1.7km左右， 南北轴线长0.8～1.1km，滑体厚度一般30～80m，滑坡体坡面起伏，整体坡度12～15°。 经现场勘察认定，12号滑坡体目前处于稳定状态，但由于滑坡体体积巨大，不排除今后在强地震作用下发生蠕滑的可能性。

2 地质条件

2.1 地形地貌

河谷两岸Ⅵ阶地面宽0.8～1.5km， 河拔高度70～80m，Ⅶ级阶地零星分布于Ⅵ级阶地后缘，阶面宽度50～100m，河拔高度110～120m，Ⅵ、Ⅶ级阶地阶面均被大厚度黄土覆盖， 形成海拔1700～1900m的夷平面，后缘为高耸、宽厚的山体，海拔2000～2500m，相对高差200～500m。 河谷两岸大小冲沟发育，其中规模较大、沟底有积水的冲沟有5条［1］。

12号滑坡体与引水渠线位置关系如图1。

图1 12号滑坡体与引水渠线位置示意图

2.2 区域地质构造

12号滑坡体区域地质条件复杂， 构造上以一系列近东西向断裂为主， 主要的活动断裂为喀什河断裂，该断裂为右行逆冲性质，使上新统地层逆冲于上更新统～全新统地层之上， 后者14C年龄距今1.88±0.018万年。喀什河断裂中段走向276°，1812年曾发生过8级地震，形成长约65km地震断层；喀什河断裂东段走向286°，断裂面南倾，倾角70°左右，沿喀什河向东延伸，活动程度与中段相比较弱。

根据新疆防御自然灾害研究所2010年7月《新疆西部某河6个水电站工程场地地震安全性分析报告》中的数据， 工程区基岩50年超越概率10%的峰值加速度值为0.2851g， 场地地表水平向50年超越概率10%的峰值加速度值为0.32g， 对应地震基本烈度均为Ⅷ度［2］。

2.3 水文地质

12号滑坡体所处区域地下水丰富， 地下水位埋深一般1～3m，局部地段地下水溢出，形成泉水。 滑坡体地下水主要接受滑坡后缘赋存于高阶地砂砾石地下水和大气降水补给， 高阶地地下水和大气降水以水平和垂直方式入渗到松散的滑坡堆积层后， 大多顺坡以地下潜流方式向冲沟和Ⅳ、Ⅴ级阶地排泄，部分在滑体低洼处和前段滑舌溢出形成地表水顺坡排泄［1］。

2.4 滑坡体和滑床岩性

在对滑坡体的处理之前， 有关技术人员对其进行了地质勘察，勘察采用地质钻孔、开挖探坑和物探试验的手段，在12号滑坡体共布置钻孔3个，物探剖面测试3条，并对滑坡体主要的岩土体取样进行了试验。根据勘探和试验分析，滑坡体上部主要由黄土和砂卵砾石组成，其中黄土主要位于滑坡体表面，前缘一般厚度为5～10m， 后缘可达50m， 纵波速度256～357m/s；砂卵砾石主要分布于滑坡体中后部，一般厚度为10～15m，纵波速度889m/s左右。 滑体下部为第三系泥岩， 具有弱－中等膨胀性， 纵波速度1900～2200m/s。 滑床岩性为第三系泥岩，第三系泥岩产状280°SW∠40°，纵波速度2500～3000m/s，底滑面在3°～5°，后缘拉裂面在40°左右，拉裂面坡度基本与泥岩倾角相同， 说明滑坡是在地震时由于泥岩在上覆第四系覆盖层的重力应力和地震应力的共同作用下，沿泥岩软弱层面下滑， 后在巨大推力的作用下将底部强度较低的泥岩近水平剪断形成滑坡， 根据钻孔和探坑揭露， 在滑坡底滑面未发现明显的软弱泥化夹层，但见有明显的近水平闭合的滑动面，滑动面有擦痕，面略起伏。

3 滑坡体稳定计算分析

3.1 安全系数取值

水电站输水渠道为3级建筑物，根据DL/T5353—2006 《水电水利工程边坡设计规范》，12号滑坡体为Ⅱ级A类边坡。由于滑坡体的处理措施中都设置了完善的排水措施，可有效降低地下水位，从而改善滑坡体底滑面抗滑性能，因此，本次计算安全系数选取Ⅱ级A类下限，即持久状况为1.15，偶然状况为1.05。

3.2 计算方法

滑坡的稳定性主要取决于原滑坡滑动破坏时形成的滑裂面，即自重作用下沿滑动面发生的失稳破坏［3］，分析计算采用中国水利水电科学研究院开发的岩质边坡稳定分析程序EMU2005。

3.3 基本参数取值

根据地质试验，12号滑坡体各种岩体、土体的物理力学参数如表1，其中土体抗剪强度指标采用不固结快剪试验结果。

表1 12号滑坡体物理力学参数

3.4 计算工况

本次计算主要考虑两种工况即：（1）持久状况：正常运行条件；（2）偶然状况：正常运行条件遭遇8°地震。

3.5 计算成果

根据地质钻孔和探坑揭示， 本次计算选择1-1、2-2、3-3 等3个典型剖面做稳定分析。 典型剖面计算简图如图2～图4，计算结果如表2。

图2 滑坡体1-1典型剖面图

图3 滑坡体2-2典型剖面图

图4 滑坡体3-3典型剖面图

表2 12号滑坡体边坡稳定分析计算成果

12号滑坡体附近的渠道有开挖有填筑， 其中开挖或填筑断面面积相对整个滑坡体面积很小， 而且不存在挖断滑坡体底滑面的情况，经过对典型开挖、填筑断面分析计算认为，渠道开挖、填筑对整个古滑坡体的安全稳定系数影响很小， 从以上计算分析可以看出12号滑坡体典型剖面安全稳定系数满足规范要求。

4 滑坡体滑裂面力学指标反演分析

4.1 计算方法

12号滑坡体为特大型滑坡体， 滑坡范围很广，考虑到滑坡体形成和发展的不确定性、 多变性及滑坡体地质构造的复杂性， 参考国内外大型滑坡治理工程实例，为确保工程安全，假定滑坡体在自然情况下处于极限平衡状态， 反演滑裂面物理力学指标［4］。 然后，根据反演的物理力学指标，计算达到规范要求所需的抗滑力，为滑坡防治处理提供基本依据。

4.2 计算工况

计算主要考虑两种工况即：（1）持久状况：正常运行条件；（2）偶然状况：正常运行条件遭遇8°地震。

4.3 敏感性分析

针对12号滑坡体，取1-1、2-2两个典型剖面进行敏感性分析，说明滑坡体反演参数敏感性变化趋势。计算内容主要是在底滑面抗剪强度参数中摩擦角（φ=18°）不变（或者内聚力c=10kPa不变）情况下，考察滑坡安全系数随底滑面抗剪强度参数内聚力（摩擦角）的变化而变化的情况。

4.3.1 1-1剖面

12号滑坡体1-1剖面的滑坡稳定敏感性分析所得到的结果如表3，从表中可看出，随着摩擦角的增大，滑坡安全系数基本呈线性增大，摩擦角φ每增大1度， 安全系数平均增大约8%； 随着强度参数c的增高，滑坡稳定安全系数也呈线性增大，强度参数c每增大1kPa，安全系数平均增大约0.57%。由此可看出，滑坡体安全系数随内摩擦角增加较随内聚力的增加更加敏感。 敏感性分析如图5。

表3 12号滑坡体1-1剖面参数敏感性分析成果

续表3

图5 12号滑坡体中1-1剖面参数敏感性分析成果示意图

4.3.2 2-2剖面

12号滑坡体中2-2剖面的滑坡稳定敏感性分析所得到的结果如表4，从表中可看出，随着强度参数φ的增大，滑坡安全系数基本呈线性增大，摩擦角每增大1°，安全系数平均增大约6.2%，随着强度参数c的增高，滑坡稳定安全系数也呈线性增大，强度参数c每增大1kPa，安全系数平均增大约0.47%。 同样可以看出，2-2剖面和1-1剖面一样，滑坡体安全系数随内摩擦角增加较随内聚力的增加更加敏感。 敏感性分析如图6。

表4 12滑坡中2-2剖面参数敏感性分析成果

图6 12号滑坡体2-2剖面参数敏感性分析成果示意图

通过以上对12号滑坡体的底滑面抗剪强度参数的敏感性分析可知，在该滑坡的稳定安全系数中，滑坡底滑面抗剪强度参数中内摩擦角对安全系数的贡献要大于内聚力对其的贡献， 这主要是因为底滑面以上滑体埋深较大， 自重对滑坡安全系数的影响较大，另外在该工程中，滑坡下半段底滑面角度较缓，这也是滑坡底滑面抗剪强度参数中内摩擦角对滑坡安全系数影响较大的一个原因［5］。

4.4 反演参数

假定滑坡体在自然情况下处于极限平衡状态，即安全系数K=1，反演滑裂面物理力学指标，然后，根据反演的物理力学指标， 分正常和地震工况计算达到规范要求所需的抗滑力， 为滑坡防治处理提供基本依据。反演分析计算采用极限平衡法，12号滑坡体反演参数如表5。

表5 12号滑坡体反演参数

根据参数类比和反演的物理力学指标综合分析可看出，12号滑坡体滑裂面所取物理力学指标适中，内摩擦角较黏聚力对安全系数影响较大。 但鉴于滑坡地质问题的复杂性、不确定性和不可预见性，以及物理力学参数试验取样的随机性， 只能说明12号滑坡体按地质提供的物理指标和滑裂面计算结果满足规范要求。

5 结语

12号滑坡体体积大，地质构造复杂，从敏感性分析可看出， 滑坡体安全系数随内摩擦角增加较随内聚力的增加更加敏感。在地质资料准确、参数合理的情况下其稳定满足规范要求， 但由于滑坡体治理不确定性因素很多，处理难度大、成本高，应在输水渠道选线时尽量避开。