雅砻江中游楞古水电站夏日滑坡发育特征及稳定性分析

裴小龙，杨瀚文，宋东阳，杨 斌，田 野

（1. 中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心, 河北 廊坊 065000；2. 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心, 北京 100032；3. 中国地质调查局西安矿产资源调查中心, 陕西 西安710100；4. 中国地质调查局应用地质调查中心, 四川 成都 610000）

0 引言

我国中西部地区地形地质条件复杂，特别是环青藏高原的周边地带。伴随青藏高原的快速隆升，四川盆地周边河谷的快速下切，形成了高山峡谷地貌，同时还蕴藏了丰富的水能资源。受地形地貌特征影响，在这一地区开展了大规模的水电工程建设，加之库内水位大幅度提升，为滑坡等地质灾害的发生创造了条件[1]。如2003年7月三峡库区发生的千将坪滑坡典型案例[2]。

雅砻江主要位于青藏高原东部深切河谷区，全长1 571 km。雅砻江干流共规划了22级水电站，其中楞古水电站是雅砻江中游河段梯级开发的第三级。调查发现，楞古水电站工程地质条件复杂，坝内分布有唐古栋滑坡、夏日滑坡和马河滑坡等多个特大型-巨型滑[3−5]。文中以雅砻江楞古水电站夏日滑坡为例，在现场详细调查的基础上，采用试验测试和数值模拟等方法，对夏日滑坡蓄水后滑坡体的稳定性进行了分析。该研究为楞古水电站库岸滑坡防治提供了重要依据，并对同类型滑坡研究具有一定的参考意义。

1 研究区工程地质概况

楞古水电站位于四川省甘孜州康定、雅江两县境内，控制流域面积77 543 km2，占雅砻江全流域面积的57%。坝壅水高82 m，正常蓄水位以下库容2.19×108m3，调节库容0.12×108m3，初拟正常蓄水位2 479 m。雅砻江在研究区河流走向大体为北东-南西，地势呈东西高、中部相对较低。山顶与河谷的高差达500～1 000 m，谷深切呈“V”型谷，谷坡狭窄陡峻，整体坡度35°左右，为典型的高山峡谷地貌景观。研究区内河谷两岸斜坡地貌较发育，夏日滑坡位于雅砻江右岸，雅江县波斯河乡夏日村附近（图1）。

图1 夏日滑坡区域构造位置图Fig.1 Structural location of Xiari landslide

夏日滑坡区位于宋玉断层、孜河-楞古背斜以及雅砻江近南北向河谷所围限的区域之内。宋玉断层两侧花岗岩劈理化严重，并带有断层泥和断层角砾岩，活动断裂的发育导致区内河谷岸坡非常破碎（图2）。区内第四系覆盖较薄，坡体主要为基岩，以三叠系变质砂岩为主，代表性岩层产状为355°∠53°，在强烈的构造应力挤压作用下，岩石易弯曲变形形成褶皱和破裂，甚至形成密集层间劈理构造带[6−7]。夏日滑坡上部主要为印支期花岗岩，下部为三叠系块状变质粉细砂岩和第四系胶结砾石层、砂砾石层和胶结砾石、块石、砂、亚砂土、亚粘土等，岩层倾向坡内。

图2 宋玉断层构造剖面图Fig.2 Songyu fault structure profile

2 滑坡破坏边界及发育特征

2.1 滑坡变形破坏边界

夏日滑坡在地形地貌、边坡结构以及变形破坏现状等方面有很大差别，文章根据坡体的地貌形态、物质组成、边坡岩体结构特征以及变形破坏现状，将夏日坡体划分为三个区（图3），并对各区的稳定性做出定性的工程地质评价。分区主要考虑一下几个方面的因素[8−9]：①地形地貌因素；②地层岩性与边坡结构；③变形破坏现状，特别是岩体变形迹象以及卸荷裂隙发育状况；④对工程的重要性。

图3 夏日滑坡分区特征Fig.3 Xiari landslide zoning characteristics

Ⅰ区：为夏日边坡老滑坡区，位于夏日村坡下临江一侧[8]。老滑坡体后缘较为宽大，前缘缩口。主断壁高220 m，滑坡残体后缘高程2 560 m左右，前缘河床部位高程约2 350 m，横向宽350 m，厚度20～50 m，前缘剪出口位于2 360～2 380 m高程，高出河水面约5～30 m，沿线可见泉水呈带状渗出。Ⅰ区上下游边界清晰，两侧均为基岩陡壁。上游侧基岩因卸荷风化强烈，岩体较为破碎，在坡脚附近，可见完整的变质砂岩出露。下游侧岩体被花岗岩脉穿插，可见清晰的结构特征。

Ⅱ区：位于Ⅰ区下游侧的基岩山梁为界的下游部位，为夏日滑坡现状崩滑区，被上下游基岩山梁所围限。滑坡体物质组成为：上部为斜坡崩塌物以及基岩风化产物组成的土石混合体，下部为砂岩，岩层倾向坡内。第四系覆盖较薄，坡体主要为基岩。

Ⅲ区：为夏日滑坡后缘区，表层主要为青灰色砂岩与灰黄色花岗岩块石，地形坡度与夏日滑坡原始地表坡度相近，表现为前缘较为宽缓，后缘较陡。相对而言此区属于稳定区，故不作为重点调查区进行研究。

2.2 发育特征分析

Ⅰ区：属于老崩滑堆积体，坡体后缘较为宽大，前缘缩口，滑坡后壁圈椅不呈理想弧形，推断滑坡在一定程度上受母岩的结构特性控制（图4）。现状后壁不是滑后的初始断壁，滑坡发生后在断壁顶部发育有一系列错落台坎和崩落，断壁前缘崩塌造成主断壁一定程度的后移，崩落的岩土体形成了倒石堆。滑坡残体两侧为基岩山梁，岩体卸荷风化强烈。滑坡体目前无整体复活迹象，但局部稳定性差。考虑到夏日滑坡为一高速滑坡[8]，滑动后滑体滑动势能已经大幅消减，现滑坡主滑段滑面平缓，滑坡残体可获得较高的整体稳定性，不会发生大规模整体剧烈滑动，水库蓄水后滑坡体至多将以蠕滑—渐稳方式运动[10−11]。

图4 夏日滑坡Ⅰ区特征Fig.4 The characteristics of Xiari landslide zone I

Ⅱ区：自上游到下游，可以分为基岩山梁段、泥石流冲沟段，龟背段（此段坡面较为完整，形似龟背，但呈凹形）和“勺形崩滑”段（图5、图6）。根据工程地质现场调查，周边基岩中未发现较大断层。从坡体物质组成方面看，Ⅱ区斜坡体上部主要为碎石土，并夹有少量较大块的孤石，而含量最多的还是块径比较小的岩块，这主要是由原来上部基岩风化、崩塌、滚落、堆积而形成的。Ⅱ区内表层堆积有厚度不等的崩塌物质，下部分布有全强风化层序清晰的缓倾角砂岩，并未发现大规模的滑坡体形成时局部地层翻转、崩塌和杂乱岩体相间分布的现象。下层基岩顶部风化比较强烈。从岩体结构特征方面看，本区段岩土体存在倾向坡外的不利结构特征，岩体被切割为块状结构，较为破碎，并可见错动擦痕，主要结构面产状为：110°∠25°、240°～267°∠53°～60°和35°∠20°，岩体被切割为块状结构（图7），结构面赤投影见图8（面⑤为坡面产状），其前缘稳定性储备不高。

图5 夏日滑坡Ⅱ区特征Fig.5 The characteristics of Xiari landslide zone Ⅱ

图6 夏日滑坡Ⅱ区工程地质剖面图Fig.6 Engineering geological section of Xiari landslide zone Ⅱ

图7 Ⅱ区岩体结构特征Fig.7 The rock mass structure characteristics of zone Ⅱ

图8 Ⅱ区岩体结构赤投影图Fig.8 The rock mass structure characteristics stereogram of zone Ⅱ

Ⅱ区已经滑塌的部位并不属于典型的整体滑动，而是一种典型的“勺形崩滑[12]，此种类型的崩滑体大多处于位置较高的陡倾斜坡上，母岩破碎，或为原有老滑坡或崩塌体，崩塌体高位剪出或崩落后形成长程高速碎屑流或崩塌。再考虑到整个坡体的岩体特征与“勺形崩滑”体的成生原因与1967年大洪水有关，表明其稳定性储备不高。水库建成后，本区段水位将上升129 m（图6），斜坡岩土体含水量增加和库水作用强烈，抗剪参数在饱和状态下大幅弱化，坡体前缘可能产生滑移式塌岸甚至引发大规模整体滑动[13−14]。

经上述宏观地质定性分析，自然状态下该边坡处于稳定状态，而坝内蓄水工况时对边坡的稳定性影响最大，Ⅱ区可能出现失稳破坏。故重点对Ⅱ区在蓄水前、后的稳定性做进一步进行定量分析和评价。

3 夏日滑坡Ⅱ区稳定性分析

基于野外详细调查，结合勘察测试数据，采用有限差分软件FLAC3D重点对夏日滑坡Ⅱ区的稳定性进行了分析，岩土体参数见表1所示，计算过程采用莫尔-库仑准则[15−18]。考虑滑坡边界效应，长宽高均预留100 m，并参照夏日滑坡的实际空间几何形态，建立高800 m、长1 120 m、宽10 m的计算模型（图9），模型中基岩、滑体、滑带的网格边长为分别为30 m、15 m、8 m，共划分4 596个节点和2 200个网格。利用CAD建立二维图形，采用ANSYS拉伸、划分网格，最后导入FLAC3D进行计算分析。

图9 夏日滑坡II区有限差分模型Fig.9 Finite difference model of the Xiari landslide Zone II

表1 岩土体物理力学参数取值表Table 1 Values of mechanical parameters of rock and soil

资料表明，目前夏日滑坡坡脚水位为2 350 m，楞古水电站建成蓄水后水位为2 479 m。通过模拟蓄水前后不同水位对应的滑坡地下水位表明：在蓄水前，滑坡体整体处于非饱和状态，饱和部分仅分布在坡脚局部部位；蓄水后，滑坡体前部大部分已饱和（图10），此时水对滑带土的软化作用不容忽视。考虑蓄水影响，将饱和部分滑坡体和滑带土做一定程度的折减，模拟蓄水前和蓄水后工况下的夏日滑坡变形破坏特征[19− 20]。

图10 蓄水前后滑坡地下水位Fig.10 Groundwater level of landslide before and after impoundment

3.1 蓄水前滑坡稳定性

运用有限差分法对天然工况下夏日滑坡稳定性进行模拟。图11(a)为滑坡位移云图，滑坡体主要变形区位于滑坡坡脚范围，但整体位移量较小，最大位移仅为0.016 m，此外滑坡后缘局部出现浅表层变形，最大位移为0.006 m；剪应变增量云图表明，应力也主要集中在坡脚位置，见图12(a)，但剪应变增量有向滑坡深部扩展的趋势；目前处于剪切破坏塑性区的单元也主要存在于前缘坡脚部位，见图13（a）。基于内置的强度折减法计算，滑坡安全系数Fs=1.23。表明在天然工况下夏日滑坡的变形主要集中于坡脚部位，但整体位移量很小，稳定性较好，这也与目前的现场调查结果一致。

图11 蓄水前后位移云图Fig.11 Displacement contour map before and after impoundment conditions

3.2 蓄水后滑坡稳定性

水库蓄水对库岸滑坡稳定性具有重要的影响[21−23]。图11(b)为蓄水之后夏日滑坡的位移变化特征，显示出明显的两级滑动，前缘上部变形在0.15～0.2 m，下部变形在0.075～0.15 m，表明夏日滑坡具有沿基岩滑床向下分级牵引变形滑动的特点，坡脚部位的最大位移达到了0.2 m，为蓄水前的12.5倍，变形主要沿前缘次级滑坡滑带滑动，且越靠近前缘变形越大。前缘坡脚及剪出口处剪应变增量值最大，正处于剪切屈服状态的单元已逐渐形成条形区域，见图13(b)，总体上已沿次级滑面形成一条集中贯通的剪切带，见图12(b)。此外，深层滑带也出现局部的贯通。根据前期试验测试和相关工程类比[18,24−25]，采用强度折减法计算，滑坡前缘安全系数Fs=1.02。说明在库水位作用下，先期剪切带强度弱化，诱发滑坡局部滑动，破坏方式为前缘牵引式滑动。在滑坡前缘失稳破坏后，滑坡体的剪切破坏可能会继续向上逐渐发展，牵引整个滑坡发生大规模滑动。

图12 蓄水前后剪应变增量云图Fig.12 Shear stress increment map before and after impoundment conditions

图13 蓄水前后塑性区分布图Fig.13 Distribution of plastic zone before and after impoundment conditions

4 结论与建议

（1）根据坡体的地貌形态、物质组成、滑坡成因和滑动机理分析，将夏日滑坡划分为三个区。经宏观地质定性分析，Ⅰ区滑坡体无整体滑动迹象，但水库蓄水后，局部可能将以蠕滑-渐稳方式运动，但不会发生大规模整体滑动；Ⅱ区目前已经出现一定的变形破坏，稳定性最差，尤其水库建成后，坡体前缘可能产生滑移式塌岸甚至引发大规模整体滑动；Ⅲ区整体上较为稳定，不做为重点研究区。

（2）数值模拟表明，蓄水前，夏日滑坡Ⅱ区整体稳定性较好，只在前缘局部出现变形；蓄水后，Ⅱ区滑坡体变形明显扩大，前缘沿先存的次级滑带滑动。建议在夏日滑坡Ⅱ区前缘进行格构锚固和抗滑桩支护，以免水库蓄水后滑坡前缘滑动对水电设施造成破坏。

（3）建议利用现有的成熟监测技术，对滑坡灾害隐患进行早期识别和监测预警。西部高山峡谷区域，由于地域广，传统的人工监测技术较难实施，可利用InSAR技术对高山峡谷区域的滑坡灾害隐患广域进行早期识别[26−28]，达到有效减灾和防灾的目的，并为水电工程建设提供安全保障。