2.4　寶興河磽磧水庫塌岸

2.4.1　工程概況

磽磧水電站是寶興河流域開發(fā)的龍頭水庫工程,壩址位于寶興縣磽磧鄉(xiāng)下游約1km的東河上,廠址位于下游的石門坎附近,其間旅游環(huán)線公路通過工程區(qū),首部樞紐距寶興縣城約57km,廠區(qū)距寶興縣城約34km,寶興縣城至雅安市72km,雅安市至成都市145km,對外交通方便。

磽磧水庫由東河主庫及螞蝗溝、咔日溝、泥巴溝、柳洛溝支庫組成(圖2.31)。水庫正常蓄水位2140.00m時,最大壅水高度約120m,其主庫長約5.94km,咔日溝、泥巴溝及柳洛溝支庫分別長約2.7km、1.01km及1.13km。

2.4.2　庫岸塌岸情況

2007年10月中旬,當水庫蓄水至2125.00m高程時,水庫回水淹沒咔日溝支庫左岸豐收村堆積體(咔日溝3號堆積體)前緣坡腳后,堆積體2250.00m高程以下庫岸發(fā)生蠕動變形,形成一系列的變形裂縫和錯臺,導(dǎo)致變形區(qū)內(nèi)18戶民房出現(xiàn)不同程度的墻體開裂、傾斜等變形破壞,在靠近正常蓄水位附近的個別民房因變形嚴重發(fā)生倒塌。而庫水位隨著2008年年初逐漸下降,以豐收村堆積體為代表的水庫塌岸變形更加加劇,后緣塌岸最高高程已達到2270.00m高程附近,下錯位移最大值已接近3m。不僅如此,在整個水庫區(qū)的主河段、咔日溝、螞蝗溝、泥巴溝和柳洛溝等支庫內(nèi)普遍可見塌岸現(xiàn)象,截至2008年4月1日,磽磧水電站第一輪蓄水、降水過程,已造成庫區(qū)內(nèi)松散堆積體塌岸部位達20余處(表2.10),變形嚴重、對坡體上居民影響明顯的有3處。

庫區(qū)內(nèi)松散地層成因類型多樣,可見有冰緣凍融堆積碎石土(Qprgl)、冰水堆積塊碎石土()、坡洪積及崩積堆積碎石土()、滑坡堆積塊碎石土()以及坡殘積堆積碎石土(),除冰水堆積具有弱膠結(jié)外,其余均無膠結(jié)、為松散結(jié)構(gòu)。上述堆積體盡管成因不同,但從粒度成分上確有相近之處,從所發(fā)生的塌岸變形特征上看,除具有一定膠結(jié)的冰水堆積以“崩塌式”塌岸、塌岸范圍較小外,其余均以“滑移式”的蠕滑變形為特點,其塌岸范圍較大。

2.4.3　典型塌岸事件分析

2.4.3.1　近壩庫區(qū)右岸1號堆積體

1.基本地質(zhì)條件

主庫段1號堆積體位于主庫右岸、引水隧洞進口下游側(cè),下游側(cè)邊界距壩址254m(以下同),地貌上為凹槽負地形,自然坡度一般15°～25°(局部達50°)(圖2.32),該堆積體順坡長約340m,平均寬約190m,后緣分布高程2200.00m(環(huán)庫公路內(nèi)側(cè)),前緣瀕臨河邊。距在該堆積體上游側(cè)相同成因的堆積體鉆孔揭露,預(yù)計平均厚度約20m,規(guī)模115萬m3,主要為冰緣凍融堆積的碎礫石土,碎礫石成分以千枚巖、砂質(zhì)千枚巖為主,少量砂巖,粒徑一般?=2～4cm,少量?=5～8cm,土為粉質(zhì)土,含量約50%～60%,總體結(jié)構(gòu)較松散。據(jù)2008年4月初調(diào)查,當水庫蓄水至2125.00m并在后續(xù)的水位下降過程中,山坡地表出現(xiàn)大量裂縫,將坡體上已建和正在修建的基礎(chǔ)建筑物拉裂下錯,現(xiàn)狀條件下邊坡不穩(wěn)定,并對坡體上現(xiàn)有的3家住戶安全構(gòu)成嚴重威脅。

2.邊坡穩(wěn)定計算工況及參數(shù)取值

針對磽磧水電站水庫區(qū)已經(jīng)蓄水至2125.00m水位及其水位下降條件下所導(dǎo)致的邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀,在考慮邊坡穩(wěn)定性計算工況時,將重點圍繞2125.00m(初期蓄水)和2140.00m(長期蓄水)兩種蓄水條件,然后分別再考慮以下工況:①天然狀態(tài);②暴雨狀態(tài);③天然+地震狀態(tài);④暴雨+地震狀態(tài);⑤2140.00m(2125.00m)驟降5m。

根據(jù)主溝1號堆積體成因(崩坡積)及顆粒分析,其粒度成分上表現(xiàn)出較粗的特點,土體定名為“粉土質(zhì)礫”,因此其參數(shù)取值可參見坡殘積土取值,同時主要根據(jù)堆積體現(xiàn)有變形現(xiàn)狀所進行的邊坡穩(wěn)定性參數(shù)反演后,可確定出針對該堆積體相應(yīng)的計算參數(shù),即天然狀態(tài):容重γ=19.7kN/m3、C=30kPa、φ=21°;飽水狀態(tài):容重γ=21.0kN/m3、C=20kPa、φ=17°。同時針對“5·12”地震后烈度調(diào)整,場區(qū)地震基本烈度為8度,水平地震加速度取0.2g,地震綜合影響系數(shù)取0.25。

3.計算成果與分析(按圓弧形潛在滑面搜索)

(1)蓄水2125m后穩(wěn)定性分析計算。為了充分掌握主溝1號堆積體在不同工況條件下的穩(wěn)定性,在以下的穩(wěn)定性計算分析中,潛在滑面分別按圓弧形搜索,即沿堆積體內(nèi)部、沿基覆界面或沿堆積體內(nèi)部-基覆界面等不同潛在滑面情況進行計算。對該堆積體穩(wěn)定性分析將選其中的1—1'和2—2'兩條剖面進行計算,在蓄水2125.00m條件下的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2.11及圖2.33和圖2.34。

根據(jù)《水電工程建設(shè)征地處理范圍界定規(guī)范》(DL/T 5376—2007)以及《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5353—2006)對邊坡類型的確定標準,磽磧水庫區(qū)所在邊坡應(yīng)屬于B類三級,一般取安全系數(shù)(穩(wěn)定系數(shù))為1.10,也即小于1.10為不穩(wěn)定。針對磽磧水庫地質(zhì)條件復(fù)雜、地質(zhì)結(jié)構(gòu)不確定性以及人居敏感性等特點,本次研究取水庫區(qū)三級邊坡持久工況(即天然狀態(tài))安全系數(shù)上限為1.05、短暫工況(即暴雨狀態(tài))安全系數(shù)上限為1.03、偶然工況(即地震狀態(tài))安全系數(shù)上限為1.0,在以下的邊坡穩(wěn)定性分析中,所確定的最終塌岸范圍將以上述3種工況條件中的任意一項穩(wěn)定性系數(shù)K只要滿足:持久工況K<1.05、短暫工況K<1.03、偶然工況K<1.0,其所在的潛在滑面后緣邊界即作為塌岸范圍邊界線。

以1—1'剖面為例,在蓄水2125.00m條件下,靠前緣AB潛在滑面穩(wěn)定性系數(shù)最小,在所列的4種工況條件下(即天然狀態(tài)、天然+地震狀態(tài)、持續(xù)降雨狀態(tài)、持續(xù)降雨+地震狀態(tài))的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1,表明不管在何種工況條件下均處在不穩(wěn)定狀態(tài),這與實際情況完全相符。而從其他潛在滑面的穩(wěn)定性計算結(jié)果看,在相應(yīng)的工況下穩(wěn)定性系數(shù)均稍高于AB潛在滑面,但在天然狀態(tài)下均小于1.05,處于極限平衡—失穩(wěn)下滑狀態(tài)。這說明該堆積體在失穩(wěn)下滑過程中,首先是前緣部位最先塌滑,然后逐漸帶動中、后部堆積體,以上結(jié)果與該堆積體目前蠕滑拉裂變形完全吻合,表明計算結(jié)果是合理可信的。

(2)從2125.00m蓄水位驟降5m穩(wěn)定性分析計算。仍選取1—1'和2—2'兩條剖面,分別按沿堆積體內(nèi)部、基覆界面等部位按圓弧形面搜索,通過傳遞系數(shù)法計算,結(jié)果見表2.12和圖2.35、圖2.36。

從計算結(jié)果可見,主溝1號堆積體在2125.00m蓄水位驟降5m后,相應(yīng)的穩(wěn)定性系數(shù)與2125.00m蓄水位相比,均有不同程度的降低,在此工況條件下,兩條剖面中沿AB、AC和AD潛在滑面均處于失穩(wěn)下滑狀態(tài)。而從野外實地調(diào)查也顯示,該堆積體形成大量了裂縫并逐漸朝后緣擴展的時間大致在2008年春節(jié)前后,而此段時間正是水庫水位下降最頻繁的時期,這說明上述分析計算結(jié)果是合理可信的。

也就是說,在考慮2125.00m蓄水位及其2125.00m蓄水位驟降5m條件下,主溝1號堆積體就會發(fā)生整體蠕滑而形成塌岸,塌岸最終高程在2210.00m,這表明環(huán)湖路及其坡體上的居民建筑均將受塌岸影響而不能正常運營,并可能會對引水隧洞進口產(chǎn)生淤埋等不利影響,應(yīng)引起充分重視。

(3)2140.00m蓄水位下穩(wěn)定性分析計算。同樣選擇1—1'和2—2'兩條剖面,分別按沿堆積體內(nèi)部、基覆界面等部位按圓弧形面搜索,通過傳遞系數(shù)法計算,結(jié)果見表2.13和圖2.37、圖2.38。

計算結(jié)果顯示,在2140.00m蓄水位條件下,與2125.00m蓄水位相比,不同工況下的穩(wěn)定性系數(shù)均有所提高,以AB潛在滑面為例,從2125.00～2140.00m蓄水位,天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)由0.961變?yōu)?.0,持續(xù)暴雨下由0.950變?yōu)?.997,其他潛在滑面及工況均具類似特點,這表明由于地表水位抬升對坡腳的反壓作用,在一定程度上可以提高該堆積體的穩(wěn)定性,不過盡管穩(wěn)定性有所提高,但仍處于極限平衡—失穩(wěn)下滑狀態(tài)。只是靠最后緣邊界穩(wěn)定性稍好于中、前緣,這也再次說明該堆積體的失穩(wěn)(塌岸)方式以前緣先坍并逐漸帶動中后緣下滑蠕變、即以漸進式塌岸方式為主。

(4)從2140.00m蓄水位驟降5m穩(wěn)定性分析計算。同樣選擇1—1'和2—2'兩條剖面,并按相同的潛在滑面按圓弧形面搜索,通過傳遞系數(shù)法計算,結(jié)果見表2.14和圖2.39、圖2.40。

可以看出,以1—1'剖面為例,在2140.00m蓄水位驟降5m條件下,仍表現(xiàn)為靠邊坡前緣AB潛在滑面穩(wěn)定性系數(shù)最小,即在天然狀態(tài)下Fs1=0.964、天然+地震狀態(tài)下Fs2=0.847、持續(xù)降雨狀態(tài)下Fs3=0.961、持續(xù)降雨+地震狀態(tài)下Fs4=0.845,可見前緣AB潛在滑面在各種工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

而其他潛在滑面AC和AD的穩(wěn)定性計算結(jié)果也表明2140.00m蓄水驟降5m狀態(tài)下堆積體整體穩(wěn)定性均不好,天然狀態(tài)下均小于1.05,普遍處于極限平衡—失穩(wěn)下滑狀態(tài),發(fā)生整體下滑(塌滑)的可能性很大。正如前面對2125.00m蓄水狀態(tài)分析,該堆積體是以漸進式逐級解體塌滑為特點,最終塌岸高程1—1'剖面為2210.00m,2—2'剖面為2205.00m。

(5)圖解法塌岸預(yù)測。此次塌岸研究還采用上述數(shù)據(jù)在相同的剖面上進行了圖解法預(yù)測,就主溝1號堆積體而言,考慮屬于崩坡積堆積,取水下和水上坡角分別為21°和30°,則得出1—1'、2—2'所在剖面塌岸后緣高程分別為2202.00m和2205.00m,除1—1'剖面預(yù)測塌岸后緣高程稍小于按圓弧形搜索結(jié)果相應(yīng)高程(2210.00m),2—2'剖面基本與圓弧形搜索結(jié)果相對應(yīng),可見圖解法預(yù)測結(jié)果與上述的通過圓弧形潛在滑面搜索結(jié)果基本上是一致的(表2.15)。

綜上所述并依據(jù)圓弧形搜索法計算結(jié)果,主溝1號堆積體在水庫蓄水至2140.00m情況下,將會出現(xiàn)整體失穩(wěn)下滑,且以蠕滑拉裂的漸進式塌岸解體為特點,不會發(fā)生高速下滑。其最終塌岸范圍:順河長125m,橫向?qū)捈s200m,最高后緣高程2210.00m,最終塌岸規(guī)模預(yù)計115萬m3。

2.4.3.2　泥巴溝2號堆積體

1.基本地質(zhì)條件

泥巴溝2號堆積體位于泥巴溝左岸,距壩址2.28km,距支溝溝口993m,地貌上為山間凹槽形態(tài),自然坡度一般20°～40°(圖2.41),該堆積體順坡長約192m,沿河寬約119m,后緣分布高程2225.00m,前緣瀕臨河邊。預(yù)計該堆積體厚度5～25m不等,規(guī)模約21萬m3,主要為坡殘積、局部崩坡積碎礫石土,碎礫石成分以千枚巖、砂質(zhì)千枚巖為主,少量砂巖,總體結(jié)構(gòu)較松散。據(jù)2008年4月初調(diào)查,在水庫蓄水至2125.00m并在后續(xù)的水位下降過程中,環(huán)湖公路外側(cè)地表出現(xiàn)少量橫向拉張裂縫,但規(guī)模不大,只是在環(huán)湖公路內(nèi)側(cè)路塹邊坡開挖后,邊坡淺表部可見小范圍塌滑。現(xiàn)狀條件下邊坡穩(wěn)定性一般,蓄水后可能會對環(huán)湖公路及坡體上一戶居民建筑產(chǎn)生不利影響。

2.邊坡穩(wěn)定計算工況及參數(shù)取值

如同上述邊坡穩(wěn)定性分析,在考慮邊坡穩(wěn)定性計算工況時,將重點圍繞2125.00m(初期蓄水)和2140.00m(長期蓄水)兩種蓄水條件,然后分別再考慮以下工況:①天然狀態(tài);②持續(xù)降雨狀態(tài);③天然+地震狀態(tài);④持續(xù)降雨+地震狀態(tài);⑤2140.00m(2125.00m)驟降5m。

根據(jù)泥巴溝2號堆積體成因(坡殘積及部分崩坡積)及顆粒分析,土體定名為“含礫碎石土”,其參數(shù)取值依據(jù)可參見坡殘積土取值,同時根據(jù)坡體現(xiàn)有變形現(xiàn)狀所進行的邊坡穩(wěn)定性參數(shù)反演后,可確定出針對該堆積體相應(yīng)的計算參數(shù),即天然狀態(tài):容重γ=19.7kN/m3、C=36kPa、φ=23°;飽水狀態(tài):容重γ=21.0kN/m3、C=24kPa、φ=19°。同時針對場區(qū)地震基本烈度為8度,水平地震加速度取0.2g,地震綜合影響系數(shù)取0.25。

3.計算成果與分析(按圓弧形潛在滑面搜索)

(1)蓄水2125.00m后穩(wěn)定性分析計算。為了充分掌握泥巴溝2號堆積體在不同工況條件下的穩(wěn)定性,在以下的穩(wěn)定性計算分析中,潛在滑面同樣分別按圓弧形搜索,即沿堆積體內(nèi)部、沿基覆界面或沿堆積體內(nèi)部-基覆界面等不同潛在滑面情況進行計算。對該堆積體穩(wěn)定性分析將選其中的N2—N2'剖面進行計算,在蓄水2125.00m條件下的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2.16及圖2.42。

從表、圖中可見,受坡型和基覆界面形態(tài)的影響,在蓄水2125.00m條件下,靠前緣AB潛在滑面穩(wěn)定性系數(shù)比以中、后緣為代表的AC、AD潛在滑面要大一些,換言之該堆積體靠前緣部位的穩(wěn)定性要好于中、后緣部位,不過在天然狀態(tài)下,3處潛在滑面的穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.05,處于基本穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài),只是在持續(xù)暴雨狀態(tài)下,AC、AD潛在滑面穩(wěn)定性系數(shù)小于1,會處于失穩(wěn)下滑狀態(tài)。根據(jù)前述的判別標準,上述結(jié)果顯示該堆積體在持久工況條件下處在穩(wěn)定狀態(tài),但在暴雨短暫工況下中、后部將處于不穩(wěn)定狀態(tài),存在蠕滑拉裂塌岸現(xiàn)象,其塌岸影響高度預(yù)測為2225.00m。

(2)從蓄水2125.00m驟降5m穩(wěn)定性分析計算。對該堆積體所代表的N2—N2'剖面在蓄水2125.00m驟降5m條件下的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2.17及圖2.43。

在蓄水2125.00m驟降5m條件下,仍然表現(xiàn)出靠前緣AB潛在滑面穩(wěn)定性比以中、后緣為代表的AC、AD潛在滑面要稍好一些,在天然狀態(tài)下,3處潛在滑面的穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.116、1.032和1.096,除靠中部的AC潛在滑面小于1.05處于欠穩(wěn)定狀態(tài)外,其他部位均大于1.05,均處于基本穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài),只是在持續(xù)暴雨和地震狀態(tài)下,AC、AD潛在滑面穩(wěn)定性系數(shù)仍小于1,會處于失穩(wěn)下滑狀態(tài)。根據(jù)前述的判別標準,上述結(jié)果顯示該堆積體在蓄水2125.00m驟降5m正常工況條件下以AD潛在滑面為代表的部位存在蠕滑拉裂塌岸的可能性,其塌岸影響高度預(yù)測為2225.00m。

(3)2140.00m蓄水位下穩(wěn)定性分析計算。對該堆積體所代表的N2—N2'剖面在2140.00m蓄水條件下的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2.18及圖2.44。

從表、圖中可見,與蓄水位2125.00m不同工況條件下的穩(wěn)定性相比,由于2140.00m蓄水位基本淹沒堆積體的一半高度,該蓄水位下的穩(wěn)定性系數(shù)均有不同程度的增加,且各種工況條件下的穩(wěn)定性系數(shù)基本上均大于1,這表明就該堆積體所處的部位而言,蓄水位的提高在一定程度上提高了對坡體的反壓力,尤其是在天然狀態(tài)下,3處潛在滑面(AB、AC、AD)的穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.561、1.185和1.204,且在暴雨或地震工況條件下穩(wěn)定性也滿足要求。根據(jù)前述的判別標準,上述結(jié)果顯示該堆積體在蓄水2140.00m條件下不存在蠕滑拉裂塌岸的可能性。

(4)從蓄水2140.00m驟降5m穩(wěn)定性分析計算。對該堆積體所代表的N2—N2'剖面在蓄水2140.00m驟降5m條件下的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2.19及圖2.45。

在蓄水2140.00m驟降5m天然狀態(tài)下,3處潛在滑面(AB、AC、AD)的穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.336、1.082和1.136,均處于基本穩(wěn)定和穩(wěn)定狀態(tài);但在暴雨或地震條件下,存在沿AD或AC潛在滑面失穩(wěn)的可能。根據(jù)前述判別標準,顯示該堆積體在蓄水2140.00m驟降5m工況條件下(主要指在暴雨等短暫工況下),存在整體蠕滑拉裂塌岸的可能性,其塌岸影響高度預(yù)測為2225.00m。

根據(jù)上述各種蓄水條件并在不同工況狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù),可得出泥巴溝2號堆積體可能存在的塌岸范圍預(yù)測值,見表2.20。

從表2.20中可以得出以下認識:在幾種蓄水條件下,考慮暴雨或地震等短暫或偶然工況,顯示除在2140.00m蓄水下不存在整體和局部塌岸外,其余蓄水條件均存在整體塌岸的可能,尤其是2125.00m蓄水位驟降5m工況該堆積體最易塌滑,且沿堆積體中、后部發(fā)生塌岸的可能性較大。

(5)圖解法塌岸預(yù)測。采用上述數(shù)據(jù)在上述按圓弧形搜索計算相同的剖面上進行了圖解法預(yù)測,因泥巴溝2號堆積體屬于坡殘積及局部崩坡積堆積,顆粒成分與泥巴溝1號堆積體相似,但更偏粗一些。取水下和水上坡角分別為16°和30°,對N2—N2'所在剖面按2140.00m正常蓄水位進行作圖預(yù)測,得出塌岸后緣高程為2225.00m。按作圖法預(yù)測最終塌岸后緣與按圓弧形搜索結(jié)果相應(yīng)高程一致(表2.21)。

綜上所述并依據(jù)圓弧形搜索法計算結(jié)果,泥巴溝2號堆積體在水庫蓄水至2140.00m、天然狀態(tài)(持久工況)情況下,總體上表現(xiàn)出堆積體發(fā)生塌岸的可能性較小。但在暴雨或地震工況下,除在2140.00m蓄水條件下邊坡整體穩(wěn)定不會發(fā)生塌岸外,其余蓄水位下均存在沿堆積體中、后部塌岸下滑的可能性,尤其在低蓄水位2125.00m驟降過程中最為突出,但不會發(fā)生高速下滑。預(yù)測其最終塌岸范圍:順溝長112m,橫向?qū)?6m,最高塌岸高程2225.00m,最終塌岸規(guī)模預(yù)計21萬m3。