黑河学刊
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黄藏寺水利枢纽坝前H8堆积体稳定性分析

堆积体系指的是第四纪堆积作用形成的地质体,是基岩、古垮塌体、古崩滑体、现代崩滑体和第四系沉积体等几种或全部的组合体,属于斜坡变形破坏后的产物[1]。随着我国西部大开发及一带一路战略的实施,工程建设不可避免地会遇到越来越多这类堆积体,对坝址选择、枢纽布置及库岸稳定和移民安置带来重大影响,成为高山峡谷区修建水电工程必须面对的主要工程地质问题之一[2]。

对于大规模堆积体,无论从防护治理的策略还是施工技术上都有较大的难度[3]。查明堆积体规模、形态特征及成因,正确认识堆积体的物质组成、结构特征及物理力学性质,客观评价堆积体的变形特征及其稳定状态,采取有针对性的预防治理措施,是水利工程建设中大型堆积体地质灾害防治的关键[4]。

国内外许多研究者对一些大型堆积体边坡的成因机制[5-6]、空间效应[7-8]、变形破坏特征及稳定性[9-10]进行了详细的分析,结果表明这类边坡变形破坏的发育规模通常受特殊的地质条件控制,表现出较大的差异性,对工程的影响程度也不尽相同[11-14]。

黄藏寺水利枢纽工程坝址前右岸的H8堆积体的总体积约175万m3,距坝址约200 m,一旦失稳,将对大坝的施工造成严重影响,因此,有必要对H8堆积体的稳定性进行分析研究,为H8堆积体后期的综合治理提供地质技术支持。

1 工程概况

黄藏寺水利枢纽工程位于青海省祁连县黄藏寺村下游约11 km的黑河干流上,坝址控制流域面积7 648 km2,多年平均天然径流量12.59亿m3。正常蓄水位2 628 m,水库总库容4.03亿m3,电站装机容量49 MW,工程为Ⅱ等大(二)型的综合利用水利枢纽工程,被列入国家172项重大水利工程。

工程区属青藏高原气候区的祁连山-青海湖气候亚区,为高寒半干旱气候,多年平均降水量406.8 mm,其中6~9月降水量占全年降水量的78%。

2 区域地质概况

工程区大地构造单元属祁连山地槽褶皱系,近场区的新构造运动表现以垂直升降运动为主;肃南-祁连断裂带中段距离坝址约30 km,属于全新世活动断裂,存在发生中强以上地震的可能。近场区和场区内属于肃南-祁连断裂的东段,距离坝址(H8)最近约1 km,未发现全新世活动证据,其最新活动时代可能为晚更新世[15]。

工程场址位于六盘山-祁连山地震带,区域历史地震对场地的影响烈度均小于Ⅴ度。根据地震危险性分析结果,场区地震动峰值加速度为190 gal(0.19 g)、地震动反应谱特征周期0.45 s,相应地震基本烈度为Ⅷ度。场址区区域构造稳定性较差。

3 H8堆积体地质条件

堆积体前缘已深入黑河中,高程2 527~2 531 m,后缘高程2 710 m,高差170多m;前缘宽约400 m,后缘宽约90 m,沿冲沟长约500 m。堆积体呈前宽后窄,似“喇叭”形,分为三大区:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区。Ⅰ区(Ⅰ1+Ⅰ2)约80万m3,Ⅱ区约57.6万m3,Ⅲ区约37.4万m3。H8堆积体原始地貌见图1。

图1 H8堆积体原始地貌Fig.1 Original landform of H8 soil deposit

按组成物质、结构等不同,将堆积体分为4层:坡积碎石类土滑坡堆积物坡积洪积碎石土冲洪积砂砾石土层下伏基岩为寒武系绿泥石角闪石英片岩(∈sc)。

4 施工中H8堆积体的变形监测

在H8堆积体上共设置了22个变形监测点,见图2。结合监测数据和现场变形迹象分析:Ⅰ区发生较大变形,Ⅱ区和Ⅲ区暂未发生变形。

4.1 Ⅰ1区的变形监测分析

在Ⅰ1区设置了16个变形监测点,各监测点的累计变形曲线见图3。X值“+”是向下游偏移,“-”是向上游偏移;Y值“+”是向山体偏移,“-”是向河边偏移;Z值为高程;单位均为“m”。

Ⅰ1区发生了2次加速变形:

(1) 第1次加速变形始于2017年5月20日,监测点向下游的变形速率为11~28 mm/d,向河边的变形速率为4~6 mm/d,高程每天下降2~4 mm。至5月28日,监测点向下游累计的最大变形为151 mm,向河边累计最大变形为62 mm,在高程方向累计最大变形为23 mm。之后,为防止Ⅰ1区产生滑塌,建设单位对Ⅰ1区采取削坡减载、加强观测等应急处理措施,使其变形速率明显降低,使Ⅰ1区正在发生的加速变形恢复至蠕动变形阶段。

(2) 第2次加速变形始于2017年6月10日,监测点向下游的变形速率为45~65 cm/d,向河边的变形速率为15~25 cm/d,高程每天下降1~4 cm。至6月18日,监测点向下游累计的最大变形为1.822 m,向河边累计最大变形为0.656 m,在高程方向累计最大变形为0.069 m。之后,建设单位对整个Ⅰ区采取削坡减载、加强观测、截排水等应急处理措施,使其变形速率再次明显降低,使Ⅰ1区正在发生的加速变形再次恢复至蠕动变形阶段。