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金沙江滑石板基岩滑坡是一个典型的顺层基岩滑坡,1996年2月3日发生7.0级地震,同年10月28日发生大型基岩滑坡,方量230×104m3,造成金沙江断流近2个小时,水位抬高近60m。两家人水电站为金沙江“一库八级”开发方案的第二个梯级电站,装机容量4000MW,滑石板基岩滑坡位于两家人水电站厂址区,对厂址危害影响较大。本文根据1996年地震作用下发生滑坡现状调查,从滑石板基岩滑坡的边界条件入手,确定其破坏机制,进行参数反演分析、地震影响反演分析,通过三维模型建立,利用FLAC3D及ANSYS软件进行三维、典型剖面二维在地震动力下稳定分析,指出滑石板顺层岩质边坡最可能的破坏形式,同时针对滑石板基岩滑坡现状,提出加固处理措施。
滑石板位于著名的金沙江虎跳峡出口,谷深3500余米,构成壮观的高山峡谷。地处于松潘-甘孜褶皱系和扬子准地台交接地带的松潘-甘孜褶皱系一侧,距大具-丽江断裂仅约1km,经过多次构造运动,地质构造背景繁杂,相应的地震基本烈度达Ⅷ度,为高地震烈度区。
组成滑石板边坡岩性为石炭系中厚层状大理岩、结晶灰岩夹少量石英片岩及绢云母绿泥片岩,岩层产状N0°~10°W,NE∠35°~45°,边坡岩体基本以2200m高程为界,呈上缓下陡的趋势。岩层内部层间错动面发育,沿层间错动面绢云母、绿泥石等片状矿物富集。1996年地震造成滑石板顺层岩质边坡,高程2700m~2300m高程段边坡区见多级高度在30m左右的小陡坎,边坡区岩体完整,未发现后缘拉裂面存在;高程2300m~1900m高程段边坡为滑石板滑落区,滑落区控制底滑面为一层间错动面,其层面上见绢云母、绿泥石等片状矿物富集,滑石板滑落区后缘脱开面由N80°E组裂隙和岩块拉断面组成,岩体拉断面走向基本与岩层走向方向一致。结合滑石板区现场控制性结构面调查成果,边坡岩体破坏模式为:以N80°E,SE∠80°组陡倾角裂隙为侧滑面,以层间错动面为底滑面,以岩体拉断面或N10°W组陡倾短小裂隙为后缘脱开面,沿裂隙与层间错动面的组合棱线方向(88.5°∠40°)产生滑动。滑石板区边坡现状可分为3个区域:一区为已滑塌区,二区为切脚岩体区,三区为滑塌堆积区。其中切脚岩体区可以分为三个亚区,“月牙形”坡体区、拉裂区坡体区、上部滑移区,其中拉裂区与上部滑移区决定滑石板边坡未来的变形发展趋势,影响厂址的布置。从现场地质测绘资料判断,该卸荷松动岩体区天然状态下处于基本稳定状态,其中后部切脚岩体区天然状态下处于稳定状态,在强地震作用下,前缘卸荷松动岩体将可能失稳。
边坡岩体及结构面力学参数确定主要根据室内土工试验及现场大剪试验成果资料,同时对震后后缘面贯通率反演和底滑面参数反演,其1996年地震形成的后缘贯通率在40%~50%之间。为了更准确把握1996年地震前滑石板边坡的动力响应规律,建立了滑石板边坡的已滑区及拉裂区三维模型,并恢复了1996年滑坡前的地形地貌,研究中以滑石板边坡拉裂区和已滑区为重点,进行动力响应分析反演计算,分析发现,滑石板拉裂区及已滑塌区是地震影响最大的工程区域,地震荷载的反复作用导致了该区域裂隙组扩展,塑性区产生,在后继降雨作用下最终导致了1996年10月滑塌现象。
滑石板现状分析,通过三维模型的建立,利用FLAC3D及ANSYS软件进行三维地震动力下稳定分析,位移变化较大的区域与反应谱分析中加速度最大值出现的区域接近,上部滑移区的后缘坡表出现了0.913MPa的拉应力,中部拉裂区岩体出现较大规模塑性区,判断滑石板最危险区域位于中部拉裂区及后缘附近。典型剖面二维地震动力下稳定分析,其岩体最大主应力为压应力,范围为-8.40~0.71MPa,最小主应力均为压应力,应力范围为-27.50~-0.20MPa。在拉裂区以及上部滑移区出现拉应力,拉应力最大值为0.71MPa,最大变形出现在拉裂区附近,最大水平位移为19.23cm,塑性区基本位于拉裂区后缘、潜在的底滑面和已拉裂区。通过有限分析计算,滑石板顺层岩质边坡最可能的破坏形式为:自然工况下边坡保持稳定,在大地震发生时底滑面上覆岩体可能出现拉裂区,但仅在自重作用下仍可保持自稳;只有当再次经历地震或降雨入渗使结构面参数降低,则边坡有滑塌的危险。
滑面上覆岩体不仅要保持自稳尚需承受部分上覆岩体的下滑力,一旦下部岩体滑落整体边坡可能发生渐进式的滑塌破坏,选择合适的区域、采用合理的措施,降低边坡发生继续滑塌的可能性。
边坡加固主要采用预应力锚索、拉裂带灌浆处理和边坡排水措施,其中预应力锚索是最主要的一种加固处理措施。对边坡加固的位置进行计算分析,加固的最佳位置在边坡的下部,加固措施的设计主要针对下部拉裂带区域进行。对三种加固方案进行比较,最终确定在边坡的底部和中部同时进行预应力锚索加固,具体方案:在底部采用2000KN预应力锚索加固,长度40m,沿高程方向间距4~6m,数量10根;边坡切角区中部预应力锚索采用3000KN,长度70m,沿高程方向间距6~8m,数量6根。在应用预应力锚索对边坡的局部稳定性和整体稳定性进行加固的同时,对底部拉裂带附近的岩体进行灌浆处理并加强坡面排水,降低降雨入渗对边坡稳定性的不利影响。锚索布置的原则为在考虑方便施工的条件下,所选用的锚固角要尽可能多地穿过不利于边坡稳定的结构面。