云南省水利水电勘测设计研究院 云南昆明 650021
摘要：本文介绍永不落水库大坝上游右岸山体及坝基发生蠕动变形，通过了解其工程地质、水文地质条件，并对右岸山体和坝基布置14个监测点进行全天监测。通过对其滑动变形特征以及蠕动变形成因的分析，为下一步蠕动变形稳定性分析和防治治理做好准备。
关键词：永不落水库；蠕动变形；特征；成因
前言：永不落水库位于西盟县北端中课镇库杏河支流永古河上，距干支流交汇口约400m，是一座解决中课镇集镇供水、农村人畜引水和农业灌溉用水等综合利用的中型水利工程。永不落水库总库容1142.10万m3，工程等别Ⅲ等。
2014年11月29日，大坝右岸上游西南侧1076m高程管理房平台开挖施工过程中，发现平台开裂，经参建各方现场查勘，右岸坡山体及坝基发生了蠕动变形，前沿近河床段局部产生了剪切鼓胀凸起破坏，后缘岸坡坡面拉裂，1076m平台以上山坡、已开挖的大坝右岸心墙基础、上下游坝基不同程度和范围出现了裂缝，经现场查勘测绘，蠕动变形边沿裂缝呈现圈椅状展布。针对右岸边坡开裂问题，在蠕动变形区布置了14个监测点进行24小时全天监测。
1基本地质条件
1.1地形地貌
坝址河床属于构造侵蚀浅切割低山及河流堆积地貌，地形完整性差。坝址区河道较顺直，河谷呈开阔的‘U’字型。右岸坝顶以下自然坡度约33°，坝顶以上自然坡度约21°。心墙坝基开挖坡比1.:1.52，坝顶开挖坡比1:4.07。
1.2地层岩性
右岸山顶及岸坡上覆第四系残坡积、崩坡积层及坍滑体紫红色砂质粘土、碎石土，厚3.5～5.0m，局部厚度8～10m；河床上覆第四系冲洪积及一级阶地灰褐色砂卵砾石、夹孤块石层，厚4.5～5.0m，结构松散。下伏基岩为侏罗系中统花开左组（J2h）紫红色泥质粉砂岩、砂岩、长石砂岩。
1.3地质构造
（1）断层构造
据初步设计阶段勘察成果资料分析，坝址区无区域断裂穿插，坝址区右岸岩体发育断层f1、f2。f1断层走向N80～88°W，倾向北东，倾角58°，断层带宽度1～2m，影响带宽度2～3m，延伸长度700m左右，逆断层性质；f2断层走向N25～30°W，倾向南西，倾角70°，断层带宽度0.5～1m，影响带宽度1～2m，延伸长度600m左右，逆断层性质；地层倾向下游偏左岸，总体属单斜构造。断层特性见表1
1.4岩体风化
据初步设计钻孔及平硐资料分析，右岸边坡全风化岩体带主要分布在坝顶高程（1068m）以上，全风化底界埋深3~9m。坝顶高程以上岩体强风化底界埋深约15~18m，弱风化下带埋深40~50m。坝顶高程以下岩体强风化底界埋深约10~15m，弱风化上带埋深约20~40m。山体50m以下为弱风化下带岩体。
1.5岩体卸荷
据坝基心墙开挖揭露情况结合初步设计勘察成果初步分析，岩体强卸荷带下界埋深在基岩面以下5~15m。岩体弱卸荷带下界埋深在基岩面以下15~20m。
1.6水文地质条件
（1）、地下水类型
根据出露的地层岩性及地下水在含水介质中的赋存特征，区内地下水类型可分为两类：松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。
1）松散岩类孔隙水
松散岩类孔隙水埋藏于第四系松散堆积层中，以大气降水补给为主，岸坡为残坡积（Qedl）含碎石、块石粘土，厚约3.5～5.0m；河床为冲洪积（Qpal）灰褐色砂卵砾石、夹孤块石层，厚4.5～5.0m，结构松散，富含孔隙水。
2）基岩裂隙水
主要赋存于下伏基岩碎屑岩风化裂隙中，为弱含水层，向河床排泄。
（2）、地下水的活动及补给、排泄
据初设勘察成果显示，坝址河床水位高程996.95m，右岸ZK10钻孔地下水位高程1080.7m，ZK3钻孔地下水位1023.9m，ZK34钻孔地下水位高程996.7m，地下水力坡度平均为25%左右，钻孔压水试验资料表明，右岸粉砂质泥岩透水性弱至中等透水。右岸地下水位高于河水位，为地下水补给河水，地下水向库杏河排泄。河床钻孔ZK02及钻孔ZK14孔深至38m以下，孔口观测到承压水涌出，涌水高出地面最高0.9m，随着时间推移，承压水涌水量逐渐减少。两岸地下水位高于河水位，为地下水补给河水，汇流后向库杏河排泄。
（3）、地下水活动特征与蠕动变形底界的关系
变形范围内第四系残坡积厚度小，地下水类型主要为基岩裂隙水为主，主要赋存于碎屑岩风化裂隙中，为弱含水层，地下水埋深30~40m，蠕变区潜在滑动面位于地下水位之上，大气降水沿地表下渗向河床排泄、补给。
2蠕动变形特征
2.1平面形态及规模
根据现场查勘及测绘资料分析，大坝右岸蠕动变形区的平面形态。经现场调查及施工测量放线，蠕变区的平面形态呈圈椅状，其后缘拉张裂缝最高点高程约1130m，前缘剪切凸起点最低高程约995m，后缘拉张裂缝与前缘剪切凸起点最大高差约135m。地表最大纵长约268m，中部宽约200m，后缘宽约80m，前缘宽度约240m；水平投影面积约5.2万m2。蠕变区前缘厚度10~15m，中部最大厚度约20m，后缘厚度8~10m，平均厚度约16.8m，初步估算体积约60~70万m3。平面形态见图3.4-1。
通过目前14个坡面观测点的位移方向统计分析，坡面蠕动变形平面位移方位N5°E，位移方向与坡向基本一致，与坝轴线近于平行。纵向地形呈上缓下陡的趋势，坝顶高程以下地形坡度约33°，坝顶高程以上地形坡度约21°，蠕变区表面平均坡角约25o，其纵向形态为凸形。横向上地形起伏较大，呈中部稍凸两侧较凹的环形趋势。
据统计变形范围内裂缝共23条（L2~L24），裂缝主要分布在后缘管理房平台部位，L2为变形范围边界，呈圈椅状，长度达646m，裂缝长度一般在20~50m，局部50~100m，宽度多在5~20cm；据管理房平台开挖揭露及探坑开挖情况初步分析，目前裂缝最大深度不超过10m；L1为库区右岸支流1988年地震裂缝，见图1。
2.2边界条件
蠕变区所在斜坡为顺向坡，上部残坡积厚度3.5~5m。蠕变区中央坝肩部位岩体产状20°∠36°，河床坝轴线坡脚产状20°∠22°，总体为顺向坡，与主滑方向（N5°E）成较小锐角夹角。该坡体在近日地震条件下裂缝扩展加剧，目前变形区整体上处于蠕动变形阶段，潜势滑面与后缘主裂缝及侧缘边界裂缝尚未完全贯通。斜坡边界主要根据现有地表变形破坏迹象、初设勘探点情况、分析蠕变带底界所在层位以及滑移特征综合确定。蠕变区前缘位于斜坡前缘河床边的蠕变剪切鼓胀凸起部位，后缘位于该斜坡南侧环形拉张裂缝处，左侧、右侧边界以斜坡纵向地面连续裂缝为界。
2.3物质结构组成及岩体质量分级
变形区自然边坡表层为残坡积含碎块石粘土覆盖，厚度一般在3.5~5m。下伏基岩以砂泥岩为主，据初设勘探资料及坝基开挖揭露分析，岩体以薄~中层状泥质粉砂岩夹中层状砂岩、长石砂岩为主，岩体多呈强风化，强风化平均深度约13~15m，岩体结构呈碎裂镶嵌的层状结构，岩体完整性较差。
岩质属较软岩，岩体较破碎，岩体完整性较差，岩体质量属Ⅴ级。
右岸坝体轮廓线范围内坝基开挖基本完成，坝基范围内覆盖层基本清除，心墙部位开挖至强风化岩体中部。
2.4蠕动变形区坡面变形监测分析
地面调查分析，后缘边界拉张裂缝已有垂直错动下沉趋势，后缘及中部坡面羽状拉裂缝开口张开度的张开趋势减弱。
选取了坝基心墙部位14个典型监测点进行了XY平面内日位移量和累积位移量监测统计，并对各个监测点绘制了位移—时间的关系曲线（见图3.4-2—3.4-15），通过分析可以看出：2014年12月2日至2014年12月7日边坡上布置各监测点日位移量绝大多数超过30mm，尤其12月3日和4日多个监测点日位移量甚至达到100mm以上，从12月7日变形速率减缓，一般日位移量位于10～20mm之间，12月14日出现了日位移量突然增大的趋势，但增值幅度不大，截至到16日的日位移量基本处于10～50mm之内。从各监测点累积位移数据来看，右岸心墙齿槽上部各监测点（代表监测点1#、2#、3#）变形量已达到500～550mm，心墙齿槽上游边坡坡脚部位各监测点（代表监测点7#、8#）的变形量位于400～500mm之间，心墙齿槽下游边坡坡脚部位各监测点的变形量（代表监测点6#）位于350～400mm之间。由此可知：2014年12月1日至2014年12月7日边坡变形处于初始加速阶段，2014年12月7日至2014年12月16日（后期监测仍继续）边坡变形处于等速变形阶段。就边坡各部位变形差异来说，心墙齿槽上部（边坡中部）变形量稍大于齿槽下部（边坡坡脚部位）变形量，心墙齿槽上游边坡坡脚部位变形量稍大于齿槽下游边坡坡脚部位变形量。
3蠕动变形成因机制分析
右岸蠕动变形的成因主要分为内因及外因。内因主要受右岸岩体的基本岩性和岩体结构面及其组合影响；外因主要受工程区附近地震及余震、2014年11月工程区强降雨及坝基开挖等因素影响。
3.1内部因素
1、基本岩性
右岸边坡基本岩性为碎屑岩红层，蠕动变形区以薄~中层状泥质粉砂岩夹中层状砂岩、长石砂岩为主，蠕动变形区表层岩体风化强烈，岩体呈碎裂镶嵌的层状结构；总体岩质较软、自身力学指标较差。碎屑岩的自身强度为蠕动变形提供了必要的物质基础。
2、岩体结构面及其组合
蠕动变形区所处边坡为顺向坡，上部残坡积厚度较薄，厚约3.5~5m。变形区中部坝肩部位岩层产状20°∠36°，河床坝轴线坡脚岩层产状20°∠22°，总体为顺向坡，平面上与蠕动变形方向（N5°E）呈较小夹角；地形坡度与岩层倾角相差较小，尤其坡脚岩层倾角与坡角基本一致。层面为优势结构面，还存在不利的结构面组合，为蠕动变形提供了有利的力学机制条件。
3.2外部因素
1、地震因素
工程区位于澜沧-耿马地震构造带，区域构造稳定性属差级，工程区地震动峰值加速度为≥0.40g，地震动反应谱特征周期为0.45s，对应地震基本烈度为≥Ⅸ度。场地处于强地震区，地震活动频繁，地震活动为蠕变的形成提供了强有力的动力条件。
工程场地历史上有14次破坏性地震记载，其中：4.7～4.9级5次，5.0～5.9级4次，6.0～6.9级4次，7.0～7.9级1次；最大影响烈度为1988年11月6日耿马－澜沧7.2～7.4级地震，工程区历史上多次受到Ⅵ～Ⅶ地震影响。
近期的2014年10月7日景谷6.6.级地震，工程区震感强烈，场地受到Ⅴ度影响，对右岸山体蠕动变形影响较大。2014年10月份，施工方正在工程枢纽区进行现场作业，对右岸坝基进行清基施工，坝基开挖本身就会造成坡体岩体向临空方向的卸荷回弹，加之地震的影响，在一定程度上会缩短卸荷回弹的时间，快速回弹会加剧边坡变形，造成顺层结构面的抗剪强度降低，对山体稳定性造成不利的影响。
近日的2014年12月6日2时43分，在云南省普洱市景谷傣族彝族自治县（北纬23.3度，东经100.5度）发生5.8级地震，震源深度9公里；当天18时20分发生5.9级地震，震源深度10千米。地震时工程区场地有明显震感，场地受到Ⅴ度影响。
从上述对各监测点位移数据分析也可以发现此次地震对边坡变形区的影响，12月6日和7日当天绝大多数监测点日位移量依然超过30mm，12月7日过后边坡变形速度开始放缓，一般日位移量位于10～20mm之间。地震促使了边坡的进一步变形，使坡体裂缝进一步加宽加深，对边坡的岩土体的整体性造成了更进一步的影响。所以，地震因素为主要的诱发因素之一。
2、大气降雨因素
区内降水形式主要为降雨，雨量充沛、夏雨集中、多暴雨，且2014年11月工程区发生了历时近一周的强降雨，降雨入渗使岩体含水量剧增，重度增加，雨季地表水短期的赋存会产生一定的静水压力，在岩体强透水带会形成地下水渗流面，产生瞬间的动水压力，雨水入渗降低了岩体的力学指标。因此，暴雨的作用增大了下滑力，同时会降低了山体的抗滑能力，使坡体稳定性变差。大范围的强降雨是影响山体稳定的主要诱发自然因素。
3、坝基开挖
坝基开挖尤其是心墙基础的开挖，开挖成坡过程中斜坡岩体向开挖临空方向卸荷回弹，使原有结构面尤其是顺坡向层面松弛，同时又可在集中应力和剩余应力的作用下，产生系列新的表生结构面（后缘及坡体的地表拉裂缝）或改造一些原有结构面（坡脚的剪切鼓胀凸起点）。坝基开挖，尤其心墙段的开挖亦为蠕动变形的主要诱发因素之一。
综上所述，岩质较软的强风化的泥质粉砂岩夹砂岩、长石砂岩及顺向坡的结构面组合为蠕动变形的内因；同时，近期工程区附近地震影响、施工期的强降雨、坝基开挖等因素为蠕动变形的主要诱发外因。
4结论
通过对右岸山体和坝基布置14个监测点进行全天监测，了解其蠕动变形特征。分析蠕动变形成因的分析，主要成因为岩性、岩体结构面及组合、地震、降雨和坝基开挖。可以为下一步蠕动变形稳定性分析和防治治理做好准备，也为其他类似工程，避免出现类似问题，起到预防作用。
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论文作者:苏东院
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/3
标签：坝基论文; 裂缝论文; 位移论文; 后缘论文; 砂岩论文; 高程论文; 基岩论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;