孫紅亮，羅 浩

(1.四川中水成勘院工程物探檢測(cè)有限公司，四川 成都 610072；2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610072)

水庫(kù)在蓄水及運(yùn)營(yíng)過程中，由于斜坡水文地質(zhì)條件變化，特別是庫(kù)水位升降產(chǎn)生的動(dòng)水壓力及波浪對(duì)岸坡的沖蝕磨蝕等，容易引發(fā)岸坡失穩(wěn)，對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，因此，庫(kù)區(qū)岸坡穩(wěn)定性問題是水電工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中重大的工程地質(zhì)問題之一。

對(duì)水電站庫(kù)區(qū)滑坡災(zāi)害開展全面系統(tǒng)的研究，分析滑坡的穩(wěn)定性特征，有效地評(píng)價(jià)庫(kù)區(qū)滑坡潛在危害程度，對(duì)保證水電站安全建設(shè)與正常運(yùn)行、確保綜合效益的正常發(fā)揮，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)開發(fā)西部山區(qū)豐富的水電資源，確保山區(qū)水電站的安全建設(shè)和營(yíng)運(yùn)，具有積極的指導(dǎo)作用。

分析滑坡穩(wěn)定性特征需明確滑坡發(fā)育的邊界條件，幾何邊界特點(diǎn)主要反映滑坡發(fā)育的規(guī)模，如長(zhǎng)度、寬度、深度、發(fā)育形態(tài)、體積等。

對(duì)于庫(kù)區(qū)淹沒的滑坡體及庫(kù)岸滑坡水下部位的發(fā)育情況調(diào)查，引入三維多波束系統(tǒng)。對(duì)滑坡區(qū)域水下三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并把離散的水深數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，構(gòu)建高分辨率的水下數(shù)字地形模型，繪制水下地形三維立體圖和坡度圖，以水下滑坡所呈現(xiàn)出的地形特征來識(shí)別其幾何結(jié)構(gòu)，量測(cè)和計(jì)算滑坡坡度、主要陡坎高度、滑坡發(fā)生的水深、滑坡表面積等，為確定滑坡水下邊界條件及確定滑坡穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)資料。

1 三維多波束系統(tǒng)

三維多波束系統(tǒng)是利用超聲波原理進(jìn)行工作，是在單波束回聲測(cè)深基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。利用安裝于船的龍骨方向上一條長(zhǎng)發(fā)射陣，向海底發(fā)射一個(gè)與船龍骨方向垂直的超寬聲波束，并利用安裝于船底的與發(fā)射陣垂直的接收陣，當(dāng)測(cè)深系統(tǒng)在完成一個(gè)完整的發(fā)射接收過程后，經(jīng)過適當(dāng)處理形成與發(fā)射波束垂直的許多個(gè)預(yù)成接收波束，從而形成一條由一系列窄波束測(cè)點(diǎn)組成的在船只正下方垂直航向排列的測(cè)深剖面。

三維多波束系統(tǒng)采用慣導(dǎo)系統(tǒng)并配有GNSS輔助定位及Octans慣性姿態(tài)傳感器，實(shí)現(xiàn)精確的位置、艏向、垂蕩和橫搖測(cè)量。結(jié)合配備北斗衛(wèi)星定位的RTK-GPS系統(tǒng)，實(shí)時(shí)提供厘米級(jí)定位精度的測(cè)量數(shù)據(jù)修正。對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行全覆蓋掃測(cè)，相鄰測(cè)線覆蓋范圍重合至少20%，對(duì)于重點(diǎn)部位進(jìn)行多次覆蓋掃測(cè)，保證探測(cè)數(shù)據(jù)精度。

采用Qinsy數(shù)據(jù)采集軟件以及CARIS HIPS and SIPS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后處理軟件共同進(jìn)行，對(duì)數(shù)據(jù)采集軟件采集來的各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及對(duì)水深數(shù)據(jù)設(shè)定各項(xiàng)合理的過濾參數(shù)和刪除假信號(hào)，對(duì)兩條相鄰測(cè)線重覆蓋的地方的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、刪除，以保留高精度的水深數(shù)據(jù)。最后，繪制等深線圖以及典型測(cè)線地貌圖。

2 水下滑坡形態(tài)特征

關(guān)于水下滑坡分類的研究并不多見，而水下滑坡與陸上滑坡基本相似，多為整體性滑坡，即滑坡體在被破壞的同時(shí)或隨后的運(yùn)動(dòng)過程中基本上保持不變形的滑坡。

整體性滑坡因滑動(dòng)體變形小、滑距短，滑坡體保存相對(duì)完好，因此描述陸上滑坡結(jié)構(gòu)形態(tài)的常用術(shù)語也同樣適用于水下滑坡。一個(gè)發(fā)育完全的典型陸上滑坡，一般由滑坡體(1)、滑動(dòng)面(2)、剪出口(3)、滑坡床(4)、滑坡后壁(5)、滑坡洼地(6)、滑坡臺(tái)地(7)、滑坡臺(tái)坎(8)、滑坡前部(9)、滑坡頂點(diǎn)(10)、滑墊面(11)、滑坡側(cè)壁(12)等要素組成，整體性滑坡結(jié)構(gòu)的特征示意圖如圖1所示。

圖1 滑坡形態(tài)特征示意圖

3 典型實(shí)例總結(jié)

本次應(yīng)用區(qū)域?yàn)槲髂蠀^(qū)域某水電站長(zhǎng)度為31.5km的局部庫(kù)區(qū)部分，共對(duì)28個(gè)水下滑坡體或滑坡體的水下部分進(jìn)行了三維多波束系統(tǒng)測(cè)試，選取有典型的檢測(cè)成果進(jìn)行分析論證。

3.1 A滑坡

A滑坡整體區(qū)域位于水下，水庫(kù)蓄水前地質(zhì)調(diào)查表明，坡體前緣局部滑塌、逐級(jí)牽引滑塌，覆蓋層存在局部垮塌。

水庫(kù)蓄水后三維多波束水下地形三維立體圖如圖2—3所示，以水下滑坡所呈現(xiàn)出的地形特征來識(shí)別其幾何結(jié)構(gòu)，由圖可見：

(1)滑坡區(qū)域相對(duì)上下游其他區(qū)域，中、低高程區(qū)域表層凹凸不平，塊狀堆積特征明顯，且中、低高程區(qū)域整體坡度較緩，由于沉積作用，滑坡洼地、滑坡臺(tái)地、滑坡臺(tái)坎等滑坡特征不明顯。

(2)滑坡體高高程的滑坡后壁區(qū)域較明顯，坡度相對(duì)低高程區(qū)域較陡。

(3)滑坡前部向河道中間區(qū)域滑動(dòng)趨勢(shì)明顯，滑坡區(qū)域河床明顯變窄。

(4)從邊坡向河道方向由溝壑變?yōu)槁∑鹋_(tái)階，滑坡區(qū)域上下游兩側(cè)滑坡側(cè)壁清晰可見。

圖2 A滑坡俯視圖

圖3 A滑坡從左岸向右岸視圖

對(duì)水下滑坡完成三維多波束系統(tǒng)檢測(cè)，可根據(jù)水下三維數(shù)據(jù)量測(cè)和計(jì)算滑坡發(fā)生的高程、滑坡坡度、主要陡坎高度、滑坡表面積等。對(duì)滑坡體提取剖面(剖面1- 1、剖面2- 2、剖面3- 3)，剖面位置如圖3所示，剖面圖如圖4—6所示。

(1)由1- 1剖面圖可見，該剖面處：①河床較平坦，高程在1747.1m，滑坡頂點(diǎn)高程在1841.3m，整體呈中高程區(qū)域突起狀；②滑坡體橫河向長(zhǎng)度139.7m，垂直高差94.2m，整體坡度34.0°；③滑坡前部特征明顯，呈9.5m高的垂直陡面狀，向河道中部滑動(dòng)趨勢(shì)明顯。

(2)由2- 2剖面圖可見，該剖面處：①河床較平坦，高程在1747.8m，滑坡頂點(diǎn)高程在1852.9m，中高程滑坡臺(tái)地特征明顯；②滑坡體橫河向長(zhǎng)度181.8m，垂直高差105.1m，整體坡度30.0°；③滑坡前部特征明顯，坡度相對(duì)較陡，向河道中部滑動(dòng)趨勢(shì)明顯。

(3)由3- 3剖面圖可見，該剖面處：滑坡體兩側(cè)壁處特征明顯，上下游兩側(cè)較平整，滑坡區(qū)域向河道中心方向突出，最多突出33.9m。

(4)根據(jù)滑坡邊界及表面三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算滑坡表面積為10.0萬m2。

圖4 1- 1剖面圖(從上游向下游看)

圖5 2- 2剖面圖(從上游向下游看)

圖6 3- 3剖面俯視圖

對(duì)比庫(kù)區(qū)蓄水前后滑坡的物理特征，滑坡體覆蓋層產(chǎn)生蠕動(dòng)變形，總體變形未見明顯發(fā)展，前緣滑塌有所擴(kuò)大，近期可能維持現(xiàn)狀。目前尚未對(duì)居民安全造成實(shí)質(zhì)影響，應(yīng)繼續(xù)做好水下定期檢查，發(fā)現(xiàn)危及到居民安全時(shí)及時(shí)采取安全措施。

3.2 B滑坡

B滑坡平面展布呈箕形，前緣最低高程1655m，與枯期河水位持平，后緣高程2120m，前后緣高差465m?；驴v長(zhǎng)約880m，寬約260～300m，面積約0.28km2，滑坡殘?bào)w體積約1300萬m3?；虑熬壷林胁?，滑體表層組成物質(zhì)主要為塊碎石土，在庫(kù)水蓄水后被淹沒。

前期研究表明，該滑坡除水庫(kù)蓄水至正常蓄水位或迭加VII度地震時(shí)，滑體有滑動(dòng)的可能，其余工況均能保持穩(wěn)定或基本穩(wěn)定，主滑體相對(duì)次滑體，其穩(wěn)定狀態(tài)較差，如圖7所示。

圖7 庫(kù)水上漲至1880m滑坡體全貌

水庫(kù)蓄水后，滑坡體產(chǎn)生整體蠕滑，在高程約1900、2050m及后緣地帶出現(xiàn)貫通性拉裂縫，下游側(cè)出現(xiàn)側(cè)裂縫，坡體原有拉張裂縫的下錯(cuò)幅度有明顯增加，其中最后緣貫通裂縫最大下座高度已大于200cm，較蓄水前調(diào)查時(shí)增加約50cm。

監(jiān)測(cè)資料表明，截至復(fù)核評(píng)價(jià)期，最大水平合位移1113.0mm，位移速率1.78mm/d，最大垂直位移820.7mm，位移速率1.31mm/d，滑坡體的蠕滑變形仍在緩慢增加。

水庫(kù)蓄水滑坡穩(wěn)定性復(fù)核評(píng)價(jià)三維多波束水下地形三維立體圖如圖8—9所示，以水下滑坡所呈現(xiàn)出的地形特征來識(shí)別其幾何結(jié)構(gòu)，由圖可見：

(1)滑坡區(qū)域相對(duì)于上下游其他區(qū)域，中、低高程區(qū)域表層凹凸不平，塊狀堆積特征明顯，中、高高程區(qū)域表層相對(duì)平整光滑。

(2)滑坡中高程區(qū)域臺(tái)地特征明顯，坡度相對(duì)較緩。

(3)滑坡前部向河道中間區(qū)域滑動(dòng)趨勢(shì)明顯，滑坡前部局部區(qū)域呈扇形。

(4)滑坡區(qū)域滑坡側(cè)壁清晰可見。

圖8 B滑坡俯視圖

圖9 B滑坡從左岸向右岸視圖

對(duì)該滑坡體提取剖面(剖面4- 4)，剖面位置如圖9所示，剖面圖如圖10所示，蓄水前地質(zhì)剖面圖如圖11所示，進(jìn)行與蓄水前地質(zhì)剖面對(duì)比，對(duì)比圖如圖12所示。

圖10 4- 4剖面圖(從上游向下游看)

圖11 4- 4剖面位置蓄水前地質(zhì)剖面圖

圖12 4- 4剖面蓄水前后對(duì)比圖

(1)由4- 4剖面圖可見：①河床較平坦，高程在1653.5m；②滑坡前部區(qū)域表面有一定起伏，整體較陡，坡度33.6°；③滑坡臺(tái)地特征明顯，上部區(qū)域坡度較為平緩。

(2)由4- 4剖面位置蓄水前地質(zhì)剖面圖可見：①右岸邊坡為反向坡，岸坡相對(duì)較陡，坡度為35°；②滑坡處岸坡巖層產(chǎn)狀為N10～30°E/SE∠85°，前緣最低高程與枯期河水位持平。

(3)由庫(kù)區(qū)蓄水前后對(duì)比圖可見：①由于沉積和滑坡前部的堆積作用，現(xiàn)河床高程基本和蓄水前枯水期高程相同；②1800m高程以下區(qū)域向河道中間區(qū)域滑動(dòng)趨勢(shì)明顯，低高程區(qū)域滑動(dòng)堆積最大；③滑坡臺(tái)地及以上區(qū)域表層高程和蓄水前對(duì)比，有一定起伏，可能由于滑動(dòng)堆積、拉裂或沉積影響。

總體分析可見，滑坡的整體蠕滑仍在發(fā)展，近期仍會(huì)保持整體變形持續(xù)緩慢增加的趨勢(shì)，水位下降期變形速率會(huì)有所增大，失穩(wěn)破壞模式以滑坡前緣及兩側(cè)溝近水邊部位牽引式逐級(jí)滑塌為主，不排除極端工況下發(fā)生快速的整體失穩(wěn)破壞。

鑒于滑坡處于近壩庫(kù)區(qū)，滑坡體上常有當(dāng)?shù)鼐用裢ㄟ^，考慮最不利情況，預(yù)測(cè)計(jì)算對(duì)岸涌浪高度近30m。為了庫(kù)區(qū)安全考慮，建議高度重視滑坡變形的巡視檢查、水下定期檢查及監(jiān)測(cè)工作，隨時(shí)掌握滑坡的活動(dòng)狀態(tài)，做好滑坡變形異常的預(yù)警預(yù)報(bào)和相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保水庫(kù)運(yùn)行安全。

4 結(jié)論

引入三維多波束系統(tǒng)對(duì)于庫(kù)區(qū)蓄水期滑坡體穩(wěn)定性復(fù)核進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要得出以下結(jié)論。

(1)水下三維多波束系統(tǒng)可清晰精確的反映水下滑坡的整體地貌及幾何結(jié)構(gòu)特征，可量測(cè)和計(jì)算滑坡坡度、主要陡坎高度、滑坡發(fā)生的水深、滑坡面積等，為確定滑坡水下邊界條件提供基礎(chǔ)資料。

(2)可根據(jù)水下滑坡體表面三維坐標(biāo)成果建立基準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，定期進(jìn)行水下檢查，通過滑坡體表面三維坐標(biāo)的變化情況，監(jiān)測(cè)滑坡活動(dòng)狀態(tài)。

(3)可根據(jù)水下三維多波束系統(tǒng)測(cè)試滑坡體表面三維坐標(biāo)，結(jié)合地面調(diào)查和監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合分析判斷滑坡活動(dòng)狀態(tài)。