寶珠寺水庫岸坡穩(wěn)定程度聚類分析

寶珠寺水庫岸坡穩(wěn)定程度聚類分析

0水庫基礎(chǔ)災(zāi)害寶珠寺水庫位于四川省北部廣東省三堆市。是長江水系Ⅱ級支流白龍江干流下游重要的梯級水庫。該水庫以發(fā)電為主,兼有灌溉、防洪等功能。水庫大壩為混凝土重力壩,壩高132m,庫水面積約42km2,庫容25.5×108m3,為年調(diào)節(jié)水庫。該水庫于1996年10月下閘蓄水。經(jīng)過8a的蓄水浸泡及庫水反復(fù)升降作用以及1998、1999年的特大暴雨和2001年持續(xù)兩個多月的降雨等因素,水庫沿岸絕大多數(shù)老滑坡堆積體、坡殘積堆積體以及構(gòu)成高階地的沖洪積堆積體均發(fā)生了不同程度的變形或滑動,部分形成了泥石流,造成大量房屋開裂甚至倒塌,2000多沿岸移民受災(zāi)。隨著庫水的反復(fù)升降,沿岸斜坡變形和滑動引起的以滑坡為主的地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重。為了弄清變形體及滑坡體的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、形成原因與發(fā)展趨勢,各庫岸坡段穩(wěn)定現(xiàn)狀,以便為有關(guān)部門制定相應(yīng)的對策、措施提供依據(jù),作者曾數(shù)十次赴現(xiàn)場,對整個庫區(qū)的環(huán)境工程地質(zhì)條件、岸坡變形滑動特征和穩(wěn)定性現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、測繪,利用模糊聚類分析方法對庫岸的穩(wěn)定性進(jìn)行了分區(qū),并其穩(wěn)定現(xiàn)狀和災(zāi)害性進(jìn)行了分析,獲得了初步認(rèn)識,為當(dāng)?shù)卣疀Q策提供了有力的技術(shù)支持。1神開系紅柳河地區(qū)的工程地質(zhì)和年際變化該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動較為強(qiáng)烈,長期處于間歇式上升狀態(tài)。河流深切,形成了山高谷深的地形,相對高差多在400～1500m之間,斜坡坡度為20°～70°,為典型的“V”形峽谷地形。庫區(qū)河段白龍江發(fā)育Ⅴ級階地,個別河段為較開闊的階地型寬谷。庫區(qū)出露地層主要為志留系茂縣群黃坪組(Sh)絹云母石英千枚巖。其中,下段為灰色粉砂質(zhì)絹英千枚巖夾變質(zhì)凝灰?guī)r條帶及灰?guī)r、砂巖透鏡體;中段為灰色粉砂質(zhì)絹英千枚巖;上段為灰-灰綠色綠泥石絹英千枚巖夾變質(zhì)砂巖條帶。此外,庫區(qū)出露地層還有薊縣群碧口組片巖,震旦系木落組及胡家寨組凝灰質(zhì)千枚巖,寒武系邱家河組的灰黑色硅質(zhì)板巖,巖層產(chǎn)狀整體上為N40°～80°E/NW∠35～60°。第四系河流沖積層主要為砂卵礫石層及類黃土層,皆呈帶狀分布。坡殘積物和滑坡堆積物為碎塊石土,主要分布于白龍江Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級階地后緣谷坡上,部分覆蓋在白龍江Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級階地上。庫區(qū)地處摩天嶺推覆構(gòu)造帶東北端,受其影響庫區(qū)巖層褶皺、斷裂及節(jié)理裂隙發(fā)育。其中有4組節(jié)理較為典型。它們是:①N15°～20°E/NW或SE∠60～80°,間距0.3～0.5m,長度一般達(dá)數(shù)米,少數(shù)達(dá)十余米;②N50～55°W/SW∠50°～70°,間距0.4～0.6m,長度小于3m。該兩組節(jié)理為一對共軛的平面“×”節(jié)理,在庫區(qū)內(nèi)比較發(fā)育,兩者裂面平滑,地表松弛張開約1mm,多未充填,深部呈擠壓緊密狀態(tài);③N45°E/SE∠64°,其走向和巖層走向近于一致;④N80°～85°E/SE∠55～80°。斜坡巖層卸荷彎曲變形及彎曲拉裂現(xiàn)象突出。寶珠寺庫區(qū)多年平均年降水量為820mm,主要集中在6～9月,最大降水強(qiáng)度為90mm/d。地下水類型主要為基巖裂隙水及第四系坡積、滑坡堆積碎塊石孔隙潛水,由大氣降水補(bǔ)給,向白龍江排泄。2資料區(qū)大型滑坡多類型根據(jù)調(diào)查資料,庫區(qū)不同規(guī)模的變形體及滑坡體近80處,規(guī)模較大的滑坡20處,其分布如圖1所示。由測繪資料可知,庫區(qū)沿岸滑坡分布有如下特點(diǎn):①滑坡集中分布在4個區(qū)段,即金洞集鎮(zhèn)附近的水庫中段、姚渡鎮(zhèn)附近的水庫尾段、東部的劉家河支庫中段和西部的青川河支庫尾段;②大型滑坡多出現(xiàn)在基巖為千枚巖的地段,如金洞滑坡和左壩滑坡等;③大型滑坡多發(fā)育在寬闊或較寬闊的河段。按照滑坡體積大小可分為大、中、小型滑坡。其中大型滑坡的體積大于1000×104m3;中型滑坡體積為(100～1000)×104m3;小型滑坡體積小于100×104m3。根據(jù)滑坡的物質(zhì)構(gòu)成及成因,可以確定庫區(qū)滑坡有3種基本類型,即老滑坡堆積體復(fù)活類型、坡殘積堆積體失穩(wěn)變形滑動類型和人工開挖邊坡及填土邊坡變形滑動類型。根據(jù)滑坡滑動失穩(wěn)形式庫區(qū)滑坡有3種模式,分別為滑坡前緣牽引式、滑坡后部推移式和前緣牽引、后部推移構(gòu)成的復(fù)合形式。除人工開挖及堆填邊坡在暴雨作用下發(fā)生快速變形滑動并部分形成泥石流外,大多數(shù)老滑坡堆積體及坡殘堆積體在庫水作用下的變形滑動都是蠕滑型的?；瑒訋缀跖c庫水位的降落同步。3地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)條件庫區(qū)經(jīng)濟(jì)恢復(fù)及發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃制定有賴于自然地理?xiàng)l件與地質(zhì)環(huán)境。根據(jù)庫區(qū)地形及地質(zhì)條件和目前的穩(wěn)定狀況,利用模糊系統(tǒng)聚類法對庫區(qū)沿岸環(huán)境地質(zhì)條件進(jìn)行分類評價,以便為庫區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃提供參考依據(jù)。3.1采用模糊系統(tǒng)聚類分析方法3.1.1地形要素的總權(quán)值根據(jù)庫岸情況劃分44個岸坡段,每個坡段均有6種特性要素即地形條件、地質(zhì)條件、次生地質(zhì)情況(變形破壞等)、庫水影響、人類工程活動、岸坡及后緣或上部集水面積。(1)地形條件的總權(quán)值為0.25。其中總體坡度分權(quán)值為0.18,平面總體凸凹性分權(quán)值0.02,剖面凸凹性分權(quán)值為0.05;(2)地質(zhì)條件的總權(quán)值為0.35。其中巖性分權(quán)值為0.2,地層產(chǎn)狀要素與岸坡要素之間的關(guān)系分權(quán)值0.05,巖層結(jié)構(gòu)特性分權(quán)值為0.05,以節(jié)理為主的構(gòu)造特性分權(quán)值為0.05;(3)次生地質(zhì)情況的總權(quán)值為0.15。其中古滑坡堆積體分權(quán)值為0.1,古崩塌堆積體分權(quán)值0.03,松動危巖發(fā)育情況分權(quán)值為0.02;(4)水位與坡體的關(guān)系總權(quán)值為0.15。其中坡體總淹沒深度分權(quán)值為0.05(最大70m),庫水變幅深度分權(quán)值0.1(最大30m);(5)人類工程活動總權(quán)值為0.05。其中修建公路的分權(quán)值為0.035,修建房屋的分權(quán)值0.015;(6)集水面積總權(quán)值為0.05(根據(jù)庫岸情況,考慮最大集水面積為5km2)。3.1.2庫岸環(huán)境地質(zhì)條件分析根據(jù)各岸坡段的地形、地質(zhì)條件,次生地質(zhì)情況,庫水與岸坡的關(guān)系,人類工程活動和集水面積的具體情況,計(jì)算確定各次級要素分權(quán)值,分權(quán)值較大者該次級要素有利于岸坡穩(wěn)定。然后分別計(jì)算6個要素的總權(quán)值(表2),各要素的總權(quán)值較大者?？倷?quán)值較大者該要素有利于岸坡穩(wěn)定。以水庫正常蓄水位588m高程為參考,考慮水庫沿岸約300～500m的條帶范圍(庫岸可利用的土地或庫水影響的最大范圍在500m以內(nèi)),根據(jù)岸坡目前的總體情況初步將其分為44個小的區(qū)域。庫岸產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害危險程度的因素取決于其地形條件(總體坡度、平面和剖面上的凹凸性等)、地質(zhì)條件(巖性、巖層產(chǎn)狀要素與坡面的關(guān)系、地層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造等)、次生地質(zhì)現(xiàn)象(古崩塌或滑坡及危巖等)、庫水位與坡體的關(guān)系(淹沒情況及對庫岸穩(wěn)定性的影響等)、人類工程活動(修建公路,建房等)以及庫岸上坡集水面積等。本文以上述因素為依據(jù)對庫岸的環(huán)境地質(zhì)條件進(jìn)行分區(qū)、評價。以上述因素的極端情況為參考確定上述因素的影響系數(shù),即樣本44個,各樣本的指標(biāo)為6個,其值列于表2中。3.1.3第i、j個岸坡段xj計(jì)算兩岸坡段之間的廣義夾角α的余弦值即式中:xi\,xj,——第i、j個岸坡段(取值為1至44);(xi,xj\,‖xi‖及‖xj‖分別由(2)、(3)及(4)計(jì)算。以上3個式子的xi\,xj的數(shù)據(jù)如表2所列。3.2不同層段庫岸狀況利用上述方法進(jìn)行聚類分析,所得結(jié)果如表2及圖2所示。表2及圖2表明大部分庫岸為較穩(wěn)定狀態(tài),約占整個庫岸的70%,其次是較不穩(wěn)定岸段約占整個庫岸的20%,不穩(wěn)定岸段約占整個庫岸的6%,而穩(wěn)定岸段只占整個庫岸的4%左右。穩(wěn)定段庫岸主要為灰?guī)r或白云巖地段,雖然岸坡陡峻,除局部存在危巖掉落外庫岸穩(wěn)定性很好。較穩(wěn)定段庫岸多由變質(zhì)砂質(zhì)泥巖、板巖及結(jié)構(gòu)較好的千枚巖構(gòu)成,絕大部分庫岸岸坡穩(wěn)定,但局部段分布有坡積殘積及沖積堆積體,或巖體受強(qiáng)烈構(gòu)造作用破碎和特殊地形,岸坡常有眾多的數(shù)方到數(shù)十方小規(guī)?；蛞蚪涤昊蛞驇焖党霈F(xiàn)變形體或蠕滑,影響移民房屋安全。較不穩(wěn)定段庫岸多由千枚巖和眾多數(shù)百方到數(shù)千方的坡積殘積沖洪積堆積物和滑坡堆積物構(gòu)成,因暴雨或長時降雨過程或庫水降落,出現(xiàn)變形、滑坡甚至泥石流,破壞移民房屋、耕地和公路。不穩(wěn)定岸段主要由卸荷變形強(qiáng)烈的千枚巖、數(shù)萬方到數(shù)百萬方甚至上千萬方的滑坡堆積物或沖洪積物構(gòu)成,當(dāng)庫水降落時引起前緣較大規(guī)模的牽引式變形滑動。而當(dāng)雨季來臨時又引起堆積體后緣出現(xiàn)推移式滑動,使集鎮(zhèn)和大片移民安置點(diǎn)遭到破壞?？傮w上講,庫岸地質(zhì)條件較差,其安置容量有限,不適宜眾多移民的安置。4水庫岸變形滑動4.1寶珠寺水庫庫區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件差,坡積、殘積、沖積及滑坡堆積物發(fā)育且規(guī)模較大。老滑坡堆積體自天然條件下的極