临夏红层地区输电塔基病害及稳定性分析
时间：2020-07-02 03:55:06 来源：达达文档网 本文已影响 人 
王国尚?赵栋?李朝晖?张国明?何永强?魏明强?马宁
摘要：临夏某330 kV输电线路工程，在地区持续强降雨影响下，10余处塔基稳定性受到影响，出现地基变形、滑塌，少数塔基基础出现较大位移。对线路区塔基病害进行调查，对典型不稳定塔基场地进行地质测绘、原位取样测试、室内试验，通过数值模拟反演等综合方法对该输电线路工程塔基病害进行系统研究，分析其稳定性，给出整治措施建议，为西部山区的输电线路工程正常运营、提高电力系统的安全性可靠性提供参考。
关键词：塔基病害;持续强降雨;地质灾害;稳定性;第三系红层
中图分类号：TU471.7 文献标识码：A
1 工程背景
本文依托多茨一、二回线路临夏段工程，在复杂环境条件下（特殊岩土复合特殊地貌叠加极端降雨天气）对塔基工程病害进行调查，并对机理分析及处置措施进行研究。多茨一、二回线路工程从多合330 kV变电站出线，送往茨滩330 kV变电站本段线路全长约42.3 km。线路走径区地质构造比较复杂，境内的地貌以低中山及丘陵为主，沟壑发育，沟谷切割密度高，坡陡谷深，多数沟谷呈“V”字形，谷坡坡度为20°～40°，沟床比降一般大于7%，这种地貌条件为泥石流、山洪地质灾害发生提供了动力来源。2018年8月上旬，330 kV临茨一线G149等多处塔位受近期临夏地区持续强降雨影响，塔位附近滑坡裂缝明显，10余处塔基稳定性受到影响，出现地基变形、滑塌，少数塔基基础出现较大位移。这些发生不同程度变形的塔基其稳定性如何、破坏程度如何发展、是否影响塔基场地整体稳定、其他尚未变形塔基又会产生怎样的发展变化趋势。
鉴于上述情况，本文对线路走径区内塔基病害进行调查，对典型不稳定塔基场地进行了地质测绘、原位取样测试、室内试验，通过数值模拟反演等综合方法对多茨一、二回输电线路工程塔基病害进行系统研究，归纳分析不同复杂条件组合下，塔基稳定性的影响因素，塔基至灾机理，预测塔基稳定性变化趋势，给出整治措施建议。
2 区域及线路区地质环境概况
本区处于祁吕贺山字形构造和陇西旋卷构造体系的复合部位，属祁吕贺山字形构造体系前缘西翼东南端临夏—临洮凹断陷的一部分，是夹于马衔山—太子山之间的广大红层盆地与黄土丘陵地区，盆地内主要为新近系上新统临夏组与第四系黄土。第四纪以来，本区主要表现为不均匀升降运动。根据甘肃省区域地质资料，临夏多茨线路区域属于临夏盆地（第三系地层发育完整），以及西秦岭区山间坳地。
2.1 地形地貌
本次研究线路走径区地形地貌大致分为两类，区内大部分地貌属于中低山地貌，地形起伏，相对高差较大;河流阶地地貌，地形较为平坦，分布范围相对较小。中低山地貌多以平台加陡坎斜坡微地貌呈现。典型地貌如图1、图2所示。
2.2 地质构造
临夏市地处青藏高原东北缘与黄土高原交界的地貌梯级带上，大地构造属祁连山褶皱系中祁连隆起带东段。区内早期构造活动比较强烈。周边区域地形切割强烈，河流阶地发育，断裂活动明显，表明其新構造活动十分强烈。区内及周边地区受拉脊山北缘断裂带和西秦岭北塬断裂带下乍—太子山段的影响，地震活动较为强烈。
2.3 地层岩性
分布在中低山地貌区域的地层主要为砾岩、砂岩、变质砂岩、千枚岩、板岩等，本段在坡麓及地势较缓区域覆盖有不同厚度的粉土、粉质黏土，随着地形变化覆盖层厚度为1.0～10.0 m。
3 气象水文
临夏地区强降雨多集中于7月、8月，而2018年7月、8月降雨量远大于近40年中的最大值;该地区各塔基工点降雨量大小受微地形地貌影响具有较大差异，大暴雨中心强度常出现在迎风坡等上升区域内（地形与风场切变区域）;大暴雨之前有较长的前期降水量累计，例如，5月、6月即开始进入降水量增长期，前期降水量使得地层含水量逐步达到饱和状态。
该线路工程从多合330 kV变电站出线，接入茨滩330 kV变电站，沿线地貌单元属低高山、低中山及阶地，所属水系为洮河流域。该段线路跨越较大的河流有大夏河、大滩河，其他无名沟谷对该线路无影响。大夏河属洮河水系下游支流，为常年性河流。该线路在土门关跨越该河，跨越处河床处在峡谷中，宽约80 m，线路在两侧山梁上一档跨越，地势较高，塔位稳定，大夏河洪水对该线路无影响。大滩河属洮河水系下游支流，为常年性河流。该线路在铁寨乡附近跨越该河，跨越处河宽约200 m，线路在两侧阶地上一档跨越，地势较高，塔位稳定，大滩河洪水对该线路无影响。
4 塔基变形特征及稳定性分析
根据研究区大量现场踏勘、地质测绘、探井资料分析，研究区发生斜坡变形的大部分区域不具有典型滑坡特征[1]。
典型滑坡应具有如下特征：滑坡有效临空面，滑坡有效结构面，触发因素。土质斜坡岩质斜坡的滑坡有效临空面反应在坡度上分别为30°～45°和45°～60°。滑坡有效结构面指2种以上介质组成的斜坡，有利于产生滑坡的岩层结构，如土岩界面软弱结构面等触发因素指地下水、降雨、地震、人为因素等。
研究区塔基变形斜坡坡度普遍在30°以内，整体坡度平均为12°～21°，陡坎较发育，坡度大但高度较小，一般小于5 m。因此，研究区斜坡从整体坡形上不具有滑坡的有效临空面。研究区斜坡结构为上部第四系沉积物，下部为基岩，以黏土岩砂岩为主，基岩产状几乎水平，因此土岩界面具有成为潜在滑面的可能。触发因素中研究区具备降雨、地下水、人为因素。综合3类特征分析，研究区斜坡整体地貌坡形不具备滑坡条件。微地貌区（陡坎—斜坡交互分布区）具有斜坡变形的必要条件，即临空面（局部陡坡、陡坎），潜在滑移面（土体内部潜水面或土岩界面，特别是研究区基岩为第三系红层，具有遇水软化、崩解，强度急剧降低特性）。
塔基发生病害主要表现为塔基蠕滑变形和塔基不均匀沉降（G45茨多一线）两大类，其中以塔基蠕滑变形为主[2]。
4.1 坡体稳定性分析强度参数取值
针对典型塔基病害坡体进行了坡体稳定性分析。分析参数中，土层参数采用现场取样室内试验结果，岩石参数采用研究区勘察资料。坡体几何边界采用研究期间取得的地形测绘资料。土体采用粉质黏土，岩体为黏土岩，工况分为天然工况和暴雨工况，暴雨工况采用饱和状态下的粉质黏土参数。粉质黏土天然重度20.3 kN/m3，饱和重度20.7 kN/m3，粘聚力14.65 kPa，内摩擦角17.4°。黏土岩表部强风化层重度25.1 kN/m3，粘聚力25 kPa，内摩擦角24°。
4.2 极限平衡法[3]塔基稳定性分析
粉质黏土（粉土）与黏土岩斜坡稳定计算分别采用Bishop、Janbu、Spencer和Morgenstern方法进行计算，Bishop法计算剖面，条分及成果如图3、图4[4-9]所示。其他计算方法计算结果如表1所示。
以上各剖面天然工况和暴雨工况的4种斜坡稳定分析结果如表1所示。
以上计算分析表明，研究区典型斜坡变形具有如下特征：斜坡陡坎出现塌滑—塌滑蠕变土体渐次向后发展形成新的扰动、强度降低区域—平台前缘陡坎土体变形扰动流失—平台后缘土体变形扰动推挤产生水平力—塌滑蠕变区与潜在薄弱结构面贯通后形成大范围斜坡变形。
5 结论与建议
根据上述计算分析结果与塔基病害现场调查，研究区塔基集中发生变形的主要因素为连续斜坡陡坎地貌，黄土基岩斜坡结构，第三系红层基岩的特殊工程特性，气候变暖导致的极端强降雨天气，其中持续强降雨是斜坡蠕滑塌滑的直接诱发因素。
（1）持续强降雨条件下塔基病害主要表现为塔基地基土不均匀沉降和塔基场地斜坡变形。
（2）研究区2018年汛期遭遇近40年极端天气，暴雨大雨天气频繁，暴雨之前有较大的前期降雨量，具备浅层滑坡的触发因素。因研究区微地形变化造成降雨量有所不同，导致出现塔基病害的区域在时段上、规模上有所不同。在气候变暖的大气候条件下，极端降雨天气有增多趋势，塔基场地勘察设计应当将其纳入考虑工况之中。
（3）研究区域塔基斜坡变形以蠕滑变形为主。
（4）今后在类似地區的塔基勘察评价中，建议加大地形测绘范围，既要考虑塔基所处的局部台阶缓坡范围又要适当考虑整体斜坡范围，要用变化发展的潜在弱面发展原则对待斜坡稳定性评价。塔基设计中要充分考虑斜坡蠕变塌滑产生的水平应力，加深基础在基岩中的嵌固深度，扣除可能浸水软化的深度。根开8～10 m的塔基场地，坐落于较窄平台或分别坐落于不同平台之上时，应当根据塔基稳定性评价增设适当的支档防护设施。塔基设置区域均应加强场地防排水设施，避免雨水、人工用水在塔基后缘侧缘聚集下渗。
参考文献
[1] 樊晓一，乔建平，陈永波.层次分析法在典型滑坡危险度评价中的应用[J].自然灾害学报，2004（1）：72-76.
[2] 王义锋.基于测斜仪监测成果的蠕滑体变形机制分析[J].岩石力学与工程学报，2009，28（1）：212-216.
[3] 张晓咏，戴自航.应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（S1）：2927-2934.
[4] 曾维国，车兆学，李旭，等.基于Bishop法的露天矿边坡稳定分析与实现[J].采矿与安全工程学报，2012，29（2）：265-270，288.
[5] 朱大勇，李焯芬，黄茂松，等.对3种著名边坡稳定性计算方法的改进[J].岩石力学与工程学报，2005（2）：183-194.
[6] 张均锋，王思莹，祈涛.边坡稳定分析的三维Spencer法[J].岩石力学与工程学报，2005（19）：36-41.
[7] 宋子岭，杨添，赵立春.含多层软弱夹层的顺向岩质边坡稳定性评价方法对比分析[J].中国地质灾害与防治学报，2016，27（2）：20-25.
[8] 祝方才，刘佳鹏，刘增杰.几种常用边坡稳定性分析方法的比较[J].湖南工业大学学报， 2019，33（2）：1-5 .
[9] 刘秀军.边坡稳定性分析Spencer法的改进[J].岩土工程技术， 2016，30（4） ：186-188.
