夾巖水利樞紐工程庫區邊坡穩定性評價與治理

萬　力, 虞　磊, 楊長烜

(貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽　550002)

0　引言

夾巖水利樞紐[1-2]水源工程位于畢節市六沖河上游,總庫容13.25億m3,屬Ⅰ等大(1)型水利工程,庫區地震基本烈度為Ⅵ度。擋水建筑物為砼面板堆石壩,最大壩高154m、壩頂長度405m。水庫正常蓄水位1323.00m、設計洪水位1324.03m、校核洪水位1326.06m、死水位1305.00m,放空隧洞進口底板高程1265.00m。

水庫中部為縱向谷河段,壩址上游約18～20km段右岸順河流依次存在田壩、咪戛、周家埡口等3處同向緩傾結構潛在不穩定巖質邊坡。田壩邊坡平面呈“半葫蘆”形,縱向長約400m、橫向長約1000m,分布面積約20萬m2，潛在不穩定體體積約300萬m3。田壩邊坡下游約500m存在咪戛邊坡,平面近錐形,縱向長約750m，橫向長約800m,分布面積約37萬m2，潛在不穩定體體積約350萬m3。田壩邊坡下游約2km存在周家埡口邊坡,平面近圓形,直徑近350m,分布面積近9萬m2，潛在不穩定體體積約150萬m3。

近壩左岸的潘家巖腳堆積體平面呈“山”字型,縱、橫向各長約450m,分布面積約10萬m2、潛在不穩定體體積約250萬m3。

1　邊坡基本工程地質條件

邊坡總體呈斜坡地形。前緣河道寬20～40m，水深2m左右,砂卵礫石層覆蓋。

1.1　田壩邊坡

田壩邊坡坡角10°～30°，一般約25°,坡上有村民居住,邊坡最大高度近90m。地層巖性為(T1yn2-2)灰色薄、中厚層灰巖、泥灰巖與灰、紅灰色薄—中厚層泥巖不等厚互層,強風化帶厚3～8m。巖層呈單斜構造傾向河床，產狀10°∠20°,泥巖中發育多層貫通性好的泥夾巖屑型軟弱層面形成潛在滑面,最低層潛在滑面出露在河床附近,潛在滑體重心高程約1294m。岸坡地下水位埋深50m以內，成庫前均位于最低潛在滑面以下。田壩邊坡基本工程地質條件見圖1。

圖1　田壩邊坡典型縱剖面

1.2　咪戛邊坡

咪戛邊坡坡角5°～40°，一般約25°,坡上有較多村民居住,邊坡最大高度近180m，受張拉裂隙切割位于下部的主要邊坡高度近120m。地層巖性及強風化帶厚與田壩邊坡基本相同。巖層呈單斜構造傾向河床，產狀30°∠18°,泥巖中發育多層貫通性好的泥夾巖屑型軟弱層面形成潛在滑面,最低層潛在滑面出露在河床附近,潛在滑體重心高程約1301m。岸坡地下水位埋深50m以內，成庫前均位于最低潛在滑面以下。咪戛邊坡基本工程地質條件見圖2。

1.3　周家埡口邊坡

周家埡口邊坡坡角5°～50°、一般近30°,邊坡最大高度近240m。地層巖性為(T1yn3)灰、深灰色中厚層致密塊狀灰巖,淺灰色厚層泥灰巖、泥質灰巖夾中厚層灰巖,強風化帶厚3～8m。巖層呈單斜構造傾向河床，產狀30°∠20°,邊坡底部發育的薄層泥灰巖層形成潛在滑面,最低層潛在滑面出露在河床以上約30m的岸坡附近,潛在滑體重心高程約1407m。岸坡地下水位埋深一般超過100m,成庫前均位于最低潛在滑面以下。周家埡口邊坡基本工程地質條件見圖3。

圖2　咪戛邊坡典型縱剖面

圖3　周家埡口邊坡典型縱剖面

1.4　潘家巖腳堆積體

潘家巖腳堆積體地形總體上下陡中間緩,上部坡角25°～40°,一般約30°;中部坡角10°～30°,一般近20°;下部坡角20°～45°,一般約35°,邊坡最大高度約220m。堆積體厚一般30～40m,主要分3層堆積,底部黏土質礫石層厚3～8m,具有不連續性;下部碎石土層厚8～15m,塊碎石主要由軟質巖構成;表部碎石土層厚20～30m,主要由硬質塊碎石鈣質半膠結形成;河床堆積體厚近15m,由砂卵礫石層構成、結構密實。基巖面傾向河床并在河床面附近出露,傾角上部一般30°以上,下部20°左右。下伏地層巖性主要為(T1f2-4)薄—中厚層含砂質、鈣質泥巖及薄—中厚層鈣質、泥質粉砂巖,強風化帶厚15～20m,巖層呈單斜構造傾上游偏右岸,產狀292°∠23°。堆積體重心高程約1297m。成庫前岸坡地下水位埋深一般在基巖面以下5～10m。潘家巖腳堆積體基本工程地質條件見圖4。

1.5　主要巖土物理力學參數

庫區4個邊坡穩定性分析所采用的重度γ、凝聚力c、內摩擦角φ等主要巖土物理力學參數[3]見表1。

圖4　潘家巖腳堆積體典型縱剖面

表1巖土主要物理力學參數取值

Table 1Values of main physical and mechanical parametes of rock and soil

邊坡名稱邊坡部位主要巖性γ/(kN·m-3)c/kPaφ/(°)天然飽和天然飽和天然飽和田壩潛在滑體灰巖、泥灰巖與泥巖互層25．025．580070045．038．0潛在滑面泥夾巖屑型軟弱層面25．025．5302522．018．0咪戛潛在滑體灰巖、泥灰巖與泥巖互層24．525．040030033．029．0潛在滑面泥夾巖屑型軟弱層面24．525．0302522．018．0周家埡口潛在滑體灰巖、泥灰巖與泥質灰巖25．526．01150100055．050．0潛在滑面薄層泥灰巖25．025．5655027．022．0潘家巖腳堆積體表部灰巖、泥質灰巖崩塌半膠結22．023．51219037．532．0堆積體下部泥巖、粉砂巖崩塌密實堆積21．022．01405830．527．3堆積體底部硬至可塑狀粘土質礫石層19．020．0241822．019．0

2　整體穩定性評價

2.1　定性評價

2.1.1巖質邊坡穩定性

水庫中部縱向谷河段右岸的田壩、咪戛和周家埡口3個斜坡地貌巖質邊坡,均存在傾向河床的緩傾角軟弱結構面或薄層軟質巖構成的潛在滑面。潛在滑體總體屬硬質巖、不會產生潰屈或傾倒變形破壞,主要變形破壞形式為沿著潛在滑面產生整體平面滑動,根據同類工程經驗,最低潛在滑面以上潛在滑體的整體穩定性一般最低。田壩、咪戛兩個邊坡潛在滑體重心低于死水位,即使形成滑坡產生涌浪的可能性小[4],對水工建筑物的危害較輕、邊坡級別為4級[5],但其移民搬遷水位線以上仍有較多村民居住,邊坡級別為2級[6-7]。周家埡口邊坡潛在滑體重心高于死水位,一旦形成滑坡將產生涌浪,對水工建筑物的危害不嚴重，邊坡級別為3級。

巖質邊坡現狀地下水位在最低潛在滑面以下,天然狀態的潛在滑面內摩擦角均大于傾角15%以上、邊坡現狀整體穩定。成庫后水位上升超80 m,地下水位上升導致潛在滑面軟化、強度降低,其軟化系數0.80左右。田壩和咪戛邊坡大部分潛在滑面被淹，整體穩定性降低10%左右；周家埡口邊坡僅30%潛在滑面被淹、整體穩定性降低不明顯；田壩和咪戛邊坡因大部分潛在滑體被淹、庫水位消落過程中整體穩定性降低更明顯。

2.1.2潘家巖腳堆積體穩定性

堆積體下限大部分為分布在中下段的黏土質礫石層軟弱接觸帶,對堆積體的變形破壞模式起控制作用。堆積體表部和下部強度較高、坡角不陡,變形破壞類型主要為堆積體內弧型與軟弱接觸帶折線型組合的整體復合滑動破壞。下伏基巖為橫向坡、基巖面不陡,不會產生整體形破壞。堆積體離樞紐工程區較近,對水工建筑物的危害較嚴重,邊坡級別為2級。

堆積體現狀地下水位基本在接觸帶以下,天然狀態的接觸帶內摩擦角略大于傾角，邊坡現狀整體基本穩定。成庫后水位上升超110 m,地下水位上升導致軟弱接觸帶軟化、強度降低,其軟化系數0.85左右。軟弱接觸帶幾乎全淹、整體穩定性降低近20%,庫水位消落過程中還將進一步降低,成庫后整體不穩定。

2.2　定量評價

2.2.1運用條件及工況

結合現狀、水庫特征水位及洪水調節情況,邊坡運用條件分為正常、非常Ⅰ兩種,主要包括以下工況:

(1)現狀。河道天然常水位(工況1)。

(2)運行期。正常運用條件:①水庫正常蓄水位(工況2)；②水庫設計洪水位(工況3)；③水庫死水位(工況4)；④水庫正常蓄水位經常性降落至死水位(工況5)。

非常運用條件Ⅰ:①水庫校核洪水位(工況6)；②水庫正常蓄水位非常降落至放空隧洞進口底板(工況7)；③水庫正常蓄水位遭遇暴雨(工況8)。

2.2.2整體穩定性系數

庫區3個巖質邊坡按不平衡推力傳遞法、堆積體按摩根斯頓—普賴斯法計算,不同工況下的整體抗滑穩定性計算結果見表2。

表2　不同工況下穩定性系數

2.2.3整體穩定性定量評價

3個巖質邊坡現狀整體抗滑穩定性系數1.50左右，整體穩定。成庫后田壩、咪戛兩個邊坡整體抗滑穩定性系數,正常運用條件下均在1.24以上,高于4級邊坡相應安全系數上限1.15,非常運用條件Ⅰ下均在1.10以上，達到相應上限1.10,整體穩定性符合規范要求;若其移民搬遷水位線以上村民不搬遷,整體抗滑穩定性系數盡管在正常運用條件下高于2級邊坡相應安全系數下限1.20,但在非常運用條件Ⅰ下卻達不到其下限1.15,故邊坡上村民不搬遷時整體穩定性不符合規范要求。成庫后周家埡口邊坡整體抗滑穩定性系數,各運用條件下均在1.41以上,高于3級邊坡正常運用條件下安全系數上限1.20,整體穩定性符合規范要求。

潘家巖腳堆積體現狀整體抗滑穩定性系數1.14，整體基本穩定。成庫后整體抗滑穩定性系數大多低于0.95,整體穩定性不符合規范要求。

3　結論及建議

3.1　結論

(1)水庫中部縱向谷河段右岸,分布田壩、咪戛和周家埡口3個同向緩傾結構巖質邊坡,現狀整體穩定。水庫蓄水后,整體穩定性下降但仍符合規范要求,但邊坡的安全性滿足不了村民繼續居住的要求。

(2)近壩左岸的潘家巖腳堆積體現狀整體基本穩定,水庫蓄水后整體穩定性下降明顯,整體變得不穩定,須采取可靠的治理措施。

3.2　建議

(1)田壩、咪戛兩個邊坡移民搬遷水位線以上居住的村民須搬遷。水庫中部縱向谷河段右岸3個巖質邊坡的防治,以坡面排水及最低潛在滑面頂部外地表截水等措施為主；對田壩、咪戛兩個重心較低的邊坡,輔以一定的變形觀測措施；對重心較高的周家埡口邊坡,輔以必要的表面位移變形監測措施。

(2)若田壩、咪戛兩個邊坡移民搬遷水位線以上居住的村民搬遷困難,除了采取排水和監測措施外,還要采取減載、支擋或兩者相結合的加固措施。但加固措施施工難度復雜、投資大。

(3)潘家巖腳堆積體除采取坡面排水、周界外地表截水及表面位移、地下水位滲流監測等必要措施外,綜合比較壓坡、減載、坡體排水或多種措施相結合的可能治理措施,及抗滑樁、錨索、化學注漿或多種措施相結合的可能加固措施,采用上部削方減載、下部壓坡的治理措施安全可靠，技術可行最適用，經濟合理。

(4)SL386—2007中,邊坡級別的確定以對水工建筑物的危害程度為基礎。對一些有居民居住的庫區邊坡,離大壩等主要水工建筑物較遠,即使形成滑坡對其危害可能不嚴重或較輕,以此為基礎確定的邊坡級別一般較低。此類邊坡的穩定性評價及治理,建議參照以危害非城鎮居民的自然邊坡作為防治對象的相關DZ類標準。

參考文獻：

[1]吳高海，等.貴州省夾巖水利樞紐工程項目建議書[R].貴陽:貴州省水利水電勘測設計研究院,2012.

[2]楊序烈，等.貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程可行性研究報告[R].貴陽:貴州省水利水電勘測設計研究院,2013.

[3]GB50487—2008,水利水電工程地質勘察規范[S].

[4]王世梅,陳勇.重慶市鯉魚塘水庫陳家大院滑坡涌浪預測[J].人民長江,2006(8):98-100.

[5]SL386—2007,水利水電工程邊坡設計規范[S].

[6]DZ/T0218—2006,滑坡防治工程勘查規范[S].

[7]DZ/T0219—2006,滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].