某水電站庫(kù)首右岸邊坡穩(wěn)定分析

柯春琴 中國(guó)電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.工程概況

某水電站位于廣西隆林縣和貴州安龍縣界河南盤江下游河段上，為大型引水式水電工程，工程以發(fā)電為單一目標(biāo)。庫(kù)首右岸邊坡為天生橋峽谷出口至壩索峽谷進(jìn)口的一段凹岸邊坡。由于進(jìn)入汛期以來該地區(qū)連降暴雨，庫(kù)首右岸工期程區(qū)外二層公路以上4～6號(hào)沖溝間邊坡約900m高程以上發(fā)生塌滑，形成小型泥石流，漫過三層公路，沖向下部大壩公路，并沖毀工程區(qū)圍墻和原有部分支護(hù)措施，進(jìn)入下部一層公路，雖未影響工程區(qū)樞紐建筑物，但對(duì)樞紐附屬建筑物及工作人員人身安全構(gòu)成威脅，應(yīng)對(duì)本邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析及邊坡治理設(shè)計(jì)。

2.邊坡工程地質(zhì)條件

庫(kù)首右岸為凹岸，岸坡為弧形，弧線長(zhǎng)約1.1km，坡高465m，自然坡角25～40o，坡上發(fā)育8條沖溝，以1#、3#沖溝發(fā)育規(guī)模較大。在坡腰（790～860）高程有一傾斜臺(tái)面，傾向上游河床，臺(tái)面后緣為一陡壁，高50～70m，長(zhǎng)400～600m，坡面不甚整齊，常有鼻梁狀山包及凹槽出現(xiàn)。

庫(kù)首右岸邊坡區(qū)主要分布T2j2-3砂頁(yè)巖，主要構(gòu)造為近東西向分布的田堡復(fù)式向斜，其中包含7個(gè)連續(xù)展布的褶曲。F2斷層從田堡大陡壁腳通過，穿過3#沖溝向西延伸，在林場(chǎng)口與F3斷層斜接。F9斷層沿3#沖溝直下河床，通過壩索向下游延伸，邊坡上多為壓性走向斷層，傾角變化大，一般呈鋸齒狀，破碎帶寬0.1～0.5m，膠結(jié)較差，遇水易泥化。第四系為：坡積粘土夾碎石，分布于邊坡之上，厚5～10m，坡腳及陡壁厚達(dá)20～40m。積物以卵礫石、沙，分布于河漫灘上，厚3～8m。洪積物為塊碎石夾粘土，厚10～20m，分布于沖溝出口。

邊坡區(qū)新鮮的泥頁(yè)巖、砂巖基本上可視為不透水層，地下水位線位于強(qiáng)風(fēng)化帶中，其形狀與強(qiáng)風(fēng)化下限大體一致，地下水主要為埋藏于強(qiáng)風(fēng)化帶中的裂隙水。在1、3#沖溝中終年有水流出，而4#、5#、6#沖溝中除雨季有溝水流出外，平常溝內(nèi)無水，在3、6#沖溝之間的山坡巖石較破碎，地表水易于滲入地下，地下水埋藏較深，邊坡區(qū)僅在6#沖溝出口處左側(cè)河邊有一泉水沿裂隙及層面流出。由于邊坡巖體較破碎，地表水易滲入地下，地下水位線隨季節(jié)變化在強(qiáng)風(fēng)化帶下限位置上下變動(dòng)，為基巖裂隙水，排泄條件良好。

3.邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法及參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)邊坡已滑落部位，選取四個(gè)典型剖面對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)定性分析，即A、B、C、D剖面，其中A、B剖面主要代表現(xiàn)已塌滑部位，C、D剖面代表滑落左右側(cè)邊坡部位。

計(jì)算采用理正巖土工程計(jì)算分析軟件中的“邊坡穩(wěn)定分析”模塊進(jìn)行，分為兩種計(jì)算工況，（1）持久工況；（2）短暫工況，即暴雨工況。因該邊坡不屬于工程區(qū)邊坡，發(fā)生滑動(dòng)后，不會(huì)對(duì)工程帶來影響，僅會(huì)對(duì)工程區(qū)附屬建筑物帶來影響，依據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5353-2006），邊坡等級(jí)定義為Ⅲ級(jí)。邊坡持久工況下設(shè)計(jì)安全系數(shù)不小于1.1；短暫工況下設(shè)計(jì)安全系數(shù)不小于1.05。

3.1 計(jì)算假定

（1）暴雨工況水壓力計(jì)算采用總應(yīng)力法，不考慮滲透壓力。

（2）暴雨工況考慮土體完全飽和，但不考慮其處于水下，土體容重取飽和容重。

（3）該區(qū)域地震烈度為VI度，計(jì)算時(shí)不考慮地震作用。

（4）內(nèi)部淺層滑動(dòng)采用最小安全系數(shù)試算方法進(jìn)行搜索。

3.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)電站設(shè)計(jì)報(bào)告資料，并結(jié)合本次滑坡的實(shí)際情況，確定滑坡分析采用下列參數(shù)：

（1）坡積粘土夾碎石

天然工況：抗剪摩擦系數(shù)f=0.38，粘聚力C=86KPa

暴雨工況：抗剪摩擦系數(shù)f=0.35，C=55KPa

容重=2.1 g/cm3

（2）強(qiáng)風(fēng)化砂頁(yè)巖

天然工況：抗剪摩擦系數(shù)f=0.42，粘聚力C=250KPa

表1 典型斷面邊坡穩(wěn)定計(jì)算表

暴雨工況：抗剪摩擦系數(shù)f=0.40，粘聚力C=200KPa

容重=2.3 g/cm3

3.3 穩(wěn)定性分析

（1）滑坡體結(jié)構(gòu)特征。滑坡發(fā)生在4#、5#沖溝上部，滑坡體垂直南盤江發(fā)育，主滑方向?yàn)镹25～40°W，平面上呈錐形，縱向長(zhǎng)約243m，橫向長(zhǎng)約（沿南盤江）寬72m，推測(cè)滑坡體厚度約23m左右，滑坡后緣位于山脊部位，高程約1022m；前緣分布在田堡向斜軸部陡壁腳，高程約840m，該處為一寬緩平臺(tái)，原施工房屋分布其上。

滑坡體上游側(cè)為大陡壁，基巖裸露；下游側(cè)為覆蓋層，為坡耕地，為粘土夾碎石，厚度2～5m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看分析，產(chǎn)生本次滑坡的因素較多，主要是由于山體上部堆積體及蠕變巖層因風(fēng)化作用逐漸松動(dòng)變形，在汛期雨水的浸泡下，當(dāng)巖體力學(xué)性能不能滿足其自穩(wěn)要求時(shí)，蠕變帶上部變形彎曲巖體產(chǎn)生了切層滑動(dòng)，并帶動(dòng)坡積物順層滑動(dòng)，導(dǎo)致下部覆蓋層由于超載而產(chǎn)生變形滑動(dòng)。

（2）滑坡體成因分析。據(jù)原勘測(cè)資料，庫(kù)首右岸邊坡由T2j層狀砂巖與頁(yè)巖及松散土石組成，在自重應(yīng)力和殘余構(gòu)造應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，形成一個(gè)由各種復(fù)雜變形組合的復(fù)雜蠕變體，蠕變體分布范圍從河邊至1000m以上分水嶺，在沿河方向上從1#沖溝至7#沖溝，長(zhǎng)度約1km，水平深度30～50m，部分位置深達(dá)100m，其成因與山體被河流、山體分布的巖性、構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)有明顯的聯(lián)系，邊坡變形破壞的形式主要有：

①覆蓋層滑坡：主要發(fā)生在沖溝兩岸的坡積物中，系邊坡自然形態(tài)改變而產(chǎn)生的滑坡，此類滑坡多為近代滑坡。

②順層及切層滑坡：在田堡以南F2斷層下盤800m高程以上，巖層傾角50～60°的同向順層大陡壁上，發(fā)生過10多處順層滑坡。在3#沖溝左側(cè)二層公路上750～820m高程，產(chǎn)生沿反傾向裂隙切層滑動(dòng)的切層滑坡。

③剝落：在邊坡巖體裸露的陡壁腳或坡角，分布巖體風(fēng)化剝落的堆積體。

④巖層傾倒變形：在田堡以南大陡壁及D-23平硐口附近以及沖溝兩側(cè)的巖質(zhì)邊坡上。

⑤全風(fēng)化帶巖體蠕變彎折：這是一種被坡積物掩藏的坡體巖層傾倒變形破壞的進(jìn)一步發(fā)展。

⑥強(qiáng)風(fēng)化帶巖體張裂松動(dòng)破壞：在邊坡10～50m水平厚度的巖體中，產(chǎn)生了順層的及追蹤構(gòu)造裂隙而產(chǎn)生的各種長(zhǎng)短不一、寬窄不一、深淺不同的張開裂縫，最長(zhǎng)達(dá)10多米，深達(dá)10余米，走向N10～30°E，陡傾角，造成巖體局部架空。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看分析，產(chǎn)生本次滑坡的因素較多，主要是由于山體上部堆積體及蠕變巖層因風(fēng)化作用逐漸松動(dòng)變形，在汛期雨水的浸泡下，當(dāng)巖體力學(xué)性能不能滿足其自穩(wěn)要求時(shí)，蠕變帶上部變形彎曲巖體產(chǎn)生了切層滑動(dòng)，并帶動(dòng)坡積物順層滑動(dòng)，導(dǎo)致下部覆蓋層由于超載而產(chǎn)生變形滑動(dòng)

（3）計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，現(xiàn)滑坡部位整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但其內(nèi)部局部淺層處于極限平衡狀態(tài)，安全系數(shù)僅為0.952，邊坡在以后的強(qiáng)降雨情況下有可能再次發(fā)生變形或滑動(dòng)，因此，需對(duì)該部位進(jìn)行相應(yīng)的加固治理。現(xiàn)已滑部位左右兩側(cè)邊坡各工況下安全系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，邊坡發(fā)生滑動(dòng)的可能性較小，可不單獨(dú)進(jìn)行加固處理，與已滑動(dòng)部位邊坡連接處可適當(dāng)進(jìn)行治理（見表1）。

4.結(jié)語

（1）首部右岸邊坡失穩(wěn)主要汛期雨水造成邊坡地質(zhì)力學(xué)參數(shù)降低，上部堆積體及蠕變巖層不能滿足自穩(wěn)要求所引起的，邊坡受水的影響較大。

（2）首部右岸邊坡整體穩(wěn)定性較好，邊坡變形破壞形式較多，主要以淺層破壞為主，局部易發(fā)生變形失穩(wěn)。

（3）為防止邊坡局部失穩(wěn)給工程運(yùn)行帶來影響，應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行加固治理。