某水庫庫內崩塌體蓄水后穩定性分析

肖 膠，羅 平，夏延檐

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550002）

某水庫位于貴州省畢節市黔西縣西溪河上,水庫壩址位于黔大高速與成貴高鐵之間峽谷河段,水庫正常蓄水位1287.0 m,總庫容4669 萬m3,工程規模為中型, 最大壩高153 m,水庫功能主要為向黔西縣城供水兼左岸農田灌溉。水庫近壩庫首段為狹窄河谷地形,庫區中部地形相對較緩,崩塌體位于庫首段右岸天仙橋小河與干流交匯處。水庫正常蓄水位位于崩塌體中上部,蓄水后可能會引起崩塌體變形失穩,對水庫運行安全造成影響。本文主要通過分析崩塌體地質條件,穩定性計算,來對其蓄水后整體穩定性進行判斷和評價。

1 地質概況

崩塌體位于庫首右岸天仙橋小河與干流交匯處上游右岸陡崖下部,距壩址約1.7 km～2.1 km,分布高程為1190 m～1330 m,河谷及兩岸地形開闊,坡度20°～45°,1300 m 高程以上地形變陡,在崩塌體后緣形成陡崖地形,同時在該部位底部形成溝槽,岸坡覆蓋層為崩塌塊石、殘坡積粘土夾碎石,下伏基巖為三疊系下統永寧鎮組第一段T1yn1灰巖,屬硬質巖地層,底部為三疊系下統夜郎組第三段T1y3砂泥巖,后者屬軟質巖層,組成上硬下軟地層結構。巖層產狀為178°∠10°,邊坡結構為橫向坡。地下水主要為降雨補給,排泄基準面為河床。

2 崩塌體特征

如圖1,崩塌體平面上呈“樹葉”狀,長軸近南北向,南起天仙橋小河匯口,北延700 m 至河流拐彎處,前緣高程1190 m,下部平均坡度35°,上部平均坡度60°,靠近河床,下部地層為相對軟弱的泥巖形成軟墊層,河床深切過程中,軟墊層受切臨空,其上覆硬質巖體因重力作用產生整體變形滑移而造成上部巖體拉裂,局部傾倒,但仍基本保持整體形態,巖體拉裂造成崩塌體后緣與T1yn1巖組分離后形成的溝槽長達200 m～300 m,寬30 m～50 m,溝深10 m～15 m 不等。崩塌體后緣巖石組成主要為灰巖,其母巖屬T1yn1巖層,呈整體滑移變形,巖層結構及完整性均較好,滑移體前緣部分組成物主要為雜亂分布灰巖塊石。崩塌體沿河流方向長約400 m,寬度40 m～120 m,平均寬度約70 m,面積約2.8 萬m2。針對該崩塌體布置了5 個勘探鉆孔,根據鉆孔揭露,該塌滑體最大厚度為26 m 左右,平均厚5 m 左右,估算方量約14.0 萬m3。

圖1 崩塌體地質平面圖

3 崩塌體變形分析

3.1 崩塌體變形特征

經地表地質調查崩塌體沒有明顯的變形跡象,整體穩定,受因長期風化卸荷影響,局部出現變形破壞,以崩塌掉塊為主,塊石大小一般20 cm～60 cm,塊石組成為永寧鎮組第一段T1yn1灰巖,含少量碎石土,大塊石表面覆有苔蘚,可判斷其掉落年代久遠,不屬于臨近時期變形的結果。

3.2 崩塌體不穩定因素

崩塌體形成的基本條件有地形地貌、地質構造、巖土類型,誘發因素有地震、降水、水流沖刷、水體浸泡、人類活動等。該崩塌體地形陡峭,大部分坡度超過45°,巖性為T1yn1灰巖,淺表層發育節理卸荷等風化現象,主要受到的誘發因素有降水和水體浸泡等,該地區地震動峰值加速度0.05 g,地震動反應譜特征周期為0.35 s,相應的地震基本烈度Ⅵ度,區域構造穩定性好,地震因素影響小。現崩塌體狀整體穩定,變形失穩的原因基本都是由于現狀條件發生變化,打破原有的平衡,由于大部分位于正常蓄水位以下,水庫蓄水后引起地下水位抬升,內水壓力增大致使其巖體物理力學性質變差,從而造成崩塌體變形失穩；同時該區降雨頻發,暴雨或長時間降雨造成地表水入滲,造成崩塌體內水壓力增加,巖體物理力學性質變差,從而造成崩塌體變形失穩,兩種失穩原因都是其水文地質條件發生了變化。

3.3 崩塌體穩定性宏觀評價

如圖2,該崩塌體已形成有較長時期,地形地貌和水文地質條件已處于平衡狀態,崩塌體穩定性較好,現狀條件下不會產生變形和失穩,水庫蓄水會改變崩塌體原有的水文地質條件,造成穩定性變差。根據目前崩塌體地質環境和變形現狀,宏觀分析現狀條件下崩塌體處于穩定狀態。

圖2 崩塌體地質剖面圖

4 崩塌體穩定性評價

崩塌體穩定性主要從空間形態、邊界條件、物質組成和水文地質條件、變形現狀、穩定性計算幾個方面分析和評價。

4.1 空間形態

崩塌體地形起伏,下緩上陡,下部地形坡度20°～35°,中上部地形坡度30°～55°,在崩塌體后緣形成陡崖,后緣陡崖底部分布崩塌體與陡崖形成溝槽,長約250 m,寬約40 m,深20 m 左右。

4.2 邊界條件、物質組成與水文地質條件

通過勘察階段鉆孔揭露崩塌體最大厚度為26 m 左右,平均厚5 m 左右,估算方量約14.0 萬m3。主要成分為雜亂分布灰巖塊石含碎石土,塊石大小不一,一般直徑小于60 cm,松散堆積,為透水層,有利于地下水排泄,排泄最低高程為河床高程1205 m。

4.3 變形現狀

目前崩塌體除局部有小規模巖塊崩塌外整體穩定,未發現明顯變形現象,且附近無大型工程建設,未受到大的人類活動影響。

4.4 穩定性計算

崩塌體為巖質邊坡,類型為層狀結構且不同地層的抗剪參數有較大區別,根據其結構特點采用《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007）推薦摩根斯頓－普賴斯法公式計算,由于崩塌體為上硬下軟地層結構,邊坡容易沿灰巖和泥質灰巖接觸面發生滑移或變形,故主要分析上部灰巖的穩定性（見表1）。

表1 崩塌體巖土物理力學參數

1）正常運用條件

沿著沿灰巖和泥質灰巖接觸面（層面）,使用極限平衡法計算在正常運用條件下的穩定性,在正常運用條件,水位降

落的工況下,水位從正常蓄水位降落至死水位（1205 m）,由于陡崖上部裂隙發育,水位按原水位斜率考慮,水位1250 m至1213 m 降落時的的水位線貼近土石分界線,計算結果見表2；另外按孔隙壓力系數為0.1 進行計算,水位1287 降落至1213.0 m 的穩定性系數為1.088（見圖3）。即水位變化對邊坡影響較大。

表2 崩塌體穩定性計算成果

圖3 穩定性計算剖面(極限平衡法)

2）非常運用條件I 的穩定性

沿灰巖和泥質灰巖接觸面（層面）,在非正常運用條件I下的穩定性（極限平衡法）：由上述計算可知,剖面的穩定性系數在正常運用條件下和非常運用條件I 條件下,穩定系數大于1,均都能完全滿足規范要求,但需要控制降落時的水位降幅。

5 結語

（1）從崩塌體穩定性分析來看,認為該崩塌體整體穩定,出現變形失穩的可能性小,水庫蓄水后水位下降過快會引起變形失穩,需要控制水位降幅。

（2）該崩塌體正常運用和非常運用條件下的穩定性均能滿足規范要求,需要對崩塌體變形監測,若崩塌體變形過大造成破壞,需對其進行工程處理措施。

（3）自然狀態下崩塌體整體穩定,通過分析計算不同水位及水位降落工況下崩塌體狀態,對其穩定性評估具有重要意義。

（4）該地區地震動峰值加速度0.05g,地震動反應譜特征周期為0.35 s,相應的地震基本烈度Ⅵ度,區域構造穩定性好,地震誘發崩塌體變形失穩的可能性小。

（5）在崩塌體的宏觀穩定評價基礎上進行穩定性分析計算,確保結果更加準確。

（6）在工程實踐中,對崩塌體的宏觀判斷很重要,穩定性計算分析為宏觀判斷提供理論依據。