魯甸縣月亮灣水庫溢洪道邊坡穩定性及防治措施研究

馬光猛 ，沙 斌

（昭通市水利水電勘測設計研究院,云南 昭通 657000）

1 工程概況

月亮灣水庫位于云南省昭通市魯甸縣小寨鄉牛欄江右岸的一級支流小寨河中游,是一座以農村人、畜飲水和農田灌溉供水為主,兼有下游村鎮、農田防洪保護作用的中型水利工程,樞紐主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水隧洞,大壩壩型為混凝土面板堆石壩,最大壩高70.5 m,水庫總庫容2327.2 萬m3。2014 年工程建設中溢洪道進口段邊坡開裂變形,面積5500 m3,影響到溢洪道、大壩施工及運行安全,本文從邊坡特性、降水、地震等影響因素綜合分析,結合監測數據進行評價。

2 工程地質

2.1 地層巖性及構造

邊坡處于水庫右壩肩溢洪道右側（見圖1）,為斜～陡坡地形,自然坡度20°～32°,山頂高程約1735 m,相對高差161 m；邊坡巖體巖性主要為三迭系下統飛仙關組下段（T1f）砂巖、泥質粉砂巖、泥巖呈不等厚互層,基巖節理裂隙發育,巖體風化較為顯著,邊坡屬層狀反向結構巖土混合邊坡。

圖1 邊坡工程地質圖

邊坡斜穿f2斷層,斷層產狀為N56°W ∠55°NE,破碎帶寬1.5 m,位于溢橫0+050.6 處。此外邊坡節理裂隙發育,主要發育節理4 組,分別為N65°W ∠85°NE、N60°E ∠81°SE、N25°E ∠84°NW、N10°E ∠15°NW。

邊坡水文地質條件較為簡單,主要含水層賦存于三迭系下統飛仙關組下段（T1f）砂巖、泥質粉砂巖、泥巖巖體中的基巖裂隙水。

2014 年8 月3 日魯甸縣發生6.5 級地震,震中位于E103.3°,N27.1°,邊坡距震中直線距離約23.5 km,邊坡區位于本次地震烈度Ⅶ度區。

2.2 邊坡變形特征

邊坡經現場測繪發現共發育裂縫L1 與L2 （見圖1）。裂縫L1 位于邊坡變形體后緣,分布高程1654 m～1661.5 m,裂縫寬1 m～15 cm,走向N51°～85°W,該裂縫受斷層f2及第一組卸荷節理裂隙控制；裂縫L2 位于溢洪道開挖三級馬道及三級馬道與四級馬道邊坡,分布高程1627.4 m～1642.4 m,裂縫寬0.2 cm～2 cm,走向N33°～68°E,該裂縫與第二、三組節理裂隙密切相關。邊坡變形體前緣及底界為灰白色泥巖夾層,分布高程1618.3 m～1620.7 m,軟化泥巖夾層厚4 cm～8 cm,泥巖上部砂巖體向坡外錯動1 cm～5 cm。

裂縫具有如下特點：（1）裂面新鮮,張開度較大,無充填；（2）裂面陡傾,角度40°～88°；（3）裂縫主要受第一組節理控制,沿節理發育。邊坡變形體平面上近似三角形,后緣長約74 m,面積約5500 m3,變形體方量約4.6 萬m3,總體變形方向約N26°E,與溢洪道軸線斜交。

2.3 邊坡變形監測

為監測邊坡變形發展趨勢,共布置監測點13 個,邊坡上部監測點為TP01～TP10,中部監測點TP11、TP13 分別分布于高程1642.4 m 和1628.8 m 馬道部位,邊坡變形體前緣灰白色泥巖頂部監測點為TP12。監測點分布情況見圖1,邊坡變形監測位移曲線圖見圖2。

圖2 邊坡變形監測下沉位移曲線圖

由監測數據看出邊坡下沉位移量為24 mm～172 mm,其中邊坡上部監測點下沉位移最大點為TP01,位移量為172 mm；邊坡中部監測點下沉位移相等,位移量為27 mm；邊坡變形體前緣灰白色泥巖頂部監測點TP12 位移量為24 mm。可以看出邊坡巖土體監測點位移方向均為邊坡臨空面,表明邊坡處于蠕滑狀態,其邊坡穩定性較差。

2.4 邊坡穩定性分析評價

2.4.1邊坡巖土體物理力學特征

邊坡巖土體力學參數參考本工程巖土樣試驗成果及類比相似工程經驗,參數建議值見表1。

表1 邊坡巖土體物理力學參數建議值

2.4.2邊坡穩定性定性分析

根據破裂結構面的規模及其影響,對工程區結構面進行分級[1]（表2）。

表2 巖體結構面分級標準

續表2

據實地調查表明邊坡無Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ級結構面發育,Ⅲ級結構面僅見斷層f2,斷層產狀為N56°W ∠55°NE,傾角,破碎帶寬1.5 m；Ⅴ級結構面為節理裂隙。據邊坡節理裂隙調查統計表明其裂隙發育規律性較好,產狀結構清晰。

根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007）[2],采用極射赤平投影法進行邊坡穩定定性分析。由圖3 可知：第⑤組結構面為斷層f2破裂面,產狀陡傾,傾向與坡向基本相同,形成外傾結構面,為不利結構面；第⑤組容易與第①、②、③組陡傾節理組成不利組合形成拉裂面,結構面交點落入滑動區A,且邊坡巖性中泥巖夾層為相對軟弱層,當拉裂面向下擴展與軟弱帶貫通,巖體容易發生規模不等的傾倒拉裂破壞,因此邊坡可能處于不穩定狀態。

圖3 邊坡結構面赤平投影分析圖

2.4.3邊坡穩定性定量計算

根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007）,針對溢洪道邊坡與水工建筑物級別的關系等因素,綜合確定溢洪道邊坡級別為3 級（表3）,邊坡抗滑穩定安全系數標準見表4。

表3 邊坡級別與水工建筑物級別對照關系

表4 穩定性計算工況

參考月亮灣水庫巖土樣試驗成果及參考地區經驗等綜合確定巖土體物理力學參數（表5）,此外根據邊坡定性分析可知邊坡為潛在的三維楔形體破壞方式,因此采用理正軟件計算邊坡三維楔形體破壞下的穩定性狀態,計算公式如下,計算剖面見圖4,計算結果見表6。

表5 邊坡巖土物理力學參數

圖4 邊坡A-A′工程地質剖面圖

表6 邊坡穩定計算結果表

通過穩定性計算結果可以看出：當邊坡經歷強降雨與地震因素共同作用時,其穩定性系數僅為0.95,遠小于允許最小安全系數,邊坡處于失穩狀態。由于工程區雨季連續強降雨使邊坡巖土體吸水飽和后力學強度顯著降低,期間再受魯甸“8·03”地震作用影響,使邊坡巖土結構產生一定程度的變形破壞。綜上兩種因素共同作用下邊坡產生失穩變形破壞。

3 治理方案

針對溢洪邊坡變形體存在的主要問題,結合現狀邊坡的地形地質條件,邊坡變形體治理方案如下：

（1）邊坡從輸水隧洞豎井公路平臺高程1628.8 m 以上削坡至坡頂裂縫附近,開挖邊坡為1∶1.2～1∶1.5。1628.8 m 高程公路平臺開挖寬6.0 m,在1642.4 m 高程設置開挖平臺,平臺寬度根據實際地形為3 m～5 m。邊坡進行掛φ6.5 鋼筋網噴10 cm 厚C25 混凝土護坡。并在各級馬道內側和開挖邊坡外沿設排水溝。對削坡減載后的溢洪道右側邊坡進行抗滑穩定復核,邊坡穩定性計算采用理正巖土工程計算軟件三維楔形體穩定分析進行計算。

表7 邊坡削坡減載處理后穩定計算結果表

（2）對削坡減載后的邊坡應復核穩定性計算結果,確保變形邊坡已達穩定狀態。同時,也應加強邊坡變形監測工作。

（3）治理前后應做好預案及監測,加強地質災害群策群防工作,加強區內地質生態環境保護,規范人類工程活動,避免人為誘發或加劇。

4 結論

通過邊坡變形特征、變形破壞機制以及穩定性分析分析成果,溢洪道邊坡在連續降雨使邊坡巖土體飽和后力學特性降低以及魯甸“8·03”地震是誘發該邊坡變形的最直接因素,邊坡坡體產生剪切-滑移變形破壞,依據“以防為主,防治結合,綜合防治”的基本原則,對邊坡進行削坡減載的處理方式,并結合掛網噴錨加固措施,加強溢洪道坡頂截、排水溝及開挖坡體中深孔排水措施,以確保溢洪道、大壩施工及運行安全。