馱英水庫層間泥化夾層對邊坡穩定的影響

呂尚凡

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

馱英水庫主要建筑物包括攔河壩、溢洪道及泄洪隧洞、灌溉發電引水系統、壩后河道電站發電引水隧洞、渠首電站及壩后河道電站廠房、升魚機系統、進場交通道路等。馱英水庫樞紐涉及的邊坡開挖主要為溢洪道右側開挖邊坡，各種隧洞進出口開挖邊坡等，其中最大開挖邊坡為溢洪道邊坡，坡高30.0～77.8 m。邊坡穩定對馱英水庫工程安全建設和運行是十分重要的。

1 馱英水庫基本地質概況

（1）地形地貌。馱英水庫壩址河谷為“V”型谷，水面寬20.5～52.0 m，河道平直，河流走向南偏東42°。河床高程163.4～166.4 m。沿岸邊、沖溝以及局部岸坡見基巖出露，兩岸山坡殘坡積層均較薄，為0～3.2 m，右岸相對左岸較厚。

（2）地層巖性。馱英水庫壩址區覆蓋層從上至下依次為第四系沖積層砂卵礫石和殘坡積層含碎石粉質黏土。下伏基巖主要為侏羅系下統百姓組上段地層（J1b2）和下段地層（J1b1），并根據沉積構造和巖性特征將J1b1劃分為J1b1-5～J1b1-1共5 層，J1b2不另做分層。J1b1和J1b2巖性大致分為砂巖、粉砂質泥巖和泥質粉砂巖3大類，呈夾層狀或互層狀[1]。

（3）地質構造。馱英水庫壩址區總體構造相對穩定，但局部巖體褶皺現象發育，壩址河段共發育有4條褶皺，褶皺走向基本為北東向，均與河流走向正交或稍斜交，造成壩址區局部巖體扭曲、破碎嚴重，巖體多沿層面、裂隙面產生錯動現象。壩址巖體中發育多組節理，其中以切層節理為主，節理多為陡傾角，面較平直光滑，與層面相切易形成不穩定塊體，不利于邊坡穩定。

2 泥化夾層發育分析

馱英水庫壩址地處砂泥巖地區，其較為穩定的沉積環境決定了地層巖性多以粉砂質泥巖、泥質粉砂巖互層或夾層為主，巖質軟硬相間，這就使得軟弱的泥巖層頂或底面極易發展為軟弱夾層，而雨季地下水位的抬升又導致滲透性較好的軟弱夾層逐漸泥化形成泥化夾層。此外，馱英壩址區局部構造發育，多以節理、褶皺形式出現，構造帶巖體破碎，滲透性強，這也是促進泥化夾層發育的另一個重要因素。

為查明馱英水庫壩址巖層間泥化夾層發育情況，勘察期間進行了三項專項勘察工作：①在壩址及下游側河床基巖出露位置繪制實測剖面；②在壩址河床及兩岸鉆孔中進行鉆孔電視攝像；③在壩址左岸山坡上布置一個豎井，在壩址下游左岸布置1個勘探平硐和1 個勘探豎井，在壩址右岸南側布置1個平硐。勘察成果見表1。

表1 馱英水庫壩址區泥化夾層發育情況勘察成果

根據編錄成果，壩址巖層中泥化夾層發育，特別是砂巖和粉砂質泥巖與砂巖分界處的泥化夾層兩岸均發育，河床中也見有，寬度變化較大，且是連續的。

3 泥化夾層性質

3.1 表觀性質

根據現場地質測繪，鉆孔、平硐、豎井地質編錄情況，馱英水庫壩址區泥化夾層厚度不一，主要類型為泥型、泥夾巖屑型、巖屑夾泥型，呈黃褐色～紅褐色，稍濕～濕，呈片狀、團塊狀，手可按壓、掰斷，錘擊聲悶，濕水軟化，易干裂。

3.2 物理力學性質

為進一步探明層間泥化夾層性質，勘察期間在砂巖結構面進行1 組直剪試驗，試驗應力為1.42 MPa，試驗位置位于微風化砂巖段。共試驗5 個試體，其中3個試體剪切面為砂巖間結構面，結構面表面有薄層狀全風化砂巖，厚2～3 mm，剪切剝落成薄片狀，表面有泥膜，為泥夾巖屑型；2 個試體剪切面為砂巖與泥巖接觸層面（砂巖上盤、泥巖下盤），泥巖表面有厚約3 cm 的全風化層，剪切松動，局部可見平行于層面裂隙面，整體偏巖屑夾泥型。現場巖體結構面直剪試驗結果：抗剪斷摩擦系數0.37，抗剪斷黏聚力0.10 MPa。根據現場直剪試驗成果，結合各類巖體實際性狀，參考《水利水電工程地質手冊》，確定壩址基巖結構面抗剪強度參數建議值（見表3）。

表3 壩址基巖結構面抗剪強度參數建議值

4 層間泥化夾層對邊坡穩定的影響

4.1 對溢洪道邊坡穩定的影響

4.1.1 溢洪道泄槽段右側邊坡

根據勘察成果，溢洪道右側邊坡為巖質邊坡，強～弱風化，巖體中主要發育3 組節理，由于褶皺發育，另發育有兩組層面，由此組合成的結構面特征見表4。溢洪道泄槽段右側邊坡赤平投影圖見圖1。

表4 溢洪道泄槽段右側邊坡結構面特征

圖1 溢洪道泄槽段右側邊坡赤平投影圖

根據圖1，控制強風化～弱風化巖體邊坡穩定的不利節理裂隙組合是J1、J2和巖層面1 組合，而微風化巖體節理裂隙不發育，基本不影響邊坡穩定；根據勘察成果，溢洪道邊坡巖體中發育了J1b1-4層和J1b1-3層砂巖，且褶皺處風化較深，砂巖夾泥質粉砂巖巖層中夾有多條紫紅色泥巖、泥化夾層條帶，為泥夾巖屑型。采用理正邊坡軟件進行溢洪道右側邊坡穩定性計算，按巖質邊坡楔形體法計算的邊坡安全系數為1.19，雖滿足規范要求，但安全性偏低，鑒于建筑物的重要性及失事后對大壩安全影響的嚴重程度，應對該邊坡進行加強支護處理。針對該邊坡主要以層間泥化夾層、不利節理組合切割為潛在不穩定因素的特點，對該邊坡采取增設錨索、錨筋樁的支護措施（見圖2）。

圖2 溢洪道泄槽段右側邊坡支護典型示意圖

4.1.2 溢洪道進水渠段邊坡

溢洪道樁號0-072～0+024.6 出現變形，坡頂截水溝邊緣出現兩條拉裂縫，高程為265～275 m，長約55 m，裂縫寬度大于10 cm，最寬達15 cm，距離3～5 cm，基本垂直于主滑方向，在兩側見深切下部的近垂直節理。在變形體的拉動下，在上游側轉彎處邊坡上出現了多條的拉裂縫，寬約2 cm，長30～60 m。

根據現場地質調查，溢洪道進水渠右側邊坡以強風化巖體為主，處于背斜核部，巖體破碎呈層狀及碎裂鑲嵌結構；巖層產狀N62°E，NW∠33°，為近順向坡；層間發育了多條泥化夾層條帶，兩側發育陡傾角的節理，節理產狀N41°W，NE∠75°～86°，該節理深切下部的巖體，開挖坡腳后邊坡沿泥化夾層面發生滑動變形[2]。

根據地質成果，施工單位在233.5 m 平臺往里至推測最深滑裂面處進行起坡開挖，233.5 m高程以上每級邊坡高15 m，開挖坡比1∶1.75，開挖后邊坡最大高度為56 m，采用植被混凝土防護+砂漿錨桿支護；233.5 m 高程以下按1∶1.5～1∶1.75 進行削坡，開挖后邊坡最大高度為20.8 m，采用砂漿錨桿及混凝土護坡支護，砂漿錨桿按間距2 m×2 m布設，長4 m。其典型支護方案見圖3。

圖3 溢洪道進水渠段邊坡典型支護圖

4.2 對灌溉發電引水隧洞洞臉邊坡的影響

灌溉發電引水隧洞出口邊坡主要為層狀泥質粉砂巖及粉砂質泥巖，節理較為發育，存在泥巖夾層，且為順向邊坡，在巖層不利節理組合的影響下易形成楔形體掉塊。在雨水沖刷下，已經出現了局部崩塌、掉塊現象，對邊坡穩定與施工安全均存在不利的隱患。

經邊坡穩定性重新驗算后，決定對灌溉發電引水隧洞出口邊坡不穩定巖體進行挖除處理，根據巖層產狀進行重新優化放坡，將高程213.9 m 以上三級邊坡開挖坡比由原1∶1.25 放緩至1∶1.75，并加強后續支護措施，重新放坡及支護后示意圖見圖4。

圖4 灌溉發電引水隧洞出口邊坡處理方案示意圖

5 結語

（1）前期勘察階段，對于砂泥巖地區應探清是否存在泥化夾層，以及工程區泥化夾層的發育原因、規模及空間展布規律，并分析其物理力學性質并提出相關設計參數。

（2）室內設計階段，應復核工程邊坡是否存在順向坡及不利節理組合，如存在則需進行邊坡穩定性計算，并根據邊坡穩定性計算結果提出相應支護措施或者邊坡卸荷處理方案。

（3）施工階段，應定期進行工程地質巡視及地質編錄，并根據地質編錄成果判斷邊坡穩定性；如邊坡存在不穩定因素，應根據現場地質測繪及地質編錄成果重新進行邊坡穩定性計算。